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轴辐式网络模型在现代物流配送优化中的应用

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:www.bob123.com  发布时间:最新发布
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  [摘要] 伴随着信息时代的来临,网络经济迅速发展,轴辐式网络模型——作为一种特殊的网络结构,由于其在节省成本、优化配置等方面的作用,逐渐受到企业界和学术界的重视。本文正是在这样的背景下,把轴辐式网络模型引入到现代物流配送中,对轴辐式网络模型在配送优化中的作用进行了分析总结。 
  [关键词] 轴辐式网络模型 现代物流 配送优化 应用 
   
  20世纪80年代以来,随着航空市场竞争的不断加剧,在美国等发达国家,航空公司采用轴辐式网络进行航空运输服务,以降低成本,提高市场竞争力,使航空公司的效益最大化。如今,轴辐式网络模型被进一步发展,广泛应用于物流等领域,同时它也成为管理科学、经济学等学科的重要研究课题。 
  轴辐式网络研究引起大家的重视,是和美国航空管制政策放松直接相关。航空管制放松后,美国的航空产业结构发生了很大变化。除了航线可以自主定价外,放松管制还放宽了市场进入和退出的条件,有利于承运人扩张服务地域、重新配置航线结构,这种灵活性导致轴辐式航空网络得到快速扩张,现实需求引起有关轴辐式网络的研究得到广泛开展。 
  轴辐式网络通过网络中的特殊节点—枢纽节点,实现网络中其他相互作用的节点之间网络流的转换服务,实现网络服务的规模效应和范围效应,降低网络服务总成本。带有枢纽设施的轴辐式网络,将枢纽作为网络流切换、网络用户转运或货物分拣中心,可以用较少的连接或路径为更多的需求节点提供服务。 
  轴辐式网络系统的主要优势包括:将网络流集中在少量通路上产生流的规模经济效应,如轴辐式航空网络使用大型货车可以提供更低的单位运输成本,为乘客提供更高的服务频率;通过枢纽设施转换降低网络投资总量,轴辐式包裹配送网络通过分拣中心能对所有包裹流向进行控制。轴辐式网络也存在网络枢纽设施需要较大的固定投资,网络设施的中转功能需要额外投资,经过网络枢纽的转运带来更远的服务距离或更多的服务时间等不足。 
  一、轴辐式网络运行及网络效应 
  轴辐式网络的出现和发展,扎根于轴辐式网络结构自身的经济性,使用少量枢纽节点来作为集中、分配网络流的中心,通过网络流合并,网络运营商可以使用大型、相对更经济的网络设备,可以以更高的服务频度来提供网络服务,而网络用户则可以从更高的服务密度中受益。在这个发展过程中,通过枢纽实现网络流合并产生的规模经济,是其中的主要因素。 
  枢纽网络系统可以分成两层网络。第一层是枢纽节点组成的枢纽网络,在电信、通讯领域称这部分网络为主干网。第二层网络是非枢纽节点与枢纽之间的辐网络。轴辐式网络的最主要的经济优势—规模经济性主要发生在第一层网络,即枢纽节点组成的网络。轴辐式网络的优化分析主要集中在第一层的枢纽节点选址和第二层的网络连接设计两大领域。轴辐式网络优化设计的第一步是将已知数量的枢纽布置在可选的枢纽候选点上。第二步是将网络中的非枢纽节点分配给第一步中确定的各枢纽节点。两者结合实现网络服务总成本最小化或网络覆盖范围最大化的目标。轴辐式网络设计一般涉及网络出发地、目的地、潜在的枢纽候选节点、连接这些节点的网络连接,以及网络流量、节点间距离、单位服务成本等模型参数。网络运营商通常为枢纽网络中的枢纽节点之间的服务提供折扣服务(降低单位流服务的服务成本或服务时间)。 
  二、轴辐式网络主要模型 
  传统的运输网络大都采用起点与终点间直接相连的直通网络,如图1所示: 
  另一种基本的货运网络形态即轴辐式网络(Hub—and—spokeNetwork),以一个简单的单中转站指派的纯轴辐式网络为例,如图2所示: 
  假设直通网络中有n个货运站,相互之间都存在物流需求,则要将全部的n个货运站相连,需要n(n一1)/2条节线,每条节线上都需要运输车辆进行运输,假设每条线上需要一辆运输车辆,则总共需要。(n一l)/2辆车。轴辐式网络与直通网络相比,多了一个中转站,但将网络中各个节点相连,在货运站数量仍是n个的前提下,只需n条节线。如果各个货运站之间的物流量都较大,可以保证运输车辆有较高的满载率,则网络中的货运站之间点点直达,既可以节省运输里程,又可以节省运输时间,这样直通网络不失为一种理想的选择。但对公路快速货运而言,货源分布较为零散且单批次货量较小,因此快速货运公司往往设置较多的货运站和网点以收集相当数量的货物。因此,在货运站数量n较大的情况下,直通网络中的节线数n(n一1)/2就会远大于轴辐式网络中的节线数n,如果仍然采用直通网络模式,就会造成运输车辆装载率低且数量庞大,极大的增加了成本。而在轴辐式网络中,各货运站货物通过中转站集中后再进行运输,以较少的转运成本达到提高车辆装载率,降低平均运输成本的目的,这样能获得规模效益,减少运输成本。实践证明,轴辐式物流网络是整合物流资源、提高物流资源利用效率、降低物流成本的有效网络结构,已成为现代物流网络结构发展的主流趋势。 
  单中转站指派的轴辐式网络,即货运站与一个中转站相连。这里需要注意的是,货运站只与一个中转站相连,并不等于网络中只有一个中转站,也可能存在多个中转站的情况。但本文中只介绍单个中转站的情况。 
  对网络中有中转站的轴辐式网络而言,网络中所有的货运站均与此中转站相连,各货运站在集货之后向中转站派出运输车辆,各个货运站的货物在中转站按货物目的地的不同进行重新分理,经过中转站的转运到达目的地。 
  通过对此轴辐式网络的形态及货运流程分析,由于网络中每个货运站都指派于该中转站,因此网络内货运形式固定,这里可以建立运营成本公式: 
   
  备注: 
  C为网络总运输成本。 
  i,j—货运站,P—网络中所有货运站的集合,H—所有中转站的集合,此例中由于只有一个中转站,以h表示。 
  —单位货量在中转站的处理成本,包括货物的装卸搬运、分理等处理过程发生的成本。 
  ——单位货量在货运站的处理成本,包括货物的装卸搬运、分理等处理过程发生的成本。 
  ,——货物从起始货运站i至中转h,以及从中转站h至终点站j的在途运输过程中单位货量的变动成本。 
  ,——网络完成一次运输的过程中,货运站和中转站的货物处理量。 
   ——货运站i至货运站j的货流量。 
  三、相关实例—轴辐式包裹配送网络系统 
  包裹配送网络是轴辐式网络结构得到应用成功的又一个典型领域。在全球著名的联合包裹服务公司的轴辐式包裹配送网络中(图3),每个包裹需要经过三个主要环节: 
  1.收集环节UPS根据服务时间计划,精心设计每一条包裹收集路线,及收集停靠点。每个区域操作中心收集的包裹都要送到网络枢纽进行分拣作业,由于UPS在全球只建立了六个超级枢纽,因此有的区域操作中心到枢纽的距离可能会很远。 
  2.分拣环节到达枢纽的包裹经过卸车作业后,根据包裹目的地的地理位置进行分拣,然后所有同一方向的包裹被装运到飞往该方向的同一架飞机上。 
  3.分发环节到达目的区域操作中心的包裹通过卡车或小车分发到用户手中。 
  目前联邦快递(FeDex)、联合包裹服务(UPS)、敦豪(DHL)等世界主要包裹快递服务公司均采用轴辐式网络系统,通过将北美、亚洲和欧洲的包裹集中到孟菲斯、新加坡、法兰克福等地的枢纽节点,经过分拣后,转运到世界各地,再通过地面运输网络配送到用户手中。我国的一些民营快递公司,也开始尝试建立自己的轴辐式网络,来提高运营效率、缩短服务时间,全面提升企业综合竞争优势。 
  随着需求的改变,Fedex、UPS等传统包裹快递服务商都向物流服务综合供应商转型。轴辐式网络也成为物流产业的典型网络结构。轴辐式

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