空軍航材配送中心選址優(yōu)化

管同傲，侯勝利

（空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

0 引言

面對(duì)復(fù)雜嚴(yán)峻的軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備形勢(shì)和日趨繁重的練兵備戰(zhàn)任務(wù)，空軍航材的保障觀念和保障方式亟待加快適應(yīng)和跟進(jìn)轉(zhuǎn)變。20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，美軍依靠配送中心在全球范圍內(nèi)建立起強(qiáng)大的軍事物流能力，為其奉行的“全球化軍事戰(zhàn)略”提供了強(qiáng)有力的作戰(zhàn)保障支撐。因此，借鑒美軍的成功經(jīng)驗(yàn)，建立空軍航材配送中心，以航材配送保障、實(shí)時(shí)供應(yīng)的方式，實(shí)現(xiàn)“數(shù)量型”向“速度型”的轉(zhuǎn)變，對(duì)于增強(qiáng)航材供應(yīng)鏈的反應(yīng)和應(yīng)變能力，提高航材保障的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和高效性，具有十分重要的意義。

空軍航材配送中心建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題在于如何做到科學(xué)選址。地方物流配送中心的選址研究已經(jīng)形成了許多較為成熟的選址模型，例如文獻(xiàn)[1]建立了基于路線安排的雙層規(guī)劃模型來(lái)解決物流配送中心選址問(wèn)題；文獻(xiàn)[2]采用定量研究的方法，重點(diǎn)考慮物流配送中心運(yùn)營(yíng)中的可變成本與固定成本因素，提出了重心法的改進(jìn)模型；文獻(xiàn)[3]在對(duì)傳統(tǒng)重心法與德?tīng)柗品ǖ牟蛔阒幧钊敕治龅幕A(chǔ)之上，提出一種基于GIS 和遺傳算法的物流配送中心選址模型。這些方法所建立的模型大都是基于成本最低的前提條件，追求成本最低與利益的最大化，而在軍事領(lǐng)域，在考慮經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，更要兼顧其軍事性。因而，與此相適應(yīng)的選址方法不再是以單一的成本最低為變量，而是結(jié)合軍事需求的合理有效的模型構(gòu)建，如文獻(xiàn)[4]以滿足部隊(duì)的物資需求為基本約束條件，以配送中心的建設(shè)費(fèi)用與配送成本之和為目標(biāo)函數(shù)，確定最佳選址方案；文獻(xiàn)[5]以部隊(duì)對(duì)物資需求的時(shí)間約束為限制條件，以設(shè)施成本與期望配送成本之和為目標(biāo)函數(shù)，建立了混合整數(shù)規(guī)劃選址模型；文獻(xiàn)[6]針對(duì)不確定戰(zhàn)時(shí)情景下的軍事物流配送中心選址問(wèn)題，考慮了設(shè)施損毀、庫(kù)容和配送時(shí)間約束等具體情景分析，建立了綜合性能優(yōu)化與成本節(jié)約的隨機(jī)規(guī)劃模型。本文擬在前人研究基礎(chǔ)上，著眼空軍航材保障特點(diǎn)要求，秉持軍事主導(dǎo)、需求牽引、平戰(zhàn)一體的原則，展開(kāi)空軍航材配送中心選址優(yōu)化研究。

1 航材配送中心選址分析

1.1 航材配送中心概述

航材配送中心[7]是航材供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中的一處物流節(jié)點(diǎn)，為物流下游的部隊(duì)作航材配送工序。航材配送是依托航材配送中心，在集貨、配貨的基礎(chǔ)上，按航材的種類、品種搭配、數(shù)量、時(shí)間等要求進(jìn)行運(yùn)送，其流程一般如圖1所示。

圖1 航材配送流程圖

對(duì)于常耗航材，按照“航材供應(yīng)商-配送中心-隊(duì)屬倉(cāng)庫(kù)-航材股”的供應(yīng)模式進(jìn)行航材配送，由于常耗航材需求量較大，各航材股隊(duì)屬倉(cāng)庫(kù)需保持一定量庫(kù)存以作緩沖，避免配送中心頻繁配送；對(duì)于低耗航材，按照“航材供應(yīng)商-配送中心-航材股”的供應(yīng)模式進(jìn)行航材配送，由于低耗航材需求極少且具有偶發(fā)性，將整個(gè)供應(yīng)鏈中的庫(kù)存集中于配送中心，由配送中心根據(jù)航材股需求進(jìn)行配送；對(duì)于緊急航材，按照“航材供應(yīng)商-航材股”的供應(yīng)模式進(jìn)行航材配送，一旦供應(yīng)鏈發(fā)生缺材，由航材供應(yīng)商直接發(fā)往航材股，以提高應(yīng)急航材保障的時(shí)效性。

1.2 航材配送中心選址影響因素分析

空軍航材配送中心主要負(fù)責(zé)航空兵部隊(duì)的平時(shí)訓(xùn)練和戰(zhàn)時(shí)作戰(zhàn)的航空裝備保障。一方面，它體現(xiàn)了極強(qiáng)的軍事性，另一方面，它又體現(xiàn)了很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。

（1）自然環(huán)境因素。航材配送中心是存放航材的重要場(chǎng)所，大多數(shù)航材對(duì)溫濕度等儲(chǔ)存條件要求較高。因此，航材配送中心地區(qū)周邊的自然環(huán)境，如氣候條件、地質(zhì)條件、水文條件、地形條件等是很重要的一個(gè)影響因素。

（2）經(jīng)濟(jì)性因素。建設(shè)成本、管理成本、運(yùn)輸成本等經(jīng)濟(jì)性因素是選址時(shí)必須要考慮的，在確保軍事目的能夠達(dá)成的前提下，應(yīng)盡量做到航材相關(guān)物流費(fèi)用最省，總成本最小，以此作為航材部門(mén)選址決策過(guò)程中的一個(gè)基本準(zhǔn)則。

（3）軍事性因素。航材保障的最終目的是為作戰(zhàn)服務(wù)，確保戰(zhàn)時(shí)航材配送中心能夠發(fā)揮作用，是保證戰(zhàn)斗力生成的重要源泉。這就決定了航材配送中心必須具備良好的隱蔽性和機(jī)動(dòng)性，在遭受打擊能夠?qū)讲倪M(jìn)行快速轉(zhuǎn)移和疏散，盡可能保存航材。

（4）建設(shè)環(huán)境狀況。航材配送中心作為重要的軍事裝備保障中心，是航材供應(yīng)鏈的重要節(jié)點(diǎn)，其周邊的交通條件、基礎(chǔ)設(shè)施狀況等建設(shè)環(huán)境狀況直接影響著航材保障效率，與軍事效益息息相關(guān)。

（5）社會(huì)政治因素。航材配送中心的建設(shè)必須與國(guó)家法律、方針和政策相適應(yīng)，與我軍航材資源分布和需求相適應(yīng)，與戰(zhàn)略分布和軍事發(fā)展相適應(yīng)。同時(shí)，還要充分考慮周邊社會(huì)治安狀況，防止敵特分子和反動(dòng)勢(shì)力竊取情報(bào)、蓄意破壞，確保航材的安全性和保密性。

2 航材配送中心初次選址

2.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

在分析航材配送中心選址影響因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建航材配送中心選址評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 航材配送中心選址評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 確定評(píng)價(jià)矩陣

以[0,10]為打分區(qū)間，組織若干位航材和物流領(lǐng)域相關(guān)專家對(duì)備選點(diǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分，取平均值作為備選點(diǎn)的指標(biāo)評(píng)價(jià)值，從而確定出評(píng)價(jià)矩陣A。

其中，aij為第i 個(gè)備選點(diǎn)的第j 項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)值；i=1,2,...,m；j=1,2,...,n。

2.3 確定指標(biāo)權(quán)重

采用層次分析法[8]，組織專家對(duì)同一層次的各因素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)；由判斷矩陣計(jì)算被比較要素對(duì)于該準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重；計(jì)算各層要素對(duì)總目標(biāo)的合成權(quán)重，即為指標(biāo)權(quán)重ω：

其中，ωj為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值；j=1,2,...,n。

2.4 計(jì)算備選點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)值

根據(jù)評(píng)價(jià)矩陣A 和指標(biāo)權(quán)重ω，進(jìn)行加權(quán)求和計(jì)算，得出各備選點(diǎn)的綜合評(píng)價(jià)值V:

其中，vi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值；i=1,2,...,m。

將備選點(diǎn)按綜合評(píng)價(jià)值從大到小進(jìn)行排序，根據(jù)擇優(yōu)原則進(jìn)行初次選址，按照一定比例舍棄排名靠后的備選點(diǎn)。

3 航材配送中心二次選址

初次選址主要從定性的角度對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行考量，在此基礎(chǔ)上，還需進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行定量分析，使得總費(fèi)用在任務(wù)完成率要求下達(dá)到或接近最小。假定有m 個(gè)生產(chǎn)廠家經(jīng)航材配送中心為p 個(gè)場(chǎng)站供應(yīng)航材（如圖3 所示），在現(xiàn)有場(chǎng)站位置確定的情況下，從初次選址后的n個(gè)備選點(diǎn)中，尋找最佳的航材配送中心位置和配送中心與場(chǎng)站的服務(wù)需求分配關(guān)系。在規(guī)定航材配送時(shí)間內(nèi)，使得運(yùn)輸費(fèi)用、配送費(fèi)用、因保管產(chǎn)生的可變費(fèi)用以及基建投資費(fèi)用等總成本最低。

圖3 配送網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.1 模型假設(shè)

為便于建模，做以下基本假設(shè)：

（1）由生產(chǎn)廠家到配送中心、配送中心到場(chǎng)站的運(yùn)費(fèi)為線性函數(shù)；

（2）配送中心的可變費(fèi)用為其流量的凹函數(shù)；

（3）某一區(qū)域或范圍內(nèi)對(duì)某種備件的需求量可以確定或者預(yù)測(cè)；

（4）配送中心的倉(cāng)儲(chǔ)容量有限；

（5）配送中心只考慮航材進(jìn)出情況，不考慮航材的存儲(chǔ)；

（6）航材進(jìn)出時(shí)不考慮時(shí)間差。

3.2 模型參數(shù)及其含義

Ai為第i個(gè)生產(chǎn)廠家可向配送中心供應(yīng)總量；fj為第j 個(gè)配送中心的固定費(fèi)用；vj為第j 個(gè)配送中心的可變成本系數(shù)；Dk為第k 個(gè)場(chǎng)站的需求量；aij從為從第i個(gè)生產(chǎn)廠家到第j個(gè)配送中心的單位運(yùn)輸成本；cjk為從第j個(gè)配送中心到第k個(gè)場(chǎng)站的單位運(yùn)輸成本；xij為第i 個(gè)生產(chǎn)廠家到第j 個(gè)配送中心的運(yùn)輸量；yjk為第j 個(gè)配送中心到第k 個(gè)場(chǎng)站的運(yùn)輸量；Mj為第j 個(gè)配送中心的最大容量；wj為第j 個(gè)配送中心的航材流通量；tjk為第j個(gè)配送中心到第k個(gè)場(chǎng)站的單位運(yùn)輸時(shí)間；T為規(guī)定配送時(shí)間上限；zj為第j個(gè)配送中心是否被選中的決策變量（選中取1，否則取0）。

3.3 模型建立

以總費(fèi)用（包括可變費(fèi)用和固定費(fèi)用）最小為目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)：

（θ根據(jù)物流經(jīng)驗(yàn)指數(shù)可取0.5）

約束條件：

（1）生產(chǎn)廠家供貨量不超過(guò)其總的生產(chǎn)量：

（2）配送中心配送量不低于場(chǎng)站的需求量：

（3）流量平衡：

（4）容量限制：

（5）時(shí)間限制：

（6）變量限制：

3.4 模型求解

式（4）至式（11）為混合型整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，解決此類問(wèn)題的常用方法是分支界定法，但是該方法只適用于大多數(shù)小型的混合整數(shù)規(guī)劃模型，對(duì)于規(guī)模較大的問(wèn)題，求解起來(lái)就比較困難。Lingo 11.0 軟件具有執(zhí)行速度快，易于輸入、求解和分析的特點(diǎn)，本文以Lingo 11.0 為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了約束整數(shù)規(guī)劃求解程序?qū)δＰ陀枰郧蠼狻?/p>

4 算例仿真

現(xiàn)擬在某戰(zhàn)區(qū)范圍內(nèi)，開(kāi)展航材配送中心試點(diǎn)建設(shè)，試點(diǎn)區(qū)域共有8 個(gè)場(chǎng)站C1,C2,...,C8，兩個(gè)生產(chǎn)廠家S1,S2。經(jīng)上層領(lǐng)導(dǎo)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)規(guī)劃，挑選了7 個(gè)備選點(diǎn)U1,U2,...,U7可供航材配送中心建設(shè)。

4.1 初次選址

（1）邀請(qǐng)10位航材、物流領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)該7處備選點(diǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)值進(jìn)行打分，取其平均值作為備選點(diǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，見(jiàn)表1，并依據(jù)表1中的數(shù)值構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣A。

表1 備選點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)值

（2）根據(jù)層次分析法，組織專家通過(guò)構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣的方式，確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重ω，見(jiàn)表2。

表2 指標(biāo)權(quán)重值

（3）根據(jù)式（3），計(jì)算可得各備選點(diǎn)的綜合評(píng)價(jià)值V：

對(duì)綜合評(píng)價(jià)值從大到小進(jìn)行排序：v1≥v2≥v7≥v3≥v4≥v6≥v5，根據(jù)擇優(yōu)原則，選取U1,U2,U3,U4,U7作為初次選址后的航材配送中心備選點(diǎn)。

4.2 二次選址

已知生產(chǎn)廠家的供貨量及到各配送中心的單位運(yùn)費(fèi)（綜合考慮了運(yùn)輸距離、路況等因素）見(jiàn)表3；各配送中心備選點(diǎn)的固定成本、可變成本及最大容量見(jiàn)表4；配送中心到各場(chǎng)站的單位運(yùn)費(fèi)及各場(chǎng)站的需求量見(jiàn)表5；配送中心到各場(chǎng)站的單位運(yùn)輸時(shí)間見(jiàn)表6。

表3 生產(chǎn)廠家供應(yīng)量及其到配送中心的單位運(yùn)費(fèi)

表4 備選點(diǎn)參數(shù)表

表5 配送中心到場(chǎng)站的單位運(yùn)費(fèi)及場(chǎng)站需求量

表6 配送中心到場(chǎng)站的單位運(yùn)輸時(shí)間

將上述表中的數(shù)據(jù)，代入式（4）至式（11）中，利用Lingo 11.0編程求解，得到輸出結(jié)果：

根據(jù)求解結(jié)果，應(yīng)選擇在U1,U3,U4建立航材配送中心，并建立生產(chǎn)廠家與配送中心、配送中心與場(chǎng)站之間最佳服務(wù)需求分配關(guān)系，見(jiàn)表7、見(jiàn)表8。

表7 生產(chǎn)廠家—配送中心需求分配

表8 配送中心—場(chǎng)站需求分配

4.3 結(jié)果分析

在初次選址中，從定性的角度，綜合考慮航材配送中心選址過(guò)程中的各種影響因素，通過(guò)專家，判定U5,U6兩地不宜進(jìn)行配送中心建設(shè)；在二次選址中，從定量的角度，以成本費(fèi)用最小化為目標(biāo)函數(shù)，以軍事需求和保障效率為約束條件，建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。經(jīng)過(guò)兩次選址后，最終結(jié)果表明，應(yīng)在U1,U3,U4分別設(shè)立3所航材配送中心，并建立起適宜的“生產(chǎn)廠家-航材配送中心-場(chǎng)站”需求供應(yīng)關(guān)系，從而獲得最優(yōu)的軍事經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

本文著眼空軍未來(lái)發(fā)展需要，針對(duì)當(dāng)前航材保障工作中存在的矛盾問(wèn)題，指出了建設(shè)空軍航材配送中心的必要性，并從選址問(wèn)題入手，采用定性與定量分析相結(jié)合的方法，兼顧軍事效益與經(jīng)濟(jì)效益，立足需求牽引、平戰(zhàn)結(jié)合，構(gòu)建了科學(xué)的航材配送中心選址模型。通過(guò)算例，驗(yàn)證了模型的實(shí)用性和有效性，對(duì)提升航材保障工作效率和服務(wù)質(zhì)量具有一定的啟發(fā)意義。