基于遺傳算法的多軍事物流配送中心選址決策

李紹斌，楊西龍，李耀庭，王銳淇

（1.后勤工程學院 研究生二隊，重慶 401311；2.后勤工程學院 后勤信息與軍事物流工程系，重慶 401311）

基于遺傳算法的多軍事物流配送中心選址決策

李紹斌1，楊西龍2，李耀庭1，王銳淇2

（1.后勤工程學院 研究生二隊，重慶 401311；2.后勤工程學院 后勤信息與軍事物流工程系，重慶 401311）

軍事物流配送中心是軍隊物資保障的核心元素，而選址作為軍事物流配送中心建設(shè)的一項重要工作，對后勤保障效率的提高具有重要意義。結(jié)合軍事物流配送中心的配送流程，以滿足部隊物資需求量為基本約束條件，以配送中心建設(shè)的固定費用與配送成本之和為目標函數(shù)，建立了多軍事物流配送中心選址決策模型。采用遺傳算法對全局變量進行系統(tǒng)搜索比較，得到模型的最優(yōu)解，解決了多軍事物流配送中心的選址和服務需求分配問題。以軍隊某片區(qū)物流配送中心的選址為例，建立多軍事物流配送中心選址決策模型。算例結(jié)果表明，該模型可為下一步軍事物流配送中心建設(shè)選址提供參考。

軍事物流；配送中心；遺傳算法；選址決策

1 研究背景

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)理論及作戰(zhàn)樣式發(fā)生了深刻變化，軍事物資的數(shù)量和種類需求急劇增加，對后勤保障效率提出了更高的要求。目前我軍采用的是“專業(yè)分割，多頭管理”保障模式，將軍事物資劃分為不同的專業(yè)職能保障體系，各專業(yè)勤務以本專業(yè)為主線，構(gòu)建相對獨立、由上而下、垂直式的補給通道，各專業(yè)之間平行作業(yè)，整個后勤呈分離式平行線型保障[1]。這種專業(yè)化分工保障的結(jié)果增加了整體保障系統(tǒng)的復雜性，各專業(yè)部門之間難以協(xié)調(diào)和運作，同時延長了軍事物資運送到所需部隊的時間，戰(zhàn)時定將影響部隊的戰(zhàn)斗力，貽誤戰(zhàn)機。

軍事物資的后勤保障是一個系統(tǒng)工程，傳統(tǒng)的保障模式使得這個系統(tǒng)的功能、任務、資源、信息、網(wǎng)絡(luò)等要素相互分離，不能最大程度發(fā)揮它們的整體優(yōu)勢，這就有必要打破多層次多職能部門的傳統(tǒng)管理模式，對各勤務分離式的垂直保障通道進行整合、集約和優(yōu)化，形成一個保障整體[2]。整合軍需、油料、衛(wèi)勤、軍械與裝備等部門各個獨立的保障通道，形成若干個集各專業(yè)于一體的綜合保障中心，對部（分）隊實施綜合保障，提高我軍物流保障的集約化程度，實現(xiàn)“配”與“送”的有機結(jié)合[3]。以配送為主要任務的軍事物流配送中心對部隊將不再是被動的補給，而是提供優(yōu)質(zhì)的主動服務，改變目前“后拉”式保障模式，從而實現(xiàn)“前推”式保障模式的目標。其作為現(xiàn)代軍事后勤保障實體，對于提高現(xiàn)代后勤保障效率具有重要作用。將是擔負軍用物資配送任務的核心機構(gòu)與場所，是后方物資供應廠商與部隊需求點之間的橋梁，承擔著區(qū)域性軍事物資配送的主要任務，為后勤保障提供保管、儲存、包裝、加工、配送等方面的綜合服務[4]。同時，軍事物流配送中心的建設(shè)具有投資大、運營費用高、配送任務繁多等特點，因此，合理的軍事物流配送中心選址決策就顯得尤為重要。

目前關(guān)于軍隊物流配送中心選址方面的文獻較多，求解使用的方法多種多樣。陳蘇等[5]以我軍戰(zhàn)術(shù)物流配送中心為切入點，分析建立配送中心的影響因素，采用重心法對選址模型求解，得到戰(zhàn)術(shù)物流配送中心的選址方案。然而重心法適用于在一個已定區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個物流設(shè)施的選址問題，對于多物流配送中心選址問題，重心法無法完成多變量的復雜計算[6]。馬雪鴻等[7]采用CFLP方法對物流配送中心選址求解，不斷更新迭代備選集合中的選址方案，直至選址成本不再降低，得到配送中心的最佳選址。對于CFLP方法，必須事先人為確定備選集合，整個計算的收斂速度與收斂結(jié)果受初選配送中心影響很大。李振克等[8]在分析選址影響因素的基礎(chǔ)上上，構(gòu)建了影響中心選址的指標體系，采用模糊層次理論對配送中心位置進行確定。模糊層次理論較好的綜合了定性與定量方法，但影響軍事物流配送中心選址的因素復雜多樣，各個因素間的相互作用關(guān)系難以確定，因此模糊層次方法在指標體系的建立上存在較強的人為主觀性。由于軍事物流配送中心的配送任務繁多，關(guān)聯(lián)程度強，涉及變量復雜，難以進行快速準確的選址，遺傳算法從群體搜索出發(fā)，運用概率規(guī)則進行指導實現(xiàn)對優(yōu)化解的隨機搜索，能并行越過許多局部最優(yōu)點而達到全局最優(yōu)點[9]，這為模型的求解提供了可能。

2 問題的提出

目前軍事物流領(lǐng)域的主要物資配送流程是從供應廠商→總部、戰(zhàn)區(qū)所屬大型倉庫→隊屬倉庫→部隊用戶[10]，文獻[11]中考慮總部、戰(zhàn)區(qū)所屬大型倉庫地理位置優(yōu)越、儲存物資品種多、保障能力強等特點，提出將其改造（轉(zhuǎn)化）為軍事物流配送中心，實現(xiàn)軍事物流配送中心功能，具體的物資配送流程如圖1所示。在某一部隊戰(zhàn)區(qū)，周邊地區(qū)有n個物資供應商，儲存一定量的補給物資，同時有p個部隊用戶需要大量物資補給，需要建立數(shù)個軍事物流配送中心以滿足部隊用戶對物資的需求。根據(jù)供應商的物資儲量分布和部隊用戶需求分布的情況定性分析確定m個物流配送中心作為備選建設(shè)地址。在對配送流程進行前期的調(diào)研和數(shù)據(jù)的收集，可以得到各個物資供應商到備選配送中心的距離、單位運輸費率，各個物資供應商的年供應量，各個備選配送中心的年供應量，各軍事物流配送中心的建設(shè)費用，各個備選配送中心到部隊需求點的距離、單位運輸費率以及部隊用戶的年需求量等相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)數(shù)據(jù)，需要從備選的軍事物流配送中心中確定最終的建設(shè)方案，以使達到物流成本最低的目標，同時計算出各個物資供應商運輸至配送中心的年物資量以及各個配送中心分配給部隊用戶的年運量。

3 模型構(gòu)建

3.1 模型假設(shè)

為了方便模型的建立，需要對配送流程做一定的合理假設(shè)：（1）運輸費用與運輸距離成正比，計算時以后者代替前者，得到物資供應商運輸?shù)脚渌椭行牡膯挝贿\輸費用矩陣和配送中心運輸?shù)讲筷犛脩舻膯挝贿\輸費用矩陣；（2）僅在給定的備選地址中選擇一部分建設(shè)軍事物流配送中心，需要建設(shè)的配送中心個數(shù)確定；（3）各個倉庫、配送中心的年運量以及部隊用戶的年需求量已知，且為常數(shù)；（4）各個階段產(chǎn)生的軍事物流配送費用與運量成正比。

圖1 軍事物資配送流程

3.2 模型建立

軍事物流配送中心的選址決定著物流配送各階段的配送費用，因此以物流配送各階段產(chǎn)生的配送費用之和為選址的成本函數(shù)，軍事物流配送成本最低時即為選址的最終方案。各個階段的配送費用主要由物資供應商運輸?shù)脚渌椭行牡倪\輸成本、配送中心建設(shè)的固定成本、配送中心運輸?shù)讲筷犛脩舻倪\輸成本三部分組成。得到模型的目標函數(shù)為：

在目標函數(shù)中，Tw、Th、Tb分別為物資供應商運輸至配送中心的運輸成本、軍事物流配送中心的建設(shè)成本以及配送中心配送至部隊用戶的運輸成本，wij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)表示物資供應商 i運輸至配送中心 j的物資量，同理ujk(j=1,2,…,m;k=1,2,…,p)為配送中心 j運輸至部隊用戶k的物資量；xij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)為物資供應商i至配送中心 j的運輸距離，配送中心 j運輸至部隊用戶k的距離為yjk(j=1,2,…,m;k=1,2,…,p)，zj為0-1變量，表示是否在 j地建立配送中心，sj則為在 j地建立配送中心的建設(shè)成本。

分析整個軍用物資的配送流程可以得到如下約束條件：

式（2）表示從物資供應商i運輸至各配送中心的物資量不超過倉庫的供應能力；式（3）表示各配送中心配送給部隊用戶k的物資量須達到部隊需求量；式（4）表示各個配送中心從倉庫得到的物資供給全部配發(fā)給部隊用戶使用。

3.3 模型求解

多軍事物流配送中心選址模型涉及的變量多，約束條件復雜，采用普通的整數(shù)規(guī)劃、0-1規(guī)劃等優(yōu)化方法較難求解。遺傳算法是生物界遺傳現(xiàn)象演化而來的一種進化算法，其主要特點是不存在函數(shù)求導和函數(shù)連續(xù)性等限制，對結(jié)果對象進行處理，具有良好的全局搜索最優(yōu)解能力[12]。遺傳算法可通過Matlab軟件實現(xiàn)快速計算和結(jié)果分析，ga函數(shù)是Matlab中的遺傳算法工具箱的主函數(shù)，其標準格式為：

方程（7）左邊為模型輸出解，其中函數(shù)迭代終止標志為exitflag，output為優(yōu)化結(jié)果的結(jié)構(gòu)體；方程右邊f(xié)itnessfcn為模型目標函數(shù)，根據(jù)各個配送過程的費用相關(guān)信息，編寫目標函數(shù)代碼，并以ff.m文件名保存，在使用ga函數(shù)時@ff文件；nvars為變量的個數(shù)；A、b表示線性不等式條件A×x≤b中的系數(shù)，其中A可以是矩陣也可以是單個數(shù)字，b可以是列向量也可以是單個數(shù)字；同理Aeq、beq為線性不等式Aeq×x≤beq中的系數(shù)；lb，ub分別為變量x的上下界，二者可為向量也可為單個數(shù)字；nonlcon為非線性約束條件，根據(jù)模型的約束條件，編寫實際約束條件代碼，以con.m文件名保存，使用時需要@con文件。options為算法計算過程的相關(guān)參數(shù)約束，主要設(shè)置種群規(guī)模、選擇機制、雜交與變異機制等參數(shù)，通常選擇種群規(guī)模在10-160之間，雜交概率在0.25-1.00之間，變異概率為0.001左右[13]。以上所有參數(shù)設(shè)置好就可以運行主函數(shù)，得到模型的最終優(yōu)化解。

4 算例分析

在部隊某一片區(qū)有3個物資供應商，同時有8個部隊用戶需要物資保障，現(xiàn)有H1、H2、H3、H4、H55個配送中心備選地，由于成本的限制，配送中心建設(shè)的數(shù)量不超過3個。在前期的預算中得到各個配送中心的建設(shè)成本值分別為245、300、261、282、312萬元。已知物資供應商至各備選配送中心的運輸距離xij、各備選配送中心的建設(shè)費用與各后方倉庫的年供應量（見表1），備選配送中心至部隊用戶的運輸距離yjk（見表2）以及各部隊用戶的年需求量。根據(jù)上述信息，建立多軍事物流配送中心選址模型，運用遺傳算法對選址模型進行求解。

表1 倉庫物資供應點i到配送中心 j的運輸距離（xij）、供應量、建設(shè)成本

表2 配送中心 j至部隊用戶k的運輸距離（yjk）

該軍事物流配送中心選址模型共設(shè)計變量60個，其中x1-x5為0-1變量，表征各備選配送中心是否被選中，其中1為選擇，0為不選；x6-x20為3個物資供應商向5個備選配送中心的年物資分配額；x21-x60為5個備選配送中心向8個部隊用戶的年配送量。根據(jù)模型的約束條件，編寫約束條件代碼并保存在con.m文件中，目標函數(shù)代碼保存在ff.m文件中。

按照模型求解的步驟，設(shè)置種群規(guī)模為20，雜交概率0.8，變異概率0.001，運行g(shù)a函數(shù)，得到多軍事物流配送中心選址模型的結(jié)果如圖2所示，在解的前半部分共有三處峰值，分別表示物資供應商運輸至配送中心H3、H4、H5的物資量；后半部分的峰值則為三個配送中心送往部隊用戶的物資量。在主控窗口查看函數(shù)迭代終止標志和優(yōu)化結(jié)果的結(jié)構(gòu)體，函數(shù)迭代終止標志exitflag為1，說明計算過程收斂，得到的結(jié)果為最優(yōu)；從優(yōu)化結(jié)果output中可以得到種群的第三代為目標最優(yōu)解，整個計算過程共進行4 690次計算。

圖2 模型計算結(jié)果

從圖2中得到x1-x5的值，其中H3、H4、H5值為1，確定備選地址H3、H4、H5為該片區(qū)的軍事物流配送中心，得到配送中心的選址方案。表3、表4分別為倉庫分配給配送中心的年物資量以及配送中心分配給部隊用戶的年物資量，按照此分配方案，得到多軍事物流配送中心選址總成本最低，總成本T=1.431 1×105萬元，其中倉庫物資供應點運輸至配送中心的運輸成本W(wǎng)c=6.320 8×104萬元，軍事物流配送中心的建設(shè)成本 Hc=855萬元，配送中心配送至部隊用戶的運輸成本Bc=7.904 7×104萬元。

表3 倉庫物資供應點向配送中心的年物資分配額 單位：t

表4 軍事物流配送中心向部隊用戶的年物資分配額 單位：t

5 結(jié)語

隨著新軍事變革的不斷推進、物流保障技術(shù)的發(fā)展以及后勤保障理念的更新，對軍事物流網(wǎng)絡(luò)保障效率提出了更高的要求，未來軍事物流配送中心建設(shè)將對后勤保障效率的提高起著至關(guān)重要的作用。本文針對多軍事物流配送中心選址問題，采用遺傳算法對全局進行最優(yōu)解搜索，通過對軍事物流配送中心選址問題建立數(shù)學模型，確定適應度函數(shù)以及建立相應約束條件，以Matlab工具求解出最優(yōu)選址方案。由于在計算中以運輸距離代替單位運輸費用，出現(xiàn)運輸費用相對較高的問題，但對于軍事物流配送中心選址結(jié)果不會產(chǎn)生影響。該模型解決了軍事物流配送中心的配送任務繁多、關(guān)聯(lián)程度強、涉及變量復雜、難以進行快速準確選址等問題，對于部隊各片區(qū)軍事物流配送中心的選址建設(shè)、軍事物流配送結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、保障效率及可靠性的提高具有一定的現(xiàn)實意義。

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Study on Decision-making Concerning Location Allocation of Multiple Military Logistics Distribution Centers Based on Genetic Algorithm

Li Shaobin1,Yang Xilong2,Li Yaoting1,Wang Ruiqi2
(1.Second Graduate Student Brigade,Logistical Engineering University,Chongqing 401311; 2.Department of Logistical Information&Military Logistics Engineering,Logistical Engineering University,Chongqing 401311,China)

In this paper,in connection with the operation process of the military logistics distribution centers and with the satisfaction of the material demand of the army as the basic constraining condition,we established the multiple military logistics distribution center location decision-making model which aimed at minimizing the sum of the fixed construction cost and the operation cost of the logistics distribution centers,then used the genetic algorithm to obtain the optimal solution of the model to solve the problems in the location allocation and service demand allotment of the distribution centers,and at the end,applied the model to an empirical case.

military logistics;distribution center;genetic algorithm;location decision-making

F252.14

A

1005-152X(2015)11-0213-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.11.056

2015-10-09

李紹斌（1992-），男，江西贛州人，中國人民解放軍后勤工程學院碩士研究生，研究方向：物流管理；楊西龍（1964-），男，河北寧晉人，中國人民解放軍后勤工程學院教授，碩士生導師，研究方向：軍事物流、管理科學與工程等；李耀庭（1992-），男，中國人民解放軍后勤工程學院碩士研究生，研究方向：信息系統(tǒng)管理；王銳淇（1982-），男，中國人民解放軍后勤工程學院講師，研究方向：軍事物流、供應鏈管理。