1、第四章第四章 物资运输与调运问题物资运输与调运问题4.1 物流运输系统概述4.1.1 运输的概念 运输就是用设备和工具将物品从一地点向另一地点运送的物流活动。运输是物流的核心业务之一，也是物流系统的一个重要功能。运输的一种特殊形式是配送，运输和配送的关系为：所有物品的移动都是运输，而配送则专指短距离、小批量、有组织、有固定渠道的运输。而配送可能还包括装卸、包装等环节，因此，配送和运输是你中有我、我中有你的关系。从社会经济的角度：运输缩小了物质交流的空间，扩大了社会经济活动的范围并实现再次范围内物资价值的平均化、合理化从社会生产的角度：运输时人类社会生产和生活中不可缺少的方面企业物流运输系统主体
2、运输流程厂商 批发者 零售业者运输特征运输手段工厂物流中心物流中心配送中心配送中心店铺店铺店铺大量、大单位、批量水路运输铁路运输大型货车运输大型货物运输铁路运输（集装箱）水路运输（集装箱）中型货车运输小型货车水路运输铁路运输大型货车运输水路运输铁路运输大型货物运输大型货车运输水路运输铁路运输水路运输（集装箱）大型货车运输水路运输铁路运输铁路运输（集装箱）水路运输（集装箱）大型货车运输水路运输铁路运输大型货物运输铁路运输（集装箱）水路运输（集装箱）大型货车运输水路运输铁路运输中型货车运输大型货物运输铁路运输（集装箱）水路运输（集装箱）大型货车运输水路运输铁路运输小型货车中型货车运输大型货物运输铁
3、路运输（集装箱）水路运输（集装箱）大型货车运输水路运输铁路运输水路运输铁路运输水路运输大型货车运输铁路运输水路运输大型货物运输大型货车运输铁路运输水路运输铁路运输（集装箱）大型货物运输大型货车运输铁路运输水路运输水路运输（集装箱）铁路运输（集装箱）大型货物运输大型货车运输铁路运输水路运输中型货车运输水路运输（集装箱）铁路运输（集装箱）大型货物运输大型货车运输铁路运输水路运输小型货车中型货车运输水路运输（集装箱）铁路运输（集装箱）大型货物运输大型货车运输铁路运输水路运输运输的发展单个运输方式多种运输方式的综合运输与商品生产、流通相结合的综合物流物流运输系统的功能1）创造物资的空间效用，将物资由供
4、应地转）创造物资的空间效用，将物资由供应地转移到需求者手中，满足用户的需求。移到需求者手中，满足用户的需求。2）物资运输是物流系统的主要支柱之一。）物资运输是物流系统的主要支柱之一。3）在物流各个子系统中，运输子系统影响和）在物流各个子系统中，运输子系统影响和决定着其它子系统。决定着其它子系统。4）运输费用构成了物流费用的主要部分（约）运输费用构成了物流费用的主要部分（约占占30）。）。5）运输时间构成了物流时间的重要部分。）运输时间构成了物流时间的重要部分。4.1.2 运输方式及其特点按运输设备及运输工具区分按运输线路区分按运输的作用区分按运输的协作程度区分（一）按运输设备及运输工具区分铁路
5、：长距离运行、重载、高速、成本低铁路：长距离运行、重载、高速、成本低公路：门到门运输、灵活性强公路：门到门运输、灵活性强水路：运输量大、运价低、周期长水路：运输量大、运价低、周期长航空：快速、及时航空：快速、及时管道运输：成本低、维修易、只适于特定对象管道运输：成本低、维修易、只适于特定对象，只适合流体、气体运输只适合流体、气体运输上述五种运输方式各有优缺点，选择时应综合考虑，上述五种运输方式各有优缺点，选择时应综合考虑，扬长避短，充分发挥每种运输方式的优势。运输方式扬长避短，充分发挥每种运输方式的优势。运输方式的选择应满足运输的基本要求，即经济性、迅速性、的选择应满足运输的基本要求，即经济性
6、、迅速性、安全性和便利性。由于运输对象、运输距离和运输时安全性和便利性。由于运输对象、运输距离和运输时限的不同，对以上四方面要求的程度也不同限的不同，对以上四方面要求的程度也不同。（二）按运输线路区分干线运输支线运输城市内运输厂内运输（三）按运输的作用区分集货运输配送运输（四）按运输的协作程度区分一般运输联合运输多式联运4.1.3 运输工具1、铁路运输工具铁路机车：蒸汽、内燃、电力铁路车辆平车平车敞车敞车棚车棚车罐车罐车漏斗车漏斗车保温及冷藏车保温及冷藏车特种车特种车2、公路运输工具普通货车轻型货车：2t以下中型货车：28t之间重型货车：8t以上厢式货车专用车辆自卸车牵引车和挂车3、水路运输工
7、具主要包括船、驳、舟、阀物流领域使用的货船主要有：集装箱船散装船油船液化气船滚装船载驳船冷藏船运木船4.1.4运输线路公路：组成部分：路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、防护工程、排水设备、山区特殊构造物等级：高速公路；一级四级公路铁路：组成部分：路基、桥隧、轨道空运航线：固定航线（国内、国际）、非固定航线水运航线国际大洋航线、地区性的国际航线、沿海航线定期航线、非定期航线近洋航线、远洋航线4.1.5货物运输分类按货物的营运方式不同分为：整车运输零担运输联合运输集装箱运输按货物的类别不同分为：普通货物运输特种货物运输按运送速度不同分为：一般货物运输快件运输特快专运（递）4.1.6 集装箱运输集装箱的
8、概念：任何一种容器只要满足下述条件，就可称为集装箱：能长期的反复使用，具有足够的强度途中转运不用移动箱内货物，可以直接换装可以进行快速装卸，并可从一种运输工具直接方便地换装到另一种运输工具便于货物的装满和卸空集装箱运输的优点提高货运速度，加快运输工具及货物资金的周转减少货损、货差，提高货运质量简化货物包装，节约货物包装费用，减少运杂费用车船周转加快，装卸费减少，劳动条件改善，运输成本降低不受气候影响，实现了定点、定期运输及装卸作业集装箱运输的基本活动集装箱运输流程中对货物或货物的载体（集装箱）所进行的各种操作，包括位置的移动与集装箱的连接与分离，由这些基本活动可构成一个完整的集装箱运输流程。主
9、要有：与货物、集装箱联接和分离有关的装箱、拆箱、拼箱与使集装箱发生位移的运输活动有关的活动，主要包括海上运输与内陆集疏运对集装箱体进行操作的活动集装箱交接活动集装箱运输体系集装箱运输系统集装箱运输系统海上运输系统海上运输系统内陆集疏运系统内陆集疏运系统港站系统港站系统干线运输干线运输支线运输支线运输铁路集疏运系统铁路集疏运系统公路集疏运系统公路集疏运系统水路集疏运系统水路集疏运系统码头系统码头系统堆场系统堆场系统货运站系统货运站系统4.1.7 国际多式联运是指由多式联运经营人使用两种或两种以上的不同运输方式，将货物运至目的地的国际货物运输以集装箱运输或集装箱货物为主体从某种意义上讲，多式联运就
10、是集装箱多式联运。它通常是以集装箱为运输单元，将不同的运输方式有机地组合在一起构成连续的、综合性的一体化货物运输，通过一次托运、一次计费、一份单证、一次保险，由各运输区段的承运人共同完成货物的全程运输，即将货物的全程运输作为一个完整的单一运输过程来安排国际多式联运的特征必须订立国际多式联运合同全程运输必须使用国际多式联运单据必须使用两种或两种以上不同的运输方式必须是国际间的货物运输多式联运经营人对全程运输负责国际多式联运的运输组织形式海陆联运陆桥运输海空联运4.2 物流运输系统规划概述运输的主要功能是：产品在价值链中的来回移动运输的主要目的是：以最低的时间、财务和环境资源成本，将产品从原产地移
11、动到规定地点；且产品损坏的费用也是最低的。因此，运输成本和运输速度是运输问题中至关重要的因素。4.2.1 运输系统的关键因素（1）运输成本定义：两个地理位置间运输所支付的款项，以及行政管理和维持运输中的存货有关的费用。物流系统的规划设计应利用能将系统总成本降到最低限度的运输注意：费用最低的运输不一定等于最低注意：费用最低的运输不一定等于最低的总成本物流的总成本物流（2）运输速度定义：指为完成特点的运输任务所花费的时间运输速度与成本的关系：运输速度越快、承运商收取的实际费用越高运输服务越快，可用存货越少，可利用的运输间隔时间越短因此，需要合理选择运输。因此，需要选择合理的运输方式，平衡服务速度和
12、运输成本此外，还需要保持物流运输的一致性和物流节点的匹配程度。（3）物流运输的一致性物流运输的一致性是指：在若干次装运中，履行某一次特定运输所需的时间与原定时间或与前几次运输所需时间的一致性。是物流运输可靠性的表现如第一次花了2天，第二次花了6天，则这种变化会使物流作业产生问题：如需要增加安全储备存货、影响双方的义务和风险等（4）与物流节点的匹配程度由于物流运输系统是衔接各物流节点的桥梁，因此，要求要实现与物流节点的匹配，良好对接。如：公路集装箱运输车辆的规格必须与散货堆场的集装箱规格一致等4.2.2运输系统规划与设计的内容确定运输战略 要对运输系统所处的环境进行分析，结合国家政策、市场发展、
13、系统综合以及物流节点的情况，确定运输战略和方向。确定运输路线 当物流节点相对稳定时，可形成不同的运输路线，体现为线路上节点的数目、先后顺序的不同。（运筹学）选择运输方式 明确运输战略、选定运输路线时，选择适当的运输方式；可选择单一的，也可选择多种运输方式的联运运输过程控制 运输过程中，空间变动性，使得对运输过程的控制远远高于对固定物流节点的控制。主要依赖于信息技术（GPS系统，GIS系统等）4.2.3 物流运输系统规划和设计的重点合理化运输 由于运输是物流中最重要的功能要素之一，物流合理化在很大程度上依赖于运输合理化运输合理化的影响因素很多，起决定性作用的有五方面的因素，称做合理运输的“五要素
14、”:1运输距离。2运输环节。3运输工具。4运输时间。5运输费用。2023-8-20Copyright:SysCon34运输合理化的途径v运输网络合理配置运输网络合理配置v选择最佳运输方式（及运输工具）选择最佳运输方式（及运输工具）v提高运行效率提高运行效率v推进共同（协同）运输推进共同（协同）运输v实行高效现代化运输方法（新的运输模式）实行高效现代化运输方法（新的运输模式）根据经营战略和销售政策等因素决定费用时间车辆运行率、装载率费用、时间考虑到包装、装卸等环节的配合及其制约因素2023-8-20Copyright:SysCon35我国运输现状v发展不平衡；交通运输基本设施落后发展不平衡；交通
15、运输基本设施落后v物流量大，流通距离较长物流量大，流通距离较长v流通网络密度东南大于西北流通网络密度东南大于西北v物的流向南向大于北向、东向大于西向物的流向南向大于北向、东向大于西向v运输效率逐年提高、运输方式分工趋向运输效率逐年提高、运输方式分工趋向合理、协调、有序合理、协调、有序4.2.4物流运输系统规划的总目标满足客户服务，用最低的运输成本连接供货地点和客户物流系统所需服务的对象、反应时间服务过程中的其他如：时间限制、采购地点、物料流动量因此，其优化模型可以用以下模型来表示：最小化：总运输成本约束条件：客户服务政策、运输能力等平衡运输速度和运输成本平衡运输成本以及服务质量（可靠性）主要的
16、问题和方法：物资调运问题 运输路径规划问题4.3 物资调运问题及其模型4.3.1 物资调运问题物资调运问题的提出：大宗物资的调运，如煤、钢铁、木材、粮食等，在全国若干生产基地，如何根据已有的交通网络指定调运方案，保证将这些物资运到各消费地点，且总费用最小。物资调运问题：研究如何以最小的总费用，把某种商品从若干个供应地运至若干个需求地4.3.2 物资调运问题的一般模型某种物资有若干产地和销地，现在需要把这某种物资有若干产地和销地，现在需要把这种物资从各个产地运到各个销地。种物资从各个产地运到各个销地。已知已知各产各产地的地的和各销地的和各销地的以及各产地到各销以及各产地到各销地的地的，问应如何组
17、织调，问应如何组织调运，才能使运，才能使？根据具体问题选择确定根据具体问题选择确定。表表4-1 有关信息有关信息单位单位 运价运价 销销 或运距或运距 地地产地产地B1 B2 Bn产产 量量A1 A2 Amc11 c12 c1 n c21 c22 c2n cm1 cm2 cm na1 a2 am销销 量量 b1 b2 bnnjjmiiba112321341s2=27s3=19d1=22d2=13d3=12d4=13s1=14供应量供应地运价需求量需求地6753842759106调运问题的网络图表示若各地的总供应量等于总需求量，即称为产销平衡问题若总供应量不等于总需求量，则称为产销不平衡问题nj
18、jmiiba11 设设xij为从产地为从产地Ai运往销地运往销地Bj的物资数量的物资数量（i=1，m；j=1，n），由于从），由于从Ai运出的运出的物资总量应等于物资总量应等于Ai的产量的产量ai，因此，因此xij应满足：应满足：miaxnjiij,2,11同理，运到同理，运到Bj的物资总量应该等于的物资总量应该等于Bj的销量的销量bj，所以，所以xij还应满足：还应满足：总运费为：总运费为：mijijnjbx1,1minjijijxcz11 njmixnjbxmiaxtsxcMinZijmijijnjiijminjijij,1;,1,0,1,1.1111（4-1）minjjiba11产销平衡
19、条件例4-1 调运问题建模 3个工厂向四个销售地点销售，如表，如何调运？123467531x11x12x13x141484272x21x22x23x2427591063x31x32x33x341922131213123467531x11x12x13x141484272x21x22x23x2427591063x31x32x33x341922131213123467531x11x12x13x141484272x21x22x23x2427591063x31x32x33x3419221312130 xxxxxxxxxxxx13xxx12xxx13xxx22xxx19xxxx27xxxx14xxxxs.
20、t.x6x10 x9x5x7x2x4x8x3x5x7x6zmin343332312423222114131211342414332313322212312111343332312423222114131211343332312423222114131211供应地约束需求地约束解答m=3行行n=4行行mnmmnnxxxxxxxxx,;,212222111211111111111111111111m行行n行行通过初等行变换，系数矩阵的秩为3+4-1=6 增广矩阵为通过初等行变换，系数矩阵的秩为3+4-1=6：nmbbbaaaA1111111111111111112121mnmmnnxxxxxxxx
21、x,;,212222111211132222111,jijijijijijisssxxxxxxsssjijijijijijixxxxxx123221211,siii,21sjjj,21 X11X13X21X24X33 B1 B2 B3 B4 A1X12X14 A2X22X23 A3X31X32X34,212434331311xxxxxx,14242212xxxx,121131332322xxxxxx X11X13X21X24X33 B1 B2 B3 B4 A1X12X14 A2X22X23 A3X31X32X34（a）（b）（c）（d）（e）表中的折线构成一条封闭曲线，且所有的表中的折线构成一
22、条封闭曲线，且所有的边都是边都是或或的；为什麽？的；为什麽？表中的表中的和和；为什麽？；为什麽？每条折线的两端都有一个下标相同i1is,j1js互不相同132222111,jijijijijijisssxxxxxx132222111,jijijijijijisssPPPPPP0132222111jijijijijijisssPPPPPPrrjijijixxx,22114.4 运输问题的求解方法求解的基本方法单纯形法表上作业法 确定初始确定初始方案方案(初初 始始 基本可行解基本可行解)改进调整改进调整（换基迭代）（换基迭代）否否 判定是否判定是否 最最 优？优？是是结结 束束最优方案最优方案图
23、图4-1 运输问题求解思路图运输问题求解思路图 表表4-2是三个产地、四个销地的运输问题作业表。是三个产地、四个销地的运输问题作业表。表表4-2 运输问题作业表（产销平衡表）运输问题作业表（产销平衡表）个销地需求满足第个销地第个产地的产量全部运到第jjbjiia初始方案的选择方法最小元素法：直观地想，为了减少运费，有限考虑单位运价最小（距离最短）的供销业务西北角法：优先满足左上角（西北角）上空格的供销需求沃尔格（Vogel）法例4-1 调运问题建模 3个工厂向四个销售地点销售，如表，如何调运？123467531x11x12x13x141484272x21x22x23x2427591063x31
24、x32x33x341922131213123467531x11x12x13x141484272x21x22x23x2427591063x31x32x33x341922131213123467531x11x12x13x141484272x21x22x23x2427591063x31x32x33x341922131213123467531148427212271559106319221312130初始基础可行解最小元素法（1）最小元素法（2）最小元素法（3）123467531131418427213122725910631922131213000最小元素法（4）123467531131418427
25、2131227259106319190221312133000最小元素法（5）12346753111314084272131227259106319190221312132000最小元素法（6）123467531113140842722131227059106319190221312130000最小元素法：初始基础可行解西北角法 1 2 3 4 6 7 5 3 1 14 8 4 2 7 2 27 5 9 10 6 3 19 22 13 12 13 813131466西北角法：ij（4-6）调调 销地销地 运运 量量产地产地 B1 B2 B3 产产 量量 A1 90 X11 70 X12 100
26、 X13 200 A2 80 X21 65 X22 75 X23 250 销销 量量 100 150 200 4501001001001501221iujv7565100902332222213311111cvucvucvucvu（4-7）例例4-2初始调运方案位势变量对应表初始调运方案位势变量对应表 调调 销地销地 运运 量量产地产地 B1 B2 B3产产 量量 A1 90 X11 70 X12 100 X13 200 A2 80 X21 65 X22 75 X23 250 销销 量量 100 150 200 450位势变量位势变量vj v1 v2 v3100100100150位势位势变量变
27、量 ui u1 u2 ij ij调调 销地销地 运运 量量产地产地 B1 B2 B3 产产 量量 A1 90 X11 70 X12 100 X13 200 A2 80 X21 65 X22 75 X23 250 销销 量量 100 150 200 450100100100150+-调调 销地销地 运运 量量产地产地 B1 B2 B3 产产 量量 A1 90 X11 70 X12 100 X13 200 A2 80 X21 65 X22 75 X23 250 销销 量量 100 150 200 450100100200 50调调 销地销地 运运 量量产地产地 B1 B2 B3 产产 量量 A1
28、90 X11 70 X12 100 X13 200 A2 80 X21 65 X22 75 X23 250 销销 量量 100 150 200 450150 50200 50现在，在用西北角法确定例现在，在用西北角法确定例4-1初始初始调运方案的基础上，分别用闭回路法调运方案的基础上，分别用闭回路法和位势法计算和位势法计算：1234675311414842728136275910636131922131213+5非基变量xij的检验数zij-cij闭回路法(1)12=c12-c22+c21-c11=7-4+8-6=5123467531141484272813627591063613192213
29、1213+5闭回路法(2)13=c13-c23+c21-c11=5-2+8-6=5+51234675311414842728136275910636131922131213+5闭回路法(3)14=c13-c33+c32-c23+c21-c11=3-6+10-2+8-6=7+7+51234675311414842728136275910636131922131213+5闭回路法(4)24=c24-c34+c33-c23=7-6+10-2=9+9+5+71234675311414842728136275910636131922131213+5闭回路法(5)31=c31-c21+c23-c33=5-
30、8+2-10=-11-11+5+7+91234675311414842728136275910636131922131213+5闭回路法(6)32=c32-c22+c23-c33=9-4+2-10=-3-3+5+7+9-1112346753114u1842728136u2591063613u3v1v2v3v4=0非基变量xij的检验数zij-cij对偶变量法(1)由于位势变量为7，调运量方格为6，令v4=012346753114u1842728136u2591063613u3=6v1v2v3v4=0对偶变量法(2)u3+v4=c34u3=612346753114u1842728136u2591
31、063613u3=6v1v2v3=4v4=0对偶变量法(3)u3+v3=c33v3=412346753114u1842728136u2=-2591063613u3=6v1v2v3=4v4=0对偶变量法(4)u2+v3=c23u2=-212346753114u1842728136u2=-2591063613u3=6v1v2=6v3=4v4=0对偶变量法(5)u2+v2=c22v2=612346753114u1842728136u2=-2591063613u3=6v1=10v2=6v3=4v4=0对偶变量法(6)u2+v1=c21v1=1012346753114u1=-4842728136u2=-
32、2591063613u3=6v1=10v2=6v3=4v4=0对偶变量法(7)u1+v1=c11u1=-412346753114u1=-4842728136u2=-2591063613u3=6v1=10v2=6v3=4v4=0对偶变量法(8)c12-z12=c12-（u1+v2）=7-（(-4)+6）=5+512346753114u1=-4842728136u2=-2591063613u3=6v1=10v2=6v3=4v4=0对偶变量法(9)c13-z13=c13-（u1+v3）=5-（(-4)+4）=5+5+512346753114u1=-4842728136u2=-2591063613u3
33、=6v1=10v2=6v3=4v4=0对偶变量法(10)c14-z14=c14-u1-v4=3-(-4)-0=7+7+5+5对偶变量法(11)c24-z24=c24-（u2+v4）=7-(-2)-0=9+9+5+5+712346753114u1=-4842728136u2=-2591063613u3=6v1=10v2=6v3=4v4=0对偶变量法(12)c31-z31=c31-（u3+v1）=5-（6+10）=-11-11+5+5+7+912346753114u1=-4842728136u2=-2591063613u3=6v1=10v2=6v3=4v4=0对偶变量法(13)c32-z32=c3
34、2-（u3+v2）=9-（6+6）=-3-3+5+5+7+9-1112346753114u1=-4842728136u2=-2591063613u3=6v1=10v2=6v3=4v4=0选择进基变量,确定离基变量x31进基,minx21,x33=min8,6=6,x33离基-3-5-5-7-9-1112346753114148427221312275910636131922131213调整运量,重新计算检验数,确定进基、离基变量x14进基,minx11,x34=min14,13=13,x34离基+11+5+5-4-2+81234675311131484272213122759106319192
35、2131213调整运量,重新计算检验数所有cij-zij0,得到最优解。Minz=61+313+82+413+212+519=142+11+5+5+4+8+2？转化转化4.5 运输问题的进一步讨论本章小结运输问题概述运输系统规划概述及其目标物资调运问题及其一般模型物资调运问题的求解方法表上作业法及其步骤确定初始可行方案（最小元素法、西北角法）最优性检验（闭回路法、位势法）解的改进案例分析加拿大太平洋铁路公司：完善铁路运量规划的方法问题描述加拿大太平洋公司是一个完全一体化运作且技术领先的一级铁路网络，为加拿大、美国东部和中西部提供铁路运输和多式联运服务。北美货运铁路基本采用“以吨位为基础的批运方
36、式”，即在货物积累到一定量时列车才能发车。这一方式试图通过最大限度地利用列车的装载量来使发车总数最小。但实践表明，这一方式妨碍了高效率地使用车组人员、机车和设备，并且它还使得运输周期不确定，在当前运输业竞争日益激烈、服务水平提高很快的情况下，这种不可靠性成为铁路运输服务争夺市场份额的一大弱点。如何处理这种不可靠性？寻找新的发车方案呢？可用的运筹学中的时序安排的约束条件等具体技术。可用的运筹学中的时序安排的约束条件等具体技术。解决方案 加拿大太平洋铁路公司转而采取为铁路所有作业都确定一个固定时间表的方法。该公司利用multi modal 应用软件系统，开发出一个非常适合于交通行业的运作计划。（1
37、）运筹团队建立了一个模型，对每一个车皮的行程和编组计划继续优化，并决定将其放在哪个车次中。（指派）（2）团队成员细致地审查该计划，找出日发车批量的波动规律，并为最大量和最小量的时间制定应急计划。（3）利用基于最短路径技术的算法，multi modal 独有的multi rail 程序可以找到减少装备运行里程数、列车运行里程数和列车运行时间的方法，从而降低运作成本，减少在途中时间，是托运人获得更加可靠的运输服务。成效评价加拿大太平洋铁路公司的运作理念和方式的转变，成本降低了2.85亿美元以上，使其服务更加可靠，大大增加了其收益率。加拿大太平洋铁路公司的总裁Robert Ritchie说：我们开除了这个行业中最好的铁路行程计划模型最终为我们的客户带来了效能和生产率的提高以及更好的服务。然而，我们的工作不会就此止步从中，我们认识到：在收益管理和合同谈判等领域，我们还有那么多机会，我们将不断地寻找新的改进方法，对我们未来的成功，运筹学和管理科学将发挥至关重要的作用。
