基于多樞紐輪輻式運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)模型的安徽省快遞網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

倪嵐

摘要： 本文應(yīng)用航空網(wǎng)絡(luò)和公路網(wǎng)絡(luò)以及鐵路網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)結(jié)合的新型運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)安徽省的快遞網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題進(jìn)行研究。首先利用網(wǎng)絡(luò)樞紐運(yùn)力調(diào)配模型確定了合肥和阜陽(yáng)為一級(jí)樞紐點(diǎn)。然后以一級(jí)樞紐點(diǎn)阜陽(yáng)為例，應(yīng)用多樞紐輪輻式運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)模型得出一級(jí)樞紐點(diǎn)到二級(jí)樞紐點(diǎn)采用火車運(yùn)輸日支出成本比采用汽車運(yùn)輸時(shí)的日支出成本更加節(jié)省。

Abstract： In this paper， the new transport network of the combination of three networks of aviation network， road network and railway network is used to study the problem of the express network in Anhui province. First of all， the network hub allocation model is used to determine the Hefei and Fuyang as the primary hub points. And then taking Fuyang as an example， multi-hub-and-spoke transportation model is used to prove that from the primary hub points to the secondary， the day cost of train transportation is less than that of the automobile transportation.

關(guān)鍵詞： 線性規(guī)劃；多樞紐輪輻式；閉合環(huán)繞式；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

Key words： linear programming；multi-hub-and-spoke；closed circulating；network optimization

中圖分類號(hào)：O221.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）36-0067-04

1 問(wèn)題提出

隨著21世紀(jì)的到來(lái)，中部地區(qū)的崛起，中部各省也成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要因素，物流產(chǎn)業(yè)也隨之迅猛發(fā)展，面對(duì)陳舊的物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，怎么樣實(shí)現(xiàn)高效的，安全的，低成本的運(yùn)輸方式，對(duì)中部的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的實(shí)現(xiàn)意義。以安徽各個(gè)市縣區(qū)為例，來(lái)研究未來(lái)安徽省物流網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展。

這次主要研究的運(yùn)輸范圍是北京，上海，天津，福州，杭州，廣州幾個(gè)省和安徽省的交互情況，根據(jù)這些研究數(shù)據(jù)分析網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸優(yōu)化路線。安徽省有合肥、亳州、阜陽(yáng)、淮北、宿州、滁州、六安、宣城、巢湖、池州、銅陵、安慶、黃山、蚌埠、蕪湖、淮南、馬鞍山等17個(gè)省轄市，安徽省一共有合肥，安慶，黃山，阜陽(yáng)四個(gè)市擁有機(jī)場(chǎng)，如圖1所示。

2 網(wǎng)絡(luò)樞紐運(yùn)力調(diào)配的模型

對(duì)于兩個(gè)城市A和B而言，A城市的配送就是B城市的接收。所以研究單方面的運(yùn)力調(diào)配即可在對(duì)航空樞紐地點(diǎn)進(jìn)行選擇的時(shí)候，必須基于以下假設(shè)和模型的參數(shù)說(shuō)明：

約束（2）表示每一個(gè)城市運(yùn)往機(jī)場(chǎng)的快遞量都不超過(guò)貨運(yùn)車輛最大的運(yùn)力，但同時(shí)要不小于最大運(yùn)力的40%；

約束（3）表示從城市的緩存區(qū)運(yùn)送到機(jī)場(chǎng)的快遞量不能超過(guò)運(yùn)輸車輛的最大運(yùn)力；

約束（4）表示發(fā)往市以及市下屬各級(jí)樞紐中心的快遞量之和不能超過(guò)機(jī)場(chǎng)到一級(jí)樞紐地點(diǎn)之間運(yùn)輸車輛或者火車的最大運(yùn)力。

安徽省所有城市之間的距離如表1所示。

根據(jù)表1的距離信息，需要在合肥，安慶，黃山，阜陽(yáng)四個(gè)城市中確定一級(jí)樞紐點(diǎn)，并且整個(gè)省市的一級(jí)樞紐點(diǎn)的最大個(gè)數(shù)為四個(gè)。并且結(jié)合到達(dá)安徽省的飛機(jī)運(yùn)輸運(yùn)輸量作為重要條件考慮。

進(jìn)行模擬算法計(jì)算過(guò)程中，需要進(jìn)行如下假設(shè)：

①其他城市的航空到達(dá)山安徽省的快遞量大于2000kg。

②到達(dá)安徽省的各個(gè)航空班機(jī)的數(shù)量如表2所示。

③假設(shè)省內(nèi)之間不考慮航空運(yùn)輸，不同省市到安徽各個(gè)機(jī)場(chǎng)的運(yùn)費(fèi)如圖表3所示。

在計(jì)算過(guò)程中，本文做出以下假設(shè)（以下假設(shè)均為調(diào)查得出的大概數(shù)值）：

①一級(jí)樞紐每日的固定運(yùn)營(yíng)成本為3000元/天，二級(jí)樞紐每日的固定運(yùn)營(yíng)成本為2000元/天；

②小貨車的最大運(yùn)力為6000kg；

③每個(gè)樞紐城市每天的快遞量都為2000kg；

④汽車運(yùn)輸?shù)某杀緸閮蓚€(gè)城市之間的距離*重量（t）*1.26元。

基于以上數(shù)據(jù)的提供，運(yùn)用excel表格對(duì)此類運(yùn)輸樞紐的確定問(wèn)題逐個(gè)進(jìn)行求解，對(duì)某一天到達(dá)安徽省的快遞進(jìn)行計(jì)算和處理。

日支出成本=3000*2+2000*15+（3+3+5+6+6+3）/6*1000*4*2+（4+3+4+6+5+6）/6*13*2+2575*1.26*2=197509

由表4、5、6分析可知，在只考慮是時(shí)間成本因素上，設(shè)置多個(gè)一級(jí)樞紐點(diǎn)要比只設(shè)置一個(gè)一級(jí)樞紐點(diǎn)節(jié)省時(shí)間，因?yàn)閺牡貓D上看，設(shè)置多個(gè)一級(jí)樞紐點(diǎn)，可以選擇空間距離更近的樞紐點(diǎn)運(yùn)送貨物，更加節(jié)省時(shí)間；而在考慮資金成本因素上，設(shè)置過(guò)多的一級(jí)樞紐點(diǎn)會(huì)有更多的資金投入。綜上，在設(shè)置兩個(gè)一級(jí)樞紐點(diǎn)時(shí)，一方面可以有效的減緩一個(gè)一級(jí)樞紐點(diǎn)時(shí)的所需要面對(duì)的非常大的物流壓力，另一方面，也可以減少因設(shè)置過(guò)多的一級(jí)樞紐點(diǎn)而造成的資金投入的增加。從所有的結(jié)果中可以看出選擇合肥和阜陽(yáng)作為一級(jí)樞紐最佳。

3 多樞紐輪輻式運(yùn)力調(diào)配問(wèn)題的模型

多樞紐輪輻式運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，具有相對(duì)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，中途不涉及到卸載和裝載的特點(diǎn)，而且多樞紐輪輻式運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)單樞紐輪輻式運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)組合而成。對(duì)于城市A和城市B而言，城市A的配送就是城市B的接收。也就是說(shuō)研究單方面的運(yùn)力調(diào)配問(wèn)題即可。輪輻式運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的選擇都是基于航空樞紐地點(diǎn)也就是一級(jí)樞紐點(diǎn)的確定，進(jìn)行運(yùn)輸方式的區(qū)分以及運(yùn)輸路線的選擇。以運(yùn)輸方式的選擇為函數(shù)的自變量，目標(biāo)是利潤(rùn)最大化，主要約束是時(shí)間約束和運(yùn)輸能力約束，構(gòu)造出下面所示的數(shù)學(xué)模型：

其中每個(gè)約束表示含義為：

約束（5）表示通過(guò)i市航空班機(jī)運(yùn)輸?shù)呢涍\(yùn)量不超過(guò)班機(jī)的最大運(yùn)力；

約束（6）表示一級(jí)樞紐到二級(jí)樞紐的快遞量不超過(guò)機(jī)場(chǎng)到一級(jí)樞紐之間運(yùn)輸車輛或者火車的最大運(yùn)力；

約束（7）表示任何一個(gè)一級(jí)城市的快遞量需要累積到運(yùn)輸汽車的50%才運(yùn)往機(jī)場(chǎng)進(jìn)行航空派送；

約束（8）表示任何一個(gè)樞紐城市的快遞量都不小于2t。

得知在一定隨機(jī)快遞量下，確定是安徽省的一級(jí)樞紐點(diǎn)為合肥、阜陽(yáng)。在確定一級(jí)樞紐點(diǎn)的情況下，以阜陽(yáng)市為例對(duì)多樞紐點(diǎn)輪輻式運(yùn)力調(diào)配情況進(jìn)行分析。

根據(jù)安徽省每個(gè)城市之間的距離，為每個(gè)一級(jí)樞紐劃分對(duì)應(yīng)的二級(jí)樞紐。結(jié)果如表7所示。

在進(jìn)行分析計(jì)算的時(shí)候，僅以一級(jí)樞紐阜陽(yáng)為例進(jìn)行計(jì)算，從外省到阜陽(yáng)各級(jí)城市的快快遞的日支出成本計(jì)算，并求和即可。阜陽(yáng)對(duì)應(yīng)的三個(gè)二級(jí)樞紐：亳州，淮北，宿州。阜陽(yáng)出發(fā)到各地的列車時(shí)間表為如表8所示。

在日常工作時(shí)間的都有阜陽(yáng)到亳州，淮北的列車，考慮到快遞件數(shù)量多、大，采用列車運(yùn)輸快遞能充分保證每天不會(huì)有剩余的快遞。

進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要做出以下假設(shè)：①？酌=1/14表示每經(jīng)過(guò)14天車輛就會(huì)需要進(jìn)行安全檢查和維修：Hm=2.94即？酌Hm=0.21；②一級(jí)樞紐的每日固定運(yùn)營(yíng)成本為3000元/天，二級(jí)樞紐每日的固定運(yùn)營(yíng)成本為2000元/天；③小貨車的最大運(yùn)力為6000kg；④汽車運(yùn)輸?shù)某杀緸閮蓚€(gè)城市之間的距離*重量（t）*1.26元；⑤安徽省公路過(guò)路費(fèi)為0.7元/噸公里。

根據(jù)上面的假設(shè)以及自己收集的一些數(shù)據(jù)，通過(guò)excel表格的規(guī)劃求解進(jìn)行計(jì)算，滿足上述的函數(shù)模型的要求，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)某一天從對(duì)其他省市的城市到阜陽(yáng)市的快遞、其他省市的城市到亳州市的快遞量的隨機(jī)時(shí)，結(jié)合人們?nèi)粘５墓ぷ鲿r(shí)間，將快遞量隨機(jī)時(shí)間范圍定位08：00-17：00，汽車安排運(yùn)輸最晚時(shí)間為18：00。同時(shí)在計(jì)算過(guò)程中不計(jì)快遞阜陽(yáng)到火車站的時(shí)間。

其中，表9中方案1表示阜陽(yáng)到亳州使用火車運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式，方案2表示從阜陽(yáng)到亳州使用汽車運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式。一、二級(jí)樞紐之間的運(yùn)輸方式均使用汽車運(yùn)輸。分析表格，本文發(fā)現(xiàn)方案1（火車運(yùn)輸）的總成本遠(yuǎn)小于方案2（汽車運(yùn)輸）的總成本。即是對(duì)于阜陽(yáng)到亳州的快遞運(yùn)輸，火車運(yùn)輸方式的總運(yùn)輸成本小于汽車運(yùn)輸方式的總運(yùn)輸成本，這一結(jié)果說(shuō)明了針對(duì)一些特殊的運(yùn)輸環(huán)境，可以研究新的運(yùn)輸方式以達(dá)到增加企業(yè)利潤(rùn)的目的。但是對(duì)于兩地鐵路運(yùn)輸比較落后的地區(qū)，企業(yè)還是需要使用汽車運(yùn)輸或者開(kāi)拓出新的運(yùn)輸策略。

采用火車運(yùn)輸?shù)姆绞侥芙档湍茉吹南模涌炜爝f運(yùn)輸?shù)男?，降低能源的消耗，加快快遞運(yùn)輸?shù)男??？爝f企業(yè)采用這種方式運(yùn)營(yíng)很大程度上縮小了某區(qū)域運(yùn)輸能力的限制、降低了快遞運(yùn)輸過(guò)程中消耗的成本。

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