物流系统分析和设计-第三章-物流系统网络结构的分析和设计-精品文档课件.ppt
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1、第三章 物流系统网络结构的分析与设计,知识要点物流网络的概念与典型结构物流节点的类型与主要内涵物流节点选址模型与求解算法配送中心选址原则与影响因素配送中心选址的优化技术,第一节 物流网络概述,一、物流网络概念与结构 物流网络是指为实现货物从供应地到需求地的畅通流动,物流系统(物流企业或组织)构造和组织的与经营有关的物流节点、物流线路所构成的空间网络。组成、物流节点位置,并由企业自己进行管理和运营。物流网络结构是指物流网络在地理空间上呈现出的点、线空间结构特征。不同的企业需要不同的物流网络结构。将货物从供应地运送到需求地可采用两种基本的物流网络形式,即一种是直送形式,另一种是经过物流节点的形式,
2、其他方式都是这两种基本形式的组合,如图3.1所示。,图3.1 物流网络的三种典型结构,(a),(b),(c),二、物流节点的基本内涵,1、物流节点的功能(1)业务功能(2)衔接功能(3)信息功能(4)管理功能2、物流节点的类型(1)转运型物流节点(2)储存型物流节点(3)流通型物流节点,第二节 物流网络设计的内容与影响因素,一、物流网络设计的主要内容 物流网络的设计以四个主要规划项目为基础,即:顾客服务水平、选址决策、库存规划、运输管理。物流网络规划的主要任务是确定货物从供应地到需求地整个流通渠道的结构。包括:决定物流节点的类型;确定物流节点的数量;确定物流节点的位置;分派各物流节点服务的客户
3、群体;确定各物流节点间的运输方式等。,二、影响物流网络规划与设计的因素,1、产品数量、种类;2、供应厂商和需求客户的地理分布;3、不同区域顾客对每种产品的需求量;4、运输成本和费率;5、运输时间、订货周期、订单满足率;6、仓储成本和费率;7、采购/制造成本;8、产品的运输批量;9、物流节点的成本;10、订单的频率、批量、季节波动;12、顾客服务水平;13、在服务能力限制范围内设备和设施的可用性。,第三节 物流节点选址的主要问题与模型,一、物流节点选址问题的分类 1、按设施对象划分 2、按设施的维数划分3、按设施的数量划分 4、按选址的离散程度划分5、按目标函数划分6、按能力约束划分,二、物流节
4、点选址的方法,1、专家选择法 因素评分和德尔菲法 2、解析法 重心法和线性规划法 3、模拟计算法,用启发式进行选址,一般包括以下步骤:(1)定义一个计算总费用的方法;(2)制定评断准则;(3)规定方案改进的途径;(4)给出初始方案;(5)迭代求解。,三、物流节点间距离的计算,选址问题模型中,最基本的一个参数是各个节点之间的距离。一般采用两种方法来计算节点之间的距离,一种是直线距离,也叫欧几里德距离(Euclidean Mectric);另一种是折线距离(Rectilinear Metric),也叫城市距离(Metropolitan Metric),如图3-2所示,图3-2 直线距离与折线距离,
5、1、直线距离 当选址区域的范围较大时,网点间的距离常可用直线距离近似代替,或用直线距离乘以一个适当的系数 来近似代替实际距离,如城市间的运输距离、大型物流园区间的间隔距离等都可用直线距离来近似计算。区域内两点 和 间的直线距离 的计算公式为(3-1)其中,称为迂回系数,一般可取定一个常数,取为1时,为平面上的几何直线距离,取值的大小要视区域内的交通情况,在交通发达地区,取的值较小;反之,的取值较大。如在美国大陆,是1.2,而在南美州,是1.26。,2、折线距离 如图3-1所示,折线距离也称为城市距离,当选址区域的范围较小而且区域内道路较规则时,可用折线距离代替两点间的距离。如城市区的配送问题、
6、具有直线通道的配送中心,工厂及仓库内的布置、物料搬运设备的顺序移动等问题。折线距离的计算公式如下:(3-2),四、单个物流节点选址模型,1、重心模型(Gravity Method)重心模型是选址问题中最常用的一种模型,可解决连续区域直线距离的单点选址问题(1)问题 设有n个客户(收货单位)分布在平面上,其坐标分别为(),客户的需求量为,费用函数为设施(配送中心)与客户之间的直线距离乘以需求量。确定设施 的位置(),使总运输费用最小。关于设施选址问题的最初研究,是17世纪初Fermat所进行的,他所处理的问题,可以看作是平面上的1-中点问题。Fermat提出的问题的几何解由Torricelli于
7、1640年给出,而根据19世纪后半叶物理学家Maxwell的研究,这是力学的平衡点重心。并且,附加加重量的Fermat问题从1750年开始研究,1909年由Weber给出了解答。因此,这一类问题也称为Weber问题。,(2)建立模型 记:配送中心到收货点 每单位量、单位距离所需运费。的需货量。到 的直线距离。则总运输费H为(3-3)求H的极小值点()。由于式(3-3)为凸函数,最优解的必要条件为满足:,(3-4)令,得,,上式右端 中仍含未知数 故不能一次求得显解,但可以导出关于x和y的迭代公式:(3-5)(3-6)应用上述迭代公式,可采用逐步逼近算法求得最优解,该算法称为不动点算法,主要步骤
8、如下:,(3)算法(单一配送中心选址的不动点算法)输入:n客户数;()各客户点的坐标,各客户点的单位运费和运量。输出:()设施坐标;总运量 第一步,选取一个初始的迭代点,如:,然后计算出A到各客户点的直线距离 和费用:,第二步,令,,及,转第三步。第三步,若,运费已无法减小,输出最优解 和,否则,转第四步。第四步:令,转第二步。注1:若工厂到设施的运输费包含在成本中,则可将工厂视为一个客户点,设 为工厂到设施的运输量,为工厂到设施的运输成本,则用上述算法也能求得运费最小的设施的位置。注2:若直线距离与实际距离有差异,可根据附加于 一定的修正系数来修正差异。,2、交叉中值模型(Cross Med
9、ian)当网点间距离要求用折线距离计算时,可用如下交叉中值方法进行单点选址。(1)问题 设有n个客户 分布在平面上,其坐标分别为,客户的需求量为,费用函数为设施与客户之间的城市距离乘以需求量。确定一个设施 的位置,使总费用(即加权的城市距离和)最小。(2)建立模型 通过交叉中值的方法可以对单一的选址问题在一个平面上的加权的城市距离进行最小化,其目标函数为(3-7)显然,式(3-7)可以分解为两个互不相干的部分之和:,其中(3-8)(3-9)因此,求式(3-7)的最优解等价于求式(3-8)和(3-9)的最小值点。对于式(3-8),因为(3-10)求式(3-10)的极小值点,由于在区域内可连续取值
10、,可对式(3-10)求微分并令其为零,得 即(3-11),式(3-11)的结论证明了当 是最优解时,其两方的权重都为50%,即 的最优值点 是 在方向对所有的权重 的中值点。同样可得 的最优值点是 在 方向对所有的权重 的中值点,即 需满足式(3-12)(3-12)由于 两者可能或者同时是性一的值或某一范围,所以最优的位置也相应可能是一个点,或者是地段,也可能是一个区域。,3、因素评分法 因素评分法常用来解决离散型单点物流设施的选址问题,这也是在实际选址问题中最常用的一种有效方法。因素评分法是将每一个备选地点都按因素计分,在允许的范围给出一个分值;然后将每一地点各因素的得分相加或加权相加,求出
11、总分后加以比较;最后,以选择得分最多的地点为最终的方案。使用因素评分法选址的主要步骤如下:给出备选地点;列出影响选址的各个因素;给出每个因素的分值范围(见表3.1);由专家对各个备选地点就各个因素评分;将每一地点各因素的得分相加,求出总分后加以比较,得分最多的地点中选。表3.1给出了选址问题中影响选址的一些因素及其取分参考值范围。,表3-1影响选址的因素及其分值范围,4、层次分析法模型 物流网络布局问题也不仅仅是总运输费用最小的优化问题,它涉及到经济、社会、环境、货运通道网络等多个层面,需进行综合分析和评估。当筛选出若干个备选方案后,可采用层次分析法来选择最优方案。层次分析法的基本步骤可分为:
12、提出总目标、建立层次结构、求同层权系数、求组合权系数、评价、一致性检验。层次分析结构一般可分为三层,即目标层、准则层和方案层。对于物流网点详细选址问题,目标层就是选择最优的园区位置,方案层就是已被筛选出的若干备选方案,主要是设计准则层的结构。评估一个选址方案的优劣有许多质量指标,主要可分成三大类,即经济效益指标、社会效益指标和环境条件指标。经济指标主要包括运输成本、地价租金、与工业商业联系紧密度、是否接近消费市场、劳动力条件等。社会指标主要包括与城市规划用地是否相符、是否缓解当地交通压力、对城市居民影响小等。环境指标主要包括环境染的影响程度、与货运通道网是否衔接以及地理位置是否适合等。,五、多
13、个物流节点选址模型,1、单品种选址模型(1)问题 从一组候选的地点中选择若干个位置作为物流设施网点(如配送中心),使得从已知若干个资源点(如工厂),经过这几个设施网点(配送中心),向若干个客户运送同一种产品时总的物流布局成本(或运输成本)为最小,如图3.3所示 也可能存在从某资源点直接将产品送往某个客户点。,图3.3 单品种多配送网点选址问题示意图,资源,配送网点,客户,1,2,3,m,1,2,3,n,1,2,3,q,i=,j=,k=,(2)建立模型记 资源点i的产品供应量 客户k的产品需求量;从资源点i到备选网点j的货物量;从备选网点j到客户k的货物量;客户k从资源点i直达进货物量;备选网点
14、j是否选中的决策变量(0-1变量);备选网点j从资源点i进货的单位物资进货费率;备选网点j向客户k供货的单位物资发送费率;客户k从资源点i直接进货的单位物资进货费率;备选网点j每单位货物通过量的变动费(如仓库管理或加工费等,与规模相关);备选网点j选中后的基建设资费用(固定费,规模无关的费用)。,假设F为网点布局方案的总成本,根据网点布局的概念,应使总成本最低,于是有目标函数:在这个模型中,各个资源点调出的物资总量不大于该资源点的生产、供应能力,各个用户调运进来的物资总量不小于它的需求量,则有如下的约束条件存在:对于一个物流网点,由于它既不能生产物资,也不消耗物资,因此,每个物流网点调进的物资
15、总量应等于调于物资的总量,即有如下的约束条件存在:,此外,网点布局经过优化求解后的结果,可能有的备选地址被选中,而另外的一些被淘汰。被淘汰的备选网点,经过它中转的物资数量为零。这一条件可由下面的约束条件满足;其中 方程式中的M是一个相当大的正数。由于是物资调运量,不可能小于零,故当为零时,成立;当为是时,是一个相当大的正数;足够大,有一有限值,所以不等式成立。综合所述,可以写出多点单品种物流网点布局的数学模型如下:,(3-13)其中;这是一个混合整数规划的数学模型,解这个模型,可以求得,的值。表示了网点j的进货来源,决定了该网点的规模;表示了网点j与用户k的供应关系与供货量,相应地也就知道了该
16、网点的供货范围;而 表示直接供货部,为计划区域内应布局网点的数目。,2、多品种选址模型(1)问题 从多个候选的地点中选择若干个位置作为物流设施网点(如配送中心、仓库等),使得从已知若干个资源点(如工厂),经过这几个设施网点(配送中心、仓库等),向若干个客户运送多种产品时,总的运输成本为最小。(2)建立模型 不妨设这里的物流设施均为物流仓库。记 产品();工厂();仓库();客户()从厂到(i)到仓库(j)运送产品(h)时的单位运输费;从工厂(i)经过仓库(j)向客户(k)运输产品(h)的数量;从工厂(i)经过仓库(j)向客户(k)运输产品(h)的数量;在仓库(j)期间的平均固定管理费;当 时,
17、取1,否则取0;,在仓库(j)中为保管产品(h)而产生的部分可变费用(管理费、保管费、税金以及投资的利息等);向客户(k)配送产品(h)时,因为延误时间(T)而支付的损失费;客户(k)需要的产品(h)数量 仓库(j)的能力 工厂(i)生产产品(h)的能力 各工厂由仓库(j)向所有客户配送产品的最大库存定额。则多产品多网点的选址问题可表示为:(3-14)(3)模型的求解 同多个网点单品种选址模型一样,式(3-14)也是一个混合整数规划模型。目前常用Kuehn-Hamburger(奎汉哈姆勃兹)启发式算法来求该模型。,第四节 配送中心选址及优化技术,一、配送中心选址概述 配送中心选址,是指在一个具
18、有若干供应点及若干需求点的经济区域内,选一个地址设置配送中心的规划过程。1、配送中心选址的主要原则 适应性原则、协调性原则、经济性原则和战略性原则 2、配送中心选址的影响因素 自然环境因素、经营环境因素、基础设施状况、其他因素 3、配送中心选址的程序和步骤 第一步,选址约束条件分析;第二步,搜集整理资料;第三步,地址筛选;第四步,定量分析;第五步,结果评价;第六步,复查;第七步,确定选址结果。4、配送中心选址方案的经济论证(1)配送中心的主要投资领域有以下几个方面:预备性投资、直接投资、相关投资、运营费用(2)投资效果分析和确定 5、配送中心选址的注意事项6、配送中心选址的难度,二、配送中心选
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