基于gis的配送中心選址模型研究

基于gis的配送中心選址模型研究

0配送中心布局的確定配送中心是一家以開展銷售和實物銷售為主要功能的流通中心。在整個物流系統(tǒng)中,配送中心在系統(tǒng)中的位置,是提高整個系統(tǒng)的運行水平。為了降低流通成本,提高流通效率,科學(xué)地建立配送中心,是市場競爭的必然結(jié)果。配送中心的分布,對現(xiàn)代物流活動有很大的影響,配送中心合理的選址能夠減少貨物運輸費用,從而大幅度地降低運營成本,同時由于城市中不同地點的地價差別很大,合理地選擇配送中心地點也將大大減少配送中心的建造成本。為了實現(xiàn)配送中心的合理分布,必須規(guī)劃配送中心的布局,也就是要根據(jù)物流現(xiàn)狀和預(yù)期發(fā)展,在特定條件下確定配送中心的地址。配送中心選址的研究已經(jīng)開展了相當(dāng)長的時間,已經(jīng)形成一些常規(guī)的選址模型,包括離散選址模型和連續(xù)選址模型。目前,國內(nèi)外對該問題的研究主要有兩個方向:(1)從不同的角度,考慮不同的影響因素對現(xiàn)有模型的改進。如:文獻(xiàn)通過在多品種商品,多設(shè)施選址框架下引入像存貨費用、定貨費用和運輸費用這幾種物流成本對傳統(tǒng)選址模型進行了拓展;文獻(xiàn)在充分考慮客戶的選擇行為的基礎(chǔ)上,在已有多個相互競爭的物流配送中心存在的情況下,提出了為獲得最大利潤,獲取最大市場占有量的物流配送中心的選址模型。(2)引入新的分析方法,建了新的模型。如:文獻(xiàn)提出使用權(quán)重因素分析方法把定量數(shù)據(jù)和定性比率結(jié)合起來進行選址的方法。文獻(xiàn)應(yīng)用Hopfield人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行物流配送中心選址優(yōu)化,其有效地解決了物流配送系統(tǒng)中紛繁復(fù)雜的線路優(yōu)化組合問題,為企業(yè)有效地配送決策提供了一種有效手段。地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)作為地理數(shù)據(jù)獲取、存儲、分析、處理等的工具,將多種地理數(shù)據(jù)以不同層次聯(lián)系構(gòu)成現(xiàn)實世界模型,具有強大的空間數(shù)據(jù)管理、地理分析和空間分析的能力。物流具有空間尺度和空間特征的性質(zhì)是GIS技術(shù)與物流管理技術(shù)集成的基礎(chǔ)。地理信息系統(tǒng)在物流管理中的具體應(yīng)用主要包括車輛路線模型、網(wǎng)絡(luò)物流模型、分配集合模型、設(shè)施定位模型、物流資源查詢、基礎(chǔ)服務(wù)平臺的作用。GIS應(yīng)用于物流,從根本上改變傳統(tǒng)物流的管理方式和分析模式,具有廣闊的應(yīng)用前景。本文把網(wǎng)絡(luò)分析方法應(yīng)用于配送中心選址的研究,是配送中心選址方法的一個創(chuàng)新。1網(wǎng)絡(luò)分析的模型網(wǎng)絡(luò)分析則是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)通過考察網(wǎng)絡(luò)元素的空間及屬性數(shù)據(jù),以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ),對網(wǎng)絡(luò)的性能特征進行多方面的一種分析計算。網(wǎng)絡(luò)分析包括最短路徑分析、資源配置、等時性問題等等,但在進行網(wǎng)絡(luò)分析時,還要根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò),建立起相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分析模型。這里,所謂網(wǎng)絡(luò)模型,是指將現(xiàn)實中的地理網(wǎng)絡(luò)實體,抽象化為網(wǎng)絡(luò)圖論理論中的網(wǎng)絡(luò)圖,并通過圖論中的網(wǎng)絡(luò)分析來實現(xiàn)地理網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化問題。2p中心模型的建立P中心的定位分配問題可以表述為:在m個候選點中選擇p個供應(yīng)點為n個需求點服務(wù),使得為這幾個需求點服務(wù)的總距離(或時間、費用)最少。假設(shè)ωi記為需求點i的需求量,dij記為從候選點j到需求點i的距離,則可記為:min(n∑i=1m∑j=1aijωidij)并滿足:m∑j=1aij=1,i=1,2,…,nm∑j=1(m∏i=1aij)=p,p≤m≤n其中aij是分配系數(shù),如果需求點i受供應(yīng)點j的服務(wù),則其值為1;否則為0,即:aij={1?i由j服務(wù)0?其他上述兩個約束條件是為了保證每個需求點僅受一個供應(yīng)點服務(wù),并且只有p個供應(yīng)點。因此,所有p中心問題的解都表現(xiàn)為以下三條性質(zhì)(對全局的解這些只是必要而非充分的):(1)供應(yīng)點都位于其所服務(wù)的需求點的中央;(2)需求點都分配給與之最近的供應(yīng)點;(3)的解集中移去一個供應(yīng)點并用一個不在解集中的候選點代替,會導(dǎo)致目標(biāo)函數(shù)值得增加。一般有兩種基本的方法可以用于P中心的模型求解:最優(yōu)化法和啟發(fā)式方法。從上面的模型中,可以看出P中心選址模型的一個明顯缺陷是每個需求點僅受一個供應(yīng)點服務(wù)這個約束條件。在現(xiàn)實生活中,供應(yīng)點數(shù)量眾多,每個需求點可以選擇單一供應(yīng)點或供應(yīng)點的組合來為其服務(wù)以滿足其需求。此外,模型中目標(biāo)函數(shù)考慮的因素單一,即只考慮了運輸費用。而現(xiàn)實中選址涉及的費用眾多,要達(dá)到選址的目的,不能忽略他們的影響。P中心選址模型的上述缺點是我們在應(yīng)用此模型時應(yīng)該注意到的問題?，F(xiàn)實研究中,我們應(yīng)該根據(jù)實際情況對此模型進行修正和擴展。3模型的構(gòu)建3.1配送中心選址模型在現(xiàn)實物流系統(tǒng)中,單個配送中心的選址規(guī)劃是很少的,而大量存在的是多個配送中心的選址?？紤]到實際中配送商品的多樣性,本文所研究的是多個配送中心多品種的選址決策問題。配送中心的數(shù)量對運輸費用以及總費用產(chǎn)生影響,隨著配送中心數(shù)量的增加,運輸距離縮短,運輸成本降低,配送中心的建造成本上升。但是,配送中心數(shù)量增加到一定量的時候,由于單個訂單的數(shù)量過小,增加了運輸頻次,從而造成運輸成本的增加。因此,本文的選址問題不僅要確定配送中心的位置,還要確定配送中心的數(shù)量以及供需關(guān)系。在本文的選址研究中,有M個資源點為配送中心提供服務(wù),有N個用戶接受配送中心服務(wù);商品的供需關(guān)系和流動情況形成了整個物流配送系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如圖1),其中資源點和用戶的數(shù)量和位置是固定的。通過對運輸費用、配送中心建造費用、商品的倉庫保管費用、處理費用的最小化求出資源點與配送中心、配送中心與用戶的供需關(guān)系,從P個候選點中選出若干個配送中心,從而完成選址問題的求解。本模型具有以下特征:(1)針對不同商品性質(zhì)的差異性,選取了不同的保管、處理費率;(2)針對不同道路狀況的差異性,選取了不同的運輸費率;(3)考慮了服務(wù)水平;(4)考慮了配送中心建造成本與運輸費用的平衡。3.2配送中心j與資源點的關(guān)系minR=Μ∑i=1Ρ∑j=1Ο∑g=1Xijg?Cijg?Lij?Ζij+Ρ∑j=1Ν∑k=1Ο∑g=1Yjkg?Ejkg?Skj?Wkj+Ρ∑j=1Fj?fi+Μ∑i=1Ρ∑j=1Ο∑g=1tg?Xijg+Μ∑i=1Ρ∑j=1Ο∑g=1bg?Xijg(1)約束方程為:Ρ∑j=1fi·Wkj≥1k=1,2,…,N(2)Ρ∑j=1fj·Zij≥1i=1,2,…,M(3)Ρ∑j=1Xijg≤Aigi=1,2,…,M;g=1,2,…,O(4)Ρ∑j=1Yjkg≥Bkgk=1,2,…,N;g=1,2,…,O(5)Μ∑i=1Xijg=Ν∑k=1Yjkgj=1,2,…,P;g=1,2,…,O(6)0≤Μ∑i=1Ο∑g=1Xijg-Ufi≤0g=1,2,…,O(7)0≤Ο∑g=1Yjkg-UWkj≤0j=1,2,…,P;k=1,2,…,N(8)0≤Ο∑g=1Xijg-UZij≤0j=1,2,…,P;i=1,2,…,M(9)0≤Μ∑g=1Yjkg≥Qk·Wkjj=1,2,…,P;k=1,2,…,N(10)Μ∑i=1Ρ∑j=1Ο∑g=1Xijg≥Ρ∑j=1Ν∑k=1Ο∑j=1Yjkg(11)Xijg,Yjkg≥0j=1,2,…,P;k=1,2,…,N;i=1,2,…,M;g=1,2,…,O(12)fi={1配送中心j被選中0配送中心j被淘汰j=1,2,??Ρ(13)Ζij={1配送中心j與資源點i存在供需關(guān)系j=1,2,??Μ；0配送中心j與資源i不存在供需關(guān)系j=1,2,??Ρ(14)Wkj={1用戶k與配送中心j存在供需關(guān)系j=1,2,??Ρ；0用戶k與配送中心j不存在供需關(guān)系k=1,2,??Ν(15)式中:M為資源點數(shù)量(單位:個);P為配送中心網(wǎng)站點數(shù)量(單位;個);N為用戶數(shù)量(單位:個);O為商品種數(shù)(單位:種);R為物流系統(tǒng)總費用(單位:元);U為相當(dāng)大的正數(shù);i為第i個資源點i∈[1,M];j為第j個配送中心j∈[1,P];k為第k個用戶k∈[1,N];g為第g種商品g∈[1,O];Xijg為配送j從資源點i進g種商品的數(shù)量(單位:噸);Yjkg為用戶k從配送中心j進g種商品的數(shù)量(單位:噸);Cijg為資源點i到配送中心j運輸單位g種商品的費用(單位:元/噸·公里);Ejkg為配送中心j到用戶k運輸單位g種商品的費用(單位:元/噸·公里);Lij為資源點i到配送中心j的距離(單位:公里);Sjk為配送中心j到用戶k的距離(單位:公里);Aig為資源點i第g種商品的供應(yīng)總量(單位:噸);Bkg為用戶k第g種商品的需求量(單位:噸);Fj為配送中心j建造費用(單位:元);Qk為用戶k需求的最低下限(單位:噸);tg為商品g的配送中心管理費率(單位:元/噸);bg為商品g的處理費用率(單位:元/噸);fj為配送中心j是否被選中的決策變量,當(dāng)j被選中時fi=1,否則fi=0;Zij為配送中心j與資源點i是否存在供需要關(guān)系的決策變量,當(dāng)配送中心j與資源點i是存在供需關(guān)系時Zij=1,否則Zij=0;Wkj為配送中心j與用戶k是否存在供需關(guān)系的決策變量,當(dāng)配送中心j與用戶k是存在供需關(guān)系時Wkj=1,否則Wkj=0。本模型考慮了物流配送網(wǎng)絡(luò)的三個階段:資源點到物流配送中心的運輸階段,商品在物流配送中心的儲存和加工階段,以及商品從物流配送中心運輸?shù)礁饔脩舻碾A段。目標(biāo)函數(shù)中總物流費用涵蓋了前后兩個階段的運輸費用、配送中心的建造費用、倉庫的商品保管費用和處理費用。約束條件(2)保證每個用戶至少存在一個配送中心為其服務(wù);約束條件(3)保證每個配送中心至少存在一個資源點為其服務(wù);約束條件(4)保證各資源點調(diào)出的商品總量不大于該資源點的生產(chǎn)、供應(yīng)能力;約束條件(5)保證各個用戶調(diào)運進來的物資總量不小于該用戶的需求量;由于配送網(wǎng)點既不生產(chǎn)物資,也不消耗物資,約束條件(6)保證每個配送網(wǎng)點調(diào)進的商品總量等于調(diào)出的商品總量;約束條件(7)保證被淘汰的候選網(wǎng)點,經(jīng)過它中轉(zhuǎn)的物資數(shù)量為零;約束條件(8)保證當(dāng)配送中心j與用戶k存在供需關(guān)系時,Yjkg=0存在;當(dāng)配送中心j與用戶k不存在供需關(guān)系時,Yjkg=0;約束條件(9)保證當(dāng)配送中心j與資源點i存在供需關(guān)系時,Xijg存在;當(dāng)配送中心j與用戶k不存在供需關(guān)系時,Xijg=0;約束條件(10)保證當(dāng)配送中心j與用戶k存在供需關(guān)系時,商品供貨量不小于Qk;約束條件(11)保證用戶調(diào)運進來的商品總量不大于資源點調(diào)出的貨物總量;約束條件(12)保證商品的數(shù)量非負(fù)。3中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)某市政府欲建造大型物流配送中心,經(jīng)過第一階段篩選,符合條件的候選點有D1,D2。該市有兩個資源點(A1,A2)為配送中心提供商品,有兩個用戶(B1,B2)接受配送中心的服務(wù),在全過程中存在兩種商品(g1,g2)的流動。配送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2,具體參數(shù)如表1所示。本模型可以應(yīng)用Lingo8.0求解。Lingo8.0是一種使用線性和非線性最優(yōu)化方法描述大型問題,求解問題并分析計算結(jié)果的工具。本例計算結(jié)果如下:f1=1;f2=1;Z11=1;Z21=1;Z22=1;W11=1;W22=1;X121=100;X211=130;X212=125;X222=110;Y111=130;Y112=125;Y221=100;Y222=110;R=1933520。4配送中心選址本文提出了一種進行物流配送中心選址的新方法。該方法是以網(wǎng)絡(luò)分析方法中的P中心選址模型