浅析运筹学在物流管理中的应用与发展.doc

<p>浅析运筹学在物流管理中的基本应用与发展

摘 要 本文对运筹学在物流管理中的基本应用与发展进行了总结，分析了一些物流管理中常用的运筹学方法。目前物流产业作为社会的基础产业，已成为推动经济持续发展的重要力量。在物流系统中应用优化技术，合理配置物流资源、有效控制物流活动，以降低物流系统成本，显得尤为重要。
关键词 运筹学；物流运输；线性规划；存储论；对策论

1 引言
&nbsp; &nbsp;近年来，随着我国经济水平的提高，连锁企业的迅速发展，连锁经营已成为我国商业企业发展的主要模式，伴随而来的物流管理方面的问题如采购量不当、库存过多、运输安排不合理等已成为制约企业发展壮大的瓶颈。运用运筹学的理论，可以为解决这些问题提供科学的方法。运筹学是采用系统化的方法，通过建立数学模型及其测试，协助达成最佳决策的一门科学。它在经济管理系统中应用广泛，能对企业的人、财、物等资源进行统筹安排，为决策提供科学的依据。本文探索运用运筹学的方法，解决企业物流管理中的采购、仓储和运输等方面的问题。
2 运筹学与现代物流
2.1运筹学
&nbsp; &nbsp;运筹学是上世纪四十年代开始形成的一门学科[1]。起源于二战期间英、美等国的军事运筹小组，主要用于研究军事活动。二战后，运筹学主要转向经济活动的研究，研究活动中能用数字量化的有关运用，筹划与管理等方面的问题。通过建立模型的方法或数学定量方法，使问题在化的基础上达到科学、合理的解决，并使活动系统中的人、才、财、物和信息得到最有效的利用，使系统的投入和产出实现最佳的配置。运筹学的研究内容非常广泛，根据其研究问题的特点，可分为两大类：确定型模型与概率型模型。其中确定型模型中主要包括：线性规划、非线性规划、整数规划、图与网络和动态规划等；概率型模型主要包括：对策论、排队论、存储论和决策论等。
运筹学的特点是：1.运筹学已被广泛应用于工商企业、军事部门、民政事业等研究组织内的统筹协调问题，故其应用不受行业、部门之限制；2.运筹学既对各种经营进行创造性的科学研究，又涉及到组织的实际管理问题，它具有很强的实践性，最终应能向决策者提供建设性意见，并应收到实效；3.它以整体最优为目标，从系统的观点出发，力图以整个系统最佳的方式来解决该系统各部门之间的利害冲突。对所研究的问题求出最优解，寻求最佳的行动方案，所以它也可看成是一门优化技术，提供的是解决各类问题的优化方法。
2.2 物流学
物流作为一门科学也是始于二战期间。二战后，“物流”一词被美国人借用到企业管理中，被称作“企业物流（business logistics）”。企业物流是指对企业的供销、运输、存储等活动进行综合管理。 美国根据当时军事的需要，对军火的运输、补给和储存等过程进行全面的管理，并首次使用了“物流管理”一词。其后对于物流的概念不断演变发展，内容也逐渐完善[3]。
2.3 现代物流
现代物流不仅单纯的考虑从生产者到消费者的货物配送问题，而且还考虑从供应商到生产者对原材料的采购，以及生产者本身在产品制造过程中的运输、保管和信息等各个方面，全面地、综合性地提高经济效益和效率的问题。因此，现代物流是以满足消费者的需求为目标，把制造、运输、销售等市场情况统一起来考虑的一种战略措施。这与传统物流把它仅看作是“后勤保障系统”和“销售活动中起桥梁作用”的概念相比，在深度和广度上又有了进一步的含义。在当今的电子商务时代，全球物流产业有了新的发展趋势。现代物流服务的核心目标是在物流全过程中以最小的综合成本来满足顾客的需求。 　　
现代物流具有以下几个特点：电子商务与物流的紧密结合；现代物流是物流、信息流、资金流和人才流的统一；电子商务物流是信息化、自动化、网络化、智能化、柔性化的结合；物流设施、商品包装的标准化，物流的社会化、共同化也都是电子商务下物流模式的新特点[4]。
2.4物流学与运筹学的关系
&nbsp; 物流学是研究物流过程规律性及物流管理方法的学科。它主要研究物流过程中如何对有限的资源，如物质资源、人力资源、资金、时间等进行计划、组织、协调和控制。
运筹学是运用系统化的方法，通过建立数学模型，协助得出最优决策的一门学科。它主要研究经济活动和军事活动中能用数量来表达的有关运用、筹划与管理等方面的问题。根据问题的要求，建立数学模型，经过分析运算，做出合理安排，以达到更经济更有效地配置人力、物力、财力等资源。
运筹学与物流学作为一门正式的学科，都始于二战期间。从一开始，两者就密切地联系在一起，相互渗透和交叉发展。与物流学联系最为紧密的理论有：系统论、运筹学、经济管理学。运筹学作为物流学科体系的理论基础之一，其作用是提供实现物流系统优化的技术与工具，是系统理论在物流中应用的具体方法。 二战后，各国都转向快速恢复工业和发展经济，而运筹学此时正转向经济活动的研究。因此，极大地引起了人们的注意，并由此进入了各行业和部门，获得了长足发展和广泛应用。形成了一套比较完整的理论，如规划论、存储论、决策论和排队论等。而战后的物流，并没像运筹学那样引起人们及时的关注。直到上世纪六十年代，随着科学技术的发展、管理科学的进步、生产方式和组织方式等的改变，物流才为管理界和企业界所重视。因此，相比运筹学，物流的发展滞后了一些。不过，运筹学在物流领域中的应用，却随着物流学科地不断成熟而日益广泛。
3 运筹学在物流管理中的应用价值及主要应用
运筹学是一门新兴的、发展极其迅速的应用学科，它的一个根本特点是: 以系统化、数量化以及最优化为核心，用数学方法、数学的思考模式去解决实际应用中的问题。它的产生是由于实际应用的迫切需要，它的进一步发展仍然是由于实际应用上的需要来推动的。而物流属多学科的交叉与综合分析，也具有强烈的系统性特征、数量化特征及最优性特征。在现代物流管理的过程中，运筹学占有重要的位置。从物流系统角度出发，应用运筹学各分支理论和方法去思考和解决实际物流管理中的问题，可以达到系统最优化的目的，为决策者提供最优或满意方案，以实现最有效的管理。因此，运筹学的各个分支在现代物流管理中起着日益重要的作用。以下总结一些当前运筹学在物流领域中运用较多的几个方面。
3.1 数学规划论
规划论主要研究计划管理工作中有关安排和估计的问题。这类问题一般可以归纳为在满足既定的要求下， 按某一衡量指标来寻求最优方案的问题。如果目标函数和约束条件的数学表达式都是线性的，则称为线性规划；否则称为非线性规划。如果所考虑的规划问题可按时间划为几个阶段求解，则称为动态规划。在物流管理中，常用规划论来解决资源利用问题、运输问题、人员指派问题、配载问题等[5]。
3.1.1 线性规划
&nbsp; &nbsp;线性规划是目前应用最广泛的一种优化方法，它的理论已经十分成熟，可以应用与生产计划、物资调用、资源优化配置等问题。它研究的目的是以数学为工具，在一定人、财、物 、时空、信息等资源条件下，研究如何合理安排，用最少的资料消耗，取得最大的经济效果。主要解决生产组织与计划问题，下料问题，运输问题，人员分配问题和投资方案问题，现以案例为例说明。
&nbsp; &nbsp;案例[2]1：一个制造厂要把若干单位的产品从，两个仓库发送到零售点。仓库能供应产品的数量为，i=1，2；零售点所需产品的数量为，j=1，2，3，4。假设能供应的数量等于需要的总量，即=，且已知从从库运一个单位的产品到的价格为。问应如何组织运输才能使总的运输费用最小？
&nbsp; &nbsp;解：假定运费与运量成正比，一般的，采用不同的调动方案，总运费很有可能不一样。设，i=1，2；j=1，2，3，4，表示从仓库运往零售点的产品数量，从两仓库运往四地的产品数量总和应该分别是单位和单位，所以应满足

又运输到四地的产品数量应该分别满足他们的需求量，即还应满足以下条件：
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;
最后表示运量，不能取负值，即（i=1，2；j=1，2，3，4），我们希望在满足供需要求的条件下，求，i=1，2；j=1，2，3，4，使总运量最省。总的运输费用为
&nbsp;
&nbsp;s.t. &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;
3.1.2 动态规划
&nbsp; &nbsp;动态规划是运筹学的一个分支，它是解决多阶段决断过程最优化的一种数学方法。动态规划的方法，在物流运输、工程技术、企业管理、工农业生产及军事等部门中都有广泛的应用，并且获得了显著的效果。
在物流运输方面，动态规划可用来解决最优路径问题、有限资源分配问题、生产调度问题、库存问题、装载问题、排序问题、设备更新问题等等，所以它是现代物流运输中的一种重要的决策方法。动态规划是求解这类了问题的一种方法，是考察问题的一种途径，而不是一种特殊算法如线性规划化是一种算法。因而，它不像线性规划那样有一个标准的数学表达式和明确定义的一组规划，而必须对具体问题进行具体分析处理。因此，读者在学习时，除了要对基本概念和方法正确理解外，应以丰富的想象力去建立模型，用创造性地技巧去求解。
3.2 图与网络分析
自从上世纪五十年代以后，图论广泛运用与解决工程系统和管理问题，将复杂的问题用图与网络进行描述简化后再求解。图与网络理论有很强的构模能力，描述题直观，模型易于计算实现，很方便的将一些复杂问题分解或转化为可能求解的子问题，图与网络在物流中的应用也很显著，其中最明显的应用是运输问题、物流网点间的物资调运和车辆调度时运输路线的选择、配送中心的送货、逆向物流中产品的回收等，运用了图论中的最小生成树、最短路、最大流、最小费用等知识，求得运输时间所需最少或线路最短或费用最省的路线。另外，工厂、仓库、配送中心等物流设施的选址问题，物流网点内部工种、任务、人员的指派问题，设备更新问题，也可运用图论的知识辅助决策者进行最优的安排。
3.3 存储论
&nbsp; &nbsp;存储论是一种研究最优存储策略的理论和方法。在实际生产中，企业希望尽可能减少原材料和产成品的存储以减少流动资金和仓储费用，但是过少的原材料仓储可能导致企业原材料供应不上，从而导致生产不能正常进行；过少的产成品储存也可能导致客户不能得到足够的商品，从而导致客户忠诚度下降。存储策略就是研究在不同需求、供货及到达方式等情况下，确定什么时间点订货，一次订货批量是多少，使订购费用、存储费用和可能发生短缺产生费用的总和最少。运筹学中的存储论在进行物流系统存储管理方面同样发挥有效的作用。现以案例2加以说明。
案例[1]2：某厂按合同每年需提供D个产品，不许缺货。假设每一周期工厂需装配费C3元，存储费每年每单位产品为C1元，问全年应分几批供货才能使装配费，存储费两者之和最少。
解：设全年分n批供货，每批生产量，周期为年（即每隔年供货一次）。
每个周期内平均存储量为
每个周期内的平均存储费用为
全年所需存储费用
全年所需装配费用
全年总费用（以年为单位的平均费用）：
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;
为求出C（Q）的最小值，把Q看作连续的变量。
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;
即 &nbsp; 为经济订购批量。
最佳批次 （取近似的整数）
最佳周期
答：全年应分次供货可使费用最少。
3.4 排队论
排队论主要研究具有随机性的拥挤现象。它起源于有关自动电话的研究， 由于叫号次数的多少和通话时间的长短都是不确定的，对于多条电话线路，叫通的机会和线路空闲的机会都是随机的， 因此服务质量和设备利用率之间存在矛盾。所有这类问题度可以形象地描述为顾客来到服务台前要求接待服务。如果服务台已被其它顾客占用，那么就要等待，就要排队。另一方面，服务台也时而空闲， 时而忙碌。排队论的主要内容之一，就是研究等待时间、排队长度等的概率分布。根据系统排队的服务设施数量、系统容量、顾客到达时间间隔的分布、服务时间的分布特征，可分为（M/M/1/），（M/M/1/k），（M/M/1/m），（M/M/s/），（M/M/s/k），（M/M/s/m）几种不同的情况，不同情形可以套用相应的模型求解，现用案例3加以说明。
案例3：在某工地卸货台装卸设备的设计方案中，有三个方案可供选择，分别记作甲、乙、丙，目的是选取总费用最小的方案。有关费用（损失）如下表所示：
方案
每天固定费用
每天可变操作费(c元)
每小时平均装卸袋数
甲
60
100
1000
乙
130
150
2000
丙
250
200
6000
设货车按最简单流到达，平均每天（按10小时计算）到达15车，每天平均装500袋，卸货时间服从负指数分布，每辆车停留1小时的损失费为10元。
解：平均到达率λ=1.5车/小时，服务率μ依赖于方案.
&nbsp; &nbsp;
由，一辆车在系统中平均停留时间为
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;
每天货车在系统停留的平均损失率为W×10×15，每天的实际可变费用（如燃料费等）为（可变操作费/天）×设备忙的概率=（元/天），而=0.75，，所以每个方案的费用综合表如下： &nbsp;
方案
固定费用/天
可变费用/天
逗留费用/天
总费用
甲
60
75
300
435
乙
130
56.25
60
246.25
丙
250
25
14.25
289.25
从上表知方案乙的总费用最省。
3.5对策论
对策论是运用数学方法研究有利害冲突的双方在竞争性的活动中是否存在自己制胜对方的最优策略，以及如何找出这些策略等问题。在这些问题中，把双方的损耗用数量来描述，并找出双方最优策略。对策论的发展，考虑有多方参加的竞争活动，在这些活动中，竞争策略要通过参加者多次的决策才能确定。在市场经济条件下，物流业也充满了竞争。对策论是一种定量分析方法，可以帮助我们寻找最佳的竞争策略，以便战胜对手或者减少损失。例如在一个城市内有两个配送中心经营相同的业务，为了争夺市场份额，双方都有多个策略可供选择，可以运用对策论进行分析，寻找最佳策略。又如，某一地区，汽车运输公司要与铁路系统争夺客源，有多种策略可供选择，也可用对策论研究竞争方案。现用案例4加以说明。
&nbsp; &nbsp;案例4：某连锁商店在秋季时要决定冬季家庭取暖用煤的采购量。预测该店正常气温条件下煤的销售量为15吨，在较暖和较冷气温条件下分别可销售10吨和20吨。假定冬季的煤价随着天气寒冷程度而变化：在较暖、正常、较冷气温条件下每吨煤的采购价分别为100元、150元和200元，又设秋季时每吨煤的采购价为100元。在没有当年冬季气温情况准确预报的条件下，秋季时应采购多少吨煤才能使总成本最少？
&nbsp; &nbsp;这是一个对策问题，把采购员看成一个局中人，他有三个策略：分别是在秋天时购买10吨、15吨、20吨煤，记为；另一局中人为大自然，它也有3个策略；分别是出现较暖、正常、较冷的冬季，记为。
&nbsp; &nbsp;把冬季销售煤的全部采购费用 （秋季购煤费用与冬季不够时再补购的费用之和）作为采购员的收益，得到收益矩阵如下：
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;
由 = = = -2000，得该对策的解为（），即秋季购20吨煤较好。
4 运筹学在物流领域中的进一步应用与发展
&nbsp; 前面介绍了目前运筹学理论在物流领域中应用较多的几个方面，下面对其在物流领域中的进一步运用和发展作了一些思考[7]。
4.1 运筹学理论结合物流实践
虽然运筹学的理论知识很成熟，并在物流领域中的很多方面都有实用性，可现在许多物流企业，特别是中、小型物流企业，并没有重视运筹学理论的实际应用。理论归理论，遇到实际问题时许多还是凭几个管理者的主观臆断，并没有运用相关的数学，运筹学知识加以科学的计算、论证、辅助决策。因此，对于当前许多企业及部门应该加强对管理者、决策者的理论实践教育，使之意识到运筹学这门有用的决策工具。
4.2 扩大运筹学在物流领域中的应用范围
现行的运筹学知识在物流领域中的应用，主要集中在以上的几个方面。运筹学作为一门已经比较成熟的理论，应该让其在物流领域中发挥更大的作用，进一步探索，尽量把物流领域中数字模糊化、量化不清的方面数字化、科学化，运用运筹学的知识准确化、优化。
4.3 把运筹学知识融合在其他物流管理软件
把运筹学在物流领域中应用的知识程序化，编制成相应的软件包，使得更多不懂运筹学知识的人也能运用运筹学的软件辅助决策。目前运筹学的软件比较多，但是，具体到物流领域中应用的还寥寥无几。因此，针对物流领域中常用的运筹学软件应大力开发。另外，把运筹学的部分功能融合在其他物流管理软件中，也是一个很好的发展方向。能引起管理者和主管部门的重视，提高企业的管理水平，取得比较好的经济效益。
5 结束语
&nbsp; 物流学主要研究物流过程中各种技术和经济管理的理论和方法，研究物流过程中有限资源，如物资、人力、时间、信息等的计划、组织、分配、协调和控制，以期达到最佳效率和效益。而现代物流管理所呈现的复杂性也不是简单算术能解决的，以计算机为手段的运筹学理论是支撑现代物流管理的有效工具，物流业的发展离不开运筹学的技术支持，运筹学的应用将会使物流管理更加高效。

参考文献：
[1] 钱颂迪等编著.运筹学(第三版)[M].清华大学出版社,2006.
[2] 刘桂真等.运筹学[M].高等教育出版社,2008.
[3] 汝宜红.物流学[M].中国铁道出版社,2003.
[4] 沈家骅.现代物流运筹学[M].北京电子工业出版社,2004.
[5] 李继宏，李国锋.物流配送路径规划的运筹学分析[J].商场现代化,2004.
[6] 秦明森.运筹学在物流管理中的应用[J].物流技术,2003.
[7] 张永娟.现代物流解决方案[M].中国物资出版社,2006.</p>