多商品物流网络设计相关优化模型及算法研究

论文摘要

物流网络是物流过程中相互联系的组织与设施的集合。企业物流系统的效率直接取决于企业物流的网络结构，同时，企业物流系统的优劣也在一定程度上反映了企业的市场竞争能力与综合管理水平。因此，物流网络作为物流活动主要的开展形式，受到了越来越多的关注。物流网络设计问题也一直被认为是物流系统设计的关键问题之一。我国企业物流的发展与国外相比显得明显薄弱，在这种情况下，研究物流网络构造设计与优化就显得尤为紧迫和重要。在过去几十年间，物流网络的优化设计问题得到了广泛的研究，并取得了丰富的研究成果。本文首先对物流网络设计问题的特点、分类及其相关优化模型和求解算法的研究现状等，做一个比较详细的介绍，并在总结前人的研究成果的基础上，进一步研究了多商品流下的物流网络设计的相关优化问题。本论文所研究的多商品流物流网络设计问题，不仅包含了现在得到广泛研究的设施选址问题，同时也对国内外目前研究非常少的物流节点内部总体布局规划进行了相应的优化研究。论文首先针对物流网络设计的共性，基于改进后的模拟退火算法，提出了新的邻域结构生成方法，同时设计了具有通用性质的组合模拟退火算法框架，最后使用大量的标准测试问题对其进行验证，并将其计算结果与相关文献中其它算法的计算结果进行比较，结果表明，组合模拟退火算法不仅能够求取物流网络设计问题的高质量的解，而且其算法收敛速度较其它算法要快。同时，该算法具有极大的通用性，即当相应优化模型的约束条件增加或减少时，算法并不需要做很大改动。将物流网络设计问题作为单一商品流下固定为三层或四层的设施选址问题，目前已经得到了大量的研究，而对于更多层次的物流网络的优化设计，则较少有文献涉及。但是现在随着经济的全球化发展，企业的经营范围不断增大，带来的直接影响就是企业的供应链越来越长，相应的企业物流网络的结构也会被拉长。针对这种情况，本文第四章提出了有能力约束的多商品流下多级物流网络设计的优化模型，该模型可以描述一般性的多商品流多级物流网络的优化设计问题，并使用本文所提出的组合模拟退火算法进行问题的求解和分析。计算表明，模型和算法所求的结果正确合理，同时算法能在较短时间内收敛到最优解，而且相对于随机给定的初始解，算法所求的结果均有相对35.45％～81.96％的费用节省，同时还考察了各种影响因素对系统总费用的影响程度大小。此外，目前在物流网络设计问题中，往往将库存决策与设施选址决策割裂开来，分别单独进行研究，而实际上，库存与设施选址都是物流网络设计的一个方面，是相互影响和相互作用的，针对这种局限性，论文在第五章提出了考虑库存决策和客户随机需求的多商品流下物流网络设计问题，并提出了一个能同时描述了库存决策和设施选址决策的优化模型。最后使用组合模拟退火算法对其就行求解分析，结果表明，算法很快能收敛到最优解，而且相对于随机给定的初始解，算法所求的结果均有16.82％～31.72％的节省，而且通过分析，我们可以发现此类物流网络优化设计中的一些影响因素变化的规律。对于物流节点内部的功能区域面积优化设置问题，是国内外研究较少的问题，而事实上，这个问题是会影响到物流节点整个后期设计的重要问题。此类问题是指在物流节点总的建设面积受到限制的前提下，其内部规划要求合理分配各个功能区域处理的货物种类及数量，并据此科学的确定物流节点内各区域的面积，从而使总的处理费用最小化。根据物流节点内部各个功能区域的作用，将其内部物流描述为八种典型的货流，在此基础上建立了相应的优化模型，并根据前面的组合模拟退火算法思想，设计了相应的优化算法进行求解分析。计算结果表明，采用该优化方法运算快捷，结果正确合理，同时还分析了模型中的主要变量的变化对系统目标函数的影响程度大小，从而为此类的物流节点内部规划提供了科学的指导依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景以及研究内容
• 1.2 物流网络设计概述
• 1.2.1 物流网络的概念
• 1.2.2 物流网络内涵
• 1.2.3 物流网络构成
• 1.2.4 影响物流网络设计的因素
• 1.2.5 物流网络费用分析
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 设施选址的优化模型研究现状
• 1.3.2 物流网络设计问题的算法研究现状
• 1.4 现有研究的局限性
• 1.5 论文结构
• 第二章 离散型设施选址问题的算法框架研究
• 2.1 离散型设施选址问题的一般模型
• 2.2 SSA算法的基本原理
• 2.3 物理退火过程和Metropolis准则
• 2.4 SSA的基本思想和步骤
• 2.5 SSA的退火计划表
• 2.5.1 解的形式和邻域函数
• 2.5.2 温度参数的控制
• 2.5.3 Metroplics收敛准则
• 2.5.4 算法终止准则
• 2.6 SSA算法的改进措施
• 2.6.1 SSA存在的缺陷
• 2.6.2 SSA算法的改进
• 2.7 物流网络设计的CSA算法框架设计
• 2.7.1 外层优化算法的邻域构造
• 2.7.2 内层优化算法的邻域构造
• 2.7.3 CSA算法框架设计
• 2.8 基准问题测试分析
• 2.8.1 Beasly测试问题
• 2.8.2 Ghosh测试问题
• 2.9 本章小结
• 第三章 多级多商品物流网络优化设计
• 3.1 问题的提出
• 3.2 变量定义及假设
• 3.3 费用分析
• 3.4 多商品流下多级物流网络设计的优化模型
• 3.4.1 约束条件
• 3.4.2 优化模型
• 3.5 CSA算法框架的参数设置
• 3.6 算例分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 考虑随机需求和库存决策的多商品物流网络优化设计
• 4.1 问题的提出
• 4.2 库存策略选择
• 4.3 假设和变量定义
• 4.4 费用分析
• 4.5 优化模型的建立
• 4.6 CSA算法框架的参数设置
• 4.7 算例分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 限制条件下的物流节点内部功能区域面积优化
• 5.1 物流节点功能及其功能区域
• 5.2 问题的提出及分析
• 5.3 符号说明
• 5.4 优化模型的建立
• 5.5 求解算法
• 5.6 算例分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 本文的主要研究工作及结论
• 6.2 展望以及需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 附件1 多商品多级物流网络算例数据
• 附件2 考虑库存决策和随机需求的多商品流物流网络设计算例数据
• 致谢
• 攻读博士学位期间取得的成果