运输与配送课程设计

摘要

本文首先论述物流系统和GIS的概念及其发展过程，指出两者相结合的可行性。其次，重点对经典物流配送中心选址的模型与算法进行了研究，分别对重心法、混合整数线性规划法进行了描述，指出他们的不足。模糊聚类法和启发式算法分别对重心法和混合整数线性规划法进行了改进，并结合GIS技术对他们进行了优化。启发式算法弥补了混合整数线性规划法的不足，专门解决非线性问题，它不仅考虑了运输成本、固定成本(配送中心建设费)，而且还考虑了因保管产品产生的可变费用、因突发事件而产生的损失费等。之后，又详细地介绍了整个改进和优化过程，并结合实例证明其改进和优化的有效性，求出最佳物流配送中心的位置。最后，结合GPS技术，设计出基于GIS的物流配送系统实施方案。

关键词：GIS 运输与配送物流

第一章绪论

1.1 GIS简介

地理信息系统(GIS)是一门介于信息科学、空间科学与地球科学之间的交叉学科与新技术学科，它将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过系统建立、操作与模型分析，产生对资源环境、区域规划、管理决策、灾害防治等方面的有用信息。它自六十年代出现以来，已得到迅速发展，成为现代地学的重要技术学科与定量化途径之一。

GIS作为一种分析和处理海量地理数据的通用技术，它按照一种新的方式组织和使用数据，以便更有效地分析和产生新的信息;同时GIS的应用也改变了地理信息分发和交换的方式。地理信息系统提供了一种全新的认识和理解地理信息的方式。

1.2 地理信息系统的发展

地理信息系统萌芽于20世纪60年代，加拿大的RogerF.Tonilinson和美国的D撇eF.Marble在不同的地方、从不同角度提出了地理信息系统。1952年，Tomlinson博士提出把常规地图变成数字地图，并存入计算机的想法，以便利用计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统(CGIS)，以实现专题地图的叠加与面积测量等。到1972年，CGIs 全面投入运行与使用，成为世界上第一个地理信息系统。与此同时，D~F.Marble 在美国西北大学研制利用计算机进行数据处理的数据处理软件系统，并提出建立地理信息系统软件系统的思想。同期，计算机辅助制图系统的迅速发展，更促进了地理信息系统的发展。

80年代是GIS在理论、方法和技术上取得突破与趋向成熟的阶段。1980年美国地质调查局出版了《空间数据处理计算机软件》的报告，基本总结了1979年以前世界各国GIS的发展概况。进入90年代到现在，GIS在涉及地理信息的各相关领域得到广泛应用，而且很多高校开设了GIS课程，GIS开始向产业化方向发展。

1.3地理信息系统的定义及特征

目前，对地理信息系统的定义有很多种，还存在分歧。这种分歧起因于地理

信息系统本身诞生的历史不长、发展速度快以及应用领域广泛等因素。地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为池理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。因此，地理信息系统具有以下三个方面的特征:

(1)具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力;

(2)以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息;

(3)由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。计算机系统的支持是GIS的重要的特征，使GIS得到快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析。

第二章基于GIS的城市物流配送系统总体结构设计

基于GIS的城市物流配送系统的总体设计思想是:主功能界面基于通用GIS 软件(如ARC/INFO、Arc/view、M即工nf等)，研究与GIS相结合的城市物流配送系统规划模型及算法(这是本文研究的重点和主体部分)，针对研究所提出的模型和算法编制相应的应用程序模块。

2.1总体结构

根据城市物流配送系统规划需要实现的目标，本文建立的“基于GIS的城市物流配送系统”由如下若干相互独立又相互作用的模块构成:城市物流配送系统GIS数据库、配送中心数目确定模块、配送中心空间布局优化模块、选择配送中心模块以及配送线路优化模块等等

2.2功能设计

基于GIS的城市物流配送系统规划具备如下功能:

(1)配送中心数目确定模块根据规划区域特性(比如:面积、人口等)，以及相应的计算准则可以大致确定出规划年度该区域所需的配送中心数目;

(2)配送中心空间布局优化模块确定规划年度规划区域内配送中心的最优数目和最优位置;

(3)选择配送中心模块是根据一定时段的客肖配送需求来确定具体执行每一次配送任务时需启动哪些配送中心，相应的被启功的配送中心各自负责哪几个客户的配送任务;

(4)配送线路优化模块是针对每一个被选中为配送中心以及分配给其的配送任务，确定配送车辆类型及数量、发车时间以及优化车辆配送路线。其中，城市物流配送系统GIS数据库模块在“纂于GIS的城市物流配送系统”中起着重要作用，它提供规划所需的空间数据和唇性数据。物流配送信息系统与其它信息系统不同之处在于它需要在数据库中记录地理信息，而且有两种类型的地理信息:物流设施以及客户的详细位置信息和相互之间的空间关系信息。用户可以通过GIS 软件平台对GIS数据库中的数据作适当的预处理以及相应分析与操作。

2．3规划步骤

利用GIS实现城市物流配送系统的规划和传统意义上的规划方法有很大的区别，尤其是其规划步骤迥然不同，其规划步骤大致如下:

(l)将规划区域的地理图扫描并使地图数字化，即作出待规划区域的电子地图，并建立相应的GIS数据库;

(2)利用研究成果“基于GIS的城市物流配送系统”得出规划方案;

(3)根据实际情况以及专家意见，对规划方案作适当的调整。

第三章单个配送中心选址规划问题

3.1 问题概述

单个配送中心选址是指某一区域内仅选取一个地址作为配送中心。其模型的建立思路通常是利用坐标和费用函数求出配送中心到需求点之间最小配送费用。

模型简化的假设条件通常是:假设需求量集中于一点，一般根据可变成本来

进行选址。总运输成本通常假设运价随运距成比例增长，与配送中心相连接的运输网络节点之间的路线通常被假设为直线。最常用的是静态连续选址模型，选址因素包括运输费率和该点的货物运输量等，代表性的方法是重心法 (Center一of-gravityAPProach)，网格法 (GridMethod)，数值分析法等。这些方法体现现实情况的程度，计算的速度和难度，得出最优解的能力都各不相同。

3.2重心法

重心法是一种用来寻找最优配送中心的数学方法，用以追求配送成本的最小化。它是一种单设施静态选址方法，运输成本是唯一的选址决策因素。这种方法需要考虑配送中心、需求点的位置，以及将货物运送到以上位置的需求量与运输费用，进而找到一个最优的地址作为配送中心。该算法的假设条件是有一系列点分别代表生产地和需求地，各自有一定量的货物需要以一定的运输费率运向位置待定的配送中心(或仓库)，或从配送中心运出。要确定配送中心的位置点就是该点的运量乘以该点的运输费率，再乘以该点的距离，其乘积之和最小的点(即式中，X、Y为位置待定的配送中心的坐标;戈、若为生产地和需求地的坐标。

通常具体的做法是将一张方格图叠放在公路地图上，可以很方便地得到各点的相对位置，并用几何坐标来表示各生产地(君)和需求点(从)的位置，然后利用上述的重心法，求出配送中的精确位置其即为所求。

重心法的局限性:

用这种方法可以很快地确定配送中心的地址，但是它有局限性，易造成选址的不精确，主要表现在:

(l)重心法假设配送中心选址只与运输费用有关，忽略了其他影响因素(如竞争力、设施之间需求的分配、设施成本与数量之间的关系等)，虽然简化了选址的复杂程度，但不符合实际选址。在现实中我们的选址还要复杂。

(2)重心法是用方格图叠放在纸质地图上，然后在方格图上标出各个产地和市场的相对位置。由于它是在纸质地图上进行查找、检索、量算，所以很不方便，误差大。

(3)在计算从位置待定的配送中心到i点之间的距离时用的是上述两点之间的直线距离，易偏离实际情况，可能造成极大的误差，使得选址结果不准确。

第四章物流配送系统规划和设计

4.1原则

所谓配送作业就是利用配送车辆把用户订购的物品从制造厂、生产基地、批发商、经销商或配送中心，送到用户手中的工作。车辆配送服务是直接面对用户的服务，服务优劣对企业效益和信誉影响较大。因此，在规划和设计物流配送系统时应注意以下几项原则：

●时效性。所谓时效性就是能在指定时间内交货。

●可靠性。完好无缺地把货送到用户手中。

●服务态度。送货人员是代表公司形象在和用户交往。为此，必须以最佳服务态度对待用户，从而维护公司形象和信誉。

●便利性。为让用户方便，一定要按用户要求送货。如果要求紧急送货应尽力满足要求。

●经济性。满足用户要求，不仅品质要好，而且价格要合理。通过精心运作，降低成本，对用户收费低廉，让用户感到实惠。

4.2总体规划和设计

现实中的配送管理非常困难。配送管理受到许多因素的影响，如订单处理很费功夫，难以制订配送计划，难以选择配送路径，配送效率低，难以按时交货，配送绩效评价基准不明准，司机及工作时间的不确定，易疲劳以及货物在配送过程中的遗失与损坏，运输车辆及冷藏车的制冷机的完好情况等。因此我们必须加强物流配送系统的规划和设计。同时在实际配送的过程中，还受许多不可控因素的影响，如用户的分布区域、道路交通网络、车辆通行限制、送达时间要求、车流量变化、道路施工、用户变动、车辆变化等。为此，必须成立一个规划和设计小组，对物流配送系统进行总体规划和设计。如图4-1所示。

4.3具体规划和设计

物流配送系统规划和设计是根据外部环境的变化，选择最佳的配送路线，结合内部环境的变化配置适宜的车辆并提高单位装载率，防止交错运输，尽可能降低配送差错率，不断改善流通加工、分拣、验货、包装等功能，使其处于最佳工作状态，并制订出各自的绩效考核指标等。本文研究的物流配送系统包括七个子系统：信息收集和处理、配送计划制订、配送路径规划、配送车辆选择、配送绩

效分析、配送模式选择、配送流程设计。如图4-2所示

4.3.1信息收集和处理

信息收集和处理包括信息收集、信息处理两大部分。如图4-3所示。

1、信息收集

主要收集市场供求及价格信息、确定并了解和掌握客户的要求（包括所需货物的品种、规格、数量、质量、送货时间、送达地点等要求），以此作为配送的依据。主要包括现行资料收集和未来规划资料收集。一般收集方法可采用现场访谈记录和厂商实际使用的资料表单收集。如图4-4所示。

2、信息处理

对收集的信息必须通过整理分析，才能作为规划设计的重要参考资料。信息处理内容主要有：订单变动趋势分析、品项与数量分析、货物的物性分析、供需变化预测分析、储存单位和数量分析、作业时序分析、人力需求分析、作业流程

分析、作业功能分析和事务流程分析等。

（1）订单变动趋势分析

在配送系统的规划和设计过程中，首先总结历来销售和发货资料，并进行分析，从而了解销售趋势和变化情况。若能求出有关的变化趋势或周期性变化，则有利于后续资料的分析。

就货物销售趋势而言有：长时间内是渐增或渐减的长期趋势；以一年为周期的因自然气候、文化传统、商业习惯等因素影响的季节变化；以固定周期为单位（如月、周）的变化趋势的循环变动；以及一种不规则的变化趋势的偶然变动。

（2）订单品项和数量分析

众所周知，订单是物流配送的生命线，如果没有订单，物流配送就失去了意义。然而，订单的品名、数量、发货日期在千变万化，它是配送当中不确定因素，经常使得规划人员无从下手。若能掌握数据分析原则，做出有效的资料群组，再进行相关分析，简化分析过程，得出有益的规划结果，那就再好不过了。本文采用EIQ分析法用于订单品项和数量分析。所谓EIQ即是订单件数Entry，货品种类Item和数量Quantity的意思。

（3）物品特性与储运单位分析

在进行订单品项和数量分析时，最好结合相关物性、包装规格及特性，以及储运单位等因素进行分析。这样，更有利于对仓储和拣货区的规划。

（4）物流与信息流分析

①作业内容分析：

②作业时序分析

作业时序分析，即是在配送工作过程中，必须了解作业时间分布。由于社会发展，夜间生活形式已逐渐普及。为此，必须根据用户作息时间考虑配送时间、以满足用户需要。许多物流中心采取夜间进货，一来避免白天车流量大，二来在此时间段购物人少，便于处理进货、验收作业。

③事务流程分析

即是配送中心在运转过程中，除了物流与信息流相结合外，还有大量表单和资料在传递。一般配送中心由于品种繁多，每日订单量大，使得处理订单和相关表单的工作量很大，每日接单与发货的工作量太大，使事务员难以胜任。

为使物流业逐步实现无纸化作业，关键在于信息流和信息传递介面的分析与规划。事务流程分析如表4-3所示。

4.3.2配送计划制订

在配送作业及接单过程中，应对库存量、人员、设备及运输车辆等资源进行确认。必须掌握人员数、车型、载重量、各车的可调度时间和车辆运输时间等信息，从而进行最有效的调度，实现最佳决策。配送计划制订主要包括寻找拟订配送计划的依据、确定配送计划和下达配送计划等。

1、寻找拟订配送计划的主要依据

配送虽属物流的经济活动范畴，但是商流是拟订配送计划的重要依据。也就是说商流提出何时、何地、向何处送货的要求，配送据此安排运力、路线、运量。主要包括：

●订货合同副本。订货合同一般包括客户订货的品种、规格、数量、送货时间、送达时间、接货人、接、送货方式等。

●仓储配送合同。

●电话预约合同。

●所需配送的各种货物的性能、运输要求，以此决定车辆种类及运输方式。

2、确定配送计划的主要内容

●按日排定客户所需货物的品种、规格、数量、送货时间、送达地点、接货人等，并详细弄清各客户的地址，可用地图表明，也可在表格中列出。

●按客户需要的时间，确定配送作业准备的提前期。

●确定每天仓库发出的货物品种、规格、数量。

3、下达配送计划

配送计划确定后，要下达配送任务。依据计划调度运输车辆、装卸机械及相关作业班组与人员，并指派专人将货物送达时间、品种、规格、数量通知客户，以便客户按计划准备好接货工作。

4、配送发运

在配送点的现货部门进行分货、配货后，将详细标明用户名称、地址、配送时间的货物明细表，交给司机或随车送货人员。

5、送达

由用户在回执上签字，返回后通知财务部门结算。

4.3.3配送流程设计

配送是综合性的、一体化的物流运动。配送包含着丰富的内容。从环节上看，既包含着货物运输，同时也融和集货、存储、分货、拣选、配装等活动。

配送的作用在于“化零为整”和“化整为零”。所谓配送就是按照客户的订货要求和时间计划，在物流据点进行分拣，加工和配货等作业后，将配好的货物送交收货人的过程。它几乎包括所有的物流功能要素。一般有采购、订单处理、

配送等作业。

1、订单处理作业

配送开始于客户的询价、业务部门的报价，然后接收订单，业务部门查询出货日的库存状况、装卸货能力、流通加工负荷、包装能力、配送负荷等情况，设计满足客户需求的配送操作。

当企业受到约束而无法按客户要求交货时，业务部门需进行协调。由于企业不随货收款，因此在订单处理时，需要查核公司对客户的信用评价。此外还需统计该时段的订货数量，以安排调货、分配出货程序及数量。退货数据处理也在此阶段处理。另外业务部门需要制定报价计算方法，制定客户订购最小批量，订货方式或订购结账截止日。

接受订单后，企业需向供货厂商订购或向制造厂商直接要货，这包括商品数量要求统计、对供货厂商查询交易条件，然后根据所需数量及供货厂商提供的经济订购批量提出采购单或出厂提货单。采购单发出后则进行入库进货的跟催。开出采购单或出厂提货单后，入库进货管理员即可根据采购单上预定入库日期进行入库作业调度。入库月台调度，在商品入库当日，进行入库资料核查、入库质量检验，当质量或数量不符时即进行适当修正或处理。并输入入库数据。

2、库存管理作业

库存管理作业包括仓库区管理及库存控制。仓库区管理包括商品在仓库区域内摆放方式、区域大小、区域分布等规划；商品进出仓库方式的制订（先进先出或后进先出等）；商品所需搬运工具、搬运方式；仓储区货位的调整及变动。库存控制则需按照商品出库数量、入库所需时间等来制定采购数量及采购时间，并做采购时间预警系统。制定库存盘点方法，定期负责打印盘点清单，并根据盘点清单内容清查库存数、修正库存账目并制作盘盈、盘亏报表。仓库区的管理还包括包装容器使用与包装容器保管维修。

3、补货及拣货作业

为了满足顾客对商品不同种类、不同规格、不同数量的需求，企业必须有效分拣货物，并计划出货。统计客户订单即可知道商品真正的需求量。在出库日，当库存数满足出货需求量时，即可根据需求数量打印出库存拣货单及各项拣货指示，进行拣货区域的规划布置、工具选用及人员调派。出货拣取不只包括拣取作

业，还需补充拣货架上商品，使拣货不至于缺货，这包括补货量及补货时间的制定、补货作业调度、补货作业人员调派。

4、出货作业处理

完成商品的拣取及流通加工作业后，就可以进行商品出货作业。出货作业包括根据客户订单为客户打印出货单据，制定出货调度，打印出货批次报表，出货商品上所需地址标签及出货核对表。由调度人员决定集中货物方式、选用集货工具、调派集货作业人员，并决定运输车辆大小与数量。由仓库管理人员或出货管理人员决定出货区域的规划布置及出货商品的摆放方式。

5、配送作业

众所周知，配送的主要活动是订货、进货、发货、仓储、订单拣取和配送作业。有的物流中心还要进行流通加工、贴标和包装等作业。当有退货作业时，还要进行退货品的分类、保管和退回等作业。由于物流据点的不同，所采用的流程也不同。本文主要是从进货、订单处理、拣选、补货、发货、配送、退货等几个方面来规划和设计配送流程的。如图4-5所示。

4.5配送模式选择

依据电子商务发展需要，结合我国配送发展的现状，主要呈现以下配送模式。

1、自营配送模式

某些大型生产企业和连锁经营企业创建自营配送中心完全是为本企业的生产经营提供配送服务。选择自营配送模式有两个基础：其一是规模基础，即企业自身物流具有一定量的规模，完全可以满足配送中心建设发展需要；其二是价值基础，即企业自营配送，是将配送创造的价值提升到了企业的战略高度予以确定和发展的。但是，自营配送模式在电子商务下会出现缺乏创新机制、发展迟缓、市场化能力降低的可能性。随着市场经济和电子商务的深入发展，自营配送模式会向其他配送模式转化。

2、合作配送模式

所谓合作配送模式是指若干相关联或相类似的企业由于共同的物流需求，在充分发掘利用各企业现有物流资源基础上，联合创建的配送组织形式。选择合作配送模式有三个基本考虑：其一是合作企业的物流资源能够整合出完整的所需要的物流功能要素和配送运行体系；其二是参加合作的企业具有共同的物流需求，不会有特别的物流服务要求；其三是合作企业限定在一定市场区域或地理空间范围内。合作配送模式是我国目前物流配送发展的主要模式，但要注意引入和应用电子商务的思想方式和现代化信息技术，跟上电子商务发展的需要。

3、市场配送模式

所谓市场配送模式就是专业化的物流配送中心和社会化配送中心，通过为一定市场范围的企业提供物流配送服务而获取盈利和自我发展的物流配送组织形式。市场配送模式是电子商务发展的主要模式。在具体操作中又有三种情况：其一，公用配送，即面向所有企业。只要企业支付服务费，就可以获得配送服务。其二，合同配送，即通过签订合同，为一家或数家企业提供长期服务。其三，集约配送，即在一般配送服务基础上，为企业提供更多高附加值的其他服务。

4、综合配送模式

所谓综合配送模式是指企业以供应链为指导思想，全面系统地优化和整合企业内部物流资源、物流业务流程和管理流程，对生产过程的各种环节实现全方位综合配送，充分提高产品制造过程的时空效应，并为此而形成的高效运行的物流配送模式。因此，在企业生产过程中，需要按照工艺流程和企业运作方式理顺生产物流的运行程序，建立合理的物流配送体系，伴随着整个产品制造过程开展所

需要物料（原材料、外协件等）的综合型适时适量配送，才能确保生产过程尽最大努力减少浪费，实现资源配置的高效和优化。

选择什么样的配送模式，要根据企业的具体情况来定。对配送模式的选择，本文采用SWOT分析法。SWOT分析法是一种综合考虑企业内部条件和外部环境的各种因素，进行系统分析，从而选择最佳配送模式的方法。这里，S是指企业内部的优势（Strengths），W是指企业内部的劣势（Weaknesses），O是指企业外部环境的机会（Opportunities），T是指企业外部环境威胁（Threats）。SWOT分析法它主要考虑如下因素：一是潜在的内部优势，比如企业在物流人才、物流配送成本、物流配送技术、物流设备、物流配送策略和客户形象等方面优势所在。二是潜在的内部劣势，比如没有明确的物流政策、过时的物流设备，缺乏物流统一的管理或较专业的物流人才、物流配送成本明显高于主要竞争者等。三是潜在的外部机会，比如企业进入新的细分市场、将扩大产品系列来满足消费者等。四是潜在的外部威胁，比如成本较低的国外物流服务商的介入、主要竞争对手物流成本的大幅度下降、整个市场不景气等。

SWOT分析法依据企业的目标，列表定出对企业配送活动及发展有着重大影响的内部及外部因素，并且根据所确定的标准，对这些因素进行评价，从中判定出企业的优势和劣势、机会和威胁。常用的方法是对所列出的因素逐项打分，然后按因素的重要程度加权并求它的代数和，以判断其中的内部优劣势以及外部环境的机会和威胁。企业在此基础上，选择所要从事的配送模式。

从图4-7可以看出，第Ⅰ类型的企业，具有很好的内部优势以及众多的外部机会，应当采取自营配送模式。第Ⅱ类企业，面临巨大的外部机会，却受到内部劣势的限制，应采用合作配送模式，充分利用环境带来的机会，设法清除劣势。第Ⅲ类型的企业，内部存在劣势，外部面临强大威胁，应采用市场配送模式，进

行业务调整，设法避开威胁和消除劣势。第Ⅳ类企业，具有一定的内部优势，但外部环境存在威胁，应采取综合配送模式，利用自己的优势，在多样化经营上寻找长期发展的机会。

结束语

在科技高速发达的时代，科技的进步必将为我们人类生活所用。将GIS系统应用到物流配送中，就是很好地高科技应用到实际生活中的例子。我们不仅仅要学会设计发展和改变我们的生活方式，更重要的是将科技应用到生活中，为人类的进步服务。

对问题的把握，应该从全局到局部，逐项考虑才会理解的透彻，解决的利落。配送中心的设计就是好如此，先整体考虑，在局部思考。分析问题的方法更具有普遍的应用意义，SWOT分析不仅仅用于营销产品，分析自身环境，更应用于对模式的选择。