一种基于设计供应链网络来降低供应链成本的方法

摘要

本发明提供一种基于设计供应链网络来降低供应链成本的方法，涉及计算机算法优化与供应链网络设计领域。该发明基于设计供应链网络来降低供应链成本的方法，包括：二级库存供应链网络模型的构建，求解该网络模型的对应算法。该方法通过算法求解模型，优化分销中心总设立成本；总运输成本，包括从工厂到分销中心，分销中心到零售点两部分的成本；分销中心与零售点的总库存成本；车辆燃油消耗而产生的二氧化碳排放所征收的碳税成本。本发明解决了考虑更多实际成本而增加供应链网络优化模型复杂性的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机算法优化与供应链网络设计技术领域，具体为一种基 于设计供应链网络来降低供应链成本的方法。

背景技术

在一个以频繁合并和收购为特征的全球化时代，制造商常常在采购、补 给和仓储方面效率低下，以及在分销网络和客户服务方面存在问题，与此同 时，它们面临着全球市场竞争和扩张的巨大压力。在这些条件下，对卓越的 供应网络设计和优化的需求具有新的重要性，目标是在为客户提供最高水平 的服务的同时最小化供应链的总成本。为了需求驱动和抓住可持续增长的机 会，(1)现代企业必须能够确定仓库的最佳数量、位置和规模；(2)制定最 佳的全企业采购和补给策略；(3)权衡位置、库存和运输；(4)并确定在整 个供应网络设计中涉及的许多复杂的成本权衡和服务需求。这种理想的供应 网络设计有助于同时优化整个供应链，使企业能够平衡仓储和存储成本与位 置和运输成本，并根据客户的需求不断提高效率。然而，由于现实的供应网 络设计中涉及许多复杂的成本权衡和服务需求，从集成的角度进行供应链的 优化设计通常是非常困难的，甚至是不可能做到的。

本发明所设计的供应网络设计优化模型涉及一组空间分布的零售网点、 一组潜在的补充零售商的分销中心和一个向分销中心提供供应的外部供应商， 并且同时确定分销中心的数量、地点、分销中心-零售网点的分配以及确定分 销中心-零售网点梯级库存补货策略和分销中心和零售网点的安全库存水平。 其目标是将系统范围内设备相关、运输、二级库存和安全库存的长期平均成 本降至最低。本发明的优化模型概括了运筹学文献中的几个著名模型。例如， 如果只考虑两级订货和持有成本，则问题简化为单仓库多零售商(OWMR)问 题。如果只考虑固定的选址和运输成本，则该问题成为经典的无能力设施选 址问题(UFLP)。如果忽略设施运营和安全库存成本，这个问题被简化为仓库 -零售商网络设计问题(W-RND)。本发明涉及的模型还引入一个额外的非递减 的凹运营成本函数，并且同时考虑了在运输过程中的交通设施的碳排放成本， 虽然传统的列生成或拉格朗日松弛方法在供应网络设计方法中常用，但由于 更多的实际成本考虑增加了该优化模型的复杂性，这些方法都无法有效解决 该问题，因此本发明设计了一种基于供应链网络来降低供应链成本的方法来 解决这个问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于设计供应链网络来降低供 应链成本的方法，解决了更多的实际成本考虑增加了该优化模型的复杂性的 问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于设计供 应链网络来降低供应链成本的方法，包括：

分销中心的固定位置成本的设立，所述固定位置成本由企业自行进行估 计，是一个一旦分销中心设立便会产生的固定不变成本；

运输成本的控制，所述运输成本包括从工厂到分销中心，分销中心到零 售点两部分的成本；分别需要设置从工厂到分销中心j的单位运输成本d

库存成本的控制，采用固定库存控制策略来补充库存，在该控制策略下， 企业会设置T

车辆燃油消耗而产生的二氧化碳排放所征收的碳税成本的控制，碳税成 本随二氧化碳排放量线性增加；

安全库存的设置，通过决策分销中心与零售点的库存量来降低。

所述库存成本包括分销中心库存成本和零售点的库存成本。

其中，所述分销中心与零售点的库存成本通过公式

所述二氧化碳排放量的测量方法步骤包括：计算燃油消耗量，利用标准 道路运输燃料换算系数将燃油消耗量量换算为二氧化碳排放量车辆的燃油消 耗量由车辆的消耗模式、车辆容量的利用率和运输距离决定。

所述燃油消耗量包括空载车辆消耗量E

其中，一辆货车所述二氧化碳排放量函数可以用

作为本发明的进一步改进，其中外部物流运输的所述二氧化碳排放量为

其中内部物流运输的所述二氧化碳排放量为

所述碳税成本的平均值为

所述零售商集合S和所述分销中心j的成本总和为

(三)有益效果

本发明提供了一种基于设计供应链网络来降低供应链成本的方法，解决 了考虑更多实际成本而增加供应链网络优化模型复杂性的问题。

附图说明

图1为本发明算法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明实施例提供一种基于设计供应链网络来降低供应链 成本的方法，包括：

固定位置成本一般由企业自行进行估计，是一个一旦分销中心设立便会 产生的固定不变成本。

运输成本包括从工厂到分销中心，分销中心到零售点两部分的成本。分 别需要设置从工厂到分销中心j的单位运输成本d

本发明适用于企业采用固定库存控制策略来补充库存，在该控制策略下， 企业会设置T

其中K

企业为了预防缺货，都会设置一个可以接受的安全库存，该发明用下面 的公式来刻画分销中心(零售点)的补货提前期为L

其中α

本发明不仅通过决策哪个分销中心服务哪些零售点，而且通过决策分销 中心与零售点的库存量来降低(3)(4)成本。

本发明不仅考虑上述传统已有的成本输入，而且考虑两级库存补充活动 中因车辆燃油消耗而产生的二氧化碳排放所征收的碳税成本。在本发明中， 碳税成本随二氧化碳排放量线性增加。货运二氧化碳排放量的测量方法包括 两个步骤：(1)计算燃料消耗；(2)利用标准道路运输燃料换算系数将燃料消耗 量换算为二氧化碳排放量车辆的燃油消耗量由车辆的消耗模式(即，车辆空载 或满载时的燃油消耗量)、车辆容量的利用率和运输距离决定。用E

其中C

外部物流运输的碳排放量为

内部物流运输的碳排放量为

让p

本发明通过决策哪个分销中心服务哪些零售点来降低该碳税成本。

上述五个成本即为本发明所涉及的物流决策系统所涉及的成本参数。我 们可以得到服务于零售商集合S的分销中心j的成本总和如下：

带入上述五个成本的具体表达，展开后如下：

对(2)式的某些部分进行定义，可以得到如下

并且

于是(1)式可以写成

由于在该物流决策系统中，企业设置轻重卡车的数量有界限，我们分别 用n

为了简写，我们定义

其中，

我们定义

同理可得

根据上面的数学变换，可以得到c

P

其中

β

使得

其中：

本发明的上述模型的目标函数为最小化本发明所提出的五个成本之和， 其约束条件含义为

(3)式表示该发明适合于每个零售点只能由一个分销中心服务。

(4)式表示零售点只能由开着的分销中心来服务。

(5)和(6)式表示Y

在上述上界模型的基础上，将

其中：

I为所有零售商的集合；

J为所有仓库的集合；

对每一个仓库j，S为该仓库服务的所有零售商的集合，它是I的子集；

F

X

h

h

L

L

F

E

M

F

E

M

W为实际装载重量；

D

D

C

p

μ

σ

d

d

Y

K

K

T

T

本发明需要解决的模型如上，通过相关数学验证可以得到，本发明所涉 及的上下界模型在数学上都具有子模性质，而且该模型涉及多个非线性项， 所以本发明提出一种polymatroid cutting-plane(多边形切割平面)算法来 解决该模型。

接下来，我们以上界模型(上文P

步骤1：在数学变换上，添加两个辅助变量t

P′

使得

(7)和(8)式为数学上的子模约束，表示函数I

步骤2：该发明在上述模型P

步骤3：在C++语言环境下调用CPLEX的Solver可以直接带入上述企业 设置的成本参数，求解松弛模型P

步骤4：该发明首先初始化两个参数j＝1和cut＝0，其中j表示分销中 心在系统中的下标，cut表示该算法的循环次数。

步骤5：如果j≤|J|，执行步骤5.1；否则执行步骤6；

步骤5.1：如果最优解中的

步骤5.2：初始化一个参数变量τ＝1，表示第一个零售点， s表示零售网点的总个数，即s＝|I|。对i＝1，2，3，…，|I|，如果上述最优解中 的

步骤5.3：令参数变量current＝0。对i＝1，2，3，…，|I|，令

执行步骤4.4；

步骤5.4：令参数变量present＝0。对i＝1，2，3，…，|I|，令

步骤5.5：令j＝j+1，执行步骤6；

步骤6：如果参数变量cut≥1，执行步骤3；否则已得到最优解；

自此本发明涉及的算法结束。同理，用K

本发明提供该算法的数值实验效果如下：

表1、基于二级库存管理的传统供应网络设计模型的算法性能

表2未考虑碳排放成本函数，从表2可以看出，该polymatroid cutting-plane(多边形切割平面)算法可以有效解决中等规模的传统二级 库存管理问题实例，例如在表2中，当实例规模达到100个分销中心DCs和 500个零售网点时，生成的随机实例可以在1000sCPU时间内求解，而且解决 方案时间随着实例大小的增加而适度增加。

表2、上界模型vs下界模型

在表1中可以看到低碳供应网络设计的上界模型与下界模型得到的最优 值差距在1％左右可以接受，即可说明该算法得到的最优解有效，并可以确定 该低碳供应网络设计问题的最优解。

表3、低碳与传统供应网络模型算法性能比较

从表3中可以看出，本发明涉及的低碳供应网络设计模型在100个分销 中心DCs和300个零售网点的测试实例可以在7分钟以上的时间内解决，这 表明中等规模的问题可以有效解决。并且，为了有效降低碳排放成本，低碳 供应网络设计模型比传统供应网络设计模型需要开放更多的DCs，并且从实验 结果也可以看出，低碳供应网络设计模型比传统供应网络设计模型更难求解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来 将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示 这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系 列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明 确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有 的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素， 并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同 要素。