烟草企业物流配送网络设计研究

叶 小 龙，魏 国 辰

（1.上海烟草集团（北京），北京市 101101；2.北京物资学院商学院，北京市 101149）

一、引言

烟草企业物流配送网络设计的好坏直接影响着烟草行业的物流成本。近年来，一些省市的烟草商业公司先后建立了配送中心，对烟草经销商实行卷烟配送。由于烟草企业物流配送网络所涉及的产品种类多，数量大，安全性和时效性要求高，一般物流网络根本无法满足这些需求，寻求一种先进高效的物流网络来保证烟草的快速送递和烟草企业的高效运营，为客户提供高质量服务，成为当务之急。但是，在卷烟配送中心选址和配送线路优化方面，由于没有先进理论的指导，导致物流配送优化效果差，物流成本偏高，配送服务水平没有得到提高。[1]

针对上述问题，本文提出了物流配送网络的一般设计方法和烟草企业配送中心选址及配送线路设计的一般模型及求解方法。

二、物流配送网络的一般设计方法

1.物流配送网络设计原则

（1）总成本原则。物流系统中的各种物流活动成本之间通常存在效益背反规律，如图1所示。解决冲突的办法是平衡各项活动以使其达到整体最优，最佳的物流网络布局方案应该能够满足物流系统总成本最小化的要求。

（2）多样化分拨原则。企业通常有多个种类的产品，面对不同的产品、不同的客户服务要求和不同的产品特征及销售水平，企业要采用多种分拨战略。

（3）规模经济运输原则。在物流运作中，将较小运输批量合并成大批量所产生的经济效果非常明显，因为运输成本——费率这一结构体系中存在规模经济效益。采用大批量、低频次的运输可降低运输成本，如图2所示。

图1 物流效益背反原理

2.烟草企业物流配送网络设计步骤

烟草企业物流的服务对象主要是各级卷烟经销商，在同一个城区内具有较大规模的网络分布，因此烟草企业的物流配送网络具有复杂性、广泛性等特点，为提高物流效率，需要对物流配送网络进行优化和设计。标准的物流配送网络规划步骤如图3所示。

（1）资料与数据收集

网络规划需要以大量的数据作为规划依据。这些数据的来源主要包括烟草企业业务运作单据、财务报告、物流研究报告、公开发布的信息，还包括人为的判断。

（2）数据分析

数据收集好后，还要进行编排、提炼、分组、汇总或以其他方式进行处理，以支持网络规划。经过加工后的数据就转化为决策时使用的信息。

（3）客户细分

客户细分是企业实施差异化战略的前提。要识别核心客户、重点客户、潜力客户等，从而可以有效地配置资源，实行差异化管理与服务。

图2 规模经济运输原理示意

图3 物流网络规划步骤

（4）物流服务水平分析

一是了解客户当前享受到的物流服务水平与期望得到的服务水平，二是分析烟草企业实际提供的服务水平，并据此确定服务水平标准。

（5）网络结构设计

网络结构设计的第一步是抽象出能够准确描述网络运行特点的数学模型，并利用这一模型对网络的物流成本和服务水平进行评价，进而确定适合的网络结构。网络结构设计的目标是，在满足物流客户服务约束条件的同时，使所有相关物流成本最小化。

（6）物流网点优化

物流网点主要指网络中的一些节点，包括配送中心、仓库以及一些二级配送站等。其优化内容主要包括网点位置、设施规模等。在优化时主要考虑客户服务水平、业务规模、运作效率及成本等相关要素，建立符合实际需求的物流网点。

（7）物流网络运输线路设计

物流网络运输线路设计的基本方法可以通过对实际问题进行抽象来建立数学模型并进行模型参数化，采用不同方法对模型进行求解，从而得到网络运输线路的多种方案，最后借助相关参数对方案进行比较评价，决定最终采取的物流网络运作线路方案。

本文接下来将重点论述的是，在前期数据分析已经完成、网络基本结构已经确定的前提下，如何进行烟草企业物流网络的网点优化和运输线路设计。

三、烟草企业物流配送网络设计模型研究

1.配送中心选址模型

（1）问题描述

配送中心选址问题可描述为，在配送对象位置和需求量已知的前提下，在固定区域内选定k个配送中心的位置，以使得总体配送成本最低。[2]

（2）选址模型

设烟草企业物流配送网络中的一个区域内有n个经销商，各点的配送量为Qj（j＝l，2，…，n），各点的递送频次为Gj（j＝l，2，…，n），各点的坐标是（Xj，Yj）（j＝l，2，…，n），该区域内将要建立的配送中心坐标为（x，y）。各点的综合权重为Wj（j＝l，2，…，n），表示某经销商递送频次占该区域内所有经销点递送频次总和的比例，Wj的计算公式如式（1）所示：

根据求平面中物体系统重心的方法，有：

整理后得到：

（x，y）就是所求的重心，也就是配送中心选取的位置。

2.线路设计模型

（1）问题描述

烟草企业物流配送网络线路设计问题可以描述为：从配送中心用多辆汽车为多个经销商送货，每个配送中心的汽车数量一定，已知每个需求点的位置、配送量、递送频次（一天需要配送的次数），已知每辆汽车的载重量、速度，在一定的时间限制内，要求合理安排配送的运输方式及运输路线，从而使得总运距最小。[3]

（2）线路设计模型

根据烟草企业物流配送网络的特点，在进行线路设计时，要基于各经销点的配送量、递送频次、巡回配送的时间窗、经销点交易的时间窗等因素，来规划每个配送中心区域内的线路条数以及每条线路的经销点个数、配送次序等，从而使得总运距最小。

已知：一个配送中心所负责的配送区域内共有N个经销点；每个经销点的需求量为qi（i=1，2，…，N）；已知汽车的速度为 V1，载重量为 Q1；每条线路的配送任务需要在时间T内完成；各经销点的交易时间为t；经销点i到经销点j的运距为dij（i，j=1，2，…，N）；配送中心到各经销点的距离为d0（jj=1，2，…，N）；一个配送中心的汽车数量为L。

假设该区域共有M条线路；第k条线路所负责的经销点数为n（kk=1，2，…，M）；用Hk表示第k条路径的经销点集合，Hk={hkihki∈{1，2，…，N}，i=1，2，…，nk}，其中元素 hki表示经销点 hki在路径 k中的递送次序为（i不包括配送中心），用hk0表示配送中心。

则线路设计的数学模型如下：

目标函数：

约束条件：

该模型是一个固定时间窗的车辆路径优化模型，以网络中所有线路的距离最小为该模型的目标函数，即以该区域内M条线路的总距离最小为目标函数。每条线路的距离包含往返两个部分，如式（6）所示。

其中，dhk（i-1）hki表示经销点 hk（i-1）与经销点 hki之间的距离；dhk0hknk表示配送中心与第k条线路上最后一个经销点之间的距离；hk（i-1）表示经销点hk（i-1）在第k条路径上的第i-1个经销点；hki表示经销点hki在第k条路径上的第i个经销点；hk0表示该区域的配送中心。

约束条件式（7）表示每条配送线路上各经销点的配送量之和不超过汽车的载重量。

式（8）表示每条线路需要在规定的时间内完成该线路的配送任务。其中，nk×t表示第k条线路上所有经销点的交易时间，示第k条线路往返路程的纯运输时间。

式（9）表示线路条数之和不能超过该区域内配送中心的汽车数量。

式（10）表示必须满足每个经销点的需求。

式（11）表示每条线路的经销点数要小于该区域的经销点总数。

式（12）表示一个经销点只能在一条线路上。

（3）模型的求解

线路设计模型是一个配送路径优化问题，只有在经销点和路段较少的情况下才有可能求得精确解。对于经销点众多、路径复杂的烟草企业物流配送网络的线路设计情况，应用启发式算法是一个比较好的选择。节约法是制定详细的配送线路方案比较常见的思想，也是启发式算法中具有代表性的一种算法，其思路简单、清晰，便于执行，而且很有效。应用节约法解决烟草企业物流配送网络中线路设计模型的主要步骤如下：

第一，将上述经销点均与配送中心相连，构建仅含一个点的初始线路，得到初始总距离。

第二，连接经销点i与经销点j到同一条线路，计算节约值 S（i，j）。S（i，j）越大，说明距离减少得越多。

第三，计算节约值 S（i，j），令集合 S={S（i，j）S（i，j）＞0}。

第四，将集合S中的元素按照从大到小的顺序排序。

第五，如果集合S=Φ，则计算结束。否则，对第一个元素S（i，j），考察其对应的两个经销点若连接到同一条线路上，是否满足下述条件：

其一，是否满足运输工具的载重量要求；

其二，是否能够在规定的时间内完成该条线路的运输任务。

四、烟草企业物流配送网络设计实例

本文以A市烟草公司为例，进行烟草企业物流配送网络的设计。

A市烟草公司的购销网络是一个经销点巡回配送网络，不同的经销点配送量及递送频次不同，有的经销点每天需要配送两次，有的则只需要配送一次。通过原始数据资料，可以得到每个经销点的配送量及递送频次。

在选址过程中，经销点每次的配送量就是重心法中的需求量，对于递送频次多的经销点，应给予优先考虑。本文将根据经销点递送频次赋予每个经销点一个选址权重，表示某经销点递送频次占该区域所有经销点递送频次总和的比例，并以此作为重心法中的运输费率。具体表示如下：

其中，Wj表示第j个经销点在选址中的权重，Gj表示第j个经销点的递送频次。

根据本文所提出的配送中心选址模型，选址结果如表1所示。

1.烟草企业物流配送网络线路设计模型

根据A市烟草公司物流网络的历史数据资料，汽车的运输速度为每分钟750米，最大载重量为1吨。一个配送中心最多有8辆汽车。每个经销点的交易时间平均为10分钟，每条线路巡回运输的时间窗为180分钟。每个经销点的经纬度坐标及配送量已知。根据经销点分区以及配送站选址研究的结果，可知该网络参与线路设计的经销点共计771个，划分为18个区域，每个区域的经销点组成及二级配送中心的位置都已经确定。应用前面提出的基于节约法的线路设计模型，将实际数据带入模型，得到该烟草企业物流配送网络各区域的线路设计模型如下：

表1 二级配送中心选址结果

目标函数：

2.求解方法

根据烟草企业物流配送网络线路设计模型，将节约法进行改进，进而求得该问题的较优解。改进后的节约法详细算法步骤如下：[4]、[5]

（1）计算一个区域内没有组成任何线路的所有经销点到配送中心的距离di0（i=1，2，…，N），并将这些距离从小到大进行排序，将排序后的距离所对应的经销点进行编号，得到经销点集合R={r r∈{1，2，…，N}，i=1，2，…，N}，则 dri0≤dr（i+1）0。

（2）将上述经销点与配送中心相连，构建仅含一个点的初始线路，得到初始总距离

（3）从集合R中的第一个经销点r1开始，计算剩余的N-1个经销点与经销点r1连接到同一条线路上时得到的节约值S（r1，r）i：

S（r1，r）i=2dr10+2dri0-dr10-dr1ri-dri0

（ri=2，3，…，N）

（4）将S（r1，r）i从大到小进行排序，组成集合M={S（r1，r）iS（r1，r）i＞0}。

（5）如果集合M=Φ，则计算结束。否则选取集合M中的第一个元素，即S（r1，r）i中值最大的元素，考察其对应的集合R中的经销点若与经销点r1连接到同一条线路上，是否满足下述条件：

①以汽车运输的速度计算在规定的时间窗内能否完成该线路的运输任务，如果可以转入②，否则转入④；

②该条线路总的运输量是否小于汽车载重量，如果是转入③，否则转入④；

③计算剩余经销点连接到该线路上得到的节约值，选取节约值最大的经销点，将之加入该条线路，转入①；

④该线路结束，开始新线路的规划，转入①。

该算法主要是通过VB程序实现的，算法流程如图4所示。

3.优化结果

通过算法程序的实现，本文完成了烟草企业物流配送网络18个配送区域具体线路的优化。基于180分钟作业时窗线路设计的结果如表2所示。

五、结论

本文通过对烟草企业物流配送网络特点及运作模式的分析，提出了层次化的网络优化体系及方法论，并对二级配送中心选址与线路设计等实际问题进行抽象和模型化，找到了应用启发式算法求解的方法。该模型还可推广到烟草行业以外性质相似的行业，如食品、药品等。对于企业配送中心及物流中心的设施选址和配送路线设计具有一定的指导意义和较高的实用价值。

[1]刘海龙，李成严．物流中心选址方法研究[J]．黑龙江科技信息，2007（7）：42．

[2]龚延成，郭晓汾，蔡团结，李卫江．物流配送点选址模型及其算法研究[J]．中国公路学报，2003，16（2）：123-126．

[3]叶耀华，王律，杨文涛，周焕德，张耀华，金卫平．我国邮政网络的优化设计方法 [J]．管理工程学报，2004，18（2）：39-43．

[4]张玲，王朝霞．物流配送路径优化的模型与求解[J]．商场现代化，2006（4）：126-128．

[5]田青，缪立新，郑力．基于运输规划和组合GA的基本物流网络设计 [J]．清华大学学报（自然科学版），2004，44（11）：1441-1444．