煙草企業物流配送網絡設計研究

葉 小 龍，魏 國 辰

（1.上海煙草集團（北京），北京市 101101；2.北京物資學院商學院，北京市 101149）

一、引言

煙草企業物流配送網絡設計的好壞直接影響著煙草行業的物流成本。近年來，一些省市的煙草商業公司先后建立了配送中心，對煙草經銷商實行卷煙配送。由于煙草企業物流配送網絡所涉及的產品種類多，數量大，安全性和時效性要求高，一般物流網絡根本無法滿足這些需求，尋求一種先進高效的物流網絡來保證煙草的快速送遞和煙草企業的高效運營，為客戶提供高質量服務，成為當務之急。但是，在卷煙配送中心選址和配送線路優化方面，由于沒有先進理論的指導，導致物流配送優化效果差，物流成本偏高，配送服務水平沒有得到提高。[1]

針對上述問題，本文提出了物流配送網絡的一般設計方法和煙草企業配送中心選址及配送線路設計的一般模型及求解方法。

二、物流配送網絡的一般設計方法

1.物流配送網絡設計原則

（1）總成本原則。物流系統中的各種物流活動成本之間通常存在效益背反規律，如圖1所示。解決沖突的辦法是平衡各項活動以使其達到整體最優，最佳的物流網絡布局方案應該能夠滿足物流系統總成本最小化的要求。

（2）多樣化分撥原則。企業通常有多個種類的產品，面對不同的產品、不同的客戶服務要求和不同的產品特征及銷售水平，企業要采用多種分撥戰略。

（3）規模經濟運輸原則。在物流運作中，將較小運輸批量合并成大批量所產生的經濟效果非常明顯，因為運輸成本——費率這一結構體系中存在規模經濟效益。采用大批量、低頻次的運輸可降低運輸成本，如圖2所示。

圖1 物流效益背反原理

2.煙草企業物流配送網絡設計步驟

煙草企業物流的服務對象主要是各級卷煙經銷商，在同一個城區內具有較大規模的網絡分布，因此煙草企業的物流配送網絡具有復雜性、廣泛性等特點，為提高物流效率，需要對物流配送網絡進行優化和設計。標準的物流配送網絡規劃步驟如圖3所示。

（1）資料與數據收集

網絡規劃需要以大量的數據作為規劃依據。這些數據的來源主要包括煙草企業業務運作單據、財務報告、物流研究報告、公開發布的信息，還包括人為的判斷。

（2）數據分析

數據收集好后，還要進行編排、提煉、分組、匯總或以其他方式進行處理，以支持網絡規劃。經過加工后的數據就轉化為決策時使用的信息。

（3）客戶細分

客戶細分是企業實施差異化戰略的前提。要識別核心客戶、重點客戶、潛力客戶等，從而可以有效地配置資源，實行差異化管理與服務。

圖2 規模經濟運輸原理示意

圖3 物流網絡規劃步驟

（4）物流服務水平分析

一是了解客戶當前享受到的物流服務水平與期望得到的服務水平，二是分析煙草企業實際提供的服務水平，并據此確定服務水平標準。

（5）網絡結構設計

網絡結構設計的第一步是抽象出能夠準確描述網絡運行特點的數學模型，并利用這一模型對網絡的物流成本和服務水平進行評價，進而確定適合的網絡結構。網絡結構設計的目標是，在滿足物流客戶服務約束條件的同時，使所有相關物流成本最小化。

（6）物流網點優化

物流網點主要指網絡中的一些節點，包括配送中心、倉庫以及一些二級配送站等。其優化內容主要包括網點位置、設施規模等。在優化時主要考慮客戶服務水平、業務規模、運作效率及成本等相關要素，建立符合實際需求的物流網點。

（7）物流網絡運輸線路設計

物流網絡運輸線路設計的基本方法可以通過對實際問題進行抽象來建立數學模型并進行模型參數化，采用不同方法對模型進行求解，從而得到網絡運輸線路的多種方案，最后借助相關參數對方案進行比較評價，決定最終采取的物流網絡運作線路方案。

本文接下來將重點論述的是，在前期數據分析已經完成、網絡基本結構已經確定的前提下，如何進行煙草企業物流網絡的網點優化和運輸線路設計。

三、煙草企業物流配送網絡設計模型研究

1.配送中心選址模型

（1）問題描述

配送中心選址問題可描述為，在配送對象位置和需求量已知的前提下，在固定區域內選定k個配送中心的位置，以使得總體配送成本最低。[2]

（2）選址模型

設煙草企業物流配送網絡中的一個區域內有n個經銷商，各點的配送量為Qj（j＝l，2，…，n），各點的遞送頻次為Gj（j＝l，2，…，n），各點的坐標是（Xj，Yj）（j＝l，2，…，n），該區域內將要建立的配送中心坐標為（x，y）。各點的綜合權重為Wj（j＝l，2，…，n），表示某經銷商遞送頻次占該區域內所有經銷點遞送頻次總和的比例，Wj的計算公式如式（1）所示：

根據求平面中物體系統重心的方法，有：

整理后得到：

（x，y）就是所求的重心，也就是配送中心選取的位置。

2.線路設計模型

（1）問題描述

煙草企業物流配送網絡線路設計問題可以描述為：從配送中心用多輛汽車為多個經銷商送貨，每個配送中心的汽車數量一定，已知每個需求點的位置、配送量、遞送頻次（一天需要配送的次數），已知每輛汽車的載重量、速度，在一定的時間限制內，要求合理安排配送的運輸方式及運輸路線，從而使得總運距最小。[3]

（2）線路設計模型

根據煙草企業物流配送網絡的特點，在進行線路設計時，要基于各經銷點的配送量、遞送頻次、巡回配送的時間窗、經銷點交易的時間窗等因素，來規劃每個配送中心區域內的線路條數以及每條線路的經銷點個數、配送次序等，從而使得總運距最小。

已知：一個配送中心所負責的配送區域內共有N個經銷點；每個經銷點的需求量為qi（i=1，2，…，N）；已知汽車的速度為 V1，載重量為 Q1；每條線路的配送任務需要在時間T內完成；各經銷點的交易時間為t；經銷點i到經銷點j的運距為dij（i，j=1，2，…，N）；配送中心到各經銷點的距離為d0（jj=1，2，…，N）；一個配送中心的汽車數量為L。

假設該區域共有M條線路；第k條線路所負責的經銷點數為n（kk=1，2，…，M）；用Hk表示第k條路徑的經銷點集合，Hk={hkihki∈{1，2，…，N}，i=1，2，…，nk}，其中元素 hki表示經銷點 hki在路徑 k中的遞送次序為（i不包括配送中心），用hk0表示配送中心。

則線路設計的數學模型如下：

目標函數：

約束條件：

該模型是一個固定時間窗的車輛路徑優化模型，以網絡中所有線路的距離最小為該模型的目標函數，即以該區域內M條線路的總距離最小為目標函數。每條線路的距離包含往返兩個部分，如式（6）所示。

其中，dhk（i-1）hki表示經銷點 hk（i-1）與經銷點 hki之間的距離；dhk0hknk表示配送中心與第k條線路上最后一個經銷點之間的距離；hk（i-1）表示經銷點hk（i-1）在第k條路徑上的第i-1個經銷點；hki表示經銷點hki在第k條路徑上的第i個經銷點；hk0表示該區域的配送中心。

約束條件式（7）表示每條配送線路上各經銷點的配送量之和不超過汽車的載重量。

式（8）表示每條線路需要在規定的時間內完成該線路的配送任務。其中，nk×t表示第k條線路上所有經銷點的交易時間，示第k條線路往返路程的純運輸時間。

式（9）表示線路條數之和不能超過該區域內配送中心的汽車數量。

式（10）表示必須滿足每個經銷點的需求。

式（11）表示每條線路的經銷點數要小于該區域的經銷點總數。

式（12）表示一個經銷點只能在一條線路上。

（3）模型的求解

線路設計模型是一個配送路徑優化問題，只有在經銷點和路段較少的情況下才有可能求得精確解。對于經銷點眾多、路徑復雜的煙草企業物流配送網絡的線路設計情況，應用啟發式算法是一個比較好的選擇。節約法是制定詳細的配送線路方案比較常見的思想，也是啟發式算法中具有代表性的一種算法，其思路簡單、清晰，便于執行，而且很有效。應用節約法解決煙草企業物流配送網絡中線路設計模型的主要步驟如下：

第一，將上述經銷點均與配送中心相連，構建僅含一個點的初始線路，得到初始總距離。

第二，連接經銷點i與經銷點j到同一條線路，計算節約值 S（i，j）。S（i，j）越大，說明距離減少得越多。

第三，計算節約值 S（i，j），令集合 S={S（i，j）S（i，j）＞0}。

第四，將集合S中的元素按照從大到小的順序排序。

第五，如果集合S=Φ，則計算結束。否則，對第一個元素S（i，j），考察其對應的兩個經銷點若連接到同一條線路上，是否滿足下述條件：

其一，是否滿足運輸工具的載重量要求；

其二，是否能夠在規定的時間內完成該條線路的運輸任務。

四、煙草企業物流配送網絡設計實例

本文以A市煙草公司為例，進行煙草企業物流配送網絡的設計。

A市煙草公司的購銷網絡是一個經銷點巡回配送網絡，不同的經銷點配送量及遞送頻次不同，有的經銷點每天需要配送兩次，有的則只需要配送一次。通過原始數據資料，可以得到每個經銷點的配送量及遞送頻次。

在選址過程中，經銷點每次的配送量就是重心法中的需求量，對于遞送頻次多的經銷點，應給予優先考慮。本文將根據經銷點遞送頻次賦予每個經銷點一個選址權重，表示某經銷點遞送頻次占該區域所有經銷點遞送頻次總和的比例，并以此作為重心法中的運輸費率。具體表示如下：

其中，Wj表示第j個經銷點在選址中的權重，Gj表示第j個經銷點的遞送頻次。

根據本文所提出的配送中心選址模型，選址結果如表1所示。

1.煙草企業物流配送網絡線路設計模型

根據A市煙草公司物流網絡的歷史數據資料，汽車的運輸速度為每分鐘750米，最大載重量為1噸。一個配送中心最多有8輛汽車。每個經銷點的交易時間平均為10分鐘，每條線路巡回運輸的時間窗為180分鐘。每個經銷點的經緯度坐標及配送量已知。根據經銷點分區以及配送站選址研究的結果，可知該網絡參與線路設計的經銷點共計771個，劃分為18個區域，每個區域的經銷點組成及二級配送中心的位置都已經確定。應用前面提出的基于節約法的線路設計模型，將實際數據帶入模型，得到該煙草企業物流配送網絡各區域的線路設計模型如下：

表1 二級配送中心選址結果

目標函數：

2.求解方法

根據煙草企業物流配送網絡線路設計模型，將節約法進行改進，進而求得該問題的較優解。改進后的節約法詳細算法步驟如下：[4]、[5]

（1）計算一個區域內沒有組成任何線路的所有經銷點到配送中心的距離di0（i=1，2，…，N），并將這些距離從小到大進行排序，將排序后的距離所對應的經銷點進行編號，得到經銷點集合R={r r∈{1，2，…，N}，i=1，2，…，N}，則 dri0≤dr（i+1）0。

（2）將上述經銷點與配送中心相連，構建僅含一個點的初始線路，得到初始總距離

（3）從集合R中的第一個經銷點r1開始，計算剩余的N-1個經銷點與經銷點r1連接到同一條線路上時得到的節約值S（r1，r）i：

S（r1，r）i=2dr10+2dri0-dr10-dr1ri-dri0

（ri=2，3，…，N）

（4）將S（r1，r）i從大到小進行排序，組成集合M={S（r1，r）iS（r1，r）i＞0}。

（5）如果集合M=Φ，則計算結束。否則選取集合M中的第一個元素，即S（r1，r）i中值最大的元素，考察其對應的集合R中的經銷點若與經銷點r1連接到同一條線路上，是否滿足下述條件：

①以汽車運輸的速度計算在規定的時間窗內能否完成該線路的運輸任務，如果可以轉入②，否則轉入④；

②該條線路總的運輸量是否小于汽車載重量，如果是轉入③，否則轉入④；

③計算剩余經銷點連接到該線路上得到的節約值，選取節約值最大的經銷點，將之加入該條線路，轉入①；

④該線路結束，開始新線路的規劃，轉入①。

該算法主要是通過VB程序實現的，算法流程如圖4所示。

3.優化結果

通過算法程序的實現，本文完成了煙草企業物流配送網絡18個配送區域具體線路的優化。基于180分鐘作業時窗線路設計的結果如表2所示。

五、結論

本文通過對煙草企業物流配送網絡特點及運作模式的分析，提出了層次化的網絡優化體系及方法論，并對二級配送中心選址與線路設計等實際問題進行抽象和模型化，找到了應用啟發式算法求解的方法。該模型還可推廣到煙草行業以外性質相似的行業，如食品、藥品等。對于企業配送中心及物流中心的設施選址和配送路線設計具有一定的指導意義和較高的實用價值。

[1]劉海龍，李成嚴．物流中心選址方法研究[J]．黑龍江科技信息，2007（7）：42．

[2]龔延成，郭曉汾，蔡團結，李衛江．物流配送點選址模型及其算法研究[J]．中國公路學報，2003，16（2）：123-126．

[3]葉耀華，王律，楊文濤，周煥德，張耀華，金衛平．我國郵政網絡的優化設計方法 [J]．管理工程學報，2004，18（2）：39-43．

[4]張玲，王朝霞．物流配送路徑優化的模型與求解[J]．商場現代化，2006（4）：126-128．

[5]田青，繆立新，鄭力．基于運輸規劃和組合GA的基本物流網絡設計 [J]．清華大學學報（自然科學版），2004，44（11）：1441-1444．