一种多级定位库存路径问题的建模求解方法技术

本发明专利技术公开了一种多级定位库存路径问题的建模求解方法，包括：S1、获取相关工厂、配送中心、销售点的基础物流信息；S2、利用燃油消耗模型和获取的基础物流信息建立三级定位存库路径问题模型；其中三级定位存库路径问题包括配送中心选址、配送车辆路径和补货量；S3、利用贪婪式遗传算法对配送中心选址和配送车辆路径进行优化；S4、利用梯度下降算法对补货量进行优化；在求解LIRP模型时，本发明专利技术设计了一种基于贪婪与遗传的混合启发式算法(GGA)求解物流系统中的选址、路径和库存方案，并设计了基于梯度下降算法(GD)实现补货量策略二次优化，降低物流系统的库存成本，从而进一步降低物流系统的总成本。

【技术实现步骤摘要】
一种多级定位库存路径问题的建模求解方法
本专利技术涉及供应商库存管理
，具体涉及一种多级定位库存路径问题的建模求解方法。
技术介绍
库存和运输作为现代物流系统中最重要的两个环节，是物流系统中空间效用和时间效用的具体实现。库存理论(InventoryTheory)和车辆路径问题(VehicleRoutingProblem，VRP)是解决这两个问题建立的科学理论。而库存路径问题(InventoryRoutingProblem，IRP)正是建立在LRP和库存理论的基础上，实现组合优化销售点库存和配送车辆行驶路径的决策方案。现阶段销售点通常以充足配货为目标以获得最大销售利润，但大批量商品的运输又会增加运输成本。因此，行业内急需研发一种求解现实物流系统中遇到的选址、路径和库存等相关问题的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种多级定位库存路径问题的建模求解方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种多级定位库存路径问题的建模求解方法，包括：S1、获取相关工厂、配送中心、销售点的基础物流信息；S2、利用燃油消耗模型和获取的基础物流信息建立三级定位存库路径问题模型(LocationInventoryRoutingProblem，LIRP)；其中三级定位存库路径问题包括配送中心选址、配送车辆路径和补货量；S3、利用贪婪式遗传算法(GreedyGeneticAlgorithm,GGA)对配送中心选址和配送车辆路径进行求解；S4、利用梯度下降算法(GradientDescentAlgorithm,GD)对补货量进进行求解；S5、根据求解结果输出最优配送中心选址方案、最优补货方案、最优销售点车辆路径和配送方案。本方案以单生产工厂-多配送中心-多销售点的基本三级体系为研究对象，建立LIRP数学模型。LIRP是建立在VRP的基础上，LIRP每一周期的车辆路径解可视为CVRPTW(CapacitatedVehicleProblemwithTimeWindow)的一个解。在LIRP模型中，销售点补货量由销售点的需求量和库存量同时决定，由于每一周期销售点的库存量总是在变化，所以即使需求量不发生改变，而每一周期的补货量均会发生改变，进而影响每一周期的车辆配送路径。而每一周期的模型也不是相互独立的，前后相邻两周期之间通过配送中心和销售点的库存变化建立关联。由于销售点库存和以及周期时间的动态变化，导致LIRP模型相比于VRP模型更为复杂，解的结构也更加复杂。首先，为了方便后文描述数学模型，表2列出了LIRP模型中出现的符号变量。表2符号变量表2将与单位成本相关的变量统一用小写字符c表示，并用下标区分。将与总成本相关的变量统一用大写字符C表示，并在后面添加一位字母便于区分。将与时间有关的变量通过上标形式表示，小写字母t表示某一配送周期，大写字母T表示整个配送计划期。与生产工厂、配送中心和销售点有关的变量用下标形式表示，其中大写字母M、D和R下标表示所有集合，小写字母m、d和r下标集合中的某一个元素。为了区分货物从生产工厂M运输到配送中心D和货物从配送中心D运输到销售点R的两个过程，本专利技术统一将货物的前一过程称为运输(Transportation)，后一过程称为配送(Distribution)。优选地，所述三级定位存库路径问题模型包括：综合排放模型；在综合排放模型(ComprehensiveModelEmissionModel，CMEM)中，车辆燃油消耗量F(t，v，f)(单位：L)与行驶速度v，行驶里程d和载货质量相关f，计算公式如下：F(t，v，f)＝λkeNeVet+(30)λγβv3t+(31)λγαd(μ+f)(32)其中t＝d/v，λ＝ξ/(κψ)，β＝0.5CdAfρ，α＝gsinφ+gCrcosφ，式(1)为车辆发动机燃油消耗模型，式(2)为车辆速度燃油消耗模型，式(3)为车辆载货质量消耗模型。优选地，所述配送车辆为轻型卡车模型江淮HFC1082KD作为，预设CMEM模型具体参数的含义、CMEM模型具体参数的单位以及配送车辆具体的相关参数如表1所示；表1CMEM模型参数将表中参数代入到式(1)-(3)中，并整理，得到配送车辆燃油消耗量计算公式F(d，v，f)(单位：L)：用cfuel表示燃油价格(单位：元/升)，则配送车辆在配送的过程中燃油消耗成本CF＝cfuel·F(d，v，f)，则CF(d，v，f)(单位：元)整个三级物流系统主要在配送中心和销售点的选址、路径、库存和时间共四个过程产生成本，各具体描述如表3所示。表1物流系统中产生的成本优选地，在步骤S2中，三级定位存库路径问题模型为以物流系统中CA、CRD、CRR、CID、CIR、CT各项成本之和的总成本C为目标函数，其中CA为配送中心选址的成本，CRD为商品由生产工厂M向配送中心D运输过程中产生的成本，CRR为商品由配送中心D向销售点R配送过程中产生的成本，CID为配送中心订货成本和库存成本之和；CIR为销售点订货成本、库存成本和缺货成本之和，CT为销售点配送时间惩罚成本；其中，配送中心选址的成本CA为从若干个备选的配送中心地址中选择一个或多个合适的地址建设配送中心所产生的成本，当一个备选配送中心被选中时，即xd＝1，在该配送中心产生设施建设的成本；通过前期调查评估得到每一备选中心的选址成本cad，则商品由生产工厂M向配送中心D运输过程中产生的成本CRD由车辆启动成本和车辆燃油消耗成本两部分组成，cfm表示车辆启动成本；如式(5)所示，燃油消耗成本为与车辆载重路径dismd和速度velv有关的燃油消耗成本；商品由配送中心D向销售点R配送过程中产生的成本CRR由车辆启动成本和车辆燃油消耗成本两部分组成；在车辆启动成本中，cf表示每辆车的启动固定成本，∑t∈T∑v∈Vxd·|Vt|表示整个周期内安排的配送车辆数量；则CID由配送中心订货成本和库存成本组成，表示为配送中心订货成本，在已经选定的配送中心中，订货成本是提交订单而产生的固定成本，与商品订购数量无关；配送中心库存成本可表示为配送中心在整个周期内库存水平变动和周期时长在仓库中储存货物而产生的库存成本，与周期时长TLt和存库水平相关；则CIR由销售点订货成本、库存成本和缺货成本组成，销售点订货成本可表示为售点订货成本由销售点在整个周期内由于订货提交订单而产生的与商品订购数量无关的固定成本；若销售点商品在销售的过程中存在销售和缺货两个阶段，销售点库会随时间变化，则用积分的形式表示销售点库存成本和缺货成本根据销售点商品销售完的时刻来确定积分式的原函数；则销售点配送时间惩罚成本CT表示车辆服务时间超出时间窗之外的折算惩罚成本，折算惩罚成本包括配送车辆提前到达的时间机会损失成本和迟到的误工损失成本，则配送车辆提前到达的时间机会损失成本表示为配送车辆迟到的误工损失成本表示为三级定位存库路径问题模型中的目标函数为：minC＝CA+CRD+CRR+CID+CIR+CT(40)三级定位存库路径问题模型中的约束条件有：在约束条件中，式(13)、式(14)表示在任意配送时期t内一个销售点r只由一辆车辆v负责配送商品；式(15)表示配送车辆到达销售点的时间，配送车辆到达该销售点的时间等于车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级定位库存路径问题的建模求解方法，其特征在于，包括：S1、获取相关工厂、配送中心、销售点的基础物流信息；S2、利用燃油消耗模型和获取的基础物流信息建立三级定位存库路径问题模型；其中三级定位存库路径问题包括配送中心选址、配送车辆路径和补货量；S3、利用贪婪式遗传算法对配送中心选址和配送车辆路径进行优化；S4、利用梯度下降算法对补货量进行优化；S5、根据求解结果输出最优配送中心选址方案、最优补货方案、最优销售点车辆路径和配送方案。

【技术特征摘要】
1.一种多级定位库存路径问题的建模求解方法，其特征在于，包括：S1、获取相关工厂、配送中心、销售点的基础物流信息；S2、利用燃油消耗模型和获取的基础物流信息建立三级定位存库路径问题模型；其中三级定位存库路径问题包括配送中心选址、配送车辆路径和补货量；S3、利用贪婪式遗传算法对配送中心选址和配送车辆路径进行优化；S4、利用梯度下降算法对补货量进行优化；S5、根据求解结果输出最优配送中心选址方案、最优补货方案、最优销售点车辆路径和配送方案。2.根据权利要求1所述的多级定位库存路径问题的建模求解方法，其特征在于，所述三级定位存库路径问题模型包括：综合排放模型；在综合排放模型(ComprehensiveModelEmissionModel，CMEM)中，车辆燃油消耗量F(t，v，f)(单位：L)与行驶速度v，行驶里程d和载货质量相关f，计算公式如下：F(t，v，f)＝λkeNeVet+(1)λγβv3t+(2)λγαd(μ+f)(3)其中t＝d/v，λ＝ξ/(κψ)，β＝0.5CdAfρ，α＝gsinφ+gCrcosφ，式(1)为车辆发动机燃油消耗模型，式(2)为车辆速度燃油消耗模型，式(3)为车辆载货质量消耗模型。3.根据权利要求2所述的多级定位库存路径问题的建模求解方法，其特征在于，所述配送车辆为轻型卡车模型江淮HFC1082KD作为，预设CMEM模型具体参数的含义、CMEM模型具体参数的单位以及配送车辆具体的相关参数如表1所示；表1CMEM模型参数将表中参数代入到式(1)-(3)中，并整理，得到配送车辆燃油消耗量计算公式F(d，v，f)(单位：L)：用cfuel表示燃油价格(单位：元/升)，则配送车辆在配送的过程中燃油消耗成本CF＝cfuel·F(d，v，f)，则CF(d，v，f)(单位：元)4.根据权利要求3所述的多级定位库存路径问题的建模求解方法，其特征在于，在步骤S2中，三级定位存库路径问题模型为以物流系统中CA、CRD、CRR、CID、CIR、CT各项成本之和的总成本C为目标函数，其中CA为配送中心选址的成本，CRD为商品由生产工厂M向配送中心D运输过程中产生的成本，CRR为商品由配送中心D向销售点R配送过程中产生的成本，CID为配送中心订货成本和库存成本之和；CIR为销售点订货成本、库存成本和缺货成本之和，CT为销售点配送时间惩罚成本；其中，配送中心选址的成本CA为从若干个备选的配送中心地址中选择一个或多个合适的地址建设配送中心所产生的成本，当一个备选配送中心被选中时，即xd＝1，在该配送中心产生设施建设的成本；通过前期调查评估得到每一备选中心的选址成本cad，则商品由生产工厂M向配送中心D运输过程中产生的成本CRD由车辆启动成本和车辆燃油消耗成本两部分组成，cfm表示车辆启动成本；如式(5)所示，燃油消耗成本为与车辆载重路径dismd和速度velv有关的燃油...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫威眺，周伟，朱子轩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44