基于聚类-重心法和CFLP法的两级物流配送中心选址.pdf
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1、第 37 卷第 2 期2023 年 6 月西昌学院学报(自然科学版)Journal of Xichang University(Natural Science Edition)Vol.37,No.2Jun.,2023基于聚类-重心法和CFLP法的两级物流配送中心选址郑贺,桂海霞(安徽理工大学经济与管理学院,安徽 淮南 232001)摘 要:为了确保物流配送中心选址的合理性,节约配送里程,降低配送的费用成本,将聚类-重心法和CFLP(Capacitated Facility Location Problem)模型结合起来对城市的物流配送中心选址进行研究。首先,用最短距离聚类法进行配送区域划分;其
2、次,通过CFLP模型结合聚类结果,以物流配送成本费用最小化原则选出二级物流配送中心;再次,分别对二级物流配送中心和城市中所有的区域物流配送中心使用重心法求出2个一级物流配送中心的坐标;最后,分别计算出2个一级配送中心的配送总距离和配送总费用,并进行对比分析。结果表明:选择通过对二级物流配送中心使用重心法求出的一级物流配送中心作为最终一级物流配送中心最为合理。该方法能应用到两级物流的配送中心选址过程中。关键词:物流;两级配送中心选址;聚类;CFLP;重心法中图分类号:F252.14 文献标志码:A 文章编号:16731891(2023)02001506Location Selection of
3、Two-Level Logistics Distribution Center Based on Clustering-Center of Gravity Method and CFLP MethodZHENG He,GUI Haixia(College of Economics and Management Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan,Anhui 232001,China)Abstract:In order to ensure the rationality of the location of
4、 logistics distribution center,save the distribution mileage and reduce the cost of distribution,this paper combines the clustering-gravity method and CFLP(Capacitated Facility Location Problem)model to study the location of urban logistics distribution center.Firstly,the distribution area is divide
5、d by the shortest distance clustering method.Secondly,based on the CFLP model and clustering results,the secondary logistics distribution centers are selected based on the principle of minimization of logistics distribution costs.Then,the coordinates of the two first-level logistics distribution cen
6、ters are obtained by using the center of gravity method for the second-level logistics distribution centers and all the regional logistics distribution centers in the city.Finally,the total distribution distance and total distribution cost of the two first-level distribution centers are calculated,a
7、nd the comparative analysis is carried out.The results show that it is the most reasonable to choose the first level logistics distribution center which is obtained by using the center of gravity method for the second level logistics distribution center as the final first level logistics distributio
8、n center,and the method can be applied to the location selection process of the distribution center of the second level logistics.Keywords:logistics;two-level distribution center site selection;clustering;CFLP;center of gravity method0 引言物流配送中心是物流系统网络的一个重要节点,它不仅为客户提供物流服务,也是物流活动最集中的场所。配送中心的合理选址能够节省资金
9、,增加物流企业的利润,完善物流配送系统,提高物流系统的运行效率,故配送中心的选址决策在物流系统中十分重要。随着物流市场需求日益增长,单配送中心配送压力大,易导致物流成本增加、物流配送效率降低,已经不再适合物流企业的发展。因doi:10.16104/j.issn.16731891.2023.02.003收稿日期:2022-11-09基金项目:安徽省高校优秀科研创新团队项目(2022AH010054);国家自然科学基金项目(61703005);安徽省重点研发计划国际科技合作专项(202004b11020029)。作者简介:郑贺(1999),男,安徽亳州人,硕士研究生,主要研究方向:物流企业管理。西
10、昌学院学报(自然科学版)第 37 卷此,物流企业应采取多级物流配送,从而提高配送效率、降低配送成本。国内外的学者基于各种方法对配送中心选址的问题进行了研究。孔继利等1提出利用系统聚类法中的最短距离法和重心法相结合的方式研究多节点配送中心选址问题;赵韦等2通过使用粒子群优化算法的配送中心成本服务模型来研究选址;周万洋等3提出以总成本费用最小化为目标的CFLP选址模型;李昌兵等4使用遗传算法和层次分析法相结合的方法来研究选址问题;王勇等5使用重心法研究物流选址问题;凌晨捷6使用贪婪启发式模型研究配送中心选址问题;Nozick等7首先使用混合01整数规划法研究选址的影响因子,然后使用非线性混合整数规
11、划模型研究具体选址;褚东亮等8在考虑运输费用和运输碳排放成本的因素下,在重心法的基础上,通过禁忌搜索算法,进一步优化选址,从而选出适合建立配送中心的城市;张晓云等9构建了基于精确重心法和 k 均值聚类(k-means)分析相结合的方法研究选址问题,求解出以总运费最小化为目标的配送中心最佳选址;Horner等10结合GIS对应急救援物资的配送问题进行了研究;赵芹11使用最短距离聚类和重心法相结合来研究物流配送中心选址。以上研究所建立的选址优化模型大多是针对单级配送中心的,而对多级配送中心选址模型的研究较少。李新运12使用地理信息系统(geographic information system,G
12、IS)与粒子群算法对两级物流配送中心选址优化,仅考虑了配送的总运费最小化,没有考虑配送距离的问题;倪卫红等13使用聚类和重心法研究应急物流配送中心选址问题,对受灾地区的地理坐标、物资需求量和受灾程度进行聚类分析,并将2次聚类结果取交集后以受灾程度重为优先原则,确定二级应急物流配送中心的坐标,最后对二级应急物流配送中心使用重心法求出一级应急物流配送中心,该方法适用于应急物流配送选址,但一般的物流配送中心选址不需要考虑受灾程度。配送距离和配送成本对于物流配送中心选址而言是最为重要的。系统聚类的最短距离法是针对配送距离进行选址,CFLP法则是以配送成本最小化为目标,通过将这2种方法相结合可以减少配送
13、距离和成本。重心法是以运输成本最小化为依据,以成本最优为原则,在以CFLP法求出的配送成本最小化为依据的情况下,利用重心法求得最优解。因此,为了适用于普通的两级物流配送中心选址,本文首先使用系统聚类的最短距离法进行配送区域的划分;其次对聚类结果用以配送成本费用最小化为目标使用CFLP模型求出二级物流配送中心;再次对二级物流配送中心使用重心法求出一级物流配送中心,再对所有的区域使用重心法求出另一个一级配送中心;最后将2个一级物流配送中心的配送距离和配送费用进行比较,再结合周围环境和交通条件进行分析。1 基于聚类-重心法和 CFLP 法的两级物流配送中心选址模型1.1 问题描述目前所建立的选址优化
14、模型大多是针对单级物流配送中心的,随着物流市场需求日益增长,单级物流配送中心配送压力大,易导致物流成本增加、配送效率降低,已经不能适应企业发展。因此,企业应采取多级配送,从而提高配送效率、降低配送成本。本文采取的是两级配送,即货物首先从一级物流配送中心运送到二级物流配送中心,再由二级物流配送中心送达自己所管辖区域内的用户。在选址时应考虑配送距离和费用,先确定二级物流配送中心,再由二级物流配送中心求出一级物流配送中心。1.2 模型假设为了便于建立模型,假设系统满足以下条件:(1)物流配送中心的数目是确定的;(2)物流配送中心能力受到限制并且知道配送节点的数目;(3)物流配送中心的固定成本一直不会
15、变化;(4)物流配送的成本以运输费用为主,且运输费用仅仅和物流配送中心2个配送点之间的直线距离成正比例关系,并且不把交通条件考虑在内;(5)各配送节点的需求量是一个汇总量,不是地理位置上实际的需求量,这个量汇集了分散在一定区域内且有非常多的需求量;(6)保证决策环境相对静止,不考虑收益和成本变化;(7)不考虑物流配送中心所处地理位置不同所引起的成本差异,如土地使用费、建设费、劳动力成本、库存成本等。1.3 模型建立1.3.1 最短距离聚类法进行区域聚类聚类是将数据分类到不同的类中,所以同一类中的内容可能会很相似,而不同的类中的内容也会有很大的不同性。聚类方法主要有系统聚类法、模16第 2 期郑
16、贺,桂海霞:基于聚类-重心法和CFLP法的两级物流配送中心选址糊聚类法、有序样品聚类法、动态聚类法等。通过使用系统聚类法中的最短距离聚类,将各区域按距离的远近进行区域划分。最短距离聚类法进行区域聚类,其基本原理和步骤如下。第1步:假设某地有P1,P2,Pn共n个区域,计算这n个区域两两之间的距离,得到一个距离矩阵,记为D0。第2步:在D0中找出最小的数字,即区域之间最短的距离,记为d1。假设d1为区域Pa和Pb之间的距离,则将区域Pa和Pb聚为一类,记为G1Pa,Pb。第3步:计算类G1Pa,Pb 与其他区域之间的最短距离(即计算类G1Pa,Pb 中区域Pa和Pb与其他区域的最短距离),记为d
17、2,设与G1Pa,Pb 距离最短的区域为Px;再计算区域Px与其他区域的最短距离,记为dy,设与区域Px距离最短的区域为Py。若d2 dy,则将区域为Px与区域Py聚为一个新类,记为G2Px,Py。第4步:按照第3步的方法计算G1Pa,Pb,Px 或新类G2Px,Py 与其他区域的最短距离,将其他区域进行聚类。若与某类距离最短的区域不止一个,则这些区域可以并为一类。1.3.2 CFLP法确定二级物流配送中心CFLP法即用线性规划运输法,确定各个区域物流配送中心的市场占有比例,求得出配送分担地区的重心,再使用混合整数计划法的“筹划型”确定场址的建设的地址的位置。当物流配送中心的能力受到限制时,且
18、用户的地址、需求和多个物流配送中心集合的数量都已确定时,可用CFLP方法从多个配送中心的备选地点中选择总配送成本最小的作为二级物流配送中心。CFLP模型存在3个基本的假设:假设配送中心的数目是确定的;假设物流配送中心能力受到限制并且知道物流的配送节点的数目;假设物流配送中心的固定成本一直不会变化。通过1.3.1对各区域的聚类结果,CFLP模型确定二级物流配送中心。一般情况下,每一类中均有且只有1个二级物流配送中心。如果类中只有1个区域,则这个区域就为二级物流配送中心;如果类中有多个区域,则类中的区域向其他区域的总配送费用最小的区域为二级物流配送中心。某类中区域 I 向其他区域的总配送费用 FI
19、的计算公式如式(1)所示。FI=wIJfdIJ(1)式中:wIJ为区域I向区域J的运输量;f为单位运输费用;dIJ为区域I到区域J的距离;J为某类中除区域I的其他区域。1.3.3 重心法进行一级物流配送中心选址重心法能够利用对一组离散质点求解重心的原理来解决选址的问题。在生产成本中运输费用占有较大比重的情况下,由一个企业向多个地点或配送中心发货,适合使用重心法来求解。重心法是以运输成本最小化为依据,以成本最优为原则。对上文利用CFLP法求得的二级物流配送中心使用重心法求出一级物流配送中心M,再对目标城市所有区域使用重心法求出一级物流配送中心N;最后,分别求出M、N两地到目标城市所有区域的总成本
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