一种求解绿色供应链协同设计问题的方法技术

本发明专利技术提供一种求解绿色供应链协同设计问题的方法，涉及供应链协同设计技术领域。本发明专利技术具体步骤如下：步骤1：将产品或原材料的数量转换为相应的运输工具数量，以成本、碳排放、水消耗作为优化目标，建立集成厂商选择和运输规划的四级结构的供应链数学模型；所述数学模型包括目标函数和限定条件；步骤2：根据复合择优算法得出最优供应链网络结构和该结构每两个顶点之间的运输量，根据运输量和目标函数得出总成本。本方法在综合考虑成本和环境的基础上，有效的选择出最优的供应链参与者组合，并准确计算参与者之间的运输方案，为复杂供应链提供高质量高效率的解决方案。

A Method to Solve the Cooperative Design Problem of Green Supply Chain

The invention provides a method for solving the cooperative design problem of green supply chain, which relates to the technical field of cooperative design of supply chain. The specific steps of the invention are as follows: step 1: converting the quantity of products or raw materials into the corresponding quantity of transport vehicles, and establishing a four-level supply chain mathematical model of integrated manufacturer selection and transportation planning with the optimization objectives of cost, carbon emissions and water consumption; the mathematical model includes objective function and restrictive conditions; step 2: obtaining the optimal supply according to the compound optimization algorithm According to the structure of chain network and the volume of transportation between two vertices, the total cost can be obtained according to the volume of transportation and the objective function. Based on the comprehensive consideration of cost and environment, this method effectively chooses the optimal combination of participants in the supply chain, and accurately calculates the transportation schemes among participants to provide high-quality and efficient solutions for complex supply chain.

【技术实现步骤摘要】
一种求解绿色供应链协同设计问题的方法
本专利技术涉及供应链协同设计
，尤其涉及一种求解绿色供应链协同设计问题的方法。
技术介绍
供应链是由供应商、生产工厂、分销中心、客户以及运输渠道构成的网络，用于获取原材料并将其转化为产品，最后将这些产品分销给客户。供应链网络设计(Supplychainnetworkdesign,SCND)是选择最佳的设施(供应商、生产工厂和分销中心)位置、数量以及容量配置，在供应链管理中处于重要的战略地位。绿色供应链网络设计(Greensupplychainnetworkdesign,GSCND)需要在设计过程中综合考虑环境因素(碳排放、水污染)，使得整个供应链过程对环境影响最小，资源利用效率最高。绿色供应链协同设计问题一般采用两步方式解决，首先建立该问题的数学模型，然后使用最优化或近似算法对该模型进行求解。但现有方法均未能在供应链设计过程中，有效将碳排放、水消耗、成本进行综合考虑，建立基于全局优化的数学模型。此外，由于绿色供应链协同设计问题模型复杂，现有的最优化求解方法效率较低，无法在短时间内求解大型实例；而近似算法则存在求解质量较差，无法提供高质量解决方案的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种求解绿色供应链协同设计问题的方法，本方法在综合考虑成本和环境的基础上，有效的选择出最优的供应链参与者组合，并准确计算参与者之间的运输方案，为复杂供应链提供高质量高效率的解决方案；为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种求解绿色供应链协同设计问题的方法，包括如下步骤：步骤1：将产品或原材料的数量转换为相应的运输工具数量，以成本、碳排放、水消耗作为优化目标，建立集成厂商选择和运输规划的四级结构的供应链数学模型；所述数学模型包括目标函数和限定条件，该目标函数的公式如下：其中，i代表供应商编号，i∈I；j代表生产商编号，j∈J；k代表分销商编号，k∈K；l代表客户编号，l∈L；m代表原材料编号，m∈M；n代表产品编号，n∈N；CSMim代表从供应商i采购一单位原材料m的成本；CPPjn代表生产商j生产一单位产品n的成本；ESMim代表供应商i生产一单位原材料m所产生的碳排放量；EPPjn代表生产商j生产一单位产品n所产生的碳排放量；WSMim代表供应商i生产一单位原材料m所消耗的水量；WPPjn代表生产商j生产一单位产品n所消耗的水量；DSPij代表供应商i与生产商j之间的距离；DPDjk代表生产商j与分销商k之间的距离；DDCkl代表分销商k与客户l之间的距离；CMPj代表生产商j周期内运营成本；CMDk代表分销商k周期内运营成本；ETsp代表一辆货车运输1公里的成本；ETsp代表一辆货车运输1公里所产生的碳排放；a,b分别代表将碳排放、水消耗转换为成本时的转换权重；spj表示是否选择生产商j作为供应链合作厂商，1代表选择，0代表不选择；sdk表示是否选择分销商k作为供应链合作厂商，1代表选择，0代表不选择；aspmijm从供应商i运输至生产商j的原材料m的数量；apdpjkn从生产商j运输至分销商k的产品n的数量；aSPij从供应商i运输原材料至生产商j的货车数量；aPDjk从生产商j运输产品至分销商k的货车数量；aDCkl从分销商k运输产品至客户l的货车数量；所述限定条件包括前提条件和约束条件；所述前提条件为：所有客户的订单必须全部满足；供应商具有供应量上限约束，生产商具有生产上限约束，分销商具有仓储上限约束；各生产商、分销商周期内运营成本固定；不同的原材料或产品可以合并到同一辆货车；所述约束条件为：货车数量与原材料、产品数量之间的约束：其中，ATMm代表一辆货车可以运载原材料m的最大数量；ATPn代表一辆货车可以运载产品n的最大数量；adcpkln代表从分销商k运输至客户l的产品n的数量；客户的订单需求必须满足约束：其中，Dln代表客户l订购产品n的订单总量；分销商库存约束：其中，UBStockkn代表分销商k对产品n的最大库存；生产商生产力约束：其中，UBPPjn代表生产商j对产品n的最大生产数量；供应商供应力约束：其中UBSMim代表供应商i能提供的原材料m的最大数量；分销商进货量、出货量保持一致：其中，原材料采购数量与产品生产数量保持配比一致：∑i∈Iaspmijm＝MPRmn×∑k∈Kapdpjkn(10)其中，MPRmn代表原材料m与产品n之间的数量关系比例；非负整数和二进制约束：spj∈{0,1}(17)sdk∈{0,1}(18)其中，步骤2：根据复合择优算法得出最优供应链网络结构和该结构每两个顶点之间的运输量，根据目标函数得出总成本；所述复合择优算法为通过对供应商层、生厂商层和分销商层的备选厂商进行综合评估，得到具有较好评估分数的厂商；所述厂商包括供应商层、生产商层、分销商层；枚举出由这些厂商构成的所有可能组合作为候选解集，删除其中不能满足客户订单的候选解；并对剩余每个候选解计算目标函数近似值，选择目标函数近似值最小的候选解作为最终的供应链网络结构，再应用分支定界法来计算每两个顶点之间的运输量，将运输量带入到目标函数中求得总成本。所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1：根据伙伴择优算法得出综合评分高的供应商集合S、生产商集合P、分销商集合D；所述伙伴择优算法是为候选厂商计算评估分数，并使用加权加和得到各候选厂商的综合评分；采用基于快速排序的topk算法，分别选择出综合评分高的前η个供应商、生厂商和分销商，得到供应商集合S、生产商集合P、分销商集合D；步骤2.2：根据候选解枚举算法得出候选解集CS；所述候选解枚举算法是择优后的供应商集合S、生产商集合P、分销商集合D和客户集合C；分别求出由S、P、D的除空集外所有子集构成集合S′、P′、D′，C的全集构成的集合C′,然后通过S′、P′、D′、C′的有序笛卡尔乘积得到GSCND的所有候选解；步骤2.3：根据不可行解删除算法删除掉不可行候选解；所述不可行解删除算法是根据前提条件分别针对供应商层、生产商层、分销商层进行判断，如果该层厂商能力不能满足所有客户订单需求，则该候选解是无效的，删除掉该无效解；该算法的输入数据为S′、P′、D′，输出数据为S″、P″、D″，所述S″、P″、D″分别表示删除不可行解之后的供应商集合、生产商集合、分销商集合；步骤2.4：基于目标函数近似值的过滤算法得出供应链网络的总成本；所述基于目标函数近似值的过滤算法是根据步骤2.3中得到的过滤后的剩余候选解，对每个候选解计算目标函数近似值，选择目标函数近似值最小的解构成最终的供应链网络；再应用分支定界法得到相邻两层顶点间的运输量，将运输量带入到目标函数中求得的总成本。所述步骤2.1的具体步骤如下：步骤2.1.1：分别列出供应商、生产商、分销商择优时的评价指标；对每个指标，按照其在目标函数的值中所占的比重不同，赋予不同的权重；步骤2.1.1.1：所述供应商的评价指标包括各原材料采购成本、各原材料碳排放对应的成本、各原材料水消耗对应的成本、从供应商运输至生产商的成本；具体方法如下：令PNn表示产品n的订单总量，MNm代表原材料m的需求总量；公式如下：各原材料采购成本：(∑i∈ICSMim/|I|)×MN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种求解绿色供应链协同设计问题的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：将产品或原材料的数量转换为相应的运输工具数量，以成本、碳排放、水消耗作为优化目标，建立集成厂商选择和运输规划的四级结构的供应链数学模型；所述数学模型包括目标函数和限定条件，该目标函数的公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种求解绿色供应链协同设计问题的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：将产品或原材料的数量转换为相应的运输工具数量，以成本、碳排放、水消耗作为优化目标，建立集成厂商选择和运输规划的四级结构的供应链数学模型；所述数学模型包括目标函数和限定条件，该目标函数的公式如下：其中，i代表供应商编号，i∈I；j代表生产商编号，j∈J；k代表分销商编号，k∈K；l代表客户编号，l∈L；m代表原材料编号，m∈M；n代表产品编号，n∈N；CSMim代表从供应商i采购一单位原材料m的成本；CPPjn代表生产商j生产一单位产品n的成本；ESMim代表供应商i生产一单位原材料m所产生的碳排放量；EPPjn代表生产商j生产一单位产品n所产生的碳排放量；WSMim代表供应商i生产一单位原材料m所消耗的水量；WPPjn代表生产商j生产一单位产品n所消耗的水量；DSPij代表供应商i与生产商j之间的距离；DPDjk代表生产商j与分销商k之间的距离；DDCkl代表分销商k与客户l之间的距离；CMPj代表生产商j周期内运营成本；CMDk代表分销商k周期内运营成本；CTsp代表一辆货车运输1公里的成本；ETsp代表一辆货车运输1公里所产生的碳排放；a,b分别代表将碳排放、水消耗转换为成本时的转换权重；spj表示是否选择生产商j作为供应链合作厂商，1代表选择，0代表不选择；sdk表示是否选择分销商k作为供应链合作厂商，1代表选择，0代表不选择；aspmijm从供应商i运输至生产商j的原材料m的数量；apdpjkn从生产商j运输至分销商k的产品n的数量；aSPij从供应商i运输原材料至生产商j的货车数量；aPDjk从生产商j运输产品至分销商k的货车数量；aDCkl从分销商k运输产品至客户l的货车数量；所述限定条件包括前提条件和约束条件；所述前提条件为：所有客户的订单必须全部满足；供应商具有供应量上限约束，生产商具有生产上限约束，分销商具有仓储上限约束；各生产商、分销商周期内运营成本固定；不同的原材料或产品可以合并到同一辆货车；所述约束条件为：货车数量与原材料、产品数量之间的约束：其中，ATMm代表一辆货车可以运载原材料m的最大数量；ATPn代表一辆货车可以运载产品n的最大数量；adcpkln代表从分销商k运输至客户l的产品n的数量；客户的订单需求必须满足约束：其中，Dln代表客户l订购产品n的订单总量；分销商库存约束：其中，UBStockkn代表分销商k对产品n的最大库存；生产商生产力约束：其中，UBPPjn代表生产商j对产品n的最大生产数量；供应商供应力约束：其中UBSMim代表供应商i能提供的原材料m的最大数量；分销商进货量、出货量保持一致：其中，原材料采购数量与产品生产数量保持配比一致：∑i∈Iaspmijm＝MPRmn×∑k∈Kapdpjkn(10)其中，MPRmn代表原材料m与产品n之间的数量关系比例；非负整数和二进制约束：spj∈{0,1}(17)sdk∈{0,1}(18)其中，步骤2：根据复合择优算法得出最优供应链网络结构和该结构每两个顶点之间的运输量，根据目标函数得出总成本；所述复合择优算法为通过对供应商层、生厂商层和分销商层的备选厂商进行综合评估，得到具有较好评估分数的厂商；所述厂商包括供应商层、生产商层、分销商层；枚举出由这些厂商构成的所有可能组合作为候选解集，删除其中不能满足客户订单的候选解；并对剩余每个候选解计算目标函数近似值，选择目标函数近似值最小的候选解作为最终的供应链网络结构，再应用分支定界法来计算每两个顶点之间的运输量，将运输量带入到目标函数中求得总成本。2.根据权利要求1所述的一种求解绿色供应链协同设计问题的方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1：根据伙伴择优算法得出综合评分高的供应商集合S、生产商集合P、分销商集合D；所述伙伴择优算法是为候选厂商计算评估分数，并使用加权加和得到各候选厂商的综合评分；采用基于快速排序的topk算法，分别选择出综合评分高的前η个供应商、生厂商和分销商，得到供应商集合S、生产商集合P、分销商集合D；步骤2.2：根据候选解枚举算法得出候选解集CS；所述候选解枚举算法是择优后的供应商集合S、生产商集合P、分销商集合D和客户集合C；分别求出由S、P、D的除空集外所有子集构成集合S′、P′、D′，C的全集构成的集合C′,然后通过S′、P′、D′、C′的有序笛卡尔乘积得到GSCND的所有候选解；步骤2.3：根据不可行解删除算法删除掉不可行候选解；所述不可行解删除算法是根据前提条件分别针对供应商层、生产商层、分销商层进行判断，如果该层厂商能力不能满足所有客户订单需求，则该候选解是无效的，删除掉该无效解；该算法的输入数据为S′、P′、D′，输出数据为S″、P″、D″，所述S″、P″、D″分别表示删除不可行解之后的供应商集合、生产商集合、分销商集合；步骤2.4：基于目标函数近似值的过滤算法得出供应链网络的总成本；所述基于目标函数近似值的过滤算法是根据步骤2.3中得到的过滤后的剩余候选解，对每个候选解计算目标函数近似值，选择目标函数近似值最小的解构成最终的供应链网络；再应用分支定界法得到相邻两层顶点间的运输量，将运输量带入到目标函数中求得的总成本。3.根据权利要求3所述的一种求解绿色供应链协同设计问题的方法，其特征在于：所述步骤2.1的具体步骤如下：步骤2.1.1：分别列出供应商、生产商、分销商择优时的评价指标；对每个指标，按照其在目标函数的值中所占的比重不同，赋予不同的权重；步骤2.1.1.1：所述供应商的评价指标包括各原材料采购成本、各原材料碳排放对应的成本、各原材料水消耗对应的成本、从供应商运输至生产商的成本；具体方法如下：令PNn表示产品n的订单总量，MNm代表原材料m的需求总量；公式如下：各原材料采购成本：(∑i∈ICSMim/|I|)×MNm(21)各原材料碳排放对应的成本：a×(∑i∈IESMim/|I|)×MNm(22)各原材料水消耗对应的成本：a×(∑i∈IWSMim/|I|)×MNm(23)从供应商运输至生产商的成本：选择一种原材料的成本作为参考成本，其权重设为1；其他各项指标的权重按照其对应成本与参考成本的比值决定；令第一种原材料成本的权重为1，即m＝1；原材料m的成本权重WSCm、原材料m的碳排放权重WSEm、原材料m的水消耗权重WSWm、与生产商距离权重WSP的计算公式如下：步骤2.1.1.2：所述生产商的评价指标包括生产商各产品生产的成本、各产品生产碳排放对应的成本、各产品生产水消耗对应的成本、运营成本、从供应商运输至生产商成本、从生产商运输至分销商成本；取各指标平均值，分别计算其从供应商运输原材料至生产商、生产产品和运输产品至分销商阶段所产生的成本；令其中一种产品生产成本的权重为1，其它指标的权重根据其对应成本与参照成本的比值决定；各产品生产的成本：(∑j∈JCPPjn/|J|)×PNn(29)各产品生产碳排放对应的成本：a×(∑j∈JEPPjn/|J|)×PNn(30)各产品生产水消耗对应的成本：b×(∑j∈JWPPjn/|J|)×PNn(31)运营成本：从供应商运输至生产商成本：从生产商运输至分销商成本：令第一种产品生产成本的权重为1，即n＝1；产品n的生产成本权重WPCn、产品n的生产碳排放权重WPEn、产品n的生产水消耗权重WPWn、运营成本权重WPM、与供应商距离权重WPS、与分销商距离权重W...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭羽含，姜彦吉，胡芳霞，王光，杨帆，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21