物流中心選址問題研究

物流中心選址問題研究 5.物流中心選址問題的研究現(xiàn)狀5.1選址問題的程序和步驟5.2選址問題的早期研究5.30-1整數(shù)規(guī)劃方法選址5.4單設(shè)施選址5.5多設(shè)施選址5.6動態(tài)設(shè)施選址5.7零售/服務(wù)設(shè)施選址5.8小結(jié)什么是物流中心選址問題？內(nèi)容：物流中心選址是指在一個具有若干供應(yīng)點及若干需求點的經(jīng)濟區(qū)域內(nèi)，選一個地址設(shè)置物流中心的規(guī)劃問題。目標：使商品通過物流中心的匯集、中轉(zhuǎn)、分發(fā)直到輸送到需求點的全過程效益最好。什么是物流中心選址問題？方法：一般是通過成本計算，也就是將運輸費用、配送費用及物流設(shè)施費用模型化，采用約束條件及目標函數(shù)建立數(shù)學(xué)公式，從中尋求費用最小的方案。5.1選址問題的程序和步驟

進行物流中心選址時，可以分成如下的7個步驟：（1）：選址約束條件分析（2）：搜索整理資料（3）：地址篩選（4）：定量分析（5）：結(jié)果評價（6）：復(fù)查和確定選址結(jié)果選址約束條件分析：

（1）：需求條件

顧客現(xiàn)在分布，未來分布預(yù)測，貨物作業(yè)量的增長率及物流區(qū)域分析（2）：運輸條件北京市的四道口蔬菜、果品配送重心就建在鐵路貨運站旁邊，并且近靠公路。（3）：配送服務(wù)的條件向顧客報告到會時間、發(fā)送頻率、根據(jù)供貨時間計算的從顧客到物流重心的距離和服務(wù)范圍等（4）：用地條件（5）：法規(guī)制度收集整理資料

為正確構(gòu)造優(yōu)化模型必須：（1）掌握業(yè)務(wù)量

①工廠到物流中心之間的運輸量

②向顧客配送的貨物數(shù)量③物流中心保管的貨物數(shù)量（2）掌握費用

①工廠至配送中心之間的運輸量

②物流中心到顧客之間的配送費③與設(shè)施、土地有關(guān)的費用及人工費、業(yè)務(wù)費等①②兩項費用，隨著業(yè)務(wù)量和運送距離的變化而變動，所以必須對每一噸公里的費用進行分析（成本分析）；③項包括可變費用和固定費用，可以根據(jù)可變費用和固定費用之和進行成本分析選址很重要，但是很困難！

（1）：選址因素相互矛盾。例如：利于配送的地方能較多地接受業(yè)務(wù)，但常常地價貴、租金高。（2）：不同因素的相對重要性很難確定和度量。（3）：判斷的標準會隨著時間的變化而變化，現(xiàn)在認為好的選址，過幾年就不一定是好的選址了。家樂福的選址－對物流中心選址的啟發(fā)家樂福1995年進入中國市場后，短時間內(nèi)在相距甚遠的北京、上海和深圳三地開了大賣場，這是因為可以對立地發(fā)展出自己的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)家樂福自己的統(tǒng)計，從中國本地購買的商品占了商場里所有商品的95%以上，僅2000年采購金額就達15億美元。除了已有的上海、廣東、浙江、福建及膠東半島等各地的采購網(wǎng)絡(luò)，家樂福還將分別在中國的北京、天津、大連、青島、武漢、寧波、廈門、廣州及深圳開設(shè)區(qū)域采購網(wǎng)絡(luò)。家樂福(Carrefour)的法文意思是“十字路口”，而家樂福的選址也不折不扣地體現(xiàn)這一標準－－所有的都開在十字路口。店址的選擇，其背后精密和復(fù)雜的計算，將令行業(yè)外的人士大吃一驚。第一，測算商圈內(nèi)的人口消費能力。中國目前沒有現(xiàn)成的資料（GIS人口地理系統(tǒng)）可資利用，所以店家不得不借助市場調(diào)研公司的力量來收集這方面的信息。有一種做法是以某個原點出發(fā)，測算5分鐘步行會到什么地方，然后是10分鐘步行會到什么地方，最后是15分鐘會到什么地方。根據(jù)中國的本地特色，還需要測算以自行車出發(fā)的小片、中片和大片半徑，最后是以車行速度來測算小片、中片和大片各覆蓋了什么區(qū)域。如果有自然分隔線，如一條鐵路線，或是另一個街區(qū)有一個競爭對手,商圈的覆蓋就需要依據(jù)這種邊界進行調(diào)整。然后，需要對這些區(qū)域進行進一步的細化，計算這片區(qū)域內(nèi)各個居住小區(qū)的數(shù)量和密度、年齡分布、文化水平、職業(yè)分布、人均可支配收入等許多指標。家樂福的做法更細致一些，它根據(jù)這些小區(qū)的遠近程度和居民可支配收入，又劃定了重要銷售區(qū)和普通銷售區(qū)域。家樂福的選址－對物流中心選址的啟發(fā)第二，研究這片區(qū)域內(nèi)的城市交通和周邊商圈的競爭情況。如果一個未來的店址周圍有許多的公交車，或是道路寬闊，交通方便，那么銷售輻射的半徑就大為放大。上海的大賣場都非常聰明，例如家樂福古北點周圍的公交線不多，家樂福干脆自己租用公交車定點在一些固定的小區(qū)間穿行，方便這些離得比較遠的小區(qū)居民上門一次性購齊一周的生活用品。當然，未來潛在銷售區(qū)域會受到很多競爭對手的擠壓，所以家樂福也將未來所有的競爭對手計算進去。傳統(tǒng)的商圈分析中，需要計算所有競爭對手的銷售情況，產(chǎn)品線組成和單位面積銷售額等，然后將這些顧及估計的數(shù)字從總的區(qū)域潛力中減去，未來的銷售潛力就產(chǎn)生了。另外，家樂福還對它的顧客進行了詳細分析：顧客中有60%在34歲以下，70%是女性，然后有28%的人走路，45%乘坐公共汽車而來。所以，大賣場可以依據(jù)這些目標顧客的信息來微調(diào)自己的商品線。家樂福的選址－對物流中心選址的啟發(fā) 5.2選址問題的早期研究

早期的選址工作總是以運輸成本為基礎(chǔ)的。盡管大多數(shù)研究是在農(nóng)業(yè)和早期工業(yè)社會條件下進行的，他們所提出的許多概念一直沿用至今。5.2.1地租出價曲線（Bid-RentCurves）韋伯的工業(yè)分類5.2.3胡佛的遞減運輸費率地租出價曲線（Bid-RentCurves）

從宏觀方面可以將選址方法分成兩類：（1）：運輸成本最小化方法（2）：利潤水平最大化方法運輸成本最小化方法是由德國農(nóng)業(yè)學(xué)家杜能（JohannvonThünen）在1875年就農(nóng)產(chǎn)品的倉庫選址問題提出的。

JohannvonThünen的選址模型有兩個假定條件：假定1：農(nóng)產(chǎn)品的銷售價格和生產(chǎn)成本在各個不同的市場上都是相同的.假定2：由于農(nóng)民的利潤為農(nóng)產(chǎn)品的銷售價格減去其生產(chǎn)成本和運輸成本，因而最優(yōu)的選址策略應(yīng)當是使運輸成本最小。杜能（JohannvonThünen）認為，任何經(jīng)濟開發(fā)活動能夠支付給土地的最高地租或利潤是產(chǎn)品在市場內(nèi)的價格與產(chǎn)品運輸?shù)绞袌龅某杀局?。如今，當我們觀察圍繞城市中心環(huán)形分布的零售、居住、生產(chǎn)制造和農(nóng)業(yè)區(qū)時，會發(fā)現(xiàn)這一觀點仍然適用。那些能夠支付最高地租的經(jīng)濟活動將分布在距離城市中心最近的地區(qū)以及主要運輸樞紐的周邊地帶。在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動就可能如圖那樣從市場向外布局 5.2選址問題的早期研究

韋伯（Weber）的工業(yè)分類韋伯（Weber）在1909年提出：對于使重量減少的生產(chǎn)過程（產(chǎn)成品重量小于原材料的重量），最好工廠建在距原材料處近些。對重量增加的生產(chǎn)過程，最好將工廠建在距市場近的地方以減少運輸費用。對于沒有重量損失的原材料選址可建立在任何合適的地方。（1）鋼鐵廠煉鋼——最好工廠建在距原材料處近些（2）飲料廠裝罐——工廠建在距市場近的地方。（3）裝配線生產(chǎn)——成品重量是裝配過程中使用的所有零部件重量之和

胡佛的遞減運輸費率胡佛觀察到：運輸費率隨著距離的增加，增幅下降。如果運輸成本是選址的主要決定因素，要使內(nèi)向運輸與外向運輸?shù)目偝杀咀钚?，位于原料產(chǎn)地和市場之間的設(shè)施必然可以在這兩點之中找到運輸成本最小的點。 5.30-1整數(shù)規(guī)劃方法選址

5.3.10-1整數(shù)規(guī)劃方法選址問題的提出5.3.2引入0-1變量的實際問題構(gòu)造相關(guān)的模型：5.4單設(shè)施選址（SingleFacilityLocation）

5.4.1一般的單設(shè)施選址模型隨著應(yīng)用數(shù)學(xué)和計算機的普及，這些方法就不再只是理念上的方法，而更多是數(shù)學(xué)上的方法。單設(shè)施選址模型可用來為工廠、車站、倉庫或零售/服務(wù)設(shè)施選址。因為選址因素只包括運輸費率和該點的貨物運輸量，所以這個方法很簡單。數(shù)學(xué)上，該模型可被歸為靜態(tài)連續(xù)型選址模型。單一設(shè)施選址問題的例子：（1）為現(xiàn)有的工廠或市場建一新的倉儲中心為當前市場服務(wù)（2）在工廠內(nèi)確定機器器具位置；（3）建立一個區(qū)域性機場為幾個城市服務(wù)問題定義如下：給出現(xiàn)有設(shè)施位置、新設(shè)施和現(xiàn)有設(shè)施之間的運輸量，確定使總運輸費用最小的最優(yōu)選址方案。(運輸費用是以運輸距離乘以運輸量來確定的)。1直角選址模型當考慮的問題是一個工廠、倉庫或城市時，根據(jù)線路結(jié)構(gòu)，物質(zhì)移動以直角形式進行時最適合此模型?，F(xiàn)有設(shè)施坐標（，）和新設(shè)施坐標（，），它們之間的直角距離為，定義如下：（1）當有個現(xiàn)有設(shè)施時，每個舊設(shè)施和新設(shè)施有一流量使總位移最小的新設(shè)施選址問題可表示如下：（2）(2)式可重寫為(3)式，即將問題分解成兩個單獨最小化問題得(4),(5)式：（3）（4）（5）2歐幾里德選址模型（精確重心法）

當考慮的問題是一個地區(qū)、國家、或一個城市，且物體沿可修改的歐幾里德距離表示的直線運動。現(xiàn)有設(shè)施與新設(shè)施之間的距離被定義為：（6）其中是將歐氏距離變?yōu)閷嶋H距離的轉(zhuǎn)換因子，它依賴于區(qū)域的實際調(diào)查情況。個現(xiàn)有設(shè)施，每個現(xiàn)有設(shè)施同新設(shè)施間有一流量，使總移動費用最小的新設(shè)施選址模型可表示為：（7）上式中，為到位置的單位運輸費用。（7）式的最小化問題可以用簡單的求導(dǎo)來解決。對和各求偏導(dǎo)，令它們?yōu)?，得，2歐幾里德選址模型（精確重心法）（續(xù)）

（8）（9）這里代表新設(shè)施和現(xiàn)有設(shè)施之間的距離，可用（6）式計算。因為新設(shè)施位置未知，解決此問題可用迭代方法，迭代方法能保證收斂到最優(yōu)值。因式（8）、（9）和計算機器重心的公式相似，這種方法也被稱為重心法，其迭代步驟為：2歐幾里德選址模型（精確重心法）--算例

某公司由兩個工廠向物流中心供貨，由物流中心供應(yīng)三個零售點，各個設(shè)施的相應(yīng)位置可以參見示意圖，貨物運輸量和運輸費率見下表，試用重心法找出運輸成本最小的物流中心位置2歐幾里德選址模型（精確重心法）--算例

地點總運輸量運輸費率坐標P120000.05038P230000.05082M125000.07525M210000.07564M315000.07588按照解題步驟：

?X=5.16,Y=5.18采用VC做一個簡單的程序Dp1Dp2Dm1Dm2Dm3AB5.1605.1803.5524.2643.1651.4484.0025.1455.0573.6424.1823.1461.3594.1005.0565.0093.6294.2103.0561.3824.1975.0105.0093.6044.2423.0101.4134.2294.9965.0193.5884.2592.9961.4304.2324.9965.026通過迭代得到的計算結(jié)果2歐幾里德選址模型（精確重心法）——優(yōu)缺點優(yōu)點：此類方法不限于在特定的備選地點進行選擇，靈活性較大。缺點：（1）：由于自由度較大，由迭代計算求得的最佳地點實際上往往很難得到。因為，所選地址可能位于河流、湖泊中間或街道中間，還有的地點可能在自然條件不容許選用的地方等。（2）：另外，從所選設(shè)施地點（如物流中心）向需求點發(fā)送，被認為都是直線往復(fù)的運輸，這也是不符合實際的。實際上，多數(shù)情況是一輛車巡回于數(shù)個零售店之間，而且通常要考慮實際的道路距離，這就使這種方法的求解相當復(fù)雜。這也是這種方法的另一缺點。3加權(quán)因素分析這種方法既可考慮影響設(shè)施選址的定量因素也可考慮定性因素，但在分析之前需要確定一系列候選地點。3加權(quán)因素分析——影響地點選擇的主要因素分類因素費用結(jié)構(gòu)土地費用建筑費用稅收、保險及其它法律規(guī)定分區(qū)規(guī)劃租借條款地方商業(yè)規(guī)章人口統(tǒng)計人口基數(shù)收入狀況勞動力供給交通運輸運輸類型及流量運輸方式到達車站或港口的方便程度零售結(jié)構(gòu)競爭對手附近商店的類型備選地點特征停車的方便性建筑物的狀況從其它主要街道看此地的能見度5.3.2單設(shè)施選址模型的推廣精確重心法的連續(xù)選址特性和其簡單性使其不論是作為一個選址模型，還是作為更復(fù)雜方法的子模型都很受歡迎，也鼓舞著研究者拓展模型的功效。精確重心模型有許多推廣模型，其中主要有：考慮客戶服務(wù)和收入，解決多設(shè)施選址問題，引入非線性運輸成本等。5.3.3對單設(shè)施選址問題的評述沒有任何模型具有某一選址問題所希求的所有特點，也不可能由模型的解能夠直接導(dǎo)出最終決策，或者說管理人員只需把選址問題委托給分析人員就高枕無憂了。因此，我們只能希望這些模型可以提供指導(dǎo)性解決方案。有效利用這些模型不僅需要我們充分認識其優(yōu)勢，還需要了解其缺陷。這些單設(shè)施選址模型的優(yōu)點—他們有助于尋找選址問題的最優(yōu)解，而且因為這些模型能夠充分真實地體現(xiàn)實際問題。模型的缺點：選址模型的結(jié)果有可能失實。但主要看問題的敏感程度，比如化了假設(shè)條件。 5.5多設(shè)施選址5.5.1精確法（ExactMethods）5.5.2多重心法（MultipleCenter-of-GravityApproach）5.5.3混合-整數(shù)規(guī)劃（Mixed-IntegerProgramming）5.5.4模擬法（SimulationMethods）5.5.5鮑摩-瓦爾夫模型法對大多企業(yè)而言，其面臨的問題往往是必須同時決定兩個或多個設(shè)施的選址，雖然問題更加復(fù)雜，卻更接近實際情況。多設(shè)施選址問題很普遍，因為除了非常小的公司以外，幾乎所有公司的物流系統(tǒng)中都有一個以上的倉庫。由于不能將這些倉庫看成是經(jīng)濟上相互獨立的，而且可能的選址布局方案相當多，因而問題十分復(fù)雜。5.5.1精確法（ExactMethods）含義：精確法是指這樣一些方法，這些方法能夠保證得到選址問題的數(shù)學(xué)最優(yōu)解，或者至少是精確度已知條件下的解。優(yōu)勢：精確法在許多方面堪稱解決選址問題的理想方法。微積分和數(shù)學(xué)規(guī)劃模型即屬于該類方法。劣勢：該方法將導(dǎo)致計算機運行時間很長，要求的內(nèi)存空間巨大，且在適用于實際問題時會有一些問題的定義不太準確。5.5.2多重心法（MultipleCenter-of-GravityApproach）精確重心法是一種以微積分為基礎(chǔ)的模型，用來找出起訖點之間使運輸成本最小的中介設(shè)施的位置。如果要確定的點不止一個，就有必要將起訖點預(yù)先分配給位置待定的設(shè)施。這就形成了個數(shù)等于待選址設(shè)施數(shù)量的許多起訖點群落。隨后，找出每個起訖點群落的精確重心點。針對設(shè)施進行起訖點分配的方法很多，尤其是在考慮多個設(shè)施及問題涉及眾多起訖點時。方法之一是把相互間距離最近的點組合起來形成群落，找出各群落的重心位置，然后將各點重新分配到這些位置已知的設(shè)施，找出修正后的各群落新的重心位置，繼續(xù)上述過程直到不再有任何變化。這樣完成了特定數(shù)量設(shè)施選址的計算。該方法也可以針對不同數(shù)量的設(shè)施重復(fù)計算。如果能夠評估所有分配起訖點群落的方式，那么該方法是最優(yōu)的。盡管如此，就實際問題的規(guī)模而言，在計算上卻是不現(xiàn)實的。即便預(yù)先將大量顧客分配給很少的幾個設(shè)施，也是一件極其龐雜的工作。因此還需要使用其他方法。5.5.3混合-整數(shù)規(guī)劃（Mixed-IntegerProgramming）（1）混合整數(shù)線性規(guī)劃它是商業(yè)選址模型研究較多，也很受歡迎的方法。優(yōu)勢：混合-整數(shù)線性規(guī)劃法能夠把固定成本以最優(yōu)的方式考慮進去。劣勢：其代價也相當可觀。除非利用個別問題的特殊屬性，否則計算機運行的時間將很長，需要的內(nèi)存空間也非常大。5.4.3混合-整數(shù)規(guī)劃（Mixed-IntegerProgramming）（2）混合整數(shù)雙層規(guī)劃模型傳統(tǒng)的單層混合整數(shù)規(guī)劃選址模型，或者只考慮客戶的需求量在某一個物流中心滿足的情況，即每個客戶只能由唯一的一個物流中心服務(wù)，或者只考慮在總費用最小情況下的配送方案，而不考慮客戶的選擇行為。而在現(xiàn)代物流體系中，顧客的需要被放到了首位，在研究選址問題時也不應(yīng)例外。而雙層規(guī)劃模型就可以反映客戶的這種選擇行為。陸化普和王超（2001）應(yīng)用雙層規(guī)劃對物流中心的選址問題進行了描述，上層規(guī)劃為一混合整數(shù)規(guī)劃用來描述政府的宏觀行為，根據(jù)貨車數(shù)量來確定物流中心的選址地點。下層規(guī)劃用來描述物流中心使用者的微觀行為，為多種類車輛分配問題，分配時遵循多種類車輛平衡原則。上述模型應(yīng)用非數(shù)值算法（遺傳算法）進行了求解。5.4.4模擬法（SimulationMethods）針對實際選址問題得到的最優(yōu)解不好或不可行，可以采用模擬的方法進行評判。在模擬方法中，問題的復(fù)雜性及各種變量之間的相關(guān)關(guān)系用一些公式進行建模，模型的輸入用概率分布進行描述，然后運行模擬模型來模仿實際系統(tǒng)的運行狀態(tài)及其隨時間變化的過程，并通過對模擬運行過程的觀察和統(tǒng)計得到被模擬系統(tǒng)的輸出參數(shù)和基本特性，以此估計和推斷實際系統(tǒng)的真實參數(shù)和性能。模擬模型與算術(shù)選址模型不同，它要求分析員或管理人員必須明確網(wǎng)絡(luò)中需要的特定設(shè)施。根據(jù)被挑選出來等待評估的個別設(shè)施及其分配方案判斷這是最優(yōu)的，還是接近最優(yōu)的選址方式。5.4.5鮑摩-瓦爾夫模型法如圖所示從幾個工廠經(jīng)過幾個物流中心向用戶輸送貨物。對此問題一般只考慮運費為最小的物流中心的選址問題。如何構(gòu)造求解算法？求解思路：首先，給出費用的初始值，求初始解；然后，進行迭代計算，使其逐步接近費用最小的運輸規(guī)劃。轉(zhuǎn)化成為一個運輸問題鮑摩－瓦爾夫模型的優(yōu)缺點模型的優(yōu)點：（1）計算簡單（2）能評價流通過程中的總費用（3）能求解物流中心的通過量，即決定物流中心規(guī)模的目標（4）根據(jù)物流中心可變費用的特點，可以采用大批量進貨的方式鮑摩－瓦爾夫模型的優(yōu)缺點模型的缺點：（1）由于采用逐次逼近方法，不能保證必然會得到最優(yōu)解（有時求出的最優(yōu)解中可能出現(xiàn)物流中心數(shù)目較多的情況）（2）物流中心的固定費用沒有在所得解中體現(xiàn)出來。 5.6動態(tài)設(shè)施選址在有些情況下，選址決策是動態(tài)的。原因：由于從某一階段到下一階段對現(xiàn)有設(shè)施的需求不同、新設(shè)施能力不同或新設(shè)施的運行費用不同而造成的。在動態(tài)情況下，必須對新設(shè)施重新選址來滿足變化了的費用結(jié)構(gòu)及其它需求。出現(xiàn)的問題：將會導(dǎo)致花費過大，這些費用包括在舊址