W物流广州区域配送路线优化研究.docx
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W物流广州区域配送路线优化研究
学校代码10530
学号201102730210
分类号F252密级公开
说渾火摩
硕士学位论文
W物流广州区域配送路线优化研究
学位申请人唐佩
指导教师任天飞教授
学院名称商学院
学科专业物流工程研究方向物流信息工程
零一四年五月二十日
Researchonoptimizationoflogistics
DistributionroutinginGuangzhouareaof
WLogistics
CandidateTangPei
SupervisorProfessorRenTianFei
CollegeBusiness
ProgramLogisticsEngineering
SpecializationLogisticsInformationEngineering
DegreeMaster
UniversityXiangtanuniversity
DateMay20th2014
湘潭大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
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导师签名:
日期:
年
月
日
摘要
随着电子商务时代的到来,消费者对物流配送的要求也越来越高,配送必须要做到快速、准确与及时,那么如何来提高物流配送的效率呢?
构建合理的配送路线,优化配送的整个体系,实现配送成本的最小化将是问题的关键,这个工作难度将非常巨大,同时也关系着整个物流行业是否能快速与健康地发展,这个问题也值得学者们和物流企业管理者深思和探讨。
经过多数学者的验证可知,合理利用现代信息技术,结合数学模型、运筹学与等相关学科知识来优化配送管理,提高配送服务的质量与配送管理的水平,是企业提高物流配送效率,减少成本,实现快速发展的有效途径。
目前国内外在配送路线的研宄方面也有了很多成果,如运用精确算法、启发式算法等多种类型的算法来构建最优配送路线。
本文主要研宄工作如下:
首先分析了零担物流配送业务流程。
对零担物流基本定义、特点及配送流程做了简要论述,同时讨论了配送的定义、特点以及配送路线优化的必要性等。
其次,概述了W物流股份有限公司的配送业务情况。
详细阐述了W物流的整体配送业务流程与广州区域配送中心的运营现状,通过对广州区域配送中心的组织架构、配送影响因素的分析,指出了目前配送中心所存在诸如信息化程度不高、运力浪费等诸多问题。
再次,构建配送路线优化模型并进行系统设计。
针对配送业务中的时间窗约束,载重量约束,路况等不确定因素约束以及有限运力约束,建立了配送路线优化模型,并运用改进的C.W节约算法对配送路线安排进行了求解步骤分析,同时运用Dorado展现框架进行了系统设计。
最后引入W物流广州区域的实际业务数据,通过对比改进的C.W节约算法和传统的C.W节约算法在实际计算中的结果,验证了改进的C.W节约算法的优越性,同时也表明了此系统在配送路线优化上具有合理性与实用性,能够给配送路线决策提供相关的科学依据。
关键词:
W物流;零担物流;配送路线优化;C.W节约算法
Abstract
Withtheadventofe-commerce,theconsumersdemandsonlogisticsdistributionishighlyincreased,distributionhastobefast,accurateandtimely,howtoimprovetheefficiencyoflogisticsdistribution?
Constructingreasonabledistributionroute,optimizingthedistributionsystem,andachievingtheminimizationofdeliverycostisakeyoftheproblem,thisworkwillbeextremelygreat,also,itrelatestowhetherthelogisticsindustrycanberapidandhealthydevelopment,theissueisalsoworththinkinganddiscussingbyscholarsandmanagersoflogisticsenterprises.Afterverificationofmostscholars,wecanseethattherationaluseofmoderninformationtechnologyandmathematicalmodeltooptimizedeliverymanagement,toraisethelevelofservicequalityanddeliverymanagement,itwillbeaneffectivewaytoimprovelogisticsefficiency,reducecosts,andachieverapiddevelopmentofenterprises.
Thisarticleresearchedasfollows:
Firstly,analyzedtheless-than-truckloadlogisticsbusinessprocesses.BrieflyintroducedLTLlogisticsdefinitions,characteristicsanddistributionprocess;discussedthedefinition,characteristicsandthenecessaryofdeliveryrouteoptimization.Then,providedanoverviewoftheWLogisticsCompanydistributionoperations.Describestheoveralldistributionprocessofthecompany,andelaboratedontheoperationstatusoftheregionaldistributioncenterinGuangzhou,throughtheanalysisoftheorganizationalstructureandthefactorsaffectingthedistribution,itpointedouttheproblemsinthedistributioncenter.Furthermore,constructedadeliveryrouteoptimizationmodelanddesignedasystem.Basedontheconstraintofthetimewindow,payloadandlimitedcapacity,itconstructmodel,andusingC.W-savingalgorithmsolvedthemodel,andthenusedtheDoradopresentationframeworkfinishedsystemdesignation.Atlast,itintroducedtheactualbusinessdataofWLogisticsCompanytovalidatethemodel.Resultsshowedthatthesystemonthedeliveryrouteoptimizationisrationalandpractical;itcanprovidethescientificbasistothedecision-makingonthedeliveryroutearrangement.
Keywords:
WLogisticsCompany;less-than-truckload(LTL);Deliveryrouteoptimization;C.W-savingalgorithm
目录
第1章引言1
1.1问题的提出1
1.2研究背景与意义2
1.2.1研究背景2
1.2.2研究意义2
1.3国内外研究动态3
1.4研究方法7
1.5研究内容及框架结构8
第2章关于零担物流配送路线的理论探讨10
2.1零担物流10
2.1.1零担物流的定义10
2.1.2零担物流的特点11
2.1.3零担物流业务流程12
2.2零担物流配送路线13
2.2.1零担物流配送定义及特点13
2.2.2影响零担物流配送的因素14
2.3零担物流配送路线优化15
第3章W物流广州区域配送路线的现状及问题17
3.1W物流配送业务简介17
3.2W物流广州区域配送路线的现状18
3.3W物流广州区域配送路线存在的问题21
第4章W物流广州区域配送路线优化模型23
4.1配送路线优化的思想与方法23
4.1.1配送路线优化思想23
4.1.2配送路线优化方法25
4.2C.W节约算法原理及运用步骤26
4.2.1C.W节约算法的原理26
4.2.2C.W节约算法的运用步骤27
4.3配送路线模型的构建28
4.3.1模型的数学描述28
4.3.2模型的建立30
4.3.3模型的实现具体步骤31
4.4配送路线优化系统设计33
第5章W物流广州区域配送路线优化的系统实现38
5.1实例描述38
5.2配送路线构建与求解过程41
5.3系统演示46
结论49
参考文献50
致谢53
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果54
第1章引言
1.1问题的提出
随着经济的迅速发展和知识经济时代的到来,物流产业成为了国民经济中的新兴产业,在促进国民生产总值增长的方面起到了重要作用,并在全球范围内得到了迅速发展。
根据世界银行在某研宄报告中的内容可知,物流服务、商业服务、电子商务和电信服务业这四大服务业在促进我国经济增长方面具有重大的贡献,尤其是物流服务业在这四大服务行业中占的份额是最大的。
物流业的发展程度已经关系到一个国家的综合实力与现代化水平,逐渐成为了一个衡量标准,同时,在经济发展中,其已经开始扮演者“第三利润源泉”和“加速器”的角色。
物流业的作用的日益突出,我国政府也在“十五”规划与“十一五”规划中,先后将其作为需要大力发展的新型服务业和重点发展产业,并在金融危机时,又将物流业纳入“十大振兴产业”,同时出台了《物流业调整和振兴规划》,第一次全面提出了物流业发展的规划,政府希望通过此规划促使物流业更好地为其他产业的调整与发展服务,起到一定的支撑作用,而且也期望此规划在增强国家经济实力,提高国民生活水平等方面发挥重要作用。
发改委、国家统计局、中国物流与采购联合会2013年2月联合发布的统计数据显示:
“2012年我国物流运行形势总体良好,物流需求显著增加,运行效率有所提高,物流业增加值快速增长,为保证国民经济平稳较快发展发挥了重要的支撑保障作用”。
据2012年中国社会物流统计:
“2012年全国社会物流总额为177.3万亿元,按可比价格计算,同比增长9.8%,物流业增加值为3.6万亿元,按可比价格计算,同比增长9.1%®。
”中国科学院大学管理学院副院长董纪昌预测2013年中国社会物流总额大概为203万亿元,按可比价格计算,同比增长15.3%左右,增速高于2012年的水平,物流业增加值达到4万亿元,增速预计高于2012年10.6%,可见我国物流行业发展的巨大潜力。
虽然我国物流业目前总体运行态势不错,但社会物流总成本依然比较高,大部分物流企业的经营状况也并未出现好转。
零担物流承担着企业生产供货和分销的重要任务,在生产企业与销售企业之间构建了桥梁,通过提供专业的物流服务,以促进整体经济的增长,因此物流业是供应链中不可或缺的部分。
在物流中,将商流与物流进行统一的关键环节即配送,它是货物从配送中心、集
①以上数据摘自2012年中国社会物流统计数据
配站等送达收货客户的过程,实现了“配”与“送”的结合,是保证整个零担物流系统正常运转所必不可少的部分。
当今电子商务迅速发展,供应链管理水平不断提高,使得配送也越来越受企业管理者与物流方面的学者重视。
而配送成本的大小,配送效率的高低,与配送路线的合理性则直接决定着物流企业的运作水平与发展前途。
因此作为物流的送货网点,要做到更好地、更合理地安排配送,就必须要提前做好配送规划,优化配送路线,降低配送成本。
如何合理地安排零担物流的配送路线,如何进一步地优化配送路线,如何提高零担物流配送的运作效率从而促进社会物流业的增长呢?
零担物流配送路线优化研宄将会是一个很有价值的研宄领域。
1.2研究背景与意义1.2.1研究背景
目前,零担物流行业的发展还不成熟,在未来将有一个很长的成长期,而且增长速度很可能会高于GDP的增长速度。
通过充分利用配送中心自身的运输条件和资源,按照给客户承诺的服务将货物用最短的时间、最节约合理的成本、安全高效地送到客户手中,即为零担物流配送的目。
由于零担物流所涉及客户的跨行业性,且配送的客户地理位置变化较大,对于配送时间的约束也比较强,因此使得货物配送将会受到货物品种种类繁多导致的兼容性不高,配送目的地分布广阔导致时效紧迫等多种因素的影响,使得货物配送安排,包括货物分拣、路线安排等变得复杂与困难。
我国绝大多数零担物流企业仅以人工凭主观靠经验对配送线路进行优化,也有少部分企业开始借助于信息技术实现配送线路的优化工作,但能够设计出一套全面的物流配送体系或者一个合理的、适合企业自身发展的物流配送线路优化系统的企业还极为少见,国外虽然有很多这方面的软件可供参考使用,但是他们的软件由于交通规则、道路规划与配送安排等各方面的实际情况不符合我国国情,很难符合我国零担物流管理的流程,因此零担物流送路线优化问题已经在较大程度上影响了我国零担物流行业的发展水平。
1.2.2研究意义
我国零担物流运输起步于20世纪50年代,到80年代中期有了一定程度的发展,全国约有一半以上的省市开办了汽车零担运输业务,初步形成了以北京、广州、上海、深圳等主要大城市为中心的区域汽车零担运输网。
直到今天,很多大大小小的零担物流企业已相继涌现。
但此行业的发展还存在很多问题,由于其进入门槛低,缺乏相关政府管制,市场相对来说比较混乱,发展起来受到诸多限制。
同时在学术研宄方面,针对零担物流的理论研宄也相对比较缺乏,关于物流配送路线的研宄也就更为有限,因此本人希望通过本文引起学者们对零担物流的配送路线优化的重视,在这个领域里起到抛砖引玉的作用。
本文研宄的主要目的是通过以W物流股份有限公司广州区域货物配送业务为例,分析其物流配送路线管理存在的问题及困惑,提出优化其配送路线的建议,构建出一个适应于W物流广州区域的配送路线优化模型,进而利用改进的启发式C.W节约算法对配送路线的安排进行了分析和求解,通过模型对比了改进的C.W节约算法与传统的C.W节约算法成本,突出了改进的C.W节约算法的优势,并对配送路线优化系统进行了设计,希望通过利用此模型及系统,使W物流广州区域能够有效地进行配送路线优化,并使与其相应的配送方案能形成体系,以进一步提高广州区域的竞争力,同时推动其他区域甚至全公司的发展,降低公司整体的配送成本,使企业资源得到优化配置,进而也带动整个零担物流行业的进一步发展。
本文研宄的理论意义在于进一步丰富并完善我国零担物流发展的理论基础,归纳总结了零担物流相关的基础概念,系统梳理了零担物流的运转方式及业务流程,总结出了影响我国零担物流配送路线安排的因素;在对W物流广州区域配送业务以及配送路线管理现状进行深入分析的基础上,阐述了其存在的问题及困惑,并建立了相应的配送路线优化模型,对零担物流配送路线的研宄有一定的理论指导意义。
本文研宄的现实指导意义在于对W物流广州区域目前配送业务以及配送路线安排与优化的问题进行了详细地分析,探索了适合于W物流广州区域配送路线优化模型,并且利用相关数据进行了实例分析,并依据模型设计了相应的配送路线优化系统,将理论与实践相结合,对零担物流的发展具有一定的实践应用意义。
1.3国内外研究动态
国内外的学者在对配送路线的研宄问题上都做了大量的工作,车辆路径问题(VehicleRoutingProblem,VRP)则是该问题的核心。
国外学者乔治+伯纳德+丹齐格(GeorgeBernardDantzig,1959)和拉姆泽(Ramser,1959)是所有学者
中最早提出物流配送车辆路径的优化这一问题的。
该问题最初定义是:
“以一系列装货点与卸货点为基础,组织若干条合理的车辆行驶线路,使车辆依次、有序地通过这些装货点与卸货点,同时,在满足诸如发货重量、发货体积、收货时间、车载量、行驶里程等约束条件下,通过合理的车辆配送计划与安排,达到使用的车辆最少,耗费的时间最短,经过的总路程最短、且产生的成本最小等目的[16]”。
在这一概念提出之后,各个相关学科的专家与学者,包括运筹学、应用数学、图论和网络分析、计算机应用、物流科学等,以及物流企业的管理者们都纷纷开始关注配送路线的优化问题,该问题在物流领域内已经成为了研宄的焦点。
车辆路径问题近年来在学术方面与实际应用方面都进行了一些延伸,从最基本VRP问题延伸到了诸如:
有时间窗限制车辆路径问题(VRPTW),多车种车辆路径问题(FSVRP),追求最佳服务时间的车辆路径问题(VRPDT),随机需求车辆路径问题(VRPSD),车辆多次使用的车辆路径问题(VRPM)等等,随着人们对配送需求的增加,越来越多形式的车辆路径问题将会被涉及。
发达国家在物流配送的发展上已经有几十年的历史,人们对物流配送都有了一定程度的了解,且各种类型的企业也受益于物流配送服务从而提高了企业自身的利润。
目前,美国、日本和西欧等发达国家的配送中心、加工中心等物流中心已经遍布全国,而且这些国家的学者对物流配送路线优化的研宄也较多,可以说已经形成了较为成熟的理论体系,在实际应用方面,各国物流企业管理者也针对企业自身设计了合理的物流配送方案,因此发达国家的物流配送在硬件和软件两个方面都具有比较高的水平。
随着现代经济的不断迅速发展,物流产业的发展速度越来越快,运作质量越来越高,规模也越来越强,对国民经济发展的贡献也越来越大。
目前国内外对于配送路线优化问题的研宄算法,大致可分为以下三个大类[45]:
1、最优化算法
此类算法目前有四种类型,例如:
(1)动态规划算法(Dynamicprogramming)。
此算法是第一个车辆路径问题
的最优化算法,由科伦(Kolen,1987)提出。
它把一个多个阶段的车辆路径问题,按照一定的方式划分成几个单阶段的车辆路径问题,且各单阶段的问题之间又有一定的联系,这就是动态规划算法的基本思路。
此方法仅适用于较小规模的寻优问题。
蒋琦玮、陈治亚(2007)[33]等也曾采用此方法研宄最短路径问题,并取得了一定的成果。
(2)分支定界法(Branchandhound)。
该算法是Held和查理德.卡普(RichardM.Karp)于20世纪60年代提出的一种隐枚举法或部分枚举法。
分支界定法在求解过程中,把一些线性的约束条件考虑进来,通过这种新的约束条件的不断增加,来舍弃掉不符合要求的解,从而取得最优解,这是一种典型的求解整数规划的较好方法。
此种算法也仅适用于求解小型问题。
国内学者张勇(2007)[54]等人在路径优化问题中运用了此种方法。
(3)切平面法(Cuttingplanes)。
它也是通过新的线性约束条件的不断增加,剔除掉不合适的可行解,即非整数规划的部分,从而留下整数规划的部分进行求解,最终得到最优解,其思路与分支界定法基本一致。
但这种算法耗费的时间相对来说是比较长的,在求解大规模的路径优化问题上还存在很大困难,因此目前还仅仅用于小型的路径优化问题求解中。
(4)网络流算法(NetworkFlows)。
此算法采用了化具体为抽象的方法,其把现实物流配送中的物流企业、配送中心与客户等浓缩成图纸中具体的一些点,把道路化作图纸中连接以上所述的各个点之间的线,这样就构成了一个有向图,然后通过网络流方式求解出最短路径。
该算法因为形象、具体,易于掌握,目前已经在信息、交通、电力等领域取得了一定成效。
网络流算法主要包括求最短路径问题的Dijkstra算法、求最小费用流问题的算法、Dinic算法等。
2、传统的启发式算法
传统的启发式算法在求解车辆路径问题上的整体思路是差不多的,都是先找到一个初始解,以此初始解为基础,通过迭代的方式进行改进优化,在短时间内得到满意解的过程。
主要类型如下:
(1)C.W节约算法(SavingMethod)。
节约算法是由克拉克(Clarke,1964)和怀特(Wright,1964)提出的。
“先求得一个初始解,计算出初始路径与较短路径的差值(即节约值),把这些节约值按从大到小排序,然后依次判断每个节约值对应的两个需求点是否满足已设定的条件和要求,如果满足则作为一条最优路径,直到所有的需求点全部都被加入了路径为止[44]”,这就是该算法的基本原理。
但在这个过程中经常会要受到车辆载重、运力有限与时间窗等因素的约束,但如果将此方法运用较好则可以有效地提高车辆利用率。
目前节约算法已被学者们做了些改进,并进行了深入研宄,例如崔宏志、龚加安(2011)[18]等;陈功玉(2008)[19]等;葛玉玺(2011)[52];陈锋(2012)[57]都在加入时间窗约束的条件下运用节约算法对最优路径进行了探索。
(2)邻接算法(NearestNeighbor)。
该算法的基本原理是:
以一条只含一个需求点(此需求点一般选取离配送中心最近的点)的路径作为初始解,通过在未加入到此路线的点中寻找可以放入的点,并确定好该路线的终点,最终形成一条完整的路径使配送总成本最小;其中新的加入点必须保持路线的可行性,此算法是一种序列构造线路法。
(3)插入算法(Incrementalinserting)。
它是在邻接算法与节约算法的基础上加以改进并进行融合,它
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