物流系统优化中的定位

1、物流系统优化中的定位运输路线安排问题（）研究评述摘要 本文文概述了了物流优优化问题题中的定定位运输路路线安排排问题（LLocaatioon-RRouttingg Prrobllemss, LLRP）的的发展历历程，并并对LRRP的分分类和解解决方法法加以评评述，最最后就这这一问题题的发展展方向进进行简单单地探讨讨。关键词 LRPP 物物流系统统优化 运筹筹学1 引言新技术的迅迅速发展展，特别别是电子子商务的的风起云云涌，为为我国经经济的快快速发展展提供了了契机。目目前我国国电子商商务得到到政府和和民众的的支持，发发展势头头强劲，但但是，由由于它是是一套全全新的技技术，同同时还是是一种全全新的管

2、管理理念念，所以以其发展展过程中中必然存存在一些些难题。在在电子商商务“三流”（信息息流、物物流、资资金流）中中，随着着网络基基础设施施建设的的成熟、电电子商务务网站的的蓬勃发发展以及及有效利利用网络络资源观观念的普普及，信信息流的的发展已已经比较较成熟了了；而随随着各大大银行纷纷纷开展展网上业业务，以以及支付付网关的的建立和和加密技技术的成成熟，网网上支付付已经在在许多网网站上成成为现实实；然而而，我国国传统的的物流体体系是在在计划经经济环境境下建立立、发展展起来的的，与目目前的电电子商务务环境已已经无法法相容。现现今物流流体系的的落后现现状已经经成为我我国社会会经济快快速发展展的重要要制约

3、因因素之一一。所以以对物流流系统优优化的研研究将会会具有很很大的现现实意义义。国外许多学学者在电电子商务务出现之之前就已已经研究究物流系系统优化化的问题题了，为为各类实实际问题题构建了了优化模模型，并并形成了了许多解解决问题题的算法法。依据据实际问问题的不不同，可可以对物物流系统统优化问问题进行行分类，比比如，运运输车辆辆路线安安排问题题（VRRP）、定定位配给问问题（LLA）、定定位运输路路线安排排问题（LLRP）等等等，其其中LRRP更贴贴近目前前的物流流系统复复杂的实实际特征征，所以以对它的的研究是是十分有有意义的的。本文先从VVRP和和LA的的集成来来探讨LLRP的的由来，然然后讨论论

4、LRPP的分类类，同时时探讨LLRP的的研究现现状，并并对LRRP的解解决方法法进行概概述，最最后就LLRP的的未来发发展方向向作简要要的讨论论。2 从VRRP、LLA到LRPP物流流系统的的集成依据实际问问题的不不同，可可以对物物流系统统优化问问题进行行分类，比比如确定定设施（指指的是物物品流动动的出发发点和终终到点，如如配送中中心、仓仓库、生生产工厂厂、垃圾圾回收中中心等）位位置、运运输路线线安排、库库存控制制等，国国内外许许多学者者就各类类问题的的特征进进行了分分析，并并提出了了各类问问题的数数学模型型和解决决方法。2.1运输输车辆路路线安排排问题（VVehiiclee Rooutiin

5、g Proobleems VRPP）该问题可定定义为：运输车车辆从一一个或多多个设施施到多个个地理上上分散的的客户点点，优化化设计一一套货物物流动的的运输路路线，同同时要满满足一系系列的约约束条件件。该问问题的前前提条件件是设施施位置、客客户点位位置和道道路情况况已知，由由此确定定一套车车辆运输输路线，以以满足目目标函数数（通常常，VRRP的目目标函数数是总费费用最小小）。如如图1所所示。图中，表表示设施施；表示客客户；表示运运输路线线图1 VVRP的的图示实际上，VVRP是是按如下下假设定定义的最最小费用用问题1：（1） 所所有车辆辆路线均均起始并并终止于于设施点点。（2）每个个客户只只接受

6、一一个设施施的货物物。（3） 满满足其他他一些约约束条件件，如： 容量限限制：每每个客户户点上都都有一个个非负的的货物需需求量，但但每条车车辆路线线上的货货物量总总和不超超过车辆辆装载量量。如果果此约束束不满足足，则引引入惩罚罚函数。 总时间间限制：每条路路线总的的长度或或总耗时时不超过过一个事事先定下下的数值值。这项项限制旨旨在满足足客户对对供货时时间的要要求，以以及对货货物品质质的保证证。 具体时时间限制制：对某某个客户户点，车车辆到达达时间限限制在某某一时间间段内。此此约束在在于满足足客户对对供应/回收的的特殊要要求。 车辆到到达顺序序要求：如在到到达i点点之前要要求先到到达j点。以上列

7、出的的约束只只是该问问题一部部分，具具体操作作时要视视具体情情况而定定。对VRP的的求解算算法可分分为精确确算法和和启发式式算法两两种。其其中精确确算法包包括树状状寻优算算法、动动态规划划和整数数规划。VVRP的的启发式式算法多多是来源源于对TTSP问问题的求求解算法法。比如如局部优优先算法法、插值值法等可可以不用用修改地地用于一一些VRRP。2.2定位位配给问问题（LLocaatioon-AAlloocattionn Prrobllemss, LLA）定位一配给给问题可可定义为为：依据据客户点点的地理理分布与与货物分分配关系系，确定定出某一一地理范范围内设设施的数数量和位位置。如如图2所所示

8、。图中，表表示设施施；表示客客户；表示运运输路线线图2 LLA的图图示LA实质上上是一个个依据优优化路径径的原则则来确定定在什么么地方设设置设施施的过程程2。例如如，在一一个城镇镇中设立立一个急急救中心心，这个个问题就就是一个个典型的的LA问问题。它它的目标标就是使使得全镇镇的居民民到医疗疗中心的的路径（时时间）总总体上最最短。根据Johhn CCurrrentt等学者者对此问问题的综综述研究究3，把LLA问题题进行了了分类。CCurrrentt的方法法是根据据问题的的目标函函数来分分类的，作作为分类类依据的的目标函函数共分分四种：(1) 费费用最小小化；(2) 客客户需求求导向；(3) 利利

9、润最大大化；(4) 其其他相关关考虑。2.3定位位一运输输路线安安排问题题（Loocattionn-Rooutiing proobleems,LRPP）当今物流系系统的环环境日趋趋复杂，而而且物流流地理分分布也不不断扩大大。物流流系统优优化问题题的各个个子系统统（比如如设施定定位问题题、物品品配送问问题、运运输车辆辆路线安安排问题题等）之之间的相相互影响响也越来来越大。对对许多实实际问题题，要综综合考虑虑以上问问题，这这就形成成了定位位一路线线安排问问题（LLRP）。LRP可以以表述为为：给定定与实际际问题相相符的一一系列客客户点和和一系列列潜在的的设施点点，在这这些潜在在的点中中确定出出一系

10、列列的设施施位置，同同时要确确定出一一套从各各个设施施到各个个客户点点的运输输路线，确确定的依依据是满满足问题题的目标标（通常常是总的的费用最最小）。客客户点的的位置和和客户的的需求量量是已知知的或可可估算的的，货物物有一个个或多个个设施供供应，每每个客户户只接收收来自一一个设施施的货物物，潜在在设施点点位置已已知，问问题的目目标是把把哪些潜潜在的设设施建立立起来，以以使的总总的费用用最小。LLRP可可图示为为图3。可以说LRRP是LLA与VVRP的的集成4，但但比后两两者更复复杂。LLA在定定位时考考虑的是是运输车车辆从设设施点到到一个客客户点后后，随即即返回设设施点，所所以它不不考虑路路线

11、安排排问题5。LLA在确确定出设设施点后后的图形形是从设设施点到到客户点点的射线线族。而而LRPP则在定定位时同同时确定定运输路路线。LLRP与与VRPP的不同同之处是是：VRRP的前前提条件件是设施施点和客客户点在在空间上上的分布布是已知知的；LLRP所所研究的的问题只只知道潜潜在的设设施点，在在确定运运输路线线的同时时要确定定设施的的位置。图中，表表示设施施；表示未未被选中中的设施施；表示客客户点；表示运运输路线线图3 LLRP的的图示在实际物流流系统的的集成的的特征日日益突出出之前，就就已经有有人研究究LRPP了。最最早的研研究可以以追溯到到20世世纪600年代，当当时有些些学者已已经提

12、出出一些类类似的概概念了6-88。到到了700年代，CCoopper9, 10把定位位问题与与运输问问题结合合起来，提提出了运运输一定定位问题题（Trranssporrtattionn-Loocattionn prrobllem）。在在这个阶阶段，学学者们对对LRPP的研究究还是相相当肤浅浅的，还还没有真真正涉及及运输路路线安排排问题。到到了700年代中中期，一一些学者者在研究究运输一一定位问问题时，开开始加入入VRPP的多点点运输的的特征，Watson-Gandy和Dohrn11是最早进行这方面工作的学者。直到70年代末，80年代初，才开始有了真正意义的LRP12-14。这些研究成果是伴随着

13、集成物流系统概念的出现而出现的。3LRP的的分类Hokeyy Miin等学学者对LLRP进进行了详详细的分分类115，其其分类标标准十分分详尽，几几乎包含含了LRRP的各各个方面面。表1 LLRP的的分类标标准分类标准AB1物品流向单向双向2供/需特征征确定随机3设施数量单个设施多设施4运输车辆数数量单个车辆多车辆5车辆装载能能力不确定确定6设施容量不确定确定7设施分级单级多级8计划期间单期多期9时间限制无时间限制制有时间限制制10目标数单目标多目标11模型数据类类型假设值实际值Hokeyy的分类类是依据据问题的的特征进进行的，具具体如表表1。表1中，各各分类标标准解释释如下：（1） 物物品流

14、向向，单向向物品流流向问题题指的是是所有设设施只进进行输入入（供应应）或只只进行输输出（回回收）的的操作；而双向向物品流流向问题题涉及的的设施中中有一部部分既要要输入又又要输出出。（2） 供供/需特特征，确确定型的的是指物物品供应应/需求求量是已已知的并并在一定定时期内内相对稳稳定；随随机型的的是指供供应/需需求量是是不确定定的。（3） 设设施数量量，指所所研究问问题要求求设置设设施的数数量，分分为单一一设施和和多设施施两种。（4） 运运输工具具数量，是是指有多多少车辆辆为一个个设施服服务的标标准，同同时也确确定了一一个从设设施出发发的路线线数。分分为单一一车辆和和多车辆辆两种。（5） 车车辆

15、装载载能力，是是指是否否要考虑虑车辆装装载能力力的限制制。不确确定定型型是指对对这个问问题所涉涉及的每每条路线线上的货货物总量量很小，不不会超出出车辆的的装载量量，所以以不用考考虑车辆辆的装载载能力的的限制；确定型型是指每每条路线线上的货货物总量量有可能能超出车车辆的装装载能力力，所以以要把车车辆的装装载限制制作为一一个参数数引入问问题。（6） 设设施容量量，是指指是否考考虑各个个设施容容量的限限制。分分为不确确定型和和确定型型两种。（7） 设设施分级级，可以以把设施施分为两两种：总总站型和和中间转转运站型型。总站站型设施施是指那那些车辆辆路线的的出发点点或终点点；中间间转运站站型设施施是指物

16、物品的中中间站，货货物运入入后还要要运出。有有了中间间转运站站，就产产生了设设施分级级的问题题，货物物从总站站型设施施运入中中间转运运站型设设施，经经过简单单处理后后运到客客户点。单单级设施施问题是是指不考考虑设施施的分级级，所有有设施均均为同级级；而多多级中心心设施问问题则要要考虑设设施的分分级。（8） 计计划期间间，单期期间问题题把整个个期间作作为一个个时间段段，是静静态问题题；多期期间问题题把整个个时间段段按问题题要求分分为多个个期间，是是动态问问题。（9） 时时间限制制，主要要是指满满足客户户要求或或货物品品质要求求，而对对LRPP的从设设施点到到客户点点的时间间约束。分分为无时时间约

17、束束和有时时间约束束两种。（10） 目标数数量，LLRP的的目标通通常是总总的费用用（包括括建设设设施费用用和车辆辆运输费费用等）最最小，但但有时也也需要考考虑其他他目标，比比如满足足顾客的的特殊需需要、总总体利润润量大化化等等。如如果是多多目标问问题，经经常会出出现各目目标之间间的冲突突。（11） 模型数数据类型型，在有有些情况况下，模模型中的的数据（如如物品供供/需量量等）是是来源于于实际的的；而有有些情况况下，这这些数据据是在实实际中不不可得的的，需要要对其进进行假设设。根据据模型数数据类型型的不同同，把LLRP分分成假设设型和实实际型两两类。4 LRPP的解决决方法国外许多学学者对LL

18、RP的的解决方方法进行行了有益益的探讨讨，所采采用的方方法可以以分为两两种：精精确算法法和启发发式算法法。4.1 解解决LRRP的精精确算法法 基于运筹学学的优化化算法，解解决LRRP的精精确算法法可以分分为以下下四种：(1) 直直接树状状搜索1；(2) 动动态规划划1177；(3) 整整数规划划188119；(4) 非非线性规规划220。在以上算法法中，最最为常用用的是整整数规划划（包括括混合整整数规划划）,而而具体解解决时效效率最高高的方法法是分支支定界法法。它可可以在不不很长的的计算时时间内解解决多至至80个个节点的的LRPP，但是是采用分分支定界法法的LRRP必须须在其模模型中限限制设

19、施施的数量量。一旦旦所涉及及的LRRP的规规模扩大大，精确确算法就就不实用用了。4.2解决决LRPP的启发发式算法法由于LRPP结合了了LA问问题和VVRP，而而后两者者都是NNP-HHardd (NNon ddeteermiinissticc Poolynnomiial harrd)问问题，所所以，在在大多数数情况下下，要用用精确算算法来解解决LRRP是十十分困难难的。例例如，在在一个物物流系统统中，有有3个潜潜在的中中心点，88个分布布的客户户点，33条行车车路线，如如果用整整数规划划来解决决，要涉涉及的变变量会达达到3333个16。实际际上，以以上的物物流系统统是十分分小的，在在实践中中

20、遇到的的系统规规模往往往会远超超过它。很很多情况况下要引引入启发发式算法法。LRP往往往是十分分复杂的的，需要要采用多多级分解解方法对对其简化化。目前前解决LLRP的的启发式式算法多多采用以以下四种种方法或或是它们们的组合合：（1） 先先解决定定位一配配给问题题，然后后解决运运输路线线安排问问题115, 21；（2） 先先解决运运输路线线安排问问题，然然后解决决定位一一配给问问题222；（3） 费费用降低低/插入入算法23, 244；（4） 路路线扩展展交换算算法。很多情况下下精确的的优化算算法仅仅仅是作为为一种参参照的基基准，在在研究LLRP时时比较各各种启发发式算法法的优劣劣。而在在解决实

21、实际规模模问题时时一般要要采用启启发式算算法。5 LRRP的未未来研究究方向实际物流系系统集成成的程度度越来越越高，物物流决策策者面临临的问题题也就越越来越复复杂。用用目前LLRP的的研究成成果来解解决特别别复杂的的物流系系统优化化问题还还存在许许多局限限。未来来对LRRP的研研究将会会集中于于以下难难点：5.1 动动态性许多LRPP的参数数是随时时间变化化的，如如库存费费用会随随员工的的人数、员员工的工工资水平平等因素素的变化化而变化化；运输输费用也也会因车车辆装载载情况、油油料费用用等的改改变而改改变。所所以LRRP具有有动态性性，对动动态LRRP的研研究是有有现实意意义的。运筹学理论论被

22、认为为是解决决优化问问题十分分有效的的工具。但但是如果果实际问问题发生生变化，就就会引起起数学模模型改变变和模型型求解程程序的改改变。对对于动态态问题，这这种连锁锁反应是是时时刻刻刻都在在发生的的。因而而用传统统的运筹筹学理论论解决动动态的优优化问题题会力不不从心。其其原因是是传统的的运筹学学理论缺缺乏基于于知识的的推理机机制和处处理动态态问题的的自适应应能力。为为了克服服这一缺缺陷，八八十年代代以来国国内外学学者将人人工智能能和知识识工程理理论引入入运筹学学,开辟辟了智能能运筹学学255, 226这这一新的的研究方方向。使使运筹学学由过去去的仅能能解决静静态问题题变为可可以解决决动态问问题，

23、它它必将有有助于动动态LRRP的求求解5.2 实实时调控控在实际情况况下，特特别是在在如今被被广泛重重视的电电子商务务物流的的实施过过程中，商商品供货货点、运运输工具具、运输输路径和和送货时时间等需需要实时时作出决决择。这这就涉及及到实时时调控的的问题。近年来，AAgennt技术术发展迅迅速，AAgennt具有有的自主主性、主主动性、反反应性和和智能性性为改进进基于运运筹学知知识表示示理论的的动态问问题的实实时优化化控制系系统创造造了条件件。将AAgennt技术术与运筹筹学理论论有机结结合和交交叉渗透透，必将将对最终终解决实实际规模模LRPP有决定定性的意意义。5.3 随随机性在实践中，物物品的供供应/需需求量、客客户点位位置、车车辆行驶驶时间等等等在很很多情况况下是不不能事先先确定的的，这些些参数就就带有随随机性。把把随机性性引入LLRP，更更有利于于解决实实际问题题。已经有许多多学者对对随机性性LRPP进行了了研究，如