现代物流网络结构类型的研究

刘存绪，熊宗辉，霍丽娅，陈嘉翔

(1. 成都师范学院，成都 611130；2. 成都市温江区政府，成都 611130)

现代物流网络结构类型的研究

刘存绪1*，熊宗辉2，霍丽娅1，陈嘉翔1

(1. 成都师范学院，成都 611130；2. 成都市温江区政府，成都 611130)

通过对物流网络的结构类型以及每个类型网络的特性进行研究，获得一个高效、稳定的物流网络的方法，从而实现物流成本的降低和物流服务质量的提高。将物流网络按其结构进行科学分类，并对每类物流网络进行系统分析可知：建设成本方面线状网络最低，而完全图网络最高；效率方面完全图最高，而线状网络最低；可靠性方面完全图网络最强，线状网络最弱。对树状网络的实证研究表明：分析符合实际情况。

物流网络；结构类型；网络特性

网络化是物流系统的基本特征，一个高效的物流系统，必须有一个高效的物流网络作为支撑。对物流网络的结构类型进行研究，有助于对各类物流网络有针对性地进行规划和管理，从面降低物流成本，提高物流效率。当前对物流网络的研究，大多是运用优化方法，建立数学模型，然后进行求解。对于物流网络本身的研究，特别是对物流网络的结构类型及每类网络的优缺点方面的研究还比较少。本文对物流网络按其结构的不同进行分类，然后分析每个类型物流网络在成本、效率、可靠性等方面的特性，这样，物流企业可以清楚地了解每类网络的优点和缺点，从而对物流网络进行更好地利用，进行更有针对性的改进。

1 现代物流网络的分类

物流网络是进行物流活动的基础[1]，是一种提供物流服务的网络体系[2]，是产品从供应地向销售地移动的流通渠道[3]。物流网络由节点和边组成，物资进行停顿和中转的地方为节点，而节点间的连线为边。物流网络的节点，包括仓库、车站、码头、配送中心以及物流信息的汇集点，如果2个物流节点间发生了物流活动，则认为这2个节点间存在一条边。需要注意的是，这里的边不是指地图上实际的运输线路，而是指2个节点间存在着物流上的联系。这样建立起来的物流网络可以分为以下几种类型：

1)线状网络。线状网络中，有一条线将各个物流节点串联起来，线状网络中每个物流节点都可以和其他任何物流节点间产生物流活动，但必需依次经由若干个中间节点。一个线状网络如果首尾2个节点间存在连线，就成了环状网络，环状网络可以看作是线状网络的一种。车辆进行配送时所经过的路径，一条单独的铁路线或公路线，都属于线状网络。

2)星状网络。星状网络中，存在一个中心节点，这个节点与其余每个节点都存在连线。其余节点都与中心节点相连，但相互之间没有连线。卫星城与中心城市间的连接关系属于星状网络。

3)树状网络。树状物流网络中，物流节点有层级之分。每个层级的节点只和上一级和下一级的节点产生连线，不会越级连线。同时，同一层级的节点间不产生连线。分销网络是最常见的树状网络，总经销商在最顶端，下面每个层级分别是区地分销商、批发商、零售商等，同一层级间不能进行商品的流动，否则就属于窜货行为。

4)轴辐式网络。轴辐式网络中存在若干个枢纽节点，每个普通节点都与某个枢纽节点相连。普通节点相互间没有连线，而枢纽节点之间有较多的连接线，相互间的可达性很强。快递网是典型的轴辐式网络，快件先由县城送往中心城市，再集中送达另一中心城市，最后分发到每个目的地。

5)网状网络。网状网络中各个节点与周边的部分节点相连接，形成一种网状的结构。节点也可分为普通节点和枢纽节点，普通节点是线路上的点，对货物只承担收发或“路过”的功能；枢纽节点是2条线路的交叉点，还要承担中转的功能。铁路网、公路网都具有网状网络的特征。

6)完全图网络。完全图网络中每个节点都与其余的节点直接相连。任意2个节点之间都具有最强的可达性，任意2个节点间货物的运输都不需经过中间节点而直接实现。现实生活中完全图网络很少见，航空网络在一定程度上具有完全图网络的特征。

2 各类物流网络的建设成本

物流网络的建设成本主要包括节点的建设费用和线路的建设费用2个部分。网络中的节点越多，网络中连接线的总长度越长，都会使网络具有更高的建设成本。由于物流网络中节点的数量多少对网络结构没有影响，故本文仅考虑线路的建设费用。

线状网络中每个节点依次与邻近的节点相连接，连接边短，网络中边的数量也少，所以其连接线总长度比较短。网状网络中的节点都是与周边的节点进行连接，连线长度较短，但网络中连接边的数量比较多，所以连接线总长度也比线状网络长。星状网络中，每个节点都要单独与中心节点相连，因而具有较长的连接线总长度。树状网络由于每个节点只与上层的节点相连，底层节点不直接与最顶层的节点进行连接，所以连接线总长度比星状网络短。但容易看出，树状网络的连接线总长度比线状网络长。轴辐式网络中各节点分别与枢纽节点相连，普通节点之间没有连线，情况与树状网络类似。但由于轴辐式网络中枢纽节点之间的连线比树状网络中更多，故其连接线总长度比树状网络要长。完全图网络中，任意2个节点间都存在连接线，连接边的数量非常多，并且不论2节点间距离的远近，都进行了连接，所以网络中连接线总长度非常大。

从物流网络的建设成本来看，线状网络的成本最低，网状网络的建设成本稍高，树状、轴辐式和星状网络更高，而完全图网络的建设费用最高。

3 各类物流网络的效率分析

一般来说，如果一个物流网络能将货物以较低的成本在较短的时间内送达目的地，就认为这一物流网络具有较高的效率。一个物流网络的效率，主要取决于网络中不同节点间连接线的长短和转运次数的多少。

网络的平均路径长度可以用来反映物流网络的效率，它是指网络中所有节点对之间距离的平均值[4]。一个物流网络的平均路径长度短，则说明该网络的效率较高。对于规模一定的物流网络，平均路径长度取决于网络的结构类型。

线状物流网络中的每个节点只与最近的2个节点相连接，与更远处节点的物流活动必须经由线上的其他节点才能进行，网络的平均路径长度较长。完全图物流网络中任意2个节点间都存在连接边直接相连，不存在绕行和中转的情况，所以其平均路径长度是所有类型的物流网络中最短的。

星状物流网络中的节点间的物流活动都由中心节点中转，任意2个节点间的货物输送只需经过2条边就能实现，所以星状网络的平均路径长度较短。

树状物流网络中的节点被划分为若干个层级，网络的平均路径长度与层级的多少有关。节点的层级越少，平均路径长度越短，当只有2个层级时，树状网络其实就是星状网络。所以，树状物流网络的平均路径长度比星状网络要长一些。

轴辐式物流网络中物资由普通节点运送到区域的中心节点，在中心节点间运输后，由另一个中心节点分送到目的地。物资在轴辐式网络中的运输一般经过3条边就能完成，所以其平均路径长度比星状网络长，但比多数树状网络要短。

网状物流网络可以看作是多条线状网络叠加而成，所以网状网络中物资的输送情况与线状网络有些类似。不过由于线状网络中2个节点间存在多条线路，货物运输时可以选择绕行距离较短的线路进行，故其平均路径长度比线状网络要短。但由于节点间的物流活动一般要经过多个节点才能完成，网状网络的平均路径长度比树状网络要长。

从以上的分析可知，就物流网络的效率来说，完全图网络的效率最高，星状网络次之，接下来依次是轴辐式网络、树状网络和网状网络，而线状网络的效率是最低的。

4 各类物流网络的可靠性分析

网络的可靠性指网络中某些节点和连接边失效后，即某些节点删除、某些连接边断开后，网络中的各个节点是否还能保持连通。物流网络的可靠性需要通过节点的度来分析。一个节点的度指与这个节点相连的边的数量[4]。如果网络中节点的度都比较小，则网络可靠性低；如果网络中节点的度都比较大，则网络的可靠性高；如果网络中少数节点的度大而多数节点的度小，则该网络具有对随机攻击的可靠性和对蓄意攻击的脆弱性。

线状网络中，节点的度都非常小，一般都是2，所以只要有任意一两个节点失效，都会使整个网络断开而失去连通性，因此其可靠性很差。完全图网络中，节点的度都非常大，这类网络中即使有很多节点失效，其余的节点也能继续保持连通，所以其可靠性很强。

星状、树状和轴辐式物流网络中，节点的度的情况比较类似，都是少数中心节点的度非常大，多数普通节点的度很小，所以这3类结构的网络都具有对随机攻击的可靠性和对蓄意攻击的脆弱性。

网状物流网络中存在一部分度较大的节点，一般是2条线路的交汇点，也存在一部分度较小的普通节点。所以网状网络的可靠性介于完全图网络和星状等网络之间，总体可靠性较高。

可见，各种结构类型的物流网络中，完全图网络的可靠性最强，线状网络的可靠性最弱，其余类型的网络都在一定程度上表现出对随机攻击的可靠性和对蓄意攻击的脆弱性。因此，要加强物流网络的可靠性，对线状网络来说只有改变其网络结构才能实现；对星状、树状、轴辐式等网络来说，则应尽力保障少数中心节点的安全。

5 树状物流网络实证分析

杨华等[5]用复杂网络的方法对快递网进行分析，揭示了快递网的一些特性。本文利用复杂网络的研究方法，通过对一个树状物流网络的情况进行实证分析，以检验前文分析的正确性。前面的分析表明，树状物流网络在效率方面的特点是具有较高的效率，在可靠性方面的特点是具有对随机攻击的可靠性和对蓄意攻击的脆弱性。下面通过实际数据对这一结论进行验证。

某石化企业在某城市的销售公司将销售区域分为若干个片区，每个片区的分公司直接向总公司进油，并将油品销售给片区中的加油站，由加油站将油品销售给前来加油的客户。这一成品油分销网络具有典型的树状网络的特征，对其进行实证分析可以得到树状物流网络的特性。

1)网络的平均路径长度L定义为网络中任意一对节点间最短距离的平均值，即：

其中：N为网络节点数；dij为连接i,j2个节点的最短路径上的边数。经计算，该树状物流网络的平均路径长度L=3.54。该网络中，产品从最顶端到消费者平均要经过3.54条边，其平均路径长度较短。这是因为成品油属于危险品，其运输成本较高，需要采用平均路径较短的网络以降低成本。而本文的分析认为树状网络的成本只高于线状网络，比星状、轴辐式等网络都要低，这与实际情况是吻合的。

2)度分布。节点i的度ki定义为与该节点连接的其他节点的数目，即与该节点相连的边的数目。网络中所有节点的度的分布情况用分布函数P(k)表示，P(k)定义为网络中度为k的节点数占节点总数的比例。

在实际应用中，为了描述的直观和方便，一般用累积度分布函数(cumulative degree distribution function)表示节点度的分布状况。累积度分布函数定义为：

其中：k为节点的度。累积度分布函数Pk表示的是度不小于k的节点的概率分布。如图1所示，该网络的度分布在半对数坐标系下呈一条下降的直线，具有指数分布的特征，即P(k)～e-k/a。这一分布特征表明网络中有极少数节点的度非常大，而多数节点的度很小。所以，在可靠性方面，该网络对随机故障的抗毁能力较强，但如果是有选择地让度很大的节点失效，则网络很容易崩溃。这与前面的分析是一致的。

6 结语

物流网络是物流活动得以进行的基础，其效率直接决定了物流系统效率的高低。从网络建设成本来看，线状网络和网状网络最低，而完全图网络最高；从效率来看，由高到低分别是完全图、星状、轴辐式、树状、网状和线状网络；从可靠性来看，完全图网络最强，线状网络最弱，其余类型的网络则表现出对随机攻击的可靠性和对蓄意攻击的脆弱性。在物流网络的规划建设中，应该根据货物的特性以及在物流成本、效率、可靠性等方面的需要选择适合的网络类型。

[1] RUSHTON A.The handbook of logistics and distribution management[M].London：Kogan Page Publishing Company, 2006.

[2] 鞠颂东,徐杰.物流网络理论及其研究意义与方法[J].中国流通经济,2007(8):10-13.

[3] 朱道立,龚国华.现代物流与供应链管理[M].上海:复旦大学出版社,2002.

[4] 汪小帆,李翔,陈关荣.复杂网络理论及其应用[M].北京:清华大学出版社,2006.

[5] 杨华,聂玉超,张洪斌,等.基于复杂网络的快递网络性质分析[J].北京师范大学学报:自然科学版,2009(2):101-103,111.

StudyofModernLogisticsNetwork

LIUCunxu1*,XIONGZonghui2,HUOLiya1,CHENJiaxiang1

(1.Chengdu Normal University, Chengdu 611130, China; 2. Government of Wenjiang, Chengdu 611130, China)

By the study of the structure types of logistics network, an efficient network could be built. This article divided Logistics network to several typical types according to their different division of the structure. The study indicated that the line network is the most inexpensive, the complete network is the most efficient, and the complete network is the most reliable. The empirical analysis had certified these conclusions.

logistics network; structure type; characteristics of network

2013-06-05

四川省教育厅重点项目“现代物流管理——理论与实践”(11SA186)

刘存绪(1954- )，男(汉族)，四川成都人，教授，研究生，研究方向：经济学，通信作者邮箱：Liucunxu@sina.com。

熊宗辉(1971- )，男(汉族)，四川营山人，硕士，研究方向：区域经济学。

F506

A

2095-5383(2013)04-0089-03