基于TSP约束的城乡一体化物流配送体系的构建

基于TSP约束的城乡一体化物流配送体系的构建朱占峰：基于TSP约束的城乡一体化物流配送体系的构建 技术与方法 doi：l 039694issn1 005-1 52X201 103021 基于TSP约束的城乡一体化物流配送体系的构建 朱 占峰 1,2 (1河南大学 环境与规划学院，河南 开封 475001；2商丘职业技术学院，河南 商丘 476100) 【摘 要】在TSP模型约束下，对城乡一体化物流网络系统进行构建需要政府、行业协会与物流企业三个层面资源的集成。为 使物流网络运营不断优化，必须进行科学评价，并在此基础上适时进行有效整合。 关键词】TSP；城乡一体化；物流网络；物流配送 【中Igl3r);-g-F252 【文献标识码】A 文章编1005152X(2011)03-0063-04 Construction of the Urban-rural Integrated Distribution System Based OH TSP Constraints ZHU Zhanfeng (1School ofEnvironmental Science& Planning，Henan University，Kaifeng475001；2Shangqiu Vocational Technical College，Shangqiu 476100，China) Abstract：Under the constraints of the TSP model，it is argued that the establishment of an urbaorural integrated distribution stem needs efforts on the levels of government，industrial associations，and logistics enterprises and to continuously optimize the logistics network scientific evaluation and timely coordination and integration are necessary Keywords：TSP；urban-rural integration；logistics network；logistics distribution 1 引言 TSP，是 Traveling Salesman Problem的缩写 ，TSP约束是 指在某一区域有若干个节点，在这些节点的众多连线中存在 一 条线路通过每一个节点一次，并且总长度最短。在城乡一体 化发展进程中促成了许多资源要素的整合，尤其是密切连接 城乡的物流配送环节。如何基于 TSP约束在城乡一体化的架 构下合理规划物流节点 、科学优化物流线路、精心设计物流模 式，最终形成城乡一体化架构下的物流配送体系，直接影响着 物流绩效的发挥。 2 TSP约束模型 城乡一体化物流配送体系构建的个重要环节在于物流 线路的选择，物流线路的研究重点在于车辆路线的优化。车辆 路线问题(VRP)最早是由美国学者丹茨格(Dantzig)和拉姆泽 (Ramser)于 1959年首次提出?，目标是面对一定数量的客户， 各 自有不同数量的货物需求 ，配送中心向客户提供货物 ，由一 个车队负责分送货物，组织适当的行车路线，以达到客户需求 的满足，并能在一定的约束下 ，形成诸如路程最短、成本最小、 耗费时间最少等效果。 本文讨论车辆路线问题(VRP)的基础是 TSP模型。Trav cling Salesman Problem(旅行售货商问题)，有时也称为货郎担 问题 、巡回销售员问题。设在某一区域内有 n个物流节点，L 表示节点 i与 j之间线路的长度，若假设变量 x 0或 1(当旅 行商没经过节点 i与 j之间线路时为 0，否则为 1)，则 TSP约 束模型的目标函数可建构为： l' F )=Min L (1 1 l 模型(1)既表示物流配送商经过了某一区域内所有节点 一 次，又显示物流配送商所经过的物流线路最短。 3 城乡一体化架构下的物流网络的形成过程 随着城乡一体化的推进 ，城乡市场间的壁垒在迅速地消 除，代表现代文明水平的城乡配送网络也在加快构建。在这个 大背景下 ，无论是作为政府管理的宏观层面，行业管理的中观 层面，还是企业运营的微观层面，都在调整思路，为物流产业 振兴规划的实施重新布局。 【收稿El期1201 1-02-15 作者简介】朱占峰(1962一)，男，河南虞城人，教授，高级物流师，博士，博士后，主要从事物流与供应链管理 、城市 一区域综合发展研究。 一 63 技术与方法 物流技术2011年第30卷第3期(总第234期) 近几年来，国家为了促进农村流通先后出台了许多政策 法规，如商务部“万村千乡”、“双百市场”、“农超对接”、“信福 工程”、“三绿工程”等，农业部“5520”工程、“信息化村示范工 程”，质量检验检疫总局 “百百万万”工程，全国供销合作总 社的“新网工程”，国家推行的“村村通”系统工程，2009年 5月 23 Et，交通运输部等6部委又联合下发了关于推动农村邮政 物流发展意见，政府的这些优惠政策，无疑是城乡一体化物 流网络构建的基础。 作为行业协会 ，在物流网络构建过程中，已经在以下三个 方面进行了着力。一是在供应链管理环境下，协助政府规划好 整体上的物流节点和线路，通过产业集聚，组织、经营、管理物 流枢纽、物流园区、物流中心等重要节点 ，使物流网络系统布 局到位；二是根据国内外物流产业发展进程和趋势，科学制定 或调整有关物流标准，以指导物流产业的发展 ；三是发挥中 介、咨询、服务功能，帮助第三方物流企业基于TSP约束，以配 送中心为核心，理出本企业的发展重点。 具体到第三方物流企业，是活跃物流市场的骨干元素，是 实现物流功能的操盘手。它们根据自身的核心业务，选择业务 节点，布局城乡市场，在模型(1)的基础上，优化车辆路线，充 分利用公共产品提供最高效的服务。 城乡一体化的物流网络，是政府 、行业、企业三种元素从 不同的角度人手，为了共同的目标 ，发挥各 自的作用，以彰显 “第三利润源泉”效用集成的产物。其模型如图 1： 图 1 政府、行业、企业三力合建物流 网络示意 图 4 城乡一体化架构下物流网络运营评价 绩效评价是现代管理的一个重要环节，对城乡一体化架构 下物流网络运营进行评价 ，可从政府层面、行业层面和企业层 面分别展开。 41 政府层面 政府在城乡一体化架构下物流网络运营过程中的作用主 要是保障物流网络的协调性、均衡性和畅通性等方面。 (1)协同性。城乡一体化物流网络系统的建设是一项浩瀚 64 的工程，政府必须展现魅力使物流行业、物流企业与政府的物 流战略协同，在开发经济效益的同时，发挥 良好的社会效益。 协同的概念是 1971年由联邦德国斯图加特大学教授、著名物 理学家哈肯(Hermann Haken)提出的，1976年他系统地论述了 协同理论，协同论最根本的思想和方法是系统 自主地、自发地 通过子系统的相互作用而产生的系统规则。竞争与合作的方 法是它的重要研究内容，协同学最基本的内涵也是竞争与协 作。协同效应是指由于协同作用而产生的结果，是指复杂开放 系统中大量子系统相互作用而产生的整体效应或集体效应121。 对千差万别的自然系统或社会系统而言，均存在着协同作用 ， 协同作用是系统有序结构形成的内驱力。任何复杂系统，当在 外来能量的作用下或物质的聚集状态达到某种临界值时，子 系统之间就会产生协同作用。 若设城乡一体化物流网络系统中的元素分别为x，x2，?， X ，r(xo表示元素xi产生的效用，F代表整个系统的效用，F代 表系统中各元素的协同效应。令 ： F= > 1 f'、 则，当FI>0时，说明该系统的整体效用大于各元素独立产 生的效用之和，这时，该城乡一体化网络的运营是成功的。否 则，需要对该网络系统进行更新和完善。 (2)均衡性。新中国诞生后常年实行的城乡二元制结构形 成了城乡市场的不均衡性，进入新世纪后，科学发展观施政理 念加快了由城乡二元制走向城乡一体化的步伐，因而，均衡性 是评价城乡一体化物流网络系统运营的又一重要指标。 均衡管理就是通过研究组织或系统内部各要素间的逻辑 关系，及其与外部环境相互间的发展变化规律，把握其均衡关 系和运行机制，使其内外部各要素在质、量和能等方面保持合 理的“度”，在结构方面保持相对稳定，在关系方面保持相互协 调、相互适应，以期实现组织或系统的整体和谐，从而发挥其 最大效能的可持续发展的管理方法。显然，均衡管理是政府的 一 项重要职能。 城乡一体化物流网络系统的均衡性，可用市区和市域的 两个范围内物流需求满足指标来度量。若设 AD表示对物流服 务的总需求，AS表示物流服务的总供给，令： A=AS，、一 (3) AD市区 AD市域 ? 则当无限接近于零时，说明该物流网络系统具有均衡 性。否则，该物流网络系统需要进一步完善。 (3)畅通性。城乡一体化物流网络系统的畅通性表现在信 息系统的畅通和物流线路的畅通两个方面。而物流线路的畅 通又体现在物流节点的高质量连接和物流线路运行的畅通。 城乡一体化首先是交通运输的现代化，没有畅通的物流线路 城乡一体化就无从谈起。 道路和信息系统建设均属于公共产品，其建设和管理是 政府的权利和义务。衡量一个国家或地区的物流发达程度其 干线运输只是一个方面，更重要的方面在于它的支线运输，而 朱占峰：基于TSP约束的城乡一体化物流配送体系的构建 技 术 与方 法 支线运输主要反映在市域内乡村道路上。有些地方在“谁建谁 管”的招牌下，其实等于乡级以下支线处于无人管理的状态。 市区拥堵，乡镇节点每逢集会经营摊位也会堵塞道路，这些屏 障无疑制约了城乡一体化物流网络系统的畅通，需要加以改 善 。 若设 T 为车辆从 i节点到 i节点的正常行驶时间， 为 该型号车辆任意一次通过 ii两节点间的时间，令 ： = 一 (4) 若。约等于零 ，则说明物流网络处于畅通状态。否则，该 网络需要改善。 42 行 业层 面 行业协会在城乡一体化物流网络系统建管过程中的主要 作用可用科学性、先进性、周到性等指标来评价。 (1)科学性。物流行业协会承担着物流标准的制定、修改 与完善的任务，作为专家集聚的场所，物流行业协会把握着物 流产业未来发展的方向，因而城乡一体化物流网络系统的设 计与规划理应由物流行业协会参与意见。 从“j农”问题的提出，到加快城镇化建设，再到推进城乡 一 体化发展，都标志着国家整体文明程度的提升。城乡建设 ， 规划先行，物流节点的选择和物流线路的编织能否成为科学 的体系，反映着行业协会作用发挥的水平。 (2)先进性。经济的全球化加快了我国产业结构的演进和 升级，同时也缩短了产业转移的周期。城乡一体化物流网络的 构建，作为振兴物流产业的基础，能否在物流设施标准化上提 升层次，在一定程度上反映着行业协会物流理念的先进程度。 最近一个时期 ，我国城乡一体化的步伐在某些地区呈“跨 越”态势，并引起了“超现代主义”与“传统农村文化”的强烈碰 撞，在这时 ，对城乡一体化网络的构建是难点同时也是机遇， 考验着行业协会能否以先进的理念作出先进的方案，引领城 乡物流产业的发展，是评价行业协会作用发挥的又一重要指 标。 (3)周到性。物流行业协会的主要职责之一是咨询服务， 能否为政府、为企业、为个人提供周到的服务是衡量物流行业 协会作用发挥 的一个标尺 。物流产业本身就是 一个 复合型服 务产业 ，所以，从事物流行业的人员除了专业知识外更要具备 服务的素质。其服务水平的周到性如何，直接影响着物流网络 系统的运营效率。 周到地服务一方面取决于专家的修养和水平 ，另一方面 来源于对市场的调研和对未来发展走向的预测。国际市场在 瞬息万变，信息的畅通引领着人们的消费观念，在城乡一体化 进程中“渴望得到周到服务”已成为最具有开发潜力的领域， 这正是彰显行业协会角色的重要环节。 43 企业层面 第 方物流企业是使城乡一体化物流网络系统有效运转 的活力元素，对其评价主要从可达性 、响应性和效益性三个方 面展开。 fl1可达性。随着社会的发展和产业的演进，物流产业在国 民经济发展中的地位愈来愈重要，第三方物流企业在城乡间 如雨后春笋般涌现。但由于企业规模有限，服务半径较小，直 接限制了物流服务的可达性。甚至出现了所谓的“出界”加收 服务费、“到后接收者付费”、要求“接收者取货”等降低物流服 务水平的现象。 对物流企业配送服务的可达性评价实际上可转化为物流 节点的选择问题。关于物流节点的选址问题，在上世纪 50年 代 ，美 国学者 William JBaumol和 Philip Wolfe构建了 Bau molWolfe模型 。若设某规模物流公司在城乡一体化架构下 要布点 n个配送中心来服务若干消费用户，设 C代表从公司 总部到第 i个配送中心单位运量的运输费?E代表从第 i个配 送中心到第 j个消费用户的单位运量的运输费，xij代表从公 司总部通过配送中心 i向消费用户 i的运送量，w。代表通过配 送中心 i的总运量 ，U代表配送中心 i的单位运量的可变费 用，v，代表配送中心 i的固定费用，则基于运输成本最小化的 物流节点选址模型的目标函数为： _厂( )=( ) + ( )。+ ( ) t J i | 其中，0<0<l， ， 、 l1 Wi>0(i点被选中) ?” 10 W。=0(i点被淘汰) 由于总成本函数是非线性的，所以，可以先求出初始解， 然后迭代计算 ，逐次逼近最优解。通过该模型，可以评价物流 公司的总费用，可以求解物流节点配送中心的货物通过 量，从而确定物流节点的规模目标。 借助 BaumolWolfe模型，可以帮助物流公司进行市场划 分 ，实质上当一个物流公司的n个物流节点(配送中心 )确立 以后，其服务半径也就随之确定 ，当消费用户位于服务半径之 内时，就具有可达性。物流公司的可达性标志着一个公司的规 模和服务能力。 (2)响应性。在 2l世纪，大公司不一定能打败小公司，但 是速度快的一定会打败速度慢的，一个企业要在快速变化时 代的竞争中获胜，就必须具备比自己竞争对手更快的速度优 势。物流配送企业作为最接近最终用户的服务者 ，其快速响应 尤为重要 。 快速响应密切了城乡一体化关系。在城乡二元制结构时 期，乡村最大的问题是“消费不便”。城乡一体化带来了农村这 个广阔的待开发市场，现代物流服务业若能抓住这个机遇 ，建 立快速响应机制，无疑将加快城乡一体化步伐。快速响应是物 流服务业发展的必然诉求。物流服务业作为供应商、制造商、 批发商、零售商和最终用户之间的桥梁和纽带 ，快速响应、柔 性生产是其根本特征。城乡一体化物流网络系统能否适应物 流业的快速响应机制是评价网络是否优化的指标之一。 (3)效用性。物流网络系统的构建其主要目的是发挥物流 的最大效用。物流业往往通过其职能开发来实现产品的时间 效用、空间效用和形式效用。物流企业在城乡一体化架构下合 理布局物流节点 、科学规划物流线路，有利于时间效用和空间 效用的发挥 ，畅通的物流网络为开发产品的形式效用奠定了 基础 。 城乡一体化市场为物流企业提供了发挥物流效用的机 一 65 技术与方法 物流技术2011年第30卷第3期(总第234期) 会，物流企业三大效用的施展又将刺激城乡市场的扩大。社会 的演进改变着人们的消费理念，生活的快节奏诉求产品的精 细加工，这正符合物流服务业的发展思路。因此，效用性的发 挥程度是对城乡一体化物流网络评价的关键指标之一。 5 城乡一体化架构下的物流网络的整合 整合、重组、再造，这是现代管理所倚重的有效手段 ，城乡 一 体化的物流网络系统要适应不断变化的市场行情，也需要 进行整合，尤其是对物流节点、物流线路和物流空间进行整 合。 51 物流节点的整合 现代物流系统中的物流节点对优化整个物流网络起着重 要作用，从业务开展来看，它不仅执行一般的物流职能，而且 越来越多地执行指挥调度、信息沟通、上下衔接等神经中枢的 职能，是整个物流网络的灵魂所在，因而更加受到人们的关 注。 不同业务范围的物流企业在节点优化时需要整合。在城 乡一体化架构下，同一区域内或许有多家物流企业在开展配 送业务，在业务上有分工 、有交叉，尤其是遇到双向物流业务 时，难免需要企业间业务上的合作，所以物流节点的动态整合 是必要的。 单个物流企业的节点根据市场的变化也要适时重组。随 着城乡一体化的深度融合，物流企业的业务范围和业务量都 会发生巨大变化，特别是物流节点的外部环境和节点区域的 产业集聚都在快速演进中，这时物流企业必须根据环境的变 化来整合自己的物流节点。 52 物流线路的整合 物流线路是物流网络的重要组成部分，是有效衔接物流 节点的重要方式。城乡一体化的加速使物流线路不断增加新 的内容，内河航线，短途空运，城际轻轨，高速铁路。高速公路， 国、省 、县道，可以说纵横交织 ，干线支线相辅相成，现代化进 程在快速推进，因而物流企业的营运线路要不断整合。 物流企业的发展思路可能影响城乡节点和线路的规划。 当前我国经过改革开放后三十多年的高速发展，产业结构在 发生质的变化，产业演进和升级已由量变到质变。通过产业集 聚区建设，东 、中、西部都在进行着资源重组，所以物流企业要 抓住发展的良机，筹谋自己的节点和线路规划，大胆提出发展 愿景，适时进行物流线路整合。 53 物流空间的整合 城乡一体化为物流企业提供了新的发展空间，在这种环 境下，机遇与挑战并存，考验着物流经营者们。事实上早在 1898年，英国的城市经济学家霍华德(Ebenezer Howard)为了 使城市化进程中城乡环境和谐，就把城乡当作一个整体来研 究，并提出了“田园城市”的理论 ，这实质上是对城乡空间提 出的一个整合方案。 霍华德的整合方案对物流配送业是一个启迪。不论是政 府层面、行业协会层面，还是企业层面，都必须直面这个问题。 物流节点、物流线路的规划和建设方面政府要多听从行业协 会和企业专家的意见和建议，关于物流网络的选择和优化环 节，物流企业要根据自己的业务范围科学论证，有效管理。总 之，要善于对城乡一体化的空间进行整合，使之成为绿色的鍪 间、高效的空间。 【参考文献J 19uig G B，Ramser J HThe Truck Dispatching ProblemJManagement Science，1959，6(1)：80-91 【2】(德)哈肯(Haken，H)著协同学引论MI西安：西北大学出版社， 1985 【3Baumol William J，Wolfe PhilipA Warehouse-Location ProblemJ】Oper- ations Research，1 958，6(2)：252263 4Howard EbenezerTomorrow：A peaceful path to real reform 【M】。London： Swan Sonnenshein1898 (上接第59页 J 5 总结 针对 目前物流配送中心的发展现状 ，本文分析了制约物 流配送效率的几个重要因素，详细介绍了车辆安排问题的分 类和研究现状，建立了车辆安排的多目标优化模型，并以精确 算法的思想设计了求解算法，最后根据该算法编程实现了车 辆优化安排管理功能，并将该功能应用到了配送中心管理系 统中。操作人员通过该系统可以很快地制定出一个最合理的 车辆安排方案，还可以根据实际情况改变载重量权值实现不 同目标的车辆安排方案，提高了物流配送效率。 该模型相对简单实用，为新型物流系统的开发提供了新 的思路和参考。本文的后续研究将整合车辆安排研究和车辆 配装研究，将理论应用到实际的物流管理系统。 【参考文献】 1lEglese R W,MercerA，Sohrabi BThe grocery superstore vehicle scheduling Problem 闭J0umal ofthe Operational Research Society，2005，56(8)： 902-9】1 66一 213景恒物流中心货物最优配装问题的动态规划解法岍长春理工大 学学报，2004,27(1)：911 f31t玲玲，李晓萍，覃运梅多车多品种货物配装问题的研究叨物流技 术，2007，26(7)：5860 f4】陈火根，丁红钢，程耀东物流配送中心车辆调度模型与遗传算法设 计J】，浙江大学学报，2003，37(5) 【5GuentherFuellerer,KarlF Doemer,RichardF Hartl，ManuelloftAnt colonyoptimizationforthetwodimensionalloadingvehiclerouting problemJComputers&OperationsResearch，2009，36(3)：655-673 f6】郭志伟，刘耀青，刘武露天矿生产的车辆安排册大连海事大学学报， 2004，30(3)：100-102 【7】苏勇，潘信峰周 慧灵露天矿生产的车辆安排叨工 程 数学 学 报， 2003，20)：76-82 【8】杨辉货物配装问题两种算法的比较研究册物流科技，2009，32(1 2)： 4447 9】张天伟基于登山法的铁路零担货物轻重配装的研究叨哈尔滨铁道 科技，2006，f3) flo1张铮波，李敏波，王开疆基于RFID的配送中心管理系统设计与应 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