現代物流網絡設計探究

□ 陳朝宇，邱秀嬌，楊 博

(蘭州理工大學，甘肅 蘭州 730050)

物流網絡的定義為，在工業生產消費過程中由供應商、倉庫/物流中心、生產商和各級經銷商，分銷商，零售商再到消費者構成每個網絡節點。其中，各條線路連接選擇都是在選擇思考后最優運輸線路來連接上述各個網絡節點組織成一個完整的物流流通網絡。簡而言之，一張完整的物流網絡構成要素需要各個網絡節點和最優線路連接組成。而物流線路的選擇分為下述幾種，鐵路線路、公路線路、航運線路和空運線路。而每個相對優秀物流網絡需要考慮諸多因素，例如：路徑選擇、物流選址、配送工具和物流中心、載具選擇和每日運載量等，其中有些因素又需考慮其子因素，這里不一一列舉。接下來在針對各個因素綜合考慮選優，再對日常運營規范進行成本控制，旨在減少和檢測日常各項運營費用支出從而實現盈利。

與此同時，物流網絡也具備現代物流的職能，其職能包括輸送、保管、流通、配銷管理、包裝、流通加工等現代物流基礎職能，這里不一一窮盡舉例。以流通加工舉例，其定義為在流通階段為保存而進行加工或產品進行同一機能形態轉換而加工，因為在物流運輸途中，產品可能在有精密合理包裝下仍然會在客觀環境因素下發生一些物理形變損壞或者非可控化學性質破壞等，所以，對這一類產品線進行簡單粗加工或改變其物質或化學形態的一種手段形態，如干冰。

1 公司簡介

順豐控股股份公司于1993年在廣東順德成立。經營范圍包括：時效快遞、經濟快遞、同城配送、倉儲服務等多種快遞服務，以零擔為核心的重貨快運等快運服務以及為生鮮、食品和醫藥領域的客戶提供冷鏈運輸服務。此外，順豐還提供保價、代收貨款等增值服務。另外截至2018年底，順豐已經擁有66架全貨機、9個樞紐級中轉場，49個航空、鐵路站點，143個片區中轉場，330個集散點，實力雄厚。

2 物流網絡運輸模式問題及介紹

現在國內物流公司基本以軸輻式物流網絡運輸模式為主，點對點運輸模式為輔。軸輻式是作為一種大型物流樞紐中心站和其余多個物流樞紐通過各條運輸路線組合集成的一種物流運輸模式。如下圖1所示，三角可表示該地區其余快遞服務收發點，或者在生產制造業內的訂購原料反向運輸。

圖1

從圖1可以看出，軸輻式物流網絡大概流程是由物流倉庫發出貨物、包裹至各快遞服務網點安排當日或次日的投遞活動。主要形式以某些城市為樞紐，在樞紐城市之間存在直達運送車輛，每天每次快速往返，而相鄰的城市通過樞紐進行中轉銜接的快遞網絡。但是點對點運輸模式一般是在任意兩個城市間開通直達運送車輛的快遞網絡模式，最大優點是時限快，假設當地的快遞服務網點多，該模式便不經濟了。

然而，國內的一些物流快遞公司在實際運用這些模式引發了物流運輸成本居高的困局。其中導致因素有很多，如快遞服務行業的宗旨是貨到必送，快捷方便，但是在有些快遞吞吐量小一些的城鎮里，當地運輸車輛從中轉站里裝卸包裹過程中，運輸車輛并沒有達到滿載狀態，出現空載現象或是由于載具選擇不當造成多趟運輸即滿載后包裹還有剩余沒裝車，為了保持或提高自身服務質量，就不得不再次重復工作，出現空載現象，無法做到最大限度利用運輸工具。

路程路線選擇和運輸工具選擇這兩個問題筆者認為是應當重點解決考慮的。

3 模型選定解決實際問題

3.1 迪杰斯特拉模型

在設計應用軸輻式物流網絡結構率先考慮每個地域的連接路程及地域內各網點最短路程，針對該問題筆者選用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法解決最短路徑問題。

該算法是由荷蘭計算機科學家迪杰斯特拉于1959 年提出的，主要描述為一個頂點到其余各頂點的最短路徑算法，解決的是有權圖中最短路徑問題。主要特點是從起始點開始，采用貪心算法的策略，每次遍歷到始點距離最近且未訪問過的頂點的鄰接節點，直到擴展到終點為止，最終得出整張網絡圖最短路徑為多少。

以筆者所在城市為例，在福建省龍巖市新羅區，而順豐位于福建省境內的倉庫在泉州、廈門、福州三地。你的包裹進入哪地倉庫取決于哪地倉庫離你距離相對較短和當地交通條件與投送方式及發出貨物所在地等幾個方面，打個比方若是國內加急件派送順豐則通過飛機進行運輸，對于客觀天氣環境和降落場地是有要求的，收件人收件時間大概自快遞投遞起一天多時間就可收到。筆者的快遞一般都是進入廈門倉，在通過快遞貨運車從廈門倉出庫送入龍巖市新羅區。

而其中的運輸路線和目的地內的最短路程都是經過事先測算的，若無其他客觀因素阻饒，為保證高服務質量，投遞員是不會隨意變更既定路線的。而如何從若干條高速公路和國道選擇最優路線是一個工程龐大和嚴峻問題。下述為假設簡單模型具有一定參考性，由于數值冗雜過多，這里不一一細化舉例。

在上述問題里我們的目標是從圖2的1處到7處的最短距離和路徑。根據迪杰斯特拉算法遵循貪心算法的原則可知先選定終點或起點，衡量該段長度距離，取最小值，最終連線就是最短路徑。選擇過程如下：

圖2

首先，在各地點旁備注Vi，如從V1處出發選擇到V3處最短距離，P(V1)=0,T(Vi)=+∞。T(V3)=min{T(V3),P(V1)+W13}=8;T(V2)=min{T(V2),P(V1)+W12}=15，

所以，取min{Tj}=min{ T(V2),T(V3),T(V4),T(V5),T(V6),T(V7)}=T(V3)=8,得P(V3)=8。

其次，以V3作為起點，有T(V2)=min{T(V2),P(V3)+W32}=13；T(V4)=min{T(V4),P(V3)+W34}=16；T(V6)=min{T(V6),P(V3)+W36}=15，

所以，取min{Tj}=min{T(V2),T(V4),T(V5),T(V6),T(V7)}=T(V2)=13,得P(V2)=13

接下來繼續以V2點作為終點，來衡量到V4點、V5點的最短距離為多少，便有如下幾條T(V4)=min{T(V4),P(V2)+W24}=14；T(V5)=min{T(V5),P(V2)+W25}=19，

所以，取min{Tj}=min{T(V4),T(V5),T(V6),T(V7)}=T(V4)=14,得P(V4)=14。

最終經過數次迭代得到最短距離是19個單位和通過路徑為1—3—2—4—6—7(為粗黑線標注部分)。就好比包裹從廈門倉庫出倉運送到龍巖市的距離，最短路徑走的是海滄大橋—馬青路—廈蓉高速—沈海高速—漳州北連接線—廈蓉高速—龍巖市新羅區，全長163km，而不是走319國道或者沿廈蓉高速一直走等路徑。盡管皆為正確路徑，但并非最優路徑，耗時皆比最優路線長，不利于繼續保持或提高服務質量。

3.2 Ford-Fulkerson標號法

該標號法是Ford和Fulkerson在1956年提出最大流問題的標號算法，故又稱 Ford-Fulkerson標號法。其基本思想為，從一個可行流開始，尋找從s處到t處的增廣鏈，然而沿增廣鏈增加流量，反復這樣，直到找不出增廣鏈為止，最后得出最大流即最小割集的結論，計算該條網絡能流通的最大流量是多少，從而進行載具調整和網點設立。

該標號法先得在流量網絡圖中尋找增廣鏈。增廣鏈，指在某一可行流上，沿著從始點到終點各條鏈可調整各弧上的流量，可以使網絡最終流量增大，得到一個比原可行流流量更大的合理的可行流。

圖3模型應用也為假設簡單模型，測量最終從s-t處的物流網絡在調整后的最大流通量是13個單位，比原計劃多1個單位。fij和cij分別表示網絡流量的可行流和最大流，先調整正向弧流量，當fij=cij時對正向弧不作調整。在調整反向弧流量時，minimum函數比較時則以cij和lVi進行比較。

圖3

調整路程如下：

首先，對各點進行標號為Vi(i≠0且從1開始)而Vs標上(0,+∞)，再進行增廣鏈的尋找。

其次，檢查Vs，給Vs為起點的未飽和弧的未標號的終點V1標號(Vs),其中lV2=min{lVs，cs2-fs2}=min{+∞，6-4}=2，在V2旁標記(Vs，2)。

接下來重復上述步驟，檢查V2，給V2為為起點的未飽和弧的未標號的終點V5標號(V2)，其中lV5=min{lV2,c25-f25}=min{2,5-4}=1,在V5標記(V2，1)。

第四步，檢查V5，給以V5為終點的非零流弧的未標號的起點V3進行標號(V5),其中lV3=min{lV5,c35}=min{1,2}=1。

4 總結

基于上述模型論述可以看出，盡管筆者是把運載量和路程割裂分別進行考量，但是現在計算機、App功能強大完全能夠完成線上測算或者有一些企業、高校是專門開發這些平臺進行測算，能夠極大減少計算量并且快速生成最優物流網絡。在前面功能實現的前提，你只需要盡可能輸入精準參數，就能夠通過程序處理，從而輸出滿意結果。然而一個較為優秀物流網絡應該是基于系統綜合考量各因素來篩選和擇優，最終形成完整的物流運輸網絡投入使用，從而實現物流企業服務價值最大化并進行相應價值增值活動。

5 未來展望

5.1 綠色物流網絡

近年來綠色環保觀念盛行并不斷深入，現在企業綠色環保對于企業也是一個硬性指標要求。如近幾年火熱的綠色供應鏈，主要把資源有效利用的理念體現在供應鏈各個環節相互交融，實現綠色制造和企業可持續發展，旨在加強整條供應鏈對資源利用和降低整體對環境負面影響。

如今有很多學者也嘗試從回收物流或逆向物流的方向展開針對物流網絡設計和優化問題展開研究。這對于未來企業物流網絡重構和優化具有重要導向作用。

5.2 宏觀層次物流網絡成為研究熱點

現如今國外對于物流網絡深化研究已經快完成過渡到全球宏觀物流網絡的研究階段了,如物流企業的運營機制、設施選址、配送路徑選擇、物流成本優化等諸元,這些在微觀物流網絡研究階段是不可缺的研究要素，但是于宏觀層次物流網絡方面的研究近乎沒有強調,目前僅有少量研究是城市物流網絡的探討。國內物流與供應鏈管理這門學科由于一些歷史因素,在上世紀80年代左右引入國內，盡管歷經近40年研究，但是缺少必要的時間積淀并不是奮發向上精神所能夠彌補的，目前我國國內對于宏觀物流網絡方面研究仍處于準中級階段。

未來是萬物互聯時代，中國也會在國際舞臺上更加活躍。物流行業發展，不僅僅是順豐、郵政等物流公司，物流業務也不會再局限于某一區域，將在全球開花。這足夠引起企業內部對于宏觀層次物流網絡研究深化的重視。

5.3 AI與5G技術助力物流網絡發展騰飛

在2019年年末出現新冠肺炎疫情，這對于國內物流快遞行業既是一次危機，又是一次機遇，危機是快遞員不能夠通過面對面形式把包裹親手交給客戶，機遇是中國AI和5G技術均為世界前列，可以嘗試運用無人投遞。

在疫情期間一些大城市京東自營物流已經開始嘗試運用人工智能小車進行無人派件，通過5G技術遠程遙感，GPS實現實時定位，按照事先導入的路線圖行走。在設計智能小車有添加全方位傳感器，完全不用擔心智能小車停靠位置會出現太大偏差，就是在日常散步時也能夠實時收到自己的快件。

在疫情過后，物流在智能方面都還有著巨大的數字化、自動化提升空間。在未來不僅僅是智能小車開發，后期也會開發空中路線，無人機派送。現在有些餐飲服務行業已經實現初級的無人機派送。上述這些，都會綜合形成我們全社會的新智能供應鏈。