供应链超网络设计——界定、模型和算法改进

摘要

供应链网络系统是贯穿整个供应链管理的精髓和支柱，经济全球化的今天，国际分工协作的发展使现代的供应链网络更为复杂，供应链管理者在规划和运营过程中，面临多项决策内容，对这些决策做好优化，不仅可以增加整体供应链的竞争力，抢占市场份额，也可以帮助降低整个供应链的构建运营成本及居高不下的全社会物流成本。供应链网络物理层面涉及的设施规划选址，配送路径选择等内容，对区域物流规划也具备重要的指导意义。现实中的供应链网络属于超网络范畴。超网络是描述多层、多维、多级、及带多属性流量的复杂网络的有效手段。如何将复杂供应链网络系统抽象化，利用超网络描述，并开发相应转换机制使之作为规则网络来进行优化，以对现实规划和运营提供相应的决策支持，既更为符合现实，又是对物流学科、系统优化理论、图与网络流及复杂网络理论的深入和补充，是物流和供应链研究领域的新的课题。其研究成果可以对供应链系统、物流系统的运作规律做出一定的揭示，既是区域物流规划、供应链网络战略设计，运营规划和决策的关键内容，又是供应链系统优化理论的基础研究内容，具备研究的迫切性和必要性。
　　本文在现有研究基础上，首次为供应链超网络设计问题提供系统的概念和问题界定；对供应链网络运转的拉动力供应链网络上的物流需求进行分析和研究，利用现代数据处理工具，更为现实的分析供应链超网络上物流需求；为基于面需求选址的设施选址问题构建多目标模型并求解，为现实中复杂供应链网络构建了一体化供应链超网络设计问题的框架、模型和算法。
　　主要研究工作内容为：
　　1.系统的对供应链超网络设计问题提出了概念和问题界定，认为属于超网络范畴的供应链系统长期规划和运营过程中优化设计问题应该利用复杂网络工具描述，借用等价优化手段，将复杂网络转化为带超节点和超连接的规则网络，构建相应的网络模型和数学模型来进行建模求解，并给出了整体供应链超网络设计的步骤。
　　2.对供应链网络里物流需求描述方式和理论进行了扩展，认为供应链网络里的物流空间需求包括随机不确定性、周期不确定性和确定性的空间需求三种方式，提出了物流时间需求描述的概念，并利用Arcgis9.3工具，对基于物流随机面需求的设施选址多目标模型构建和求解。
　　3.对基于确定性时间需求的简单供需网络战略阶段设计问题作出界定，认为其决策内容包括：供应设施选址、供应设施能力设计、交通运输网络的道路构建、扩建，模型的构建既融合了最小费用的思想又融合了设施选址区位上对客户需求最大覆盖度的思想，描述了复杂网络结构转化为普通规则网络机制，开发了适应于此阶段模型的拉格朗日松弛算法，并对模型中各项费用开展敏感度实验，对各项费用与区域构建投资费用之间的关系进行了分析。
　　4.对基于确定性时间需求的战略阶段多层多产品供应链超网络设计问题作出界定，构建能够使设施最大化覆盖客户需求的最小费用模型，其决策内容包括：制造商工厂或核心企业仓库选址、能力设计，相应交通网络构建扩建决策，初期配送计划及关键原材料供应商、关键客户市场销售选择；提供了该阶段相应的供应链超网络拓扑结构及超网络拓扑结构转化为普通规则网络求解的机制，对网络中固定费用松弛处理后，开发相应的改进节点潜力值的网络松弛算法对原问题求解，随机生成数据的实验证明了算法和模型的有效性。
　　5.对基于不确定性时间需求的运营阶段多层多产品供应链超网络设计问题作出界定，在需求不被覆盖度基础上，分析了该阶段供应链网络系统的新的均衡条件，分别建立不带均衡条件的超网络设计模型和带均衡条件的超网络设计模型，并利用目标函数值期望等效求解方法处理两类模型，开发了针对第一类模型的拉格郎日松弛算法和第二类模型的变分不等式迭代算法。
　　6.使用简单供需网络相应的超网络设计模型对中南地区武广高铁沿线交通网络规划进行实例分析，利用供应链超网络设计总体模型和思想对美国大型零售企业在美国西南区整体供应链超网络设计进行实证分析，实例和实证分析证明了本文中理论研究具备实际意义，并便于与现实问题相结合。