運(yùn)籌學(xué)在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用

1、 正文: 運(yùn)籌學(xué)在物流中的應(yīng)用 運(yùn)籌學(xué)在物流中的應(yīng)用摘要: 物流在現(xiàn)代社會(huì)當(dāng)中扮演著非常重要的角色。本文通過運(yùn)籌學(xué)方面的知識(shí)來解決物流中出現(xiàn)的問題。 最后通過運(yùn)籌學(xué)來解決幾個(gè)例題的最優(yōu)解問題。1 引言物流(Logistics)是指物品從供應(yīng)地向接受地的實(shí)體流動(dòng)過程.在現(xiàn)代物流中，物流管理（Logistics Management）是指在社會(huì)在生產(chǎn)過程中，根據(jù)物質(zhì)資料實(shí)體流動(dòng)的規(guī)律，應(yīng)用管理的基本原理和方法，對(duì)物流活動(dòng)進(jìn)行計(jì)劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)、控制和監(jiān)督，使各項(xiàng)物流活動(dòng)實(shí)現(xiàn)最佳的協(xié)調(diào)與配合，以降低物流成本，提高物流效率和經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,國(guó)民經(jīng)濟(jì)和貿(mào)易呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)。現(xiàn)

2、代綜合物流管理中，對(duì)采購、包裝、流通加工、儲(chǔ)存保管、配送、裝卸和運(yùn)輸?shù)任锪骰顒?dòng)諸要素的管理，對(duì)人、財(cái)、物、設(shè)備、方法和信息等物流系統(tǒng)諸要素的管理,對(duì)物流經(jīng)濟(jì)管理、物流質(zhì)量管理和物流工程經(jīng)濟(jì)管理等物流活動(dòng)中具體職能的管理都要用到數(shù)學(xué)知識(shí)。運(yùn)籌學(xué)在現(xiàn)代物流企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用是一個(gè)非常具有意義的課題，借助運(yùn)籌學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容和方法，建立了大致的知識(shí)框架體系，它不是枯燥乏味的理論，而是非常實(shí)用的學(xué)科，生活中幾乎處處都有運(yùn)籌學(xué)，特別是對(duì)物流工作更是意義深遠(yuǎn)，能幫助物流企業(yè)解決許多實(shí)際的問題。運(yùn)籌學(xué)是運(yùn)用系統(tǒng)化的方法，經(jīng)由建立數(shù)學(xué)模型及其測(cè)試，協(xié)助達(dá)成最佳決策的一門科學(xué)。它主要研究經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和軍事活動(dòng)中能用數(shù)量

3、來表達(dá)的有關(guān)運(yùn)用、籌劃與管理等方面的問題，它根據(jù)問題的要求，通過數(shù)學(xué)的分析與運(yùn)算，做出綜合的合理安排，以達(dá)到較經(jīng)濟(jì)、有效地使用人力、物力、財(cái)力等資源。運(yùn)籌學(xué)與物流學(xué)作為正式的學(xué)科都始于二戰(zhàn)時(shí)期，從一開始,兩者就密切的聯(lián)系在一起，相互滲透和交叉發(fā)展，運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用的案例大都是物流作業(yè)和管理。運(yùn)籌學(xué)作為物流學(xué)科體系的理論基礎(chǔ)之一，其作用是提供實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)優(yōu)化的技術(shù)與工具，是系統(tǒng)理論在物流應(yīng)用的具體方法。二戰(zhàn)后，各國(guó)都轉(zhuǎn)向快速恢復(fù)工業(yè)和發(fā)展經(jīng)濟(jì)，而運(yùn)籌學(xué)此時(shí)正轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的研究，因此極大地引起了人們的注意，并由此進(jìn)入了各行業(yè)和部門，獲得了長(zhǎng)足發(fā)展和廣泛應(yīng)用，形成了一套比較完整的理論，如規(guī)劃論、存儲(chǔ)論、決

4、策論、和排隊(duì)論等.而戰(zhàn)后的物流并沒有像運(yùn)籌學(xué)那樣引起人們及時(shí)的關(guān)注，直到20世紀(jì)60年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、管理科學(xué)的進(jìn)步、生產(chǎn)方式和組織方式等的改變，物流才為管理界和企業(yè)界所重視，因此，相比運(yùn)籌學(xué)，物流的發(fā)展滯后了一些。不過，運(yùn)籌學(xué)在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用卻隨著物流學(xué)科的不斷成熟而日益廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和普及，運(yùn)籌學(xué)所能解決的問題越來越多,廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，已成為人們?yōu)楹侠砝糜邢拶Y源制定最佳決策的有力工具，它的研究范圍正在不斷擴(kuò)大。2 運(yùn)籌學(xué)與物流2.1運(yùn)籌學(xué) 運(yùn)籌學(xué)也稱作業(yè)研究，是運(yùn)用系統(tǒng)化的方法，經(jīng)由建立數(shù)學(xué)模型及其測(cè)試，協(xié)助達(dá)成最佳決策的

5、一門學(xué)科。他主要研究經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和軍事活動(dòng)中能用數(shù)量來表達(dá)的有關(guān)運(yùn)用、籌劃與管理等方面的問題。它根據(jù)問題的要求，通過數(shù)學(xué)的分析與運(yùn)算，作出綜合的合理安排，以達(dá)到較經(jīng)濟(jì)地、有效地使用人力、物力、財(cái)力等資源。運(yùn)籌學(xué)的主要分支有規(guī)劃論、對(duì)策論、排隊(duì)論、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（即統(tǒng)籌方法）和質(zhì)量控制等，許多著作把也測(cè)技術(shù)也作為運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支。2.2 物流學(xué)物流譯自英文Physical Distribution（實(shí)體分配）“物的流通”，簡(jiǎn)稱PD.簡(jiǎn)單的說，早期的物流概念就是指商品的實(shí)體存儲(chǔ)與運(yùn)輸，即商品實(shí)體的空間位移。此概念最早源于沒過，20世紀(jì)60年代中期為日本所引用，在我國(guó)曾一度叫做“商品儲(chǔ)運(yùn)”。而現(xiàn)代物流則使用L

6、ogistics“后勤”這個(gè)詞。20世紀(jì)80年代物流的概念普遍用Logistics取代PD.1985年沒過物流管理協(xié)會(huì)正式從名稱National Council of Physical Distribution Management 改為National Council of Logistics Management，從而標(biāo)志現(xiàn)代物流觀念的確立,以及對(duì)物流戰(zhàn)略管理的統(tǒng)一化。Logistics本來是作為軍事用語，指的是戰(zhàn)時(shí)物資補(bǔ)給等后方支持業(yè)務(wù)。日本的林周二對(duì)物流的定義是這樣描述的：“物流是包括物料的廢棄與還原，聯(lián)結(jié)供給主體與需要主體，克服空間與時(shí)間距離，并創(chuàng)造一部分形質(zhì)效果的物理性經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。具

7、體包括運(yùn)輸、保管、包裝、裝卸、物流加工等活動(dòng)以及有關(guān)的信息活動(dòng)。”德國(guó)的R尤尼曼對(duì)物流所下的定義為：“物流是研究對(duì)系統(tǒng)的物料流（material flow）及有關(guān)的信息流（information flow）所進(jìn)行的規(guī)劃與管理的科學(xué)理論?！痹诂F(xiàn)階段，“物流”作為最有代表性的定義，是全美物流管理協(xié)會(huì)的定義，即“物流是以適應(yīng)顧客需要為目的的，對(duì)從產(chǎn)地到消費(fèi)地的原材料、半成品、成品和與之相關(guān)信息的專業(yè)保管進(jìn)行有效率的計(jì)劃、執(zhí)行、管理等一系列過程”。與原有的物流概念相比,“后勤”的概念有所擴(kuò)大，包括從原材料供給到消費(fèi)的整個(gè)過程的管理。隨著顧客需求的多樣性、多品種、少量、多頻度的商品供給以及經(jīng)濟(jì)的全球化現(xiàn)

8、象，使后勤在企業(yè)的活動(dòng)中相對(duì)重要性逐步提高，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，物流的范圍已經(jīng)超過了一個(gè)企業(yè)的界限，擴(kuò)大到了多個(gè)企業(yè)。我國(guó)在2001年8月1日開始實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物流術(shù)語中對(duì)物流作了如下規(guī)定：物流即物品從供應(yīng)地向接收地的實(shí)體流動(dòng)過程，根據(jù)實(shí)際需要，將運(yùn)輸、存儲(chǔ)、裝卸、搬運(yùn)、包裝、物流加工、配送、信息處理等基本功能實(shí)施有機(jī)的結(jié)合。2.3 運(yùn)籌學(xué)與物流的關(guān)系物流與運(yùn)籌學(xué)具有緊密的聯(lián)系，它們作為科學(xué)概念都是起源于20世紀(jì)40年代的第二次世界大戰(zhàn)，從開始起，兩者就是互相滲透，交叉發(fā)展。然而，運(yùn)籌學(xué)發(fā)展較快，已經(jīng)形成了比較完備的理論體系和多種專業(yè)學(xué)科，而物流科學(xué)發(fā)展比較遲緩，理論體系

9、尚不完備，包含的專業(yè)學(xué)科也很少。在第二次世界大戰(zhàn)期間，運(yùn)籌學(xué)家們?cè)诮鉀Q后勤保障、潛艇戰(zhàn)術(shù)等一系列軍事問題上做出了巨大的成就，戰(zhàn)后運(yùn)籌學(xué)受到美國(guó)一些大公司的重視，他們把運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用到企業(yè)管理之中，在部分企業(yè)取得成功以后，運(yùn)籌學(xué)的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。隨后，幾乎在所有發(fā)達(dá)國(guó)家中都掀起了一股研究和應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)和科學(xué)管理的熱潮，運(yùn)籌學(xué)是一門實(shí)用性很強(qiáng)的科學(xué)，他的方法應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括物流領(lǐng)域。如果查閱運(yùn)籌學(xué)方面的著作，就會(huì)發(fā)現(xiàn)運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用的典型案例大都是物流作業(yè)及其管理，這也說明物流與運(yùn)籌學(xué)之間的密切關(guān)系。3 物流領(lǐng)域中的運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用3.1存儲(chǔ)論存儲(chǔ)論又稱庫存論，主要是研究物資庫存策略的理論，即確定物資存儲(chǔ)

10、量、捕獲頻率和一次補(bǔ)貨量。合理的庫存是生產(chǎn)和生活順利進(jìn)行的必要保障，可以減少資金的占用，減少費(fèi)用支出和不必要的周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，縮短物資流通周期，加速再生產(chǎn)的過程等。在物流領(lǐng)域的各節(jié)點(diǎn)：工廠、港口、配送中心、物流中心、倉庫、零售店等都或多或少地保有庫存，為了實(shí)現(xiàn)物流活動(dòng)總成本最小或利益最大化，大多數(shù)人們都運(yùn)用了存儲(chǔ)理論的相關(guān)知識(shí)，以輔助決策。并且在各種情況下都能靈活套用相應(yīng)的模型求解，如常見的庫存控制模型分確定型存儲(chǔ)模型和隨機(jī)型存儲(chǔ)模型，其中確定型存儲(chǔ)模型又可分為幾種情況：不允許缺貨，一次性補(bǔ)貨；不允許缺貨，連續(xù)補(bǔ)貨；允許缺貨，一次性補(bǔ)貨；允許缺貨，連續(xù)補(bǔ)貨。隨機(jī)型存儲(chǔ)模型也可分為：一次性訂貨的離散型

11、隨機(jī)型存儲(chǔ)模型和一次性訂貨的連續(xù)型隨機(jī)存儲(chǔ)模型。常見的庫存補(bǔ)貨策略也可分為以下四種基本情況：連續(xù)檢查，固定訂貨量，固定訂貨點(diǎn)的（Q, R）策略周期性檢查的（T, S）策略以及綜合庫存的（T, R, S）策略。針對(duì)庫存物資的特性，選用相應(yīng)庫存控制模型和補(bǔ)貨策略，制定一個(gè)包含合理存儲(chǔ)量、合理存儲(chǔ)時(shí)間、合理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和合理存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。3.2圖（網(wǎng)絡(luò)）論自從上世紀(jì)50年代以后，圖論就廣泛應(yīng)用于解決工程系統(tǒng)和管理問題，將復(fù)雜的問題用圖與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行描述簡(jiǎn)化后再求解。圖與網(wǎng)絡(luò)理論有很強(qiáng)的構(gòu)模能力，描述問題直觀，模型易于計(jì)算實(shí)現(xiàn)，很方便地將一些復(fù)雜的問題分解或轉(zhuǎn)化為可能求解的子問題。圖與網(wǎng)絡(luò)在物流中的應(yīng)用

12、也很顯著，其中最明顯的應(yīng)用是運(yùn)輸問題、物流網(wǎng)點(diǎn)間的物資調(diào)運(yùn)和車輛調(diào)度時(shí)運(yùn)輸路線的選擇、配送中心的送貨、逆向物流中心產(chǎn)品的回收等，運(yùn)用了圖論中的最小生成樹、最短路、最大流、最小費(fèi)用等知識(shí)，求得運(yùn)輸所學(xué)時(shí)間最少或路線最短或費(fèi)用最省的路線。另外，工廠、倉庫、配送中心等物流設(shè)施的選址問題，物流網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)部工種、任務(wù)、人員的指派問題，設(shè)備更新問題，也可以運(yùn)用圖論的知識(shí)輔助決策者進(jìn)行最優(yōu)的安排。3.3排隊(duì)論排隊(duì)論也稱隨機(jī)服務(wù)理論，主要研究各種系統(tǒng)的排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)、等待時(shí)間和服務(wù)等參數(shù)，解決系統(tǒng)服務(wù)設(shè)施和服務(wù)水平之間的平衡問題，以較低的投入求得更好的服務(wù)。排隊(duì)現(xiàn)象現(xiàn)實(shí)生活中普遍存在，物流領(lǐng)域中也多見，如工廠生產(chǎn)線上的

13、產(chǎn)品等待加工，在制品、產(chǎn)成品排隊(duì)等待出入庫作業(yè)，運(yùn)輸場(chǎng)站車輛進(jìn)出站的排隊(duì)，客服務(wù)中心顧客電話排隊(duì)的服務(wù)設(shè)施數(shù)量、系統(tǒng)容量、顧客到達(dá)時(shí)間間隔的分布、服務(wù)時(shí)間的分布特征，可分為（M/M/1/）, （M/M/1/k）, （M/M/1/m）, (M/M/s/k), （M/M/s/m）幾種不同情況，不同情形套用相應(yīng)的模型可以求解。3.4對(duì)策論、決策論對(duì)策論也稱博弈論，對(duì)策即是在競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中做出的決策，決策論即研究決策的問題，對(duì)策論可歸屬為決策論，它們最終都是要做出決策。決策普遍存在于人類的各種活動(dòng)之中，物流中的決策就是在占有充分資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)物流系統(tǒng)的客觀環(huán)境，借助于科學(xué)的數(shù)學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)仿真或經(jīng)驗(yàn)判斷

14、，在己提出的若干物流系統(tǒng)方案中，選擇一個(gè)合理、滿意方案的決斷行為。如制定投資計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、物資調(diào)運(yùn)計(jì)劃、選擇自建倉庫或租賃公共倉庫、自購車輛或租賃車輛等等。物流決策多種多樣，有復(fù)雜有簡(jiǎn)單，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可化分為很多種類型，其中按決策問題目標(biāo)的多少可分為單目標(biāo)決策和多目標(biāo)決策。單目標(biāo)決策目標(biāo)單一，相對(duì)簡(jiǎn)單，求解方法也很多，如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等。多目標(biāo)決策相對(duì)而言復(fù)雜得多。如要開發(fā)一塊土地建設(shè)物流中心，既要考慮設(shè)施的配套性、先進(jìn)性，還要考慮投資大小問題等，這些目標(biāo)有時(shí)相互沖突，這時(shí)就要綜合考慮。解決這類復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題現(xiàn)行用的較多的，行之有效的方法之一是層次分析法，一種將定性和

15、定量相結(jié)合的方法。4 運(yùn)籌學(xué)軟件及其應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)是應(yīng)用分析、實(shí)驗(yàn)、量化的方法，對(duì)物流工程管理系統(tǒng)中人力、物力、財(cái)力等資源進(jìn)行系統(tǒng)安排，為決策者提供有依據(jù)的最佳方案，以實(shí)現(xiàn)最有效的管理.通過運(yùn)籌學(xué)的與物流的聯(lián)系，我們能輕易的看到運(yùn)籌學(xué)對(duì)于現(xiàn)代物流的重要性，我們?cè)谡莆者\(yùn)籌學(xué)的基本分析方法之后，可以利用LINGO的軟件分析實(shí)際問題。Lingo軟件主要用于求解和分析線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、二次規(guī)劃和整數(shù)規(guī)劃等問題，提供了建立最有問題的一種語言。容易建立起約束或目標(biāo)函數(shù)組，能使輸入大規(guī)模問題的過程得到簡(jiǎn)化.Lingo軟件包含了Lingo建模語言和許多常用的內(nèi)部數(shù)學(xué)函數(shù)，可以供使用者建立數(shù)學(xué)規(guī)劃模型時(shí)調(diào)用。運(yùn)

16、籌學(xué)中的線性規(guī)劃問題可以用于解決有限的物流工程資源的最佳分配問題，即如何有限的物流工程資源做出最佳方式的調(diào)配和最有利的使用，一遍充分地發(fā)揮資源的效能去獲取最佳經(jīng)濟(jì)效益。利用線性規(guī)劃的方法解決實(shí)際問題，首先建立數(shù)學(xué)模型,可以用單純形法或用表上作業(yè)法進(jìn)行求解，得到結(jié)果，并且對(duì)結(jié)果進(jìn)行靈敏度分析，對(duì)有限資源做出最佳的調(diào)配和使用。5.1 問題的提出 運(yùn)輸問題有產(chǎn)銷平衡和產(chǎn)銷不平衡兩種，產(chǎn)銷不平衡問題在實(shí)際生產(chǎn)中占絕大部分，但是考慮其處理方法和產(chǎn)銷問題類似，這里只就產(chǎn)銷平衡問題的解決方法加以說明，探討出其中所蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)方法。表上作業(yè)法是求解產(chǎn)銷平衡問題的一種簡(jiǎn)便方法，其基本思路是：（1）找出初始基本可行

17、解；（2）在表上計(jì)算非基變量的檢驗(yàn)數(shù)，判別是否達(dá)到最優(yōu)解（非基變量是和基變量相對(duì)的，基變量可簡(jiǎn)單理解為能用相同的變量線性表示的那些變量，或者進(jìn)一步可理解為其系數(shù)向量性無關(guān)的那些變量）；（3）確定換入變量和換出變量，找出新的基本可行解，在表上用閉回路法進(jìn)行調(diào)整；（4）重復(fù)（2）和（3），直到得到最優(yōu)解為止。為便于理解和簡(jiǎn)單起見，下面用具體的例子解進(jìn)行說明。例：某公司有三個(gè)加工廠, , 生產(chǎn)某產(chǎn)品，每日的產(chǎn)量分別為7t，4t，9t，該公司把這些產(chǎn)品分別運(yùn)往四個(gè)銷售點(diǎn), , , 各銷售點(diǎn)每日銷量分別為3t，6t，5t，6t。從各工廠到各銷售點(diǎn)的單位運(yùn)價(jià)如5-1表所示。問該公司應(yīng)如何調(diào)運(yùn)產(chǎn)品，在滿足各

18、銷售點(diǎn)需要量的前提下，使總運(yùn)費(fèi)最少？1010101088885555表5-1 公司調(diào)運(yùn)產(chǎn)品前提 5.2 問題的分析 因?yàn)槭钱a(chǎn)銷平衡問題，所以若記表示從產(chǎn)地到銷地的運(yùn)量（i=1，2;j=1，2，3，4），則可建立下面數(shù)學(xué)模型： s.t. （1）表5-2 解題表格發(fā)量731131041928974105收量3656表5-2左下角數(shù)字表示從工廠到銷地的單位運(yùn)價(jià)。5.3 問題的解決 考慮到約束方程組（1）的增廣矩陣的秩為6（后面給出推導(dǎo)），因此在下面尋找初始可行解時(shí)所選的基變量個(gè)數(shù)為6。因?yàn)槟繕?biāo)函數(shù)是求最小運(yùn)費(fèi)，故初始可行解可從中最小的數(shù)字開始逐次確定，且使單位運(yùn)費(fèi)小的數(shù)值所對(duì)應(yīng)的運(yùn)量盡可能的大（該運(yùn)量用加括號(hào)的方法表示），同時(shí)規(guī)定對(duì)同樣小的數(shù)值，任取其中一個(gè)，當(dāng)某一行或列對(duì)應(yīng)的發(fā)量或收量已經(jīng)滿足時(shí)，該行或列其余位置處的運(yùn)量劃“”。最后得到一個(gè)調(diào)運(yùn)方案，如表5-3所示：表5-3 調(diào)運(yùn)方案發(fā)量（4）（3）7311310（3）（1）41928（6）（3）974105收量3656由上表可知，初始基變量為：, , , , , ; 非基變量為：,