農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

龐燕，王忠偉

（中南林業(yè)科技大學(xué)物流學(xué)院，湖南長沙 410004）

農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

龐燕，王忠偉

（中南林業(yè)科技大學(xué)物流學(xué)院，湖南長沙 410004）

農(nóng)產(chǎn)品物流對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和農(nóng)村經(jīng)濟繁榮具有十分重要的作用。建立健全農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流體系，有助于減少農(nóng)產(chǎn)品對外貿(mào)易物流環(huán)節(jié)的浪費現(xiàn)象，降低農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流成本，提升農(nóng)產(chǎn)品國際競爭力。文章結(jié)合湖南省新農(nóng)村建設(shè)中農(nóng)業(yè)外向型經(jīng)濟發(fā)展的實踐，運用混合整數(shù)規(guī)劃模型，建立了農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，并通過應(yīng)用實例，運用兩層分解尋優(yōu)算法進行模型求解，給出了特定農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案，可用以指導(dǎo)湖南省農(nóng)業(yè)外向型經(jīng)濟跨躍式發(fā)展。

農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流；物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；混合整數(shù)規(guī)劃模型；兩層分解尋優(yōu)算法

一、引言

農(nóng)產(chǎn)品物流對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和農(nóng)村經(jīng)濟繁榮具有十分重要的作用。我國“十二五”規(guī)劃明確提出了加快推進社會主義新農(nóng)村建設(shè)的新要求，具體指出：“形成優(yōu)勢突出和特色鮮明的產(chǎn)業(yè)帶，引導(dǎo)加工、流通、儲運設(shè)施向優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)聚集。”“進一步擴大農(nóng)業(yè)對外開放，提高利用國內(nèi)兩個市場、兩種資源的能力，提升農(nóng)業(yè)整體競爭力。”我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的外向型經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，必然要求農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)融入全球經(jīng)濟的主流空間。[1]湖南省作為我國農(nóng)業(yè)大省，具有豐富的農(nóng)業(yè)資源，進一步擴大農(nóng)業(yè)對外開放戰(zhàn)略，勢必要將農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流納入湖南區(qū)域物流框架體系之中，以提升湖南省農(nóng)產(chǎn)品國際競爭力，適應(yīng)國際化合作與競爭的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系建立的客觀要求。鑒于此，建立健全農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流體系，對于減少外貿(mào)農(nóng)產(chǎn)品物流環(huán)節(jié)的浪費現(xiàn)象，降低農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流成本，提升農(nóng)產(chǎn)品國際競爭力具有重要意義。完善農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流體系的實質(zhì)問題之一就是農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，本文將結(jié)合混合整數(shù)規(guī)劃模型對農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題進行研究。

二、農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流與農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流體系

隨著我國社會主義新農(nóng)村建設(shè)進程的推進，以及農(nóng)業(yè)外向型經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營將面向國際市場，按照國際市場需求和國際標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)，直接參與國際競爭，這將推動我國農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流的快速發(fā)展，加快我國農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)融入國際供應(yīng)鏈一體化運作體系的步伐。

1.農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流

目前，學(xué)術(shù)界對農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流還沒有確切的解釋，我們通過長期的外貿(mào)物流實踐與農(nóng)產(chǎn)品物流研究，結(jié)合對該行業(yè)的理解，總結(jié)出了農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流的含義：所謂農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流是相對于農(nóng)產(chǎn)品國內(nèi)物流而言的，是伴隨著一國或地區(qū)與他國或另一地區(qū)之間的農(nóng)產(chǎn)品買賣活動而產(chǎn)生的，是國際間的農(nóng)產(chǎn)品交換，是農(nóng)產(chǎn)品從供應(yīng)地向需求地的實體流動。農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流的實質(zhì)是依照國際慣例，利用國際化的物流網(wǎng)絡(luò)、物流設(shè)施和物流技術(shù)，實現(xiàn)貨物在國際間的流動與交換，以促進區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展和世界資源的優(yōu)化配置。農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流的總目標(biāo)是為農(nóng)產(chǎn)品對外貿(mào)易服務(wù)。即選擇最佳的方式與路徑，以最低的費用和最小的風(fēng)險，保質(zhì)、保量、適時地將貨物從某國的供方運送到另一國的需方。農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流是特殊形態(tài)下的綜合物流體系，需調(diào)動境內(nèi)外物流資源實現(xiàn)物流過程中各節(jié)點的一體化，完成整個國際供應(yīng)鏈體系中農(nóng)產(chǎn)品物流的增值服務(wù)。[2]

2.農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流體系

農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流體系是建立在境內(nèi)外地區(qū)物流資源整合基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)物流資源最優(yōu)化配置，完成境內(nèi)區(qū)域性物流與境外國際性物流無縫對接而形成的各環(huán)節(jié)的有機集合體。它涉及一個包含諸多要素在內(nèi)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)體系，主要包括物流基礎(chǔ)設(shè)施、倉儲配送設(shè)施、物流設(shè)備、信息通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與水平、政策支持體系、運營管理機制體制、物流標(biāo)準(zhǔn)、職能服務(wù)等。上述物流要素的水平、規(guī)模、質(zhì)量等共同決定著農(nóng)產(chǎn)品物流跨區(qū)域流動的成本、效率、服務(wù)質(zhì)量、物流組織化程度等總體績效。

三、基于混合整數(shù)規(guī)劃模型的農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)選址模型的建立

1.混合整數(shù)規(guī)劃模型的描述

混合整數(shù)規(guī)劃模型是一種經(jīng)常被用來解決物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中大型、復(fù)雜選址問題的方法。[3]它可以把固定成本以最優(yōu)的形式考慮進去，并通過計算得出最優(yōu)點。

混合整數(shù)規(guī)劃模型考慮的是一個區(qū)域的物流系統(tǒng)，以某類產(chǎn)品為對象。該模型中有關(guān)多元網(wǎng)點布局的問題通常是假定有m個資源點Ai（i=1，2，…，m），各點的資源量為ai，有n個需求點Bj（j= 1，2，…，n），需求點可以從設(shè)置的網(wǎng)點中轉(zhuǎn)進貨，也可以從資源點直接進貨，假定各備選地設(shè)置網(wǎng)點的基建投資、倉儲費用、運輸費率均已知，以總成本最低為目標(biāo)確定網(wǎng)點布局的最佳方案。

2.農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型

農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由多個農(nóng)產(chǎn)品收發(fā)貨的節(jié)點和它們之間的連線所構(gòu)成的物流抽象網(wǎng)絡(luò)以及與之相伴隨的信息流動網(wǎng)絡(luò)的集合。[4]所謂農(nóng)產(chǎn)品收發(fā)貨節(jié)點是指進出口過程中所涉及的國內(nèi)外的各層倉庫，如農(nóng)戶、農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)倉庫、農(nóng)產(chǎn)品進口商貿(mào)企業(yè)倉庫、貨運代理人倉庫、口岸倉庫、國內(nèi)外中轉(zhuǎn)站倉庫以及流通加工/配送中心和保稅區(qū)倉庫。所謂連線是指連接上述國內(nèi)外眾多農(nóng)產(chǎn)品收發(fā)貨節(jié)點的運輸連線，如各種海運航線、鐵路線、飛機航線以及海陸空聯(lián)合運輸線路（如圖1所示）。

3.基于混合整數(shù)規(guī)劃模型的農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型

（1）農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的內(nèi)容

農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的實質(zhì)問題是物流配送中心選址問題，[5]、[6]該問題是指在一個具有若干供應(yīng)網(wǎng)點、若干需求網(wǎng)點的經(jīng)濟區(qū)域內(nèi)，選擇一個地址設(shè)置物流中心的規(guī)劃過程。最佳的物流中心選址方案是使商品從通過該中心匯集、中轉(zhuǎn)、分發(fā)直至輸送到銷售（需求）網(wǎng)點的全過程的效益最好。針對農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，在物流中心的選址規(guī)劃中，應(yīng)對物流中心選址的影響因素等進行綜合分析，并提出縝密的決策建議，以實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流整合，使成本最小化。在農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流標(biāo)準(zhǔn)化、外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)信息化實現(xiàn)之后，農(nóng)產(chǎn)品配送會更為迅捷，將實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流的柔性管理。[7]、[8]建立農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)選址模型，有助于按照物流費用最小化原則，在廣域性空間范圍內(nèi)實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

（2）運用混合整數(shù)規(guī)劃模型解決物流組織選址問題所需要的信息

根據(jù)圖1所示的農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型，在運用混合整數(shù)規(guī)劃模型解決物流組織選址問題時需要的信息有：擬建一、二級農(nóng)產(chǎn)品物流中心的個數(shù)，各物流中心的地點，各物流中心的規(guī)模，從某個農(nóng)戶向農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)運送的農(nóng)產(chǎn)品品種及數(shù)量，從農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)向某二級物流中心運送的農(nóng)產(chǎn)品品種及數(shù)量，從某二級物流中心向某一級物流中心運送的農(nóng)產(chǎn)品品種及數(shù)量，通過各物流中心的品種及數(shù)量，物流中心興建、擴建和關(guān)閉的時間，計劃期內(nèi)整個農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)中各種費用的總和（如圖2所示）。

（3）基于混合整數(shù)規(guī)劃模型的農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化基礎(chǔ)模型

上述模型中各變量的含義如下：

m：物流中心備選地的數(shù)目；

n：需求點的數(shù)目；

p：可興建的物流中心的最大數(shù)目；

Xij：從物流中心i到需求點j的運輸量；

zi：物流中心選址變量，當(dāng)zi=1時，表示i地被選作物流中心，當(dāng)zi=0時，表示i地未被選上；

Dj：j地的需求量；

Mi：備選物流中心i的建設(shè)容量；

hij：從i地到j(luò)地包括裝卸、運輸費在內(nèi)的發(fā)送單價（單位為元/噸）；

Fi：備選物流中心i的固定費用（包括基本投資費和固定經(jīng)營費）；

Q：農(nóng)戶數(shù)目；

L：農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)數(shù)目；

Wrk：從農(nóng)戶r到農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)k的運輸量；

Wki：從農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)k到物流中心i的運輸量；

Bk：農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)k的加工能力；

Ak：農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)k的供應(yīng)能力；

crk：從農(nóng)戶r到農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)k的運輸（包括裝卸費）單價；

cki：從農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)k到物流中心i的運輸（包括裝卸費）單價；

gi：物流中心i的流轉(zhuǎn)單價（單位流轉(zhuǎn)量的管理費用）；

C：物流網(wǎng)絡(luò)的總費用。

以上幾項成本費用的單位均為元/噸。根據(jù)這些參數(shù)和變量建立農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型（1）。

（4）基于混合整數(shù)規(guī)劃模型的農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化基礎(chǔ)模型約束條件

在模型中，目標(biāo)函數(shù)為物流總成本最小，約束條件分別表示為：如果i地址被選為物流中心，物流中心i所得到的各農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)的供應(yīng)總量不超過它的容量；從各物流中心向某需求點供給的物資總和應(yīng)滿足該需求點的需求量；選上的物流中心數(shù)目不得超過原定的限額（這主要是考慮投資能力的限制）；從農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)發(fā)送到各物流中心的物資總量不超過它的供應(yīng)能力；從農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)所得到的農(nóng)戶的供應(yīng)總量不超過它的加工能力；通過物流中心i的貨物進出總量要相等。

求解該模型可得到總費用目標(biāo)函數(shù)值最小的物流中心建設(shè)數(shù)目、地點和各流通中心向需求點的發(fā)送量，農(nóng)戶向農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)向物流中心的運輸量。該模型為農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)選址問題提供了可操作的工具，但其求解方法十分復(fù)雜。下面，本文將以該模型為基礎(chǔ)，在不考慮農(nóng)戶、物流中心投資運營費用的情況下，僅根據(jù)有限的數(shù)據(jù)建立農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，并求解這個算例。

四、農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型算例分析

1.農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型的求解

根據(jù)基礎(chǔ)模型（1）的原理建立農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)銷售物流網(wǎng)絡(luò)變參數(shù)0-1線性規(guī)劃模型。

假設(shè)各需求點之間的距離、產(chǎn)地與需求點的距離為dij（公里），運費為C（dij）（元/噸公里）；產(chǎn)地、銷售點及物流中心共計n個，共建有m個物流中心，K（k）表示第k個物流中心加上與之有供應(yīng)配送關(guān)系的產(chǎn)地、銷售點的總數(shù)，這里k=1，…，m；由于農(nóng)產(chǎn)品是有保質(zhì)期的產(chǎn)品，因此產(chǎn)地到物流中心的距離有一定的約束L；優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定為求總運輸成本Cost（元）最小。[9]、[10]

d0i：表示產(chǎn)地0到物流中心i的距離；

dij=dji：表示物流中心i到銷售地j的距離；

C（dij）：表示運輸費用是一個分段函數(shù)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)定函數(shù)值。

為確立分銷中心的位置，據(jù)上述條件建立農(nóng)產(chǎn)品銷售網(wǎng)絡(luò)模型（2）。

本文構(gòu)造的選址模型（2）是一個大規(guī)模變參數(shù)0-1線性規(guī)劃問題，按照傳統(tǒng)的求解算法很難得到問題的優(yōu)化解，故根據(jù)實際問題的性質(zhì)運用兩層分解尋優(yōu)算法求解該模型。

算法步驟如下：

第一步：將節(jié)點分出合適的組。根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流實際問題的特點，即根據(jù)每個區(qū)域特定的銷售特點和銷售條件，將銷售點按區(qū)域分組。使大規(guī)模變參數(shù)0-1線性規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為若干小規(guī)模變參數(shù)0-1線性規(guī)劃問題。

第二步：確定兩層間的農(nóng)產(chǎn)品銷售運輸策略（農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)），利用枚舉法求每組所對應(yīng)的小規(guī)模變參數(shù)。

第三步：如無特別策略要求，可進行各種策略下的優(yōu)化結(jié)果比較，得出總成本最低的分銷中心的位置，否則按照要求的策略執(zhí)行第二步尋優(yōu)。

2.應(yīng)用實例

以湖南省茶葉出口貿(mào)易為例，進行農(nóng)產(chǎn)品外貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型的算例分析。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，按照由產(chǎn)地直達物流中心、再由物流中心到各銷售地的銷售策略，確定三個物流配送中心的位置。

該問題可用模型（2）解決，并利用兩層分解尋優(yōu)算法來求解。根據(jù)管理和體制的實際需要，可在湖南省主要出口地區(qū)分別建立一個物流中心，進行茶葉的集散與外銷。因此問題簡化為三個變量個數(shù)分別為10、12、17的小規(guī)模0-1線性規(guī)劃問題。

（1）數(shù)據(jù)收集與模型參數(shù)的設(shè)定

在模型（2）中，m=3，n=39，長沙、益陽、岳陽的產(chǎn)地、銷售點及物流中心的總數(shù)分別為K（1）=10，K（2）=12，K（3）=17。根據(jù)優(yōu)選節(jié)點間最有效率距離，得出產(chǎn)地長沙（工廠所在地）到銷售地的距離d0i，物流中心與銷售地的距離dij。因為dij<500公里，所以運費C（dij）（元/公里）取0.36，距離約束取L=300公里，成本約束C的初始值可設(shè)定為一個比保底成本大或很大的數(shù)，以便于做初始輸入比較總運輸成本。

（2）計算方法及計算結(jié)果

根據(jù)上述兩層分解尋優(yōu)算法，構(gòu)造計算步驟。這里依產(chǎn)地直達物流中心、再由物流中心到銷售地的銷售運輸策略，k=1、2、3表示由長沙、益陽、岳陽的產(chǎn)地、銷售點及配送中心構(gòu)成的三個組，Cost1表示產(chǎn)地直達物流中心的運輸成本，Cost2表示物流中心到各銷售地的運輸成本，Cost3表示總運輸成本。每組采用枚舉法尋找使Cost3最小的物流中心地址。

表1 優(yōu)化結(jié)果

依計算步驟利用Matlab5.1軟件編程計算得出結(jié)果（3、1、7）。因模型（2）中的總運輸成本只是實際運輸成本的一個函數(shù)，故在表1中不必輸出。由表1可知，物流中心分別建立在長沙市開福區(qū)金霞物流園區(qū)、益陽市赫山區(qū)滄水鋪和岳陽市城陵磯，可使茶葉在滿足相關(guān)約束條件的前提下抵達各物流中心再運送到銷售地使總運輸成本最小。

五、結(jié)束語

隨著我國新農(nóng)村建設(shè)中農(nóng)業(yè)外向型經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品物流體系不暢成為制約農(nóng)業(yè)外向型經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸問題，也是當(dāng)前備受關(guān)注的課題。本研究工作的成果將對湖南省農(nóng)業(yè)外向型經(jīng)濟的跨躍式發(fā)展起到一定的指導(dǎo)作用。然而，本研究還有待于進一步深化，后續(xù)研究將在進行廣泛調(diào)研工作的基礎(chǔ)上，收集更多數(shù)據(jù)，不斷完善該模型，充分發(fā)揮理論指導(dǎo)的作用。

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Agricultural Product Foreign Trade Logistics Network Optimization Research

PANGYan and WANGZhong-wei

（Central SouthUniversity of Forestry and Technology，Changsha，Hunan410004，China）

Building the perfect agricultural product foreign trade logistics system is of great significance for reducing the waste of agricultural product foreign trade logistics links,reducing the high cost of agricultural product foreign trade logistics and advancing international competitiveness of agricultural products.Combined with the practice of agricultural export-oriented economic development of Hunan new rural construction,expounded to agricultural product foreign trade logistics and agricultural product foreign trade logistics system,and based on the mixed-integer planning model,the authors built a model for agricultural product foreign trade logistics network optimization.Then,with the help of the application of that and the two layers of decomposition algorithm for solving the optimal model,the authors put forward a useful scheme for some agricultural product foreign trade logistics network optimization that can be used as the guidance for the great-leap-forward development of exportoriented economy of the agriculture industry in Hunan.

agricultural product foreign trade logistics；logistics network optimization；mixed-integer planning model；two layers of decomposition optimum algorithm

F252.8

A

1007－8266（2011）07－0026－05

龐燕（1965-），女，湖南省湘潭市人，中南林業(yè)科技大學(xué)物流學(xué)院副院長，副教授，博士，主要研究方向為物流工程與管理；王忠偉（1965-），男，湖南省邵陽市人，中南林業(yè)科技大學(xué)物流學(xué)院院長，教授，博士，主要研究方向為物流工程與管理。

陳靜