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城市物流中心规划的决策模型及实证研究
初探城市物流中心选址的双层规划模型
08物流管理
匡昕璇
学号2008310674
内容摘要
随着我国城市经济的快速发展,物流网络建设与现有城市布局的矛盾已经成为制约我国城市经济质量提升的重要因素。
为解决这一矛盾,需要构建一个高效、畅通、网络化的商品物流体系作为城市的物流基础。
所以,规划与建设城市物流中心显得尤为必要。
本文选择城市物流中心选址方法为主要研究对象,以求较好解决城市物流中心用地大、建设费用高、投资资金回收慢,对城市交通系统产生冲击等问题。
关键词:
城市物流物流中心选址双层规划模型
ABSTRACT
WithChina'srapiddevelopmentofcityeconomy,contradictionbetweenlogisticsnetworkconstructionandexistingcitylayouthasbecomeanimportantconstrainttodevelopurbaneconomy.Inordertosolvethisproblem,weneedtobuildanefficient,open,network-basedcommoditylogisticssystemasthebasisofurbanlogistics.Therefore,theplanningandconstructionofcitylogisticscenterbecomeespeciallynecessary.Thispaperchoosethecitylogisticscenterlocationmethodasthemainresearchobject,inordertosolveproblemssuchasbigoccupationofareas,highexpenses,slowinvestmentreclaims,adverseimpactonthecitytraffic.
KEYWORDS:
urbanlogisticslogisticscenterssiteselectiondoubledeckdecision-makingmodel
目录
一、城市物流中心选址4
(一)物流中心概念4
(二)城市物流中心选址的概念及目标5
(三)影响城市物流中心选址的因素6
二、城市物流中心选址的双层规划模型8
(一)双层规划模型算法概述8
(二)双层规划模型原始模型9
(三)广义费用函数10
(四)遗传算法10
三、总结11
初探城市物流中心选址的双层规划模型
城市是商流、物流、信息流、资金流和人才流的中心,并以此影响和带动农村的发展,不管工业城市、商贸城市还是旅游城市,都必须形成一个点线面结合的综合物流体系,城市本身就是一个重要的物流节点。
城市物流是在市场经济中,综合交通环境、交通阻塞、能源消耗等因素,由个体企业全面优化城市区域物流和交通行为的过程。
它可以被看作是众多企业的微观物流向城市之间的宏观物流的过渡。
与一般性物流相比,城市物流需要在诸多方面加上地域的限制和城市的特性,是一种比较特殊的物流。
一个城市的发展规划,不但要直接规划物流设施及物流项目,而且需要以物流为约束条件来规划整个城市。
城市的规模越大,物流的运作就越复杂,其消耗的总成本也就越高。
随着我国城市国际化进程的加快,建立一个高效的城市物流体系已成为城市发展必须解决的问题,这不仅将直接影响城市物流基础设施的发挥,还关系到制造业、流通业的发展以及整个城市居民生活水平的改善。
一、城市物流中心选址
(一)物流中心概念
物流中心的概念有广义和狭义的区别。
广义物流中心包括港湾、货运站、运输仓库、公共流通商品集散中心、企业自己拥有的物流设施等等,其所覆盖的内容和范围十分广泛。
而狭义物流中心则排除了铁路货运站、港湾设施、机场设施和道路等物流基础设施部分,专指为有效地保证商品流通而建立物流综合管理、控制、调配的机构。
显然,狭义物流中心的概念侧重的是物流的管理效能和行为。
从理论上说,物流中心应具备如下一些基本功能:
(1)运输功能。
物流中心需要拥有或租赁一定规模的运输工具,具有竞争优势的物流中心不只是一个点,而是一个覆盖全国的网络,因此,物流中心首先应该负责为客户选择满足客户需要的运输方式,然后具体组织网络内部的运输作业,在规定的时间内将客户的商品运抵目的地,除了在交货点交货需要客户配合外,整个运输过程,包括最后的市内配送都应由物流中心负责组织,以尽可能方便客户。
(2)储存功能。
物流中心需要有仓储设施,但客户需要的不是在物流中心储存商品,而是要通过仓储保证市场销售活动的开展,同时尽可能降低库存占压的资金,减少储存成本,因此,公共型物流中心需要配备高效率的分拣、传送、储存、拣选设备。
(3)装卸搬运功能。
这是为了加快商品在物流中心的流通速度必须具备的功能,公共型的物流中心应该配备专业化的装卸、卸载、提升、运送、码垛等装卸搬运设备,以提高装卸搬运作业效率,减少作业对商品造成的破损。
(4)包装功能。
物流中心的包装作业目的不是要改变商品的销售包装,而在于通过对销售包装进行组合、拼配、加固,形成适于物流和配送的组合包装单元。
(5)流通加工功能。
主要目的是方便生产或销售,公共物流中心常常与固定的制造商或分销商进行长期合作,为制造商或分销商完成一定的加工作业。
物流中心必须具备的加工功能有贴标签、制作并粘贴条形码等。
(6)物流信息处理功能。
由于现代物流中心现在都已实现了计算机管理,因此可将各个物流环节各种物流作业的信息进行实时采集、分析、传递、并向货主提供各种作业明细信息及咨询信息。
(二)城市物流中心选址的概念及目标
物流中心选址是指在一个具有若干供应点及若干需求点的经济区域内,选一个地址设置物流中心的规划过程。
较佳的物流中心选址方案是使商品通过物流中心的汇集、中转、分发,直至输送到需求点的全过程的效益最好。
物流中心拥有众多建筑物、构建物以及固定机械设备,一旦建成很难搬迁,如果选址不当,将付出长远代价。
因而,物流中心的选址在物流中心规划中占据核心地位。
物流中心选址的目标有以下几个方面:
(1)成本最小化
成本最小化是物流中心选址决策最常用的目标。
与物流中心选址相关的成本主要有:
运输成本——运输费用是物资运输过程中所发生的费用,运输费用取决于运输距离与运输单价、物流中心位置合理,则总的运输距离就小;而运输单价取决于运输方式,与物流中心所在地点的交通运输条件及顾客所在地的交通运输条件直接相关。
建设成本——物流中心的建设投资包括建筑物、设备和土地征用费用。
一般和物流中心的位置和规模有关。
物流中心内部的固定费用——即内部人员工资,固定资产折旧以及行政支出等与经营状态无关的费用,与位置无关。
经营成本——就是指物流中心在进行产品配送时所发生的管理费用,如进出库费,保管费等,与物流中心的中转量有关。
(2)服务最优化
与物流中心选址相关的服务指标主要有速度和准时率。
一般来说物流中心与顾客距离近,则送货速度快,订货周期短,而订货周期越短,准时率越高。
(3)发展潜力最大化
物流中心投资大,服务周期长。
因此,在选址时,不仅要考虑现有市场条件下的成本、服务等目标,还要考虑将来发展的潜力,包括物流节点在生产扩展的可行性及顾客要求增长的潜力。
(4)综合评价目标
单纯考虑成本、服务或发展潜力可能不能满足投资决策者的需要,这时就要采用多目标决策的方法。
(三)影响城市物流中心选址的因素
选址决策的影响因素而言,大致可以分为外部因素及内部因素两大类。
(1)外部因素
1.宏观政治因素
宏观政治因素主要指一个国家的政权是否稳定、法制是否健全、是否存在贸易禁运政策等。
宏观政治因素是无法量化的指标,主要依靠企业的主观评价。
2.宏观经济因素
宏观经济因素包括税收政策、关税、汇率等,这一点与企业的选址决策直接相关,企业总是会寻求最宽松的经济环境。
例如,如果一个国家的关税较高,企业要么会放弃这个市场,要么会选择在这里建厂以躲避高额关税。
3.基础设施
基础设施包括交通设施、通信设施等。
现代企业中,物流成本往往要超过制造成本,而一个良好的基础设施对于降低物流成本是十分关键的。
由于信息流的通畅快捷对于降低需求的扭曲、降低库存成本有重要影响,所以,同样,通信设施的质量、成本,对于选址决策也是一个重要因素。
物流中心必须具备方便的交通运输条件。
最好靠近交通枢纽进行布局,比如紧临港口、交通主干道枢纽、铁路编组站或机场,有两种以上运输方式相连接。
物流中心的所在地,要求城市的道路、通信等公共设施齐备,有充足的供电、水、热、燃气的能力,并且中心周围要有污水、固体废物处理能力。
4.环境
环境包括自然环境及社会环境。
自然环境包括:
①气象条件。
配送中心选址过程中,主要考虑的气象条件有温度、风力、降水量、无霜期、冻土深度、年平均蒸发量等指标。
如选址时要避开风口,因为在风口建设会加速露天堆放商品的老化。
②地质条件。
配送中心是大量商品的集结地。
某些容重很大的建筑材料堆码起来,会对地面造成很大压力。
如果配送中心地面以下存在着淤泥层、流砂层、松土层等不良地质条件,会在受压地段造成沉陷、翻浆等严重后果,为此,配送中心选址要求土壤承载力要高。
③水文条件。
配送中心选址需远离容易泛滥的河川流域与地下水上溢的区域。
要认真考察近年的水文资料,地下水位不能过高,洪泛区、内涝区、故河道、干河滩等区域绝对禁止选择。
④地形条件。
配送中心应选择地势较高、地形平坦之处,且应具有适当的面积与外形。
若选在完全平坦的地形上是最理想的,其次选择稍有坡度或起伏的地方,对于山区陡坡地区则应该完全避开;在外形上可选择长方形,不宜选择狭长或不规则形状。
社会环境包括劳动力的成本、素质等。
劳动力的成本与质量是选址决策的一个关键因素,越来越多的国际企业选择在亚洲建立自己的制造工厂,就是由于当地的低价的劳动力成本。
5.竞争对手
所谓“知己知彼,百战不殆”,在企业选址决策中必须考虑到竞争对手的布局情况,根据企业产品或服务的自身特征,来决定是靠近竞争对手还是远离竞争对手。
(2)内部因素
1.发展战略
选址决策首先要与企业的发展战略相适应。
例如,作为制造业的企业,发展劳动力密集型的产品还是高技术类型的产品,这是企业综合内外形势分析得到的企业发展战略,如果选择劳动力密集型产品,则必然要选择生产成本低的地区作为选址的依据;而选址高技术类型的产品,则必须要选择劳动力素质高的地区,而这些地方往往成本较高。
从商业及服务业来说,选择连锁便利店还是超市的发展战略,会有不同的企业网络设计。
选择连锁便利店,则必须选择一些人口密集区域,成本较高,面积需求较小;选择超市,则要选择人口不是非常密集,可以有大面积提供。
2.商品特性
经营不同类型商品的物流中心最好能分别布局在不同地域,如生产型物流中心的选址应与产业结构、产品结构、工业布局紧密结合进行考虑。
3.物流费用
物流费用是物流中心选址的重要考虑因素之一。
大多数物流中心选择接近物流服务需求地,例如接近大型工业、商业区,以便缩短运距、降低运费等物流费用。
4.服务水平
服务水平是物流中心选址的考虑因素。
在现代物流过程中,能否实现准时运送是物流中心服务水平高低的重要指标,因此,在物流中心选址时,应保证客户可在任何时候向物流中心、提出物流需求,都能获得快速满意的服务。
二、城市物流中心选址的双层规划模型
(一)双层规划模型算法概述
双层规划是双层决策问题的数学模型,它是一种具有双层递阶结构的系统优化问题,上层问题和下层问题都有各自的目标函数和约束条件。
上层问题的目标函数和约束条件不仅与上层决策变量有关,而且还依赖于下层问题的最优解,而下层问题的最优解又受到上层决策变量的影响。
在二层规划中,高一级决策机构(者)自上而下地对下一级决策机构(者)行使某种控制、引导权,而下一级决策机构(者)在这一前提下,也可以在其管理职责范围内行使一定的决策权,尽管这种决策权比较起来处于从属的地位。
另外,在这种双层决策系统中,每一级都有自身的目标函数,而越高层机构的决策目标越重要,越权威越具有全局性。
因此最终的决策结果往往是寻求使各层决策机构之间达到“最优”,也即是一方面可使较低层决策机构的目标达到“最优”,另一方面又可使作为上级决策机构的目标相应达到“最优”,下层决策以上层决策变量为参数。
由于实际的规划、决策问题都是庞大而异常复杂的系统,涉及到各种各样的影响因素,关系着各个部门、单位和个人的具体利益,因此所采用的决策方法应该是多层次的系统决策方法,而不能是单一层次的决策方法。
一般而言,决策机构都是一个分级或分层次的管理机构,在总体目标一致的前提条件下,各级都有其各自独立或相互矛盾的目标。
因此,在做出科学而系统的最终决策之前,需要综合考虑彼此之间存在相互作用的、有其各自目标的各个层次的部门、机构和个人的意见,力求最终的决策能使整个系统达到最优的目的。
一般来说,双层规划问题的求解非常复杂,原因之一由于双层规划的问题是一个NP-hard问题。
原因之二是双层规划的非凸性、可行域的不连通性及合理反应映射的非单值性。
即使上层问题和下层问题均为凸性问题,整个双层问题仍然为非凸性问题的可行性非常大。
而双层问题的非凸性表明:
即使能找出双层问题的解,通常也只可能是局部最优解而非全局最优解。
到目前为止,对于双层规划的求解大约有十几种求解算法。
但归纳起来,用于求解双层规划问题的算法可以分为以下几类,即极点搜索法、库恩—塔克法(K-T法)、下降法和非数值优化方法。
(二)双层规划模型原始模型
本文所建模型假定在新建物流中心前已存在若干个原有物流中心,新建物流中心与原有物流中心构成整个物流中心系统,这些物流中心之间存在竞争,也就是说客户需求不仅仅由新建的物流中心满足,有一部分需求可能由原有的物流中心提供。
此模型也可应用于不同新建物流中心系统的择优决策过程中,只需把新建和原有物流中心均看成同等地位的新建物流中心即可。
以混合整数规划模型中不考虑需求分配的模型作为上层规划模型的原模型,模型描述如下:
目标函数:
约束条件:
物流中心数量约束
错误!
未找到引用源。
容量约束
错误!
未找到引用源。
j=(1,……,q),l=(1,……,n)需求量约束
错误!
未找到引用源。
i=(1,……,s),j=(1,……,p)供应量约束
错误!
未找到引用源。
(三)广义费用函数
我们在引入双层规划模型前,引入广义费用函数。
城市交通系统运输费用与运输长途费用有所不同,不能简单的考察车辆运营费用。
运输货物的费用主要与路径、终点和车辆有关。
货物运输总费用一般包括车辆运输费用和设施费用,运输费用又包括车辆固定费用和运营费用。
运营费用是时间费用,早到或迟到惩罚费用之和。
固定费用包括车辆管理、驾驶员、保险及税收等各种费用。
设施费用由变动费用和固定费用组成,包括设施建设费用和维护费用、设备安装和维护费用及设施间的运输费用等。
决策者理解的广义费用包括决策者认为重要的各种因素,一般包括金钱、时间、距离、安全性或其他影响因素,广义费用是把这些因素通过适当换算而综合在一起来表述的综合费用。
Kresge和Robers在1971年把货物需求的广义费用函数描述如下:
一般
错误!
未找到引用源。
的取值与采用的运输方式有关,在某种程度上也与运送的货物有关。
近年来,供应链管理系统的目标就是使这些因素及库存费用最小来实现包括及时配送在内的高水平的顾客服务。
变量受路网的交通条件如阻抗、延迟、阻抗的变化等的影响,还与存货费用的增加有关,变量的系数值与货物的价值成比例。
运送货物的费用函数一般假定为线性的,但采用非线性费用函数应该更符合实际(如指数函数、二次函数等)(JaraDiaz,1982).但使用非线性函数的求解比较复杂,需要采用一系列的算法。
(四)遗传算法
遗传算法是模拟达尔文的遗传选择和自然淘汰的生物进化过程的计算模型。
它是一种以自然选择和遗传理论为基础,将生物进化过程中适者生存规则与同一群染色体的随机信息交换机制相结合的搜索算法。
遗传算法解决优化问题的方法是首先用二进制、十进制或其它字符对解向量进行编码形成基因码链,称为一个染色体或个体,它代表或对应于问题的一个可行解。
初始时,通过对初始种群进行变异、交叉重组、自然选择等遗传操作,以产生新的种群,新种群的平均适应度(表示与全局最优解的一种近似程度)及其中最优个体的适应度皆比前一代有所提高。
这样,通过有限的迭代,最后得到的适应度最大的新个体即为问题的全局(或近似)优化解。
遗传算法优于传统优化算法的主要方面在于:
(1)它从点群开始搜索而不是单一的点,从而能并行越过许多局部最优点而达到全局最优点或次优点;
(2)不受目标函数性质(如连续性、可导性、单峰性等)的约束;
(3)运用概率规则进行指导实现对优化解的随机搜索,运算简单、收敛速度快。
利用遗传算法解最优化问题,首先应对可行域中的点进行编码,变量x作为实数可以视为遗传算法的表现型形式,从表现型到基因型的映射称为编码。
编码形式主要有二进制形式、浮点形式、符号编码形式等。
然后,在可行域中随机挑选一些编码组作为进化起点的第一代编码组,并计算每个解的目标函数值,也就是编码的适应度。
接着就像是自然界中一样,利用选择机制从编码组中随机挑选编码作为繁殖过程前的编码样本。
选择机制应保证适应度较高的解能够保留较多的样本;而适应度较低的解则保留较少的样本,甚至被淘汰。
在接下去的繁殖过程中,遗传算法提供了交叉和变异两种算子对挑选后的样本进行交换。
交叉算子交换随机挑选的两个编码的某些位,变异算子则直接对一个编码中的随机挑选的某一位进行反转。
这样通过选择和繁殖就产生了下一代编码组。
重复上述选择和繁殖过程,直到结束条件得到满足为止。
三、总结
本文对双层规划选址模型进行了一定地总结,使得选址过程更加简单,选址结果更客观。
但该选址模型中仍然存在一些问题需要解决。
主要体现在一下几个方面:
(1)选址模型是建立于有限的备选地址上的。
也就是说在选址模型进行比较前建立前必须要先确定备选地址。
而要确定备选地址则必须要经过大量的调查,研究以及分析,这种工作量是极大的,但是目前除此之外还没有什么更好的方法。
另外,在一个经济区域中,确定物流中心建设的数目多少是最佳的也是一个需要研究的问题。
(2)物流需求预测是选址的基础,但如何确定最佳的预测方法是一个值得研究的问题。
目前对于预测的准确性还没有一个具体的衡量方法,因此如何评价区域物流需求的预测精度也是一个研究的问题。
(3)层次模糊综合评价法虽然削弱了一些主观因素,与真实情况更接近,但毕竟还是通过专家打分的方法来做出判断,所以主观因素并没有完全消除。
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