物流规划与运营管理基本理论

物流规划与运营管理课堂教学基本要求纪律要求：必修课，严格考勤，无故缺席两次不考虑平时成绩。作业要求：根据课堂内容安排。总评成绩：平时占30%（含考勤、作业等），期末考试占70%，考试方式为闭卷。建议教材和参考书目[1].毛海军.物流系统规划与设计，东南大学出版社[2].林立秋.设施规划与物流中心设计，清华大学出版社[3].李浩.物流系统规划与设计，浙江大学出版社[4].孙朝苑.企业物流规划与管理，西南交通大学出版社[5].蔡临宁.物流系统规划--建模及实例分析,机械工业出版社[6].王燕.配送中心全程规划，机械工业出版社[7].刘联辉.物流系统规划及其分析设计,中国物资出版社[8].王健.现代物流网络系统的构建，科学出版社

[9].王小平.遗传算法——理论、应用与软件实现，西安交通大学出版社

基本问题1.什么叫物流？2.什么是物流规划？3.物流规划的重要性。物流规划就是对物流的发展进行规划和设计，是对物流进行比较全面的长远的发展计划，是对未来整体性、长期性、基本性问题的思考、考量和设计未来整套行动方案。物流规划主要包括对物流中心、物流枢纽、物流园区、物流基地、物流市场、物流集散地、物流场地、物流用地等方面内容。物流规划主要解决六方面的问题：服务目标战略、选址战略、库存决策战略、增值战略、运输战略、绿色物流战略。其中服务目标决定着其他方面的战略设计。所以，物流规划是物流决策的关键因素。物流规划的重要性第一,物流的涉及面非常广泛，需要有共同遵循的规划。第二，物流过程本身存在“背反”现象，需要有规划的协调。第三，物流领域容易出现更严重的低水平的重复建设现象,需要有规划的制约。第四,物流领域的建设投资，尤其是基础建设的投资规模巨大,需要有规划的引导。

第五，要跨越低水平的发展阶段，实现我国物流跨越式的发展，需要有规划的指导。

课程框架第一章物流系统规划基本理论第二章物流网络规划第三章城市物流系统规划第四章物流园区规划第五章配送中心规划与设计第六章城市地下物流系统基本知识物流园区：指由多家专业从事物流服务、拥有多种物流设施的不同类型物流企业在空间上相对集中分布而形成的场所，其服务领域广，物流辐射范围大(涵盖城市范围、区域范围、国际范围)，是连接区域间物流活动，提供规模化、集约化的大型物流服务和综合服务的物流节点，是两种或两种以上交通运输方式(公路、铁路、水路、航空)相交汇的区域。物流中心（logisticscenter）：又称流通中心，是组织、衔接、调节、管理物流活动的节点。配送中心：是从事货物配备（集货、加工、分货、拣选、配货）和组织对用户的送货，以高水平实现销售和供应服务的现代流通设施。第一章物流系统规划基本理论学习内容第一节系统概述第二节物流系统概述第三节物流系统的要素与结构第四节物流系统规划与设计的原则、内容与步骤第五节物流系统规划与设计的基本方法学习目标1、了解系统统的基本特征征、分类；2、从系统论论角度掌握系系统的特征、、分类、要素素与结构构，能比较较不同物流系系统的差异。。3、掌握物流流系统规划设设计的框架思思路；4、搞清企业业物流系统与与社会物流系系统两者规划划设计中各自自的侧重点；；5、了解启发发式算法，了了解Matlab如何实现遗传传算法(GeneticAlgorithm)。第一节系统统概述一般系统论是是由美籍奥地地利生物学家家贝塔朗菲创创立的。所谓系统就是是由相互联系系和相互作用用的若干个要要素组成的具具有某种特定结构构和功能的有机整体。。自然界或人类类社会中的任任何事物都是是以系统的形形式而存在的的，系统是客客观事物的一一种反映和概概括。1、系统的一一般特征：（1）整体性性（2）层次次性（3）边边界性（4））目的性（5）相关性（（6）最优优性2系统的分分类根据现实系统统的实际内容容分为：(1)一般系系统和具体系系统(2)自然、社会会和思维系统统根据系统的数数学特征可以以分为：(1)封闭系系统和开放系系统(2)静态系统和和动态系统(3)线性系系统和非线性性系统(4)连续系统统和离散系统统(5)确定型型系统和不确确定系统另外，根据系系统的规模与与复杂程度可以分为简单单系统和巨系系统，其中简简单系统又可可以分为大系系统和小系统统，巨系统又又可以分为简简单巨系统和和复杂巨系统统，等等。第二节物流流系统概述物流系统是为为了实现一定定的物流目标标而设计的由由相互作用、、相互影响的的物流要素(或者是子系系统)所构成成的有机整体体。物流系统的主主要目标是实实现物的空间间效益和时间间效益。具体体可以概况如如下：(1)将货物物按规定的时时间、数量送送达目的地；；(2)合理配配置物流设施施，维持适当当的库存；(3)实现物物流作业省力力化、效率化化；(4)维持合合适的物流成成本；(5)实现从从订货到出货货全过程信息的顺畅流流动。物流系统运行行的基本模式式2.1物流流系统的特征征物流系统除了了具有一般系系统所共有的的特征之外，，还具有规模模庞大、结构构复杂、目标标众多等大系系统所具有的的特征。可以以概括为以下下六个方面：：(1)物流系系统是一个大大跨度系统；；(2)物流系系统是一个动动态系统；(3)物流系系统具有复杂杂性；(4)物流系系统中存在明明显的“效益益悖反”现象象；(5)物流系系统是一个多多目标系统；；(6)物流系系统是一个““人机系统””。物流服务与成成本之间的制制约关系2.2系系统的分类物流系统具有有一般系统的的特点，同样样是由若干个个相互联系、、相互之所以以的若干要素素所组成的有有机整体。虽虽然不同领域域的物流存在在着相同的基基本要素，但但由于不同领领域物流的对对象、目的、、范围和范畴畴的差异，物物流系统的分分类有着不同同的方法和标标准。按照物流系统统的性质分类类(1)社会物物流(2)行业业物流(3)企业业物流按照物流活动动的空间范围围分类(1)城市物流(2)区域物流(3)国际物流按照物流所起起作用分类(1)供应物流(2)生产物流(3)销售物物流(4)回收物流流与废气物流流按照物流的源源点与流向分分类(1)正向物物流(2)逆向物流流按照物流活动动的空间位置置分类(1)地下物物流(2)地上物流流第三节物流流系统的要素素与结构人力资源：物流相关从业人员物流设施：物流节点与运输通道物流设备：信息系统：网络硬件设备和应用软件组织与管理：物流节点配置设备、运输线路配置设备和办公设备物流组织或机构、相关管理措施等物流系统物流系统的组组成要素如下下图所示：物流系统的结结构物流系统的各各个要素可组组成很多种结结构类型，比比如物流系统统的流动结构构、治理结构构、网络结构构以及产业结结构等等。但但是从物流系系统规划与设设计的角度来来讲，物流系系统的功能结结构和网络结结构尤为重要要。(1)物流系统的功功能结构物流系统的功功能要素包括括运输、仓储储、搬运装卸卸、流通加工工、包装、配配送、信息处处理等等，这这些功能要素素之间相互联联系、相互作作用，它们的的组成方式以以及时空关系系的表现形式式形成了物流流系统的功能能结构。(2)物流系系统的网络结结构各种不同的物物流系统均可可以抽象成不不同类型的物物流网络，从从而便于我们们对物流系统统进行分析。。根据物流网网络的结构类类型特点，教教材将物流网网络分为社会会物流网络和和企业物流网网络两种。●社会物流网网络是指从区区域公共物流流系统抽象而而成的物流网网络，如长江江集装箱物流流网络、社会会灾难应急救救援物流网络络等等。●企业物流网网络是指从企企业物流系统统抽象而成的的物流网络，，如汽车企业业生产的物流流网络、啤酒酒厂的分销网网络。物流网络结构构示意图企业物流系统统的网络结构构采用两种基基本形式，一一种是直送形形式，另一种种是经过物流流节点的形式式，如下图所所示：供应地需求地物流节点供应地需求地企业物流系统统的两类网络络结构供应地物流中心配送中心用户单中心多层次次物流网络结结构第四节物流流系统规划与与设计的原则则、内容与步步骤4.1规划划与设计原则则因为社会物流流系统属于宏宏观物流，企企业物流系统统属于微观物物流，两者在在规划与设计计上不完全一一致，下面介介绍社会物流流系统规划与与设计应遵循循的原则：(1)服务性性原则(2)系统化原则则(3)网络化化原则(4)节约性原则则(5)统一规规划原则(6)循循序渐进原则则4.2规划划与设计的内内容物流系统的规规划与设计就就是指根据物物流系统的功功能要求，以以提高系统经经济效益、服服务水平、运运作效率等为为目标，以确确定各种要素素的配置方案案。社会物流流系统和企业业物流系统规规划与设计的的内容都包括括以下五个方方面：(1)物流网网络规划物流网络规划划是指在一定定的层次和地地区范围内确确定物流网络络合理的空间间布局方案，，其中物流设设施选址的规规划和物流线线路的规划是是物流网络规规划的重点。。(2)物流设设施平面布局局规划物流设施平面面布局规划主主要根据物流流设施的功能能、作业流程程以及服务质质量等方面的的要求，确定定物流设施内内部的各种功功能区域的平平面布局方案案，比如物流流园区的功能能布局、配送送中心的仓储储区、分拣区区、加工区等等的布局。(3)物流设设施选择与布布置设计根据物流系统统的作业要求求和特点，选选择合适的物物流设备和工工具并制定其其布置方案，，以提高物流流作业的效率率，是物流设设备选择与布布置规划的重重点。(4)物流信信息系统规划划物流信息系统统规划包括企企业物流信息息系统、物流流结点信息系系统和公共物物流信息系统统三个层次的的规划。(5)物流运运作系统规划划在物流运作系系统规划中，，企业物流系系统和社会物物流系统有明明显不同。对对于社会物流流系统而言，，主要包括城城市物流产业业政策保障规规划，具体包包括综合协调调机制的建立立、物流供需需市场的培育育、物流标准准化工作的推推进等；对于于企业物流系系统而言，主主要包括运作作流程、管理理组织机构、、品牌管理、、订单管理等等方面的内容容。4.3规划划与设计的步步骤第五节物流流系统规划与与设计的基本本方法在物流系统规规划与设计的的过程中，定定量或定性地地分析和掌握握系统的功能能与特征十分分的重要。因因为物流系统统的结构和运运作过程的复复杂性，因此此建立物流系系统模型是开开展这项工作作的有效方法法和必要基础础。物流系统统建模就是把把物流系统的的各个组成部部分的特征和和变化规律数数量化、组成成部分之间的的关系程式化化的过程。主主要方法有如如下几种：5.1运筹学方法具体包括线性性规划、网络络与图论、存存贮论、排队队论和动态规规划等。5.2启发发式方法很多组合优化化问题（如设施定位问题题、TSP、、VSP、双双层规划问题题）根本就不存在多项式式解析算法，要求其最优优解往往是比比较困难的，，这就必须借借助启发式方方法来进行求求解。启发式式方法又称为为智能优化算算法，是针对对传统优化方方法的不足，，运用一些经经验法则来降降低优化模型型的数学精确确程度，并通通过模仿人的的跟踪校对过过程来求取物物流系统模型型的满意解。。常见的有模拟退火算法法、禁忌搜索索算法、遗传传算法、神经经网络、蚁群群算法和混合合智能算法等等。5.3计算算机仿真算法法遗传算法遗传算法（GeneticAlgorithm）是美国密歇歇根大学的教教授John.H.Holland和他的的同事在1975年发展展起来的，它它是一种借鉴鉴生物学中自自然选择和进进化机制发展展起来的高度度并行、随机机、自适应搜搜索算法。我们知道，生生命的基本特特征包括生长长、繁殖、新新陈代谢和遗遗传与变异。。生命是进化化的产物，现现代生物是在在长期进化过过程中发展起起来的。达尔尔文（1858年）用自自然选择(naturalselection)来解释五种种的起源和生生物的进化，，其自然选择择学说包括遗遗传(heredity)、变异(variation)、生存斗争争和适者生存存三个方面。。遗传算法模拟拟的是怎样的的生物进化模模型呢？假设设对相当于自自然界中的一一群人的一个个种群进行操操作，第一步步的选择是以以现实生活中中的优胜劣汰汰现象为背景景的；第二步步的重组交叉叉则相当于人人类的结婚和和生育；第三三步的变异则则与自然界中中偶然发生的的变异是一致致的，人类偶偶然出现的返返祖就是一种种变异。由于于GA包含着对模式式的操作，就就会不断地产产生出更加优优良的个体，，正如人类向向前进化一样样。所采用的的遗传操作都都与生物尤其其是人类的进进化过程相对对应。既然GA效法基于自然然选择的生物物进化，是一一种模仿生物物进化过程的的随机方法。。下面先介绍绍几个生物学学的基本概念念与术语，便便于理解遗传传算法。染色体(chromosome)：是遗传物物质的主要载载体，由多个个遗传因子———基因组成成。脱氧核糖核酸酸(DNA)：控制并决决定生物遗传传性状的染色色体主要是由由DNA构成成的。遗传因子(gene)：DNA长链结构中占占有一定位置置的基本遗传传单位，也称称作为基因。。个体(individual)：指染色体体带有特征的的实体。种群(population)：染色体带带有特征的个个体的集合称称为种群。进化(evolution)：生物为了了适应其生存存环境，使得得其品质不断断得到改良的的现象称为进进化。适应度(fitness)：在研究自自然界中生物物的遗传和进进化现象时，，生物学家使使用适应度来来度量五种对对于生存环境境的适应程度度。选择(selection)：以一定的的概率从种群群中选择若干干个个体的操操作，选择过过程实际上就就是优胜劣汰汰。交叉(crossover)：在两个染染色体的某一一相同位置处处DNA被切切断，其前后后两串分别交交叉组合形成成新的染色体体，此过程又又称基因重组组，俗称“杂杂交”。变异(mutation）：细胞在进进行复制时以以很小的概率率产生复制差差错，从而使使DNA发生生某种变异，，产生出新的的染色体，这这些新的染色色体容易表现现出新的性状状。编码(coding)：DNA中遗传信息在在一个长链上上按一定的模模式排列，也也即进行了遗遗传编码。遗遗传编码可以以看作从表现现性到遗传子子型的映射。。解码(decoding)：从遗传子子型到表现性性的映射。GA采纳了自然进进化模型，如如选择、交叉叉、变异等，，计算开始时时，一定数目目的N个个体即种种群随机地地初始化，，并计算每每个个体的的适应度函函数，第一一代也即初初始代产生生了。如果果不满足优优化准则，，开始产生生新一代的的计算。为为了产生下下一代，按按照适应度度选择个体体，父代要要求基因重重组（交叉叉）而产生生子代。所所有子代按按一定概率率变异，然然后子代的的适应度又又被重新计计算，子代代被插入到到种群中将将父代取而而代之，构构成新的一一代。这一一过程循环环执行，直直到满足优优化准则为为止。遗传算法的的基本内容容无约束优化化问题一般般可表示成成如下形式式：1.适应度度函数的建建立适应度是遗遗传算法中中描述个体体性能的主主要指标。。一般个体体适应度值值越大，个个体的性能能越好；反反之，个体体适应度值值越小，个个体性能亦亦越差。在在遗传算法法中，适应应度的值必必须是大于于等于0的的数。由于遗传算算法是依据据适应度的的值对个体体进行优胜胜劣汰的，，因此，将将无约束优优化问题的的目标函数数与个体的的适应度建建立映射关关系，即可可在群体进进化过程中中实现对优优化问题目目标函数的的寻优。由由于遗传算算法中适应应度在群体体进化过程程中向极大大值逼近，，因此，必必须对优化化问题的目目标函数进进行适当的的转化，才才能与优化化问题的目目标函数遗遗传算法中中的适应度度建立关系系。将目标函数转转换成适应应度函数，，一般需遵遵循的基本本原则是适适应度值必必须大于或或者等于0，并且优优化过程中中目标函数数变化方向向（如向目目标函数最最大值变化化或向最小小值变化））应与群体体进化过程程中适应度度函数变化化方向一致致。2.设计变变量与个体体间的映射射设计变量与与个体间的的映射可通通过编码来来实现，编编码的方法法有十进制制、二进制制等。我们们着重介绍绍二进制编编码方法。。长度为L的二进制制位串与设设计变量Xi之间的的映射关系系可以由下下式来表示示：3.群体初初始化群体初始化化一般包括括如下内容容：4.选择从上代群体体中选择一一定数量的的个体，并并将为参与与下代群体体繁殖的父父代个体。。选择个体体的原则是是使适应度度大的个体体被选择的的几率亦大大。常见的的方法有轮轮盘赌选择择法。例：下图所所示的是一一组二进制制基因码构构成的个体体组成的初初始群体，，个体的适适应度评价价值经计算算由括号内内的数值表表示，适应应度越大代代表这个个个体越好。。轮盘赌选择择方法类似似于博彩公公司游戏中中的轮盘赌赌。如下图图所示，个个体适应度度按比例转转化为选中中概率，将将轮盘分成成10个扇扇区，因为为要进行10次选择择，所以产产生10个个[0,1]之间的的随机数，，相当于转转动10次次轮盘，获获得10次次转盘停止止时指针位位置，指针针停止在某某一扇区，，该扇区代代表的个体体即被选中中。假设产生随随机数序列列为0.070221，0.545929，0.784567，，0.44693，，0.507893，0.291198，0.71634，0.272901，0.371435，，0.854641，将该随随机序列与与计算获得得的累积概概率比较，，则依次序序号为1，，8，9，，6，7，，5，8，，4，6，，10个体体被选中。。显然适应应度高的个个体被选中中的概率大大，而且可可能被选中中；而适应应度低的个个体则很有有可能被淘淘汰。在第第一次生存存竞争考验验中，序号号为2的个个体（0101111001）和序号号为3的个个体（0000000101）被淘汰汰，代之以以适应度较较高的个体体8和6，，这个过程程被称为再再生(reproduction)。。5.交叉单点交叉算算子是最常常用和最基基本的交叉叉操作算子子。单点交交叉算子的的具体执行行过程如下下：(1)对群群体中的个个体进行两两两配对，，若群体的的规模为M，则共有有┗M/2┛对相互配对对的染色体体，┗M/2┛表示不大于于M/2的的最大整数数。(2)对每每一对相互互配对的个个体，随机机设置某一一基因座之之后的位置置为交叉点点。若染色色体的长度度为n,则则共有(n-1)个个可能的交交叉点位置置。(3)对对每一对相相互配对的的个体，依依设定的交交叉概率Pc在其交叉点点处相互交交换两个个个体的部分分染色体，，从而产生生出两个新新的个体。。单点交叉的的示意图如如下图所示示如果只考虑虑交叉运算算实现进化化机制，在在大多数情情况下是不不行的，这这与生物界界近亲繁殖殖进化历程程是类似的的。因为种种群的个体体数是有限限的，经过过若干代交交叉操作，，因为源于于一个较好好祖先的子子个体逐渐渐充斥整个个种群的现现象，问题题就会过早早收敛(prematureconvergence)，当然然最后获得得的个体自自然就不能能代表问题题的最优解解。为避免免过早收敛敛，有必要要再进化过过程只能够够加入具有有新遗传基基因的个体体。解决办办法之一是是效法自然然界的生物物变异。生生物性状的的变异实际上是控制制该性状的的基因码发发生了突变变，这对于于保持生物物多样性是是非常重要要的。模仿仿生物变异异的遗传操操作，对于于二进制的的基因码组组成的个体体种群，实实现基因码码的小概率率翻转就可可以达到变变异的目的的。如下图图所示，对对于个体1001110100产生变变异，以小小概率决定定第四个遗遗传因子翻翻转，即将将1换为0。一般而言，，一个世代代的简单进进化过程就就包括了基基于适应度度的选择和和再生、交交叉和变异异操作。将将上面的所所有种群的的遗传操作作综合起来来，就是初初始种群的的第一代进进化过程。。这样便形形成了第一一代的群体体，以后一一代一代的的进化过程程如此循环环下去，每每一代结束束都产生新新的种群。。演化的代数数主要取决决于代表问问题解的收收敛状态，，末代种群群中最佳个个体作为问问题的最优优近似解。。具体算法流流程如下：：Step1：系统统初始化，，编码并产产生具有一一定个体的的初始种群群；Step2：个体体评价，计计算出种群群中每个个个体的适应应度；Step3：根据据适应度的的排序，从从当前的种种群中选择择部分个体体进入下一一代种群；；Step4：按照照一定的交交叉概率和和交叉方法法，生成新新的个体；；Step5：按照照一定的变变异概率和和变异方法法，生成新新的个体；；Step6：若满满足设定的的终止条件件，则执行行Step7，