基于系统建模仿真分析的安吉整车物流多式联运网络优化设计

[摘要]本文主要对上汽集团上海区域整车厂所生产出的车辆进行全国范围内的整车物流网络优化设计。首先，应用K-means算法对整车运输区域进行划分，结合现有陆运、水运的中心库，最终形成安吉整车运输的层级轴辐式多式联运网络；其次，本文构建了层级轴辐式多式联运网络系统分析的运输双控成本、时间成本、碳排放量的数学模型；最后，通过对某一个月经营数据的仿真分析，最终确定所构建层级轴辐式多式联运网络的可行性。

[关键词]多式联运；系统建模；网络优化

[中图分类号]F252[文献标识码]A[文章编号]1005-6432（2013）46-0149-04

1引言

随着整车企业的快速发展，2010年我国汽车物流市场规模约945亿元人民币，至2015年预计汽车物流整体市场将达到约1495亿元人民币，其中物流外包比例45%～60%，估计2015年物流外包市场规模将达到901亿元^[1]。

但是目前整车配送模式较为单一，大部分整车企业直发比例超过70%，运输方式仍以公路为主，导致物流成本和物流效率的优化受限；但随着未来五年产销规模快速上升以及基地产能转移、多区域布局的实现，公路直发模式将很难继续支持发展要求。

安吉作为国内整车物流领导企业，拥有自有公路运力3000多辆，加盟公路运力12000多辆，自有铁路车皮348节，自有滚装轮13艘（海轮10艘、江轮3艘），在全国建立“十大运作基地”，管控总面积440万平方米仓储资源^[2]。

目前，在燃油成本不断上升，道路管制政策的出台，以及国家要求“以低碳为特征的交通体系”的大背景下，安吉必须从业务发展思路出发，充分利用现有资源，优化重组现有整车运输网络以提高企业在行业内的竞争力。

本文结合安吉现有的区域枢纽点对上海区域整车运输网络进行陆运和水运网络的构建，另外，创新之处在于建立运输双控成本、时间成本、碳排放量的层级轴辐式网络系统数学模型并通过导入经营数据，系统科学的分析了所建网络的可行性。

2层级轴辐式多式联运网络构建

层级轴辐式网络是指运输网络中大部分节点通过和网络中的一个或少量的几个枢纽节点相互作用，实现货物、人员及服务传递的一种网络结构。建立轴辐式网络可实现区域运输经济的外部性与规模经济效益，整合运输资源，优化多式运输，降低成本。就安吉而言，可充分发挥安吉自身优势，整合各种资源，提升公司综合竞争力，实现公司升级换代。

21安吉整车物流陆运网络构建

K-means 算法是一种聚类算法，其优点是计算简洁、快速，且擅长处理簇与簇中需要分组的数据。该方法解决上海作为货物发送点的全国30省（以省会城市代表）的整车运输跨区域划分问题，在可控成本下最大限度满足客户要求，实现上汽整车全国配送网络的科学划分，以提高车辆总体装载率，降低物流运输成本、保证货物准时到达、实现绿色物流。

通过Matlab70对K-means 算法进行编程，运行结果如下：

因拉萨和乌鲁木齐地理位置相对应的货物需求少，为保证K-means方法计算结果准确性，未将该两点代入相关的程序计算，可将其业务外包给当地物流承运商。另外，各区域内中心库基本已经形成，故本文则直接给出安吉目前区域中心库所在位置。

最终划分结果如表1所示。

22安吉整车物流水运网络构建

全国范围内可使用的港口资源甚是丰富，安吉全国整车运输辐射网络可从现有的众多港口资源中选取几大枢纽中心作为区域中转站。根据各个大区地理位置点及其附近的港口资源，能确定出水运枢纽地：上海、大连、天津、广州、武汉、重庆。

通过调研及模型计算，确定水运辐射范围β=3<500千米；所选的区域枢纽中心基本呈现“T”型空间布局。

水运网络枢纽点及辐射的需求点如表2所示。

23层级轴辐式多式联运网络的形成

3构建多式联运网络评价的数学模型

层级轴辐式多式联运网络构建完成后，需要对整个网络进行分析评价。运输路线的经济成本、时间成本都是网络评价的重点指标，目前由于国家在大力倡导“低碳减排”政策，故安吉作为汽车物流的领导企业，碳排放量必须纳入网络考核指标中。故本文从运输双控成本、时间成本、碳排量三个方面进行系统建模，充分挖掘网络中可降低成本的路线、合理优化现有资源、提高运作效率。

模型构建之前，需要做以下假设：

（1）上海到公、水路枢纽点的距离已知；

（2）公、水路枢纽点到每一个客户需求点的距离已知；

（3）上海到枢纽点的需求量已知；

（4）枢纽点到客户需求点的装载数量已知；

（5）上海到公路和水运枢纽点的费率已知；

（6）水运的货船运输量已知。

模型决策变量和参数定义：

低碳物流将成为未来行业内的热点，目前粗放和低效率的物流运作模式，造成了能耗的增加和能源的浪费。本节通过对网络碳排放量数学模型的构建，以监控企业节能减排的效果。

4 仿真分析

41数据导入

本节对所建模型进行数据（数据来源于文献2）仿真与分析。因回程装载率和陆运运输比例不确定，且二者受到当地经济条件、有无整车生产线、有无当地合作伙伴等系列因素的影响。通过专家的评估对试点城市的回程装载率和陆运运输比例进行分析预测。根据预测结果再导入C#程序中计算。

42层级轴辐式网络分析与评价

图3多式联运与陆运模式下各指标对比图

图3给出层级多式联运模式下和单纯陆运模式下的运输双控成本、时间成本、碳排放量的C#软件计算出的具体数值。

（1）运输双控成本。图3显示运输双控成本由陆运的1842868元降低至多式联运的1171935元（Z1

（2）时间成本。图3显示时间成本由陆运的185223小时提升至多式联运的201131小时（T1>T2），上升幅度85%，时间成本的上升主要归结为多式联运模式，但其上升幅度不大，故层级轴辐式多式联运网络具有较强优越性。

（3）碳排放量。图3显示碳排放量由陆运的327913千克/辆·千米降低至多式联运的277892千克/辆·千米（C1

上文以上汽集团上海区域销售车辆的全国运输为例从运输双控成本、时间成本、碳排放量三个方面，验证了所构建的层级轴辐式多式联运网络的优越性。

5结论

本文针对上海区域内上汽集团车辆进行了全国运输网络的设计，通过对安吉现有网络资源的整合以及划分，最终形成层级轴辐式多式联运网络；为了分析评价所构建网络的可行性，分别从运输双控成本、时间成本、碳排放量三方面进行数学模型的构建；最后则借助C#语言编程，通过对月度经营数据分析验证了层级轴辐式网络相对于单纯陆运的优越性。

由于本文在构建整车运输网络时，只考虑了上海区域的整车配送，并未做到从整车物流全局观念出发，做到区域与区域之间的网络协同。将来的研究可以着重探讨安吉整车物流全国范围内不同区域之间的协同与优化。

参考文献：

[1]德勤中国整车物流白皮书[EB/OL].http：//autohexuncom/2013-01-16/150206427html.

[2]张建勇，郭耀煌一种多式联运网络的最优分配模式研究[J].铁道学报，2002，24（14）：114-116.

[3]Adler NHub-spoke network choice under competition with an application to Western Europe[J].Transportation Science，2005（39）：58-72.

[4]张世翔，霍佳震基于轴辐式网络模型的长三角地区城市群物流配送体系规划研究[J].管理学报，2005（2）：194-199.

[作者简介]吴传良（1989—），男，安徽六安人，安徽工业大学管理科学与工程学院物流工程专业研究生，研究方向：物流工程与管理。