区域粮食物流网络优化研究

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区域粮食物流网络优化研究技术与方法物流技术20l5年第34卷7月刊(上半月)doi：lO．3969~．issn．1005—152X．2015．07．039区域粮食物流网络优化研究白世贞，丁小洲，牟维哲(哈尔滨商业大学管理学院，黑龙江哈尔滨150028)【摘要】研究了黑龙江省粮食物流发展的现状，从粮食物流网络优化的角度考察了黑龙江省现有的粮食生产地、粮食加工地和粮食物流配送中心的物流网络。建立黑龙江省粮食物流网络规划模型，并根据遗传算法的特点进行求解分析，找到使粮食物流网络总成本最低的平衡点，为区域粮食物流网络节点的合理设定以及优化区域粮食物流网络提供参考。【关键词】粮食物流网络；网络优化；遗传算法【中图分类号]F252．8：F762．1f文献标识码】8><#004699'>A【文章编号11005—152X(2015)07—01l4—03StudyonOptimizationofRegionalGrainLogisticsNetworks BaiShizhen，DingXiaozhou，MuWeizhe(SchoolofManagement，HarbinUniversityofCommerce，Harbin150028，China)Abstract：Inthispaper，westudiedthecurrentdevelopmentstatusofthegrainlogisticsindustryinHeilongjiang，thenexaminedthelogisticsnetworksofthegrainproductionregions，grainprocessingregionsandgraindistributioncentersintheprovince，builtthegrainlogisticsnetworkplanningmodeloftheprovince，andattheend，solveditusingthegeneticalgorithmtoobtaintheequilibriumstateofthenetworkswherethetotalcostwasthelowest．Keywords：grainlogisticsnetwork；networkoptimization；geneticalgorithm1引言粮食作为国家的重要经济作物，是十分重要的商品之一，同时它也是关系国计民生的大事。近年来，由于粮食产量的小断提高，粮食物流发展停滞不前，使得粮食流通出现了问题。而我国粮食物流发展始终停滞不前，要解决粮食流通难的问 题，就需要不断优化现有的粮食物流网络，使其能够高效率、低成本的运营。目前我国粮食物流的建设始终无法统一，归根结底与我国的国情有着十分重要的联系。我国幅员辽阔，地理位置差异较大，不同的区域地域地貌都有着自己的特点，这些都阻碍着粮食物流网络在实际中的建设，导致我国粮食物流始终处于落后的状态。国家有关政策部门始终把区域粮食物流网络的建设放在发展粮食物流的首位，根据国家发改委《粮食现代物流项目管理暂行办法》的通知中的规定以及《国务院关于完善粮食流通体制改革政策措施的意见》，在散粮物流对全国六大跨省(区、市)通道内的项目建设，国家就符合条件的粮食物流项目采取投资补助和贷款贴息等方式予以扶持等。本文以黑龙江省为典型代表，建立粮食物流网络模型，分析现有粮食物流网络的各个节点，建立围绕粮食生产地、粮食加工地、粮食物流配送中心的粮食物流网络模型，并运用遗传算法，以达到物流相关成本最低为目标进行最优求解。2黑龙江省粮食物流网络分析黑龙江是我国著名的“北大仓”，是闻名全国的“中华粮仓”，而黑龙江省的粮食商品率更是超过了70％”，是我国最重要的商品粮生产基地之一。近年来黑龙江省通过调整粮食种植结构、培育优良品种、提高粮食生产作业等，使得全省粮食生产总量屡创新高，在我国众多商品粮生产基地中名列前茅。目前，黑龙江省已经建成以哈尔滨为中心，覆盖全省、辐射全国的粮食物流网络系统，形成了以铁路、公路为主，水运、 航空、管道为辅的综合交通运输网络。然而随着黑龙江粮食总产量的逐年增长，对粮食物流能力要求越来越高，造成全省粮食流通问题严重滞后，导致生产环节和流通环节的不平衡，造成了粮食储存相对过剩的状态j。同时，黑龙江省现有的粮食物流网络存在着基础设施落后、现代化建设不完整、信息网络滞后等问题，同时黑龙江省各个粮食生产主体之间脱节情况严重，各个节点缺乏配合，这些问题使得黑龙江省粮食加工地、粮食仓库的布局和建设不够完善和合理，黑龙江省整体的粮食物流网络缺乏调整和优化，导致黑龙江省粮食流通困难，不能满足供给等问题。{一个完整的粮食物流网络是由粮食生产、流通过程中所涉及到的生产者、中间商和消费者构成的。而一个完整粮食【收稿日期12015—02-28[基金项目】黑龙江省社会科学研究规划重点项目“黑龙江省粮食物流网络资源有效配置及其效率评价”(13<#004699'>A002)；哈尔滨商业大学2014年研究生创新科研资金项目(YJSCX2014—305HSD)[作者简介】白世贞(1962一)，男，山东招远人，教授，博士生导师；丁小洲(1989一)，通讯作者，女，黑龙江鹤岗人，在读研究生；牟维哲(1980一)，女，黑龙江哈尔滨人，讲师。——114-- 白世贞，等：区域粮食物流网络优化研究技术与方法物流网络的构建需要各个物流节点之间的相互协调和配合。组成粮食物流网络节点的可以是一个企业，或是一个企业中的几个节点，也可以是多个企业。以黑龙江省现有的粮食物流网络为基础，构建粮食物流网络的流程结构，如图1所示。粤黼水踣图1粮食物流网络流程结构图从农户或农场对粮食进行收购，然后经过运输周转到粮食集散中心。根据不同的运输需要选择不同的运输路径，黑龙江省通常以公路、铁路为主，水路为辅。在到达粮食加工地后对粮食进行加工和包装，最后进人粮食市场到达终端消费者手中。由于黑龙江省粮食品种复杂多样，因此黑龙江省粮食物流网络属于多对多关系的三级结构，相对其他区域而言属于较为复杂的物流网络。3黑龙江省粮食物流网络优化模型构建 由于黑龙江省的粮食种植地域性和季节性相对明显，且生产周期较其他区域相对较短。因此在对黑龙江省粮食物流网络优化模型进行构建时，在考虑粮食流通渠道的同时，还必须对整个粮食供应链进行有效的整合。构建粮食物流网络优化模型的最终目的是使整个粮食物流过程的效率最高、成本最低。为了对各个物流节点进行有效的整合，黑龙江省粮食物流网络的优化模型主要是对粮食物流配送中心进行合理的优化布局。3．1问题描述黑龙江省粮食物流网络主要由粮食生产地、粮食物流中心、粮食配送中心、整个粮食供应链中的上下游批发商、终端消费者构成。由于粮食在配送过程中对温湿度的要求以及运输条件的不同，结合黑龙江的自然环境，整个黑龙江省的粮食物流量通过铁路和公路运输的达90％以上，铁路占主要份额。同时考虑到粮食储运的环境要求，本文构建的粮食物流网络优化模型针对的是大米、黄豆、玉米等高产量粮食作物中的任意一种，在生产点附近进行粮食的加工包装，采用公路运输，根据相关的能力限制和约束条件建立非线性混合整数规划模型，使得目标函数总成本最低。3-2模型假设(1)在实际操作中，每个粮食供应点的粮食供应率在建模时定义为已知条件。 (2)在粮食物流网络中，主要的需求点为各个粮食加工企业，已知粮食加工企业的地理位置固定，年需求量不变。因此在模型中已知条件为需求点的地理位置、所需的粮食量。(3)粮食物流中心的建立应该符合地理位置的要求，需要在备选范围内进行选址，同时对物流中心的吞吐能力进行设定。(4)鉴于黑龙江粮食种类繁多，因此本文研究的是多种粮食物流网络。3．3模型及参数说明i表示粮食生产地，i∈，；表示粮食加工地，J；表示粮食物流配送中心，t∈T；C表示粮食物滤配送中心的单位库存成本(单位：元)；C表示粮食物流配送中心的单位物流活动作业成本(单位：元)；g表示粮食生产地i的Et均供货量(单位：t厌)；c表示粮食加工地．的单位加工成本(单位：元)； Q表示粮食加工地的最大处理能力(单位：t)；Q表示粮食物流配送中心的最大库存容量(单位：t)；d表示粮食生产地i与粮食加工地之间的距离(单位：km)；d表示粮食加工地与粮食物流配送中心t之间的距离(单位：km)；D¨表示粮食生产地i与粮食加工地之间的最大距离限制(单位：km)；D表示粮食加工地与粮食物流配送中心的最大距离限制(单位：km)；C表示粮食生产地i与粮食加工地／的单位运输成本(单位：元／t·km)；G表示粮食加工地到粮食物流配送中心t的单位运输成本(单位：元／t·km)；Q：。表示限制粮食加工地的最低数量；Q表示限制粮食加工地的最高数量；Q表示限制粮食物流配送中心的最低数量；Q：表示限制粮食物流配送中心的最高数量；g=xX表示粮食生产地i到粮食加工地的供货量 (单位：t)；表示粮食加工地到粮食物流配送中心t的周期供货量(单位：t)；一f1如果粮食生产地指定给粮食加工地一l0其他一』1如果粮食加工坳指定给粮食配送中心一{0其他3．4模型的构建目标函数：J，』，1minc=∑∑g+∑∑dC+∑∑4,GL,¨“。(1)JlJ1、∑∑cs+∑∑c』11J1tI约束条件： ∑=1∑=1X≤D(2)(3)(4)—．115——技术与方法物流技术2015年第34卷7月刊(上半月)dIEXcE≤Du舯∑吼≤J∑q=Zq』1Jl Q：≤∑=∑≤Q1J1≤∑≤Q(5)．4算例分析(6)(7)(8)(9)q≥0和q≥0(10)Xi,∈{0，1}，Vi∈，’∈V∈T(11)目标函数(1)的总目标是总的相关成本最低，其中』，c．表示粮食加工地总的加工成本； IliT∑∑qdC+∑Eq表示从粮食生产地到粮食加工iI，l，11地及粮食加工地到粮食物流配送中心的总的运输成本；|t|T∑∑q~Cixj,表示粮食物流配送中心的库存成本；∑∑cJI‘1』ItI表示粮食物流配送中心总的集散成本。式(2)表示对每种粮食产地仅需要一个粮食加工站为其服务；式(3)表示某一粮食加工地仅和一个粮食配送中心对应；式(4)表示粮食生产地和粮食加工站之间的运输距离满足最大距离限制；式(5)表示粮食加工地和粮食配送中心之间的运输距离满足最大距离限制；式(6)表示对粮食加工地的供货量满足最大处理能力限制；式(7)表示粮食加工地满足流人流出量均衡；式(8)和式(9)分别表示粮食加工地和配送中心的数量约束；式(1O)表示所有决策变量为正值；式(11)表示x，Xj。为0-1变量。3。5遗传算法的实现本文研究的是粮食物流相关总成本最低的物流网络优化问题，各个物流节点的选择是研究的基础，因此需要对黑龙江 省粮食物流网络中的粮食物流配送中心能力进行评估，建立总成本模型。从式(1)中可以看出，所采用的模型需要同时考虑粮食销售点的需求能力和粮食物流配送中心的供给能力，因此将此模型看作是粮食物流网络中的非线性规划求最小值的问题，也就是对于粮食物流网络中的各个节点进行选择。Step1：决策变量和约束条件的确定。决策变量为q，约束条件为，瓦，∈{0，l}，V∈，，∈∈T。Step2：函数优化模型的建立。Step3：编码方法的确定。对于模型的求解，遗传算法首先会设计染色体，这个染色体应该是良好的，根据本文中粮食物流配送中心的选址研究，采用二进制编码。step4：个体评价方法的确定。由式(1)可知，本文的目标函数需要求得最小值，同时其值域应是非负的。本文的目标函数将由个体的适应度直接决定，即为：f(c1=rainc。Step5：设计遗传算子。遗传算子在设计时考虑复制到下一代的个体应该是上一代个体中相对良好的。本文将比例选择算子作为选择算子。Step6：遗传算法的运行参数的确定。M：群体个数的总体数量；T：遗传运算的终止进化代数；G：代沟。 ．．116．．近年来，通过不断培养优良品种，调整产业结构，加强生产基地建设，黑龙江省粮食总产量屡创新高。2014年，黑龙江省粮食总产量超过1248．4亿斤，是近10年的最高产量，约占全国粮食总产量的十分之一。2015年黑龙江省粮食总产量有望实现“十二”连增，提前完成政府制定的任务。黑龙江省粮食种植面积占全省总面积的三分之一。本文以占种植面积较大的水稻为例，黑龙江省水稻种植面积较大的地区分别为哈尔滨、佳木斯、绥化、齐齐哈尔地区，这个地区的粮食产量约占全黑龙江省总产量的45％，其种植面积均在100万亩以上。其中五常市、富锦市、庆安县、绥化市、桦川I县、虎林市、密山市、尚志市均是黑龙江省著名的水稻产区，平均年产量在2O万t以上。根据黑龙江省水稻产量，确定算例生产地分别为五常市、富锦市、庆安县、北林区、桦川县、虎林市、密山市、尚志市共8个，按顺序编号1、2．3??456、7、8。设定备选粮食加工地有jE林区、友谊县、延寿县、绥滨县、望奎县、宝清县共6个，按顺序编号I、II、III、Iv、v、vI。粮食物流配送中心设定2个，分别为哈尔滨市和双鸭山市，按顺序编号<#004699'>A、B。根据调研，设定粮食生产地到粮食加工地的最大限制距离为50kin，同时设定粮食加工地到粮食物流配送中心的最大限制距离为1200km，见表 1和表2；由于物流配送中心的建设成本需要有一定的限制，因此本文将粮食物流配送中心个数设定为：Q=1，Q：=2，粮食加工地可使用数量的取值范围：Q：=1，Q：4。表1粮食生产地到粮食加工地的距离及相关常量IIIIIIIVVvIl253242l75568412l15l4238718820653l421l9987651】41246619187207666115117167761644l1842621132132765221267l2984262l76653484431551751209043C?169176119500Q500890990800450550 cv526582表2粮食加工地到粮食物流配送中心的距离、单位运输成本及相关常量<#004699'>ABI3213l322II53377982III61381l324IVl52742l3V123462l8VI622112537CHl900800c1O14c13本文运用MATLAB7．0遗传算法工具箱对(下转第133页) 王莲花，等：基于灰色关联分析的山东省快递业影响因素研究技术与方法投资效率和转化为现实生产力的能力相当大，对山东省快递业的发展起到了一定的带动作用。公路营运载货汽车拥有量关联度较前几项指标靠后，说明增加交通工具的数量对地区快递业发展的影响潜力巨大，应积极加大投资力度，从而提高快递业的发展水平。公路通车里程在基础设施指标中关联度最小，说明公路交通方面的投资规划有待加强。应大力建设完善的信息化设施和交通运输网络，为山东省快递业的发展提供强大的硬件保障。建设和完善物质基础设施配备是山东省现阶段快递业发展的首要任务。应改善地区交通条件，搭建完善的交通运输网络体系。公路运输作为一种最普遍的运输方式，在快递业发展中担任了不可替代的角色。依托山东半岛的地理优势条件优先发展建设环半岛高速公路，促成邯济、青银、青红、青太等向西干线，加大对农村公路建设的投资力度，保证城乡基本的交通运输条件，会直接带来山东省快递业的高效率发展。搭建完善的信息化平台，依靠现代发达的网络化、智能化等高科技手段，应用GPS、GIS、RFID、条码技术等信息技术，逐步建立起支撑快递业发展的技术平台，为社会消费者提供准 确的市场信息和货物追踪信息，为企业提供优质的快递运输服务。5．4人力资本与快递业发展的关联分析在人力资本方面，人口密度、交通运输仓储和邮政业从业人员与人均受教育年限乘积这两项指标与山东省快递业发展关联度都不高，说明人力资本优势在山东省快递业发展进程中的作用还有较大的提升空间。山东省人口规模大、人口稠密，有利于快递企业形成规模效应，从而提高企业的利润。交通运输、仓储和邮政业从业人员文化素质有待提高。充分利用山东省人口密度大的优势，用需求带动发展，提高人力的文化水平是发展地区快递业的关键。山东省快递企业应制定合理有效的从业人员绩效考核制度来确保快递业务的高效进行。快递业的快速发展需要人才作为支撑，应加强高级专业人才的培养与引进，面对快递专业人才紧缺的现状，应重视利用“产学研”综合培养模式，培养专业人才以填补人才需求的缺口。提高现有技术人员的业务水平并加强对从业人员自培训，引进先进的技术平台和选择专业的培训机构是提升快递人才水平的重要措施。【参考文献】[1】山东省邮政管理局．2014年1—12月份山东省邮政行业运行隋i翘z】．2015． [2】刘思峰，蔡华，杨英杰，等．灰色关联分析模型研究进展[J1．系统工程理论与实践，2013，33(8)：2041—2046．[3]刘思峰，党耀国，方志耕，等．灰色系统理论及其应用(第三版)[M】．北京：科学出版社，2004．[4】李青峻，张干．基于灰色理论的重庆市现代物流业影响因素分析『J]．物流技术，2011，f2)．【5]三亿文库．浙江快递产业发展研究[EB／OL]．http：／／3y．uu456．eom／bp一47be4acf7c1clad6195fa795-1．html，2013-01-20．[6】郭树清．2013年山东省政府工作报告【R】．2013．【7]赵妮．山东省现代物流业影响因素分析及管理对策研究【D]．济南：山东师范大学，2013．(上接第116页)以上数据进行求解，调试参数后确定平均运行时间为20rain，在达到近似最优解的平均运行代数79代后得出粮食物流网络各个节点的最优布局，见表3。表3实例近似最优解 在确定使用粮食物流配送中心<#004699'>A哈尔滨市和B双鸭山市的情况下，被选定的粮食加工地为lII延寿县和II友谊县，以满足以上粮食生产地的需求，达到物流活动相关总成本为最低，该方案下配送中心总体运行成本为1451264．2元。5结束语从本文研究可以看出，区域粮食物流网络应该以城市或地市县为节点，整个区域粮食物流网络的形成是一个扩散和集聚的过程，因此在选择区域粮食物流网络节点时，合理有效的节点是实现跨区域经济发展的关键，是实现区域间经济合作的重要组成部分。本文以黑龙江省粮食物流网络为例，通过建立相应的数学模型，同时运用遗传算法，求得使整个网络物流相关成本最小的最优解。由于黑龙江省粮食物流网络具有自己的区域性特点，所以在求解过程中，采用随机选择，并遵循最优保留原则。对黑龙江省粮食物流网络进行了实例求解验证，最后通过运算得到了使粮食物流网络整体运作成本最低的最优解决方案。各区域粮食物流网络想要不断的发展，与粮食生产相、适应，还应该不断的创造良好的外部发展环境，不断加强粮食 物流基础设施建设，构建完善有效的保障机制等。【参考文献】[1]李维刚，邹琦．完善黑龙江省现代粮食物流体系的对策研究[J]．现代化农业．2014,(6)：29—30．【2]孙丹，高伟超．我国粮食物流体系完善的研究与探讨【J]．现代化农业，2013，(7)：36-38．[3]国家发改委．农产品冷链物流发展规划(2010-2015)[Z]．2011．[4]王栋．基于遗传算法的高速公路网络模型优化[J】．物流技术，2014，(7)：284—287．[5】钟惟玉．遗传算法在物流配送运输车辆路径优化中的应用和改进[J]．物流技术，2014，(5)：323—325．[6]FellowsaMR，FemauH．Facilitylocationproblems：aparameterized6><#00aa00'>view[J]．DiscreteAppliedMathematics，2011，159(11)：1118-1130．f7]陈德良，陈治业．物流网络可靠性优化的双目标机会约束规划模型与算法【JJ．中南林业科技大学学报，2011,31(9)：160—164． [8]国家统计局．关于2014年粮食产量的公告[EB／OL]．http：／／．stats．gov．cn，tjsj／zxfb／201412／t20141204_648275．html，2O14—12—04．．—133—．