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繼國網(wǎng)公司提出“集團(tuán)化運(yùn)作、集約化發(fā)展、精益化管理、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)”發(fā)展思路,以及構(gòu)建“三集五大”體系的建設(shè)要求之后,電能計(jì)量裝置的倉儲(chǔ)和配送引起了各地電網(wǎng)企業(yè)的重視。對(duì)電網(wǎng)企業(yè)而言,建立合理的具有前瞻性的電能計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)將不僅能提高物流運(yùn)作效率及服務(wù)水平,同時(shí)還能夠降低倉儲(chǔ)、配送成本,進(jìn)而提升整個(gè)電網(wǎng)倉儲(chǔ)配送體系的效率。據(jù)此,天津電網(wǎng)結(jié)合企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略,積極實(shí)踐和探索計(jì)量裝置現(xiàn)代物流管理模式,期望通過進(jìn)一步整合資源,實(shí)現(xiàn)整個(gè)物流網(wǎng)絡(luò)體系的科學(xué)規(guī)劃?；诖?本文根據(jù)天津電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略和服務(wù)目標(biāo),應(yīng)用物流一體化理論對(duì)天津電網(wǎng)計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)與決策。

關(guān)于倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題[1],已有文獻(xiàn)研究主要集中于設(shè)施選址和多級(jí)配送網(wǎng)絡(luò)等方面。Teo和Shu[2研究了配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中倉庫的建設(shè)數(shù)量、地理位置及輻射范圍問題。秦進(jìn)等[3]研究了多級(jí)多商品流物流網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的多級(jí)設(shè)施選址和多商品配送問題。Jayaraman和Ross研究了PLOT(Production,Logistics,Outbound Transportation)系統(tǒng),旨在解決多級(jí)生產(chǎn)和多級(jí)配送的問題[4]。而電網(wǎng)系統(tǒng)物流管理實(shí)踐中存在的鑒定與配送過程依存度高且普通分級(jí)配送模式和直配模式并存等特點(diǎn),使得配送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而現(xiàn)階段關(guān)于這方面的研究尚不夠充分。為此,本文在已有研究成果的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究存在柔性配送服務(wù)模式的電網(wǎng)計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與決策問題。

物流一體化(Integrated logistics)最早由英國樸茨茅斯大學(xué)Jones教授提出,是指在維持一定客戶服務(wù)水平的條件下,通過平衡資源,協(xié)調(diào)所有物流活動(dòng),不斷減少總的物流費(fèi)用,最大可能地支持企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展[5]。而后鞠頌東提出物流網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)涉及人、機(jī)、組織、環(huán)境的復(fù)雜系統(tǒng),傳統(tǒng)物流業(yè)已不再適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的客觀要求,世界經(jīng)濟(jì)一體化要求生產(chǎn)一體化和物流一體化[6]。物流一體化是基于物流本質(zhì)屬性的準(zhǔn)確認(rèn)知和適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)管理要求而提出的管理理論和方法。它是TOC(Theory of Constraints)、精益生產(chǎn)(Lean Production)等現(xiàn)代管理理論在物流領(lǐng)域的發(fā)展,以實(shí)物流動(dòng)過程中的集約化管理(Intensive Management)為核心,綜合考慮內(nèi)外部影響因素和相互關(guān)系,實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)運(yùn)作能力與供應(yīng)鏈競爭能力的高度協(xié)調(diào)。從運(yùn)作層面,物流一體化理論指導(dǎo)企業(yè)應(yīng)按照物流功能一體化、企業(yè)內(nèi)部物流一體化和供應(yīng)鏈物流一體化三個(gè)階段對(duì)既有物流體系進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

而國網(wǎng)全國物流一體化是指在全國范圍內(nèi),國網(wǎng)系統(tǒng)整合物流網(wǎng)絡(luò)和物流資源,形成全國范圍內(nèi)的物流一體化的運(yùn)作模式。這種模式將使資源整合的范圍拓展到全國,是未來國網(wǎng)物流一體化發(fā)展的趨勢(shì)?；诖?對(duì)于天津電網(wǎng)計(jì)量裝置的倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)設(shè)計(jì),可以通過將運(yùn)輸、倉儲(chǔ)、配送等物料流動(dòng)的全過程進(jìn)行系統(tǒng)化管理,同時(shí)配合各項(xiàng)資源整合,打破資源屬性邊界,促進(jìn)其向著供應(yīng)鏈物流一體化方向發(fā)展。

柔性的概念最早來源于柔性制造系統(tǒng)(FMS),指的是制造柔性,現(xiàn)在則通常被定義為對(duì)環(huán)境不確定性的適應(yīng)性反應(yīng)。簡而言之,柔性是一種應(yīng)變能力。許志端認(rèn)為物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的柔性設(shè)計(jì)應(yīng)關(guān)注在物流倉儲(chǔ)區(qū)域的數(shù)量及地點(diǎn)、運(yùn)輸工具和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的類型和能力等易于改變的可能性方面[7]。隨后,王偉和真虹又將柔性理論應(yīng)用到物流配送系統(tǒng),并提出配送系統(tǒng)的柔性就是配送系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化快速而經(jīng)濟(jì)有效的反應(yīng)能力[8]?？梢?柔性化服務(wù)具有多樣、靈活、交換、滲透并為服務(wù)對(duì)象樂意接受等特點(diǎn)。因此,本文將配送服務(wù)柔性,即多級(jí)配送與直配并存的配送服務(wù)模式,考慮到電能計(jì)量裝置的倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中,從而實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)對(duì)需求變化的快速反應(yīng)。

結(jié)合上述物流一體化理論和柔性服務(wù)理論,針對(duì)考慮柔性服務(wù)的電能計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題,首先通過分析電能計(jì)量裝置的需求特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本、設(shè)施能力約束、服務(wù)水平四方面影響因素得到系統(tǒng)參數(shù)和決策原則,進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)學(xué)模型找到在滿足服務(wù)能力約束條件下最佳的倉儲(chǔ)選址和最優(yōu)的配送服務(wù)模式。由于數(shù)學(xué)模型相對(duì)較為復(fù)雜,采用了模擬退火算法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解,最后通過算例分析對(duì)模型和算法進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析,為管理者提供科學(xué)的決策建議。

天津電網(wǎng)目前已建設(shè)有計(jì)量中心1個(gè),多個(gè)二級(jí)計(jì)量分庫,以及數(shù)量眾多的下屬站所,服務(wù)人口超過1 400萬。其中,在計(jì)量裝置的配送體系中,計(jì)量中心類似一級(jí)配送中心,周轉(zhuǎn)站是配送的末端,即客戶點(diǎn),而計(jì)量分庫作為二級(jí)配送中心,承擔(dān)計(jì)量裝置由計(jì)量中心到周轉(zhuǎn)站的中轉(zhuǎn)任務(wù)。但為了實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶需求的快速反應(yīng),天津電網(wǎng)嘗試采用柔性化服務(wù)模式進(jìn)行配送,即對(duì)于配送末端的周轉(zhuǎn)站所可以靈活性地選擇普通三級(jí)配送模式或直配模式,如圖1所示,天津電網(wǎng)正在建設(shè)和完善的三級(jí)計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)中普通三級(jí)配送模式(實(shí)線)和直配模式(虛線)并存。因此,在這樣的服務(wù)模式需求下,需要對(duì)計(jì)量分庫重新選址,使其既要滿足庫房地理位置和配送范圍的合理性,同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中柔性服務(wù)模式的配送需求,亟需在具體的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中采用科學(xué)方法輔助決策。針對(duì)以上現(xiàn)實(shí)需求,本文提出了物流一體化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(ILND)模型。

基于以上電網(wǎng)實(shí)際情況和理論分析的需要,在模型構(gòu)建之前需要做出如下必要假設(shè):

圖1 天津電網(wǎng)計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)布局示意圖   下載原圖

(1)計(jì)量中心提供的計(jì)量裝置總能滿足周轉(zhuǎn)站的需求,且有足夠的運(yùn)力可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有需求配送;

(2)計(jì)量分庫節(jié)點(diǎn)不產(chǎn)生需求;

(3)周轉(zhuǎn)站的需求不可分割,每個(gè)周轉(zhuǎn)站只能由一個(gè)計(jì)量分庫或計(jì)量中心提供配送服務(wù);

(4)一個(gè)周轉(zhuǎn)站只能選擇一種配送模式;

(5)周轉(zhuǎn)站作為配送末端的客戶點(diǎn),這里不考慮其庫存成本問題;

(6)計(jì)量中心能夠滿足周轉(zhuǎn)站的所有需求,因此不考慮計(jì)量中心的庫存能力限制;

(7)在直配模式下,計(jì)量裝置由計(jì)量中心檢定后直接配送給周轉(zhuǎn)站,因此不考慮庫存相關(guān)成本。

為了便于模型建立,還需要對(duì)一些重要參變量進(jìn)行定義,見表1。

從提升計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)效率和服務(wù)水平出發(fā),根據(jù)天津電網(wǎng)絕對(duì)保證滿足電能計(jì)量裝置需求的要求,結(jié)合計(jì)量分庫的庫容能力約束和柔性配送服務(wù)模式要求,通過最小化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本建立如下ILND模型:

表1 模型相關(guān)參數(shù)及變量定義     下載原表

其中,模型以最小化網(wǎng)絡(luò)的總運(yùn)營成本為目標(biāo),網(wǎng)絡(luò)的總運(yùn)營成本包括網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用,儲(chǔ)存費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用,網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用主要指計(jì)量分庫的總建設(shè)費(fèi)用,這里把網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用分?jǐn)偟揭?guī)劃期內(nèi)所有年度進(jìn)行考慮,記分?jǐn)傁禂?shù)為:

總儲(chǔ)存費(fèi)用包括計(jì)量裝置在各計(jì)量分庫上的固定儲(chǔ)存費(fèi)用和可變儲(chǔ)存費(fèi)用。其中,可變儲(chǔ)存費(fèi)用與倉庫存儲(chǔ)的計(jì)量裝置數(shù)量有關(guān)。根據(jù)Baumel-Wolfe方法[3],總可變儲(chǔ)存費(fèi)用應(yīng)為。

此外,約束條件(1)是計(jì)量分庫建設(shè)數(shù)量約束;約束條件(2)是周轉(zhuǎn)站配送模式選擇約束,要求同一周轉(zhuǎn)站只能對(duì)應(yīng)一種配送模式,即由計(jì)量分庫中轉(zhuǎn)配送或由計(jì)量中心直配,同時(shí)該條件還保證周轉(zhuǎn)站的需求得到滿足且不被分割;約束條件(3)要求周轉(zhuǎn)站的需求必須分配給建設(shè)的計(jì)量分庫,同時(shí)保證了建設(shè)的計(jì)量分庫必須有計(jì)量裝置流通;約束條件(4)是計(jì)量分庫儲(chǔ)存能力約束;約束條件(5)是相關(guān)變量的定義范圍約束。特別注意的是,本文中的配送服務(wù)水平約束通過配送路徑可達(dá)性體現(xiàn),當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離超出配送范圍時(shí),對(duì)應(yīng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的單位運(yùn)輸費(fèi)用將作為一個(gè)極大的懲罰費(fèi)用設(shè)置為無窮大[2]。

由于上述物流一體化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型(ILND)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,屬于NP-hard問題,因此需采用啟發(fā)式算法對(duì)其進(jìn)行求解。模擬退火算法(SA)作為一種基于Mente Carlo迭代求解的隨機(jī)搜索算法,目前已被廣泛應(yīng)用于設(shè)施布局、生產(chǎn)調(diào)度、控制工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域[4],其特點(diǎn)是在達(dá)到局部最優(yōu)解時(shí),能夠以一定概率跳出原有搜索區(qū)域,并通過隨機(jī)游走逐漸收斂于全局最優(yōu)解。該算法對(duì)求解復(fù)雜物流網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型效果良好。

算法的具體操作步驟如下:

(1)設(shè)置模擬退火計(jì)劃表,令初始溫度為T(充分大),設(shè)置溫度控制函數(shù)update(T),并給定初始解S,令S為當(dāng)前最優(yōu)解;

(2)執(zhí)行鄰域函數(shù),產(chǎn)生新解S';

(3)計(jì)算增量Δt'=G(S')-G(S),其中G(S'),G(S)分別為解S,S'的目標(biāo)函數(shù)值。若Δt'<0,則令S=S';若Δt'≥0則在區(qū)間(0,1)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)小數(shù)ρ,若ρ<exp(-Δt'/T),則令S=S',否則不接受新解S';

(4)若不滿足同溫度下的Metropolis抽樣收斂準(zhǔn)則,返回步驟(2);否則更新溫度T←update(T);

(5)收斂性檢驗(yàn)。若不滿足算法終止準(zhǔn)則,則返回步驟(2);否則算法終止,輸出最優(yōu)解S。

根據(jù)模擬退火算法的原理,上述步驟中的參數(shù)及變化過程在倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的具體含義見表2。

根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)的實(shí)際情況模擬生成三層計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)計(jì)算。其中,該網(wǎng)絡(luò)共有10個(gè)周轉(zhuǎn)站(需求點(diǎn)),5個(gè)候選計(jì)量分庫以及1個(gè)計(jì)量中心。此外,網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃年限為P=10年,銀行年利率γ=0.049,計(jì)量分庫的最大修建數(shù)目限制為M=4,運(yùn)輸費(fèi)用和存儲(chǔ)費(fèi)用的權(quán)重系數(shù)分別為α1=1,α2=2,其他相關(guān)數(shù)據(jù)隨機(jī)生成,詳見表3-表5。

表2 SA術(shù)語在倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的含義     下載原表

表3 周轉(zhuǎn)站相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)     下載原表

注:∞代表超出配送范圍。

表4 計(jì)量分庫相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)     下載原表

表5 計(jì)量分庫到周轉(zhuǎn)站的單位運(yùn)輸費(fèi)用     下載原表

根據(jù)上述條件,建立物流一體化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(ILND)模型,并應(yīng)用MATLAB軟件編程進(jìn)行求解。考慮到啟發(fā)式算法的優(yōu)化結(jié)果質(zhì)量可能與初始解的選取有關(guān),為此在算法實(shí)現(xiàn)過程中記錄了5組不同初始解下的最優(yōu)值,以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ秃退惴ǖ挠行浴?

由表6數(shù)據(jù)可知,不同初始解下得到的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值較接近,且相對(duì)于初始解均有20%以上的相對(duì)費(fèi)用節(jié)省率,因此模擬退火算法和模型均有效。

最后通過計(jì)算得出,在滿足約束條件的前提下,使得網(wǎng)絡(luò)總費(fèi)用最低的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表6 不同初始解對(duì)應(yīng)的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值     下載原表

圖2 最優(yōu)倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)   下載原圖

由圖2可知,最優(yōu)倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中舍棄了第5個(gè)備選計(jì)量分庫,建設(shè)其余4個(gè)計(jì)量分庫,并由這4個(gè)計(jì)量分庫和計(jì)量中心共同負(fù)責(zé)各周轉(zhuǎn)站的配送任務(wù)。其中,周轉(zhuǎn)站2和9由計(jì)量中心統(tǒng)一直配,其余由計(jì)量分庫中轉(zhuǎn)配送,具體對(duì)應(yīng)關(guān)系是:計(jì)量分庫1為周轉(zhuǎn)站5配送;計(jì)量分庫2為周轉(zhuǎn)站1、4、7配送;計(jì)量分庫3為周轉(zhuǎn)站6、10配送;計(jì)量分庫4為周轉(zhuǎn)站3、8配送。

結(jié)合參數(shù)表(表3至表5)對(duì)上述結(jié)果分析可知:(1)在計(jì)量分庫選址方面,影響選址結(jié)果的重要因素之一是計(jì)量中心到計(jì)量分庫的運(yùn)輸成本。相比于其余四個(gè)計(jì)量分庫,計(jì)量分庫5到計(jì)量中心的單位運(yùn)輸成本較高,而在其他費(fèi)用方面計(jì)量分庫之間沒有太大區(qū)別,因此在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中將計(jì)量分庫5淘汰。(2)在配送方面,運(yùn)輸費(fèi)用同樣是影響配送模式選擇和配送任務(wù)分配的重要因素,由于周轉(zhuǎn)站2和9到計(jì)量中心的單位運(yùn)輸費(fèi)用較小,選擇直配模式可以節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用,因此從降低配送成本的角度,周轉(zhuǎn)站2和9應(yīng)該采用直配模式。其它周轉(zhuǎn)站則通過權(quán)衡計(jì)量分庫的流通能力和配送成本選擇由最合適的計(jì)量分庫配送。總而言之,運(yùn)輸費(fèi)用是倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過程中影響網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要因素。

本文在已有研究的基礎(chǔ)上,應(yīng)用物流一體化理論,對(duì)電能計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與決策問題展開研究,并得到以下成果:(1)結(jié)合天津電網(wǎng)的實(shí)際情況,將普通三級(jí)配送和直配并存的柔性化配送服務(wù)模式考慮到計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計(jì)中,提出物流一體化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(ILND)模型,并使用模擬退火算法實(shí)現(xiàn)模型求解;(2)通過算例分析論證了物流一體化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(ILND)模型在電能計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與決策中的適用性,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸費(fèi)用是影響網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要因素;(3)物流一體化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(ILND)模型可以確定需要建設(shè)的計(jì)量分庫節(jié)點(diǎn),并明確每個(gè)周轉(zhuǎn)站的配送模式,可以同時(shí)解決計(jì)量分庫的節(jié)點(diǎn)選址和周轉(zhuǎn)站柔性化配送模式選擇問題。

本文研究的結(jié)果有助于管理者從物流一體化角度重構(gòu)天津電網(wǎng)計(jì)量裝置倉儲(chǔ)配送網(wǎng)絡(luò),獲取進(jìn)一步規(guī)劃建設(shè)的決策建議。但是,本文提出的模型中沒有考慮周轉(zhuǎn)站所的倉儲(chǔ)費(fèi)用以及直配模式下計(jì)量中心的倉儲(chǔ)管理費(fèi)用,而在實(shí)踐中這些費(fèi)用的產(chǎn)生也將影響企業(yè)的決策。此外,對(duì)于生產(chǎn)、庫存、選址與配送耦合決策的復(fù)雜問題本文沒有深入分析,這些問題將是本文后續(xù)研究的重點(diǎn)。