輻射式網絡讓配送少走彎路

胡安康

美國航空管制政策放松導致軸輻式配送模式的興起，實現較少的連接或路徑為貨主提供更多的需求及服務。（重點）

二十世紀八十年代以來，隨著航空市場競爭的不斷加劇，在美國等發達國家，航空公司采用軸輻式網絡進行航空運輸服務，以降低成本，提高市場競爭力，使航空公司的效益最大化。如今，軸輻式網絡模型被進一步發展，廣泛應用于物流等領域。

軸輻式網絡研究引起大家的重視，是和美國航空管制政策放松直接相關。航空管制放松后，美國的航空產業結構發生了很大變化。除了航線可以自主定價外，放松管制還放寬了市場進入和退出的條件，有利于承運人擴張服務地域、重新配置航線結構，這種靈活性導致軸輻式航空網絡得到快速擴張，現實需求引起有關軸輻式網絡的研究得到廣泛開展。

軸輻式網絡通過網絡中的特殊節點—樞紐節點，實現網絡中其它相互作用的節點之間網絡流的轉換服務，實現網絡服務的規模效應和范圍效應，降低網絡服務總成本。帶有樞紐設施的軸輻式網絡，將樞紐作為網絡流切換、網絡用戶轉運或貨物分揀中心，可以用較少的連接或路徑為更多的需求節點提供服務。

軸輻式網絡系統的主要優勢包括:將網絡流集中在少量通路上產生流的規模經濟效應，如軸輻式航空網絡使用大型貨車可以提供更低的單位運輸成本，為貨主提供更高的服務頻率;通過樞紐設施轉換降低網絡投資總量，軸輻式包裹配送網絡通過分揀中心能對所有包裹流向進行控制。軸輻式網絡也存在網絡樞紐設施需要較大的固定投資，網絡設施的中轉功能需要額外投資，經過網絡樞紐的轉運帶來更遠的服務距離或更多的服務時間等不足。

運行及網絡效應

軸輻式網絡的出現和發展，扎根于軸輻式網絡結構自身的經濟性，使用少量樞紐節點來作為集中、分配網絡流的中心，通過網絡流合并，網絡運營商可以使用大型、相對更經濟的網絡設備，可以以更高的服務頻度來提供網絡服務，而網絡用戶則可以從更高的服務密度中受益。在這個發展過程中，通過樞紐實現網絡流合并產生的規模經濟，是其中的主要因素。

樞紐網絡系統可以分成兩層網絡。第一層是樞紐節點組成的樞紐網絡，在電信、通訊領域稱這部分網絡為主干網。第二層網絡是非樞紐節點與樞紐之間的輻網絡。軸輻式網絡的最主要的經濟優勢—規模經濟性主要發生在第一層網絡，即樞紐節點組成的網絡。軸輻式網絡的優化分析主要集中在第一層的樞紐節點選址和第二層的網絡連接設計兩大領域。軸輻式網絡優化設計的第一步是將已知數量的樞紐布置在可選的樞紐候選點上。第二步是將網絡中的非樞紐節點分配給第一步中確定的各樞紐節點。兩者結合實現網絡服務總成本最小化或網絡覆蓋范圍最大化的目標。軸輻式網絡設計一般涉及網絡出發地、目的地、潛在的樞紐候選節點、連接這些節點的網絡連接，以及網絡流量、節點間距離、單位服務成本等模型參數。網絡運營商通常為樞紐網絡中的樞紐節點之間的服務提供折扣服務(降低單位流服務的服務成本或服務時間)。

兩種模型

傳統的運輸網絡大都采用起點與終點間直接相連的直通網絡，如圖1所示:

另一種基本的貨運網絡形態即軸輻式網絡(Hub—and—spokeNetwork)，以一個簡單的單中轉站指派的純軸輻式網絡為例，如圖所示:

假設直通網絡中有n個貨運站，相互之間都存在物流需求，則要將全部的n個貨運站相連，需要n(n一1)/2條節線，每條節線上都需要運輸車輛進行運輸，假設每條線上需要一輛運輸車輛，則總共需要。(n一l)/2輛車。軸輻式網絡與直通網絡相比，多了一個中轉站，但將網絡中各個節點相連，在貨運站數量仍是n個的前提下，只需n條節線。如果各個貨運站之間的物流量都較大，可以保證運輸車輛有較高的滿載率，則網絡中的貨運站之間點點直達，既可以節省運輸里程，又可以節省運輸時間，這樣直通網絡不失為一種理想的選擇。但對公路快速貨運而言，貨源分布較為零散且單批次貨量較小，因此快速貨運公司往往設置較多的貨運站和網點以收集相當數量的貨物。

在貨運站數量n較大的情況下，直通網絡中的節線數n(n一1)/2就會遠大于軸輻式網絡中的節線數n，如果仍然采用直通網絡模式，就會造成運輸車輛裝載率低且數量龐大，極大的增加了成本。而在軸輻式網絡中，各貨運站貨物通過中轉站集中后再進行運輸，以較少的轉運成本達到提高車輛裝載率，降低平均運輸成本的目的，這樣能獲得規模效益，減少運輸成本。實踐證明，軸輻式物流網絡是整合物流資源、提高物流資源利用效率、降低物流成本的有效網絡結構，已成為現代物流網絡結構發展的主流趨勢。

單中轉站指派的軸輻式網絡，即貨運站與一個中轉站相連。這里需要注意的是，貨運站只與一個中轉站相連，并不等于網絡中只有一個中轉站，也可能存在多個中轉站的情況。但本文中只介紹單個中轉站的情況。

對網絡中有中轉站的軸輻式網絡而言，網絡中所有的貨運站均與此中轉站相連，各貨運站在集貨之后向中轉站派出運輸車輛，各個貨運站的貨物在中轉站按貨物目的地的不同進行重新分理，經過中轉站的轉運到達目的地。

快遞業受益

包裹配送網絡是軸輻式網絡結構得到應用成功的又一個典型領域。在全球著名的聯合包裹服務公司的軸輻式包裹配送網絡中(圖3)，每個包裹需要經過三個主要環節:

一是收集環節UPS根據服務時間計劃，精心設計每一條包裹收集路線，及收集停靠點。每個區域操作中心收集的包裹都要送到網絡樞紐進行分揀作業，由于UPS在全球只建立了六個超級樞紐，因此有的區域操作中心到樞紐的距離可能會很遠。

二是分揀環節到達樞紐的包裹經過卸車作業后，根據包裹目的地的地理位置進行分揀，然后所有同一方向的包裹被裝運到飛往該方向的同一架飛機上。

三是分發環節到達目的區域操作中心的包裹通過卡車或小車分發到用戶手中。

目前聯邦快遞(FeDex)、聯合包裹服務(UPS)、敦豪(DHL)等世界主要包裹快遞服務公司均采用軸輻式網絡系統，通過將北美、亞洲和歐洲的包裹集中到孟菲斯、新加坡、法蘭克福等地的樞紐節點，經過分揀后，轉運到世界各地，再通過地面運輸網絡配送到用戶手中。我國的一些民營快遞公司，也開始嘗試建立自己的軸輻式網絡，來提高運營效率、縮短服務時間，全面提升企業綜合競爭優勢。

隨著需求的改變，Fedex、UPS等傳統包裹快遞服務商都向物流服務綜合供應商轉型。軸輻式網絡也成為物流產業的典型網絡結構。軸輻式物流網絡的樞紐是配送中心(物流中心)，配送中心通過將各地不同供應商、生產企業的產品集中，經過分類、再包裝等作業后，打包、組合配送到各零售商或直接配送到客戶手中。目前美國主要的物流運營商Norfolk southern、Yellow Freight等都采用軸輻式網絡結構。實踐證明，采用軸輻式網絡結構，可以降低物流運輸成本，提高倉庫利用率，降低庫存積壓，從而實現最大程度的成本節省。