运筹学在现代物流中的应用探究.docx

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运筹学在现代物流中的应用探究

本科生毕业论文

题目：

运筹学在现代物流中的应用探究

姓名：

牛亚南

学号：

201005010278

专业：

应用数学

年级：

2010级

学院：

数学与统计学院

完成日期：

14年4月10日

指导教师：

王凯华副院长

本科生毕业论文独创性声明

本人声明所呈交的毕业论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中没有抄袭他人研究成果和伪造数据等行为。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

论文作者签名：

日期：

本科生毕业论文使用授权声明

海南师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文的复印件和磁盘，允许毕业论文被查阅和借阅。

本人授权海南师范大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复印手段保存、汇编毕业论文。

论文作者签名：

日期：

指导教师签名：

日期：

目录

摘要3

ABSTRACT3

引言4

第一章运筹学与现代物流4

1.1运筹学的起源4

1.2运筹学的发展简史5

1.3物流的由来5

1.4现代物流……………………………………………………………6

1.5运筹学与现代物流…………………………………………………7

第二章物流领域中的运筹学应用7

2.1数学规划论8

2.1.1线性规划8

2.1.2线性代数9

2.2存储论10

第三章 图（网络）论11

3.1图与网络分析……………………………………………………11

3.2排队论11

3.3 对策论 12

第四章 全球化电子商务下的运筹学与现代物流13

4.1完善物流基础条件，将运筹学理论整合物流实践………………13

4.2优化技术在物流管理系统中的运用效果…………………………13

4.3把运筹学知识融合在其他物流管理软件…………………………14

第五章……………………………………………………………………15

结束语……………………………………………………………………15

致谢15

参考文献16

运筹学在现代物流中的应用探究

牛亚南

（海南师范大学数学与统计学院海口571158）

摘要

随着经济的飞速发展，现代物流在社会扮演着举足轻重的角色，常被用于解决现实生活中的复杂问题。

而运筹学是一应用数学和形式科学的跨领域研究，利用统计学、数学模型和算法等方法，去寻找复杂问题中的最佳或近似最佳的解答，文章简要介绍了运筹学和物流学的起源及其联系，详细介绍了目前运筹学理论在现代物流领域中常用的几个方面，并对运筹学在物流领域中的基本应用与发展进行了总结，分析了一些当代物流中常用的运筹学方法。

在现代物流系统中应用优化技术，合理配置物流资源、有效控制物流活动，以降低物流系统成本，对于现代企业来说，显得尤为重要。

。

关键词运筹学；现代物流；线性规划；动态规划；优化；对策论

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofeconomy,modernlogisticsplayanimportantroleinsociety,areoftenusedtosolvecomplexproblemsinreallife.Andoperationsresearchisaformofapplicationmathematicsandscienceinterdisciplinaryresearch,byusingthemethodsofstatistics,themathematicalmodelandalgorithm,tofindtheoptimalorapproximateoptimalsolutionofcomplexproblems,thearticlebrieflyintroducestheoriginoflogisticsandlogisticsanditsconnection,detailedintroducestheoperationalresearchtheory,commonlyusedinthefieldofmodernlogisticsaspectsofoperationsresearchinthefieldoflogistics,andsummarizesthebasicapplicationanddevelopmentofit,analysessomeoperationalresearchmethodiscommonlyusedinmodernlogistics.Applicationofoptimizationtechniqueinmodernlogisticssystem,therationalallocationoflogisticsresources,effectivecontroloflogisticsactivities,inordertoreducethecostoflogisticssystem,formodernenterprises,isparticularlyimportant.

Keyoperationalresearch;Modernlogistics;Linearprogramming;Dynamicprogramming;Optimization;Gametheory

引言

运筹学，采用系统化的方法，通过建立数学模型及其测试，协助达成最佳决策的一门科学。

它在经济管理系统中应用广泛，能对企业的人、财、物等资源进行统筹安排。

而随着我国经济水平的提高，近年来，连锁企业模式在我国迅速发展，连锁经营已成为我国商业企业发展的主要模式，伴随而来的物流领域方面的问题如采购量不当、库存过多、运输安排不合理等已成为制约企业发展壮大的瓶颈。

运用运筹学的理论，可以为解决这些问题提供科学的方法。

运筹学是为决策提供科学的依据。

本文探索运用运筹学的方法，解决现代物流领域中的采购、仓储和运输等方面的问题。

第一章运筹学与现代物流

1.1运筹学的起源

运筹学是上世纪四十年代开始形成的一门学科[1]。

起源于二战期间英、美等国的军事运筹小组，主要用于研究军事活动。

二战后，运筹学主要转向经济活动的研究，研究活动中能用数字量化的有关运用，筹划与管理等方面的问题。

通过建立模型的方法或数学定量方法，使问题在化的基础上达到科学、合理的解决，并使活动系统中的人、才、财、物和信息得到最有效的利用，使系统的投入和产出实现最佳的配置。

运筹学的研究内容非常广泛，根据其研究问题的特点，可分为两大类：

确定型模型与概率型模型。

其中确定型模型中主要包括：

线性规划、非线性规划、整数规划、图与网络和动态规划等；概率型模型主要包括：

对策论、排队论、存储论和决策论等。

运筹学的特点是：

1.运筹学已被广泛应用于工商企业、军事部门、民政事业等研究组织内的统筹协调问题，故其应用不受行业、部门之限制；2.运筹学既对各种经营进行创造性的科学研究，又涉及到组织的实际管理问题，它具有很强的实践性，最终应能向决策者提供建设性意见，并应收到实效；3.它以整体最优为目标，从系统的观点出发，力图以整个系统最佳的方式来解决该系统各部门之间的利害冲突。

对所研究的问题求出最优解，寻求最佳的行动方案，所以它也可看成是一门优化技术，提供的是解决各类问题的优化方法。

1.2运筹学的发展简史

Operationalresearch（运筹学）一词最早出现于1938年。

当时英国波德塞雷达站负责人A.P.罗提出对整个防空作战系统的运行研究，以解决雷达站合理配置和整个空军作战系统协调配合来有效地防御德机入侵的问题。

1940年9月英国成立了由物理学家P.M.S.布莱克特领导的第一个运筹学小组。

后来发展到每一个英军指挥部都成立运筹学小组。

1942年美国和加拿大都相继建立了运筹学小组。

这些运筹学小组在确定护航舰队的规模、开展反潜艇战的侦察、组织有效的对敌轰炸等方面作了大量研究，为运筹学有关分支的建立作出了贡献。

第二次世界大战后，在这些军事运筹学小组中工作过的科学家转向研究在民用部门应用运筹学方法的可能性,从而促进了在民用部门应用运筹学的发展。

1947年G.B.丹齐克在研究美国空军资源配置问题时提出线性规划及其通用解法──单纯形法。

50年代初用电子计算机求解线性规划问题获得成功。

1951年P.M.莫尔斯和G.E.金布尔合著《运筹学方法》一书正式出版，标志着运筹学这一学科已基本形成。

到50年代末，美国大企业在经营管理中大量应用运筹学。

开始时主要用于制订生产计划，后来在物资储备、资源分配、设备更新、任务分派等方面应用和发展了许多新的方法和模型。

60年代中期，运筹学开始用于服务性行业和公用事业。

一些发达国家的企业、政府、军事等部门都拥有相当规模的运筹学研究机构，专门从事有关方法和建模的研究，为决策提供科学的依据。

英国在1948年成立了运筹学俱乐部，1954年改名为英国运筹学会，出版《运筹学季刊》。

美国在1952年成立了美国运筹学会，出版《运筹学》杂志。

1957年在英国牛津大学召开第一届国际运筹学会议，以后每隔3年举行一次。

1959年成立国际运筹学联合会（IFORS）。

中国在1956年曾用过“运用学”的名字，于1957年正式定名为“运筹学”，于1980年成立中国运筹学会（ORSC），并于1982年加入国际运筹学联合会（IFORS）。

1.3物流学由来

物流作为一门科学也是始于二战期间。

二战后，“物流”一词被美国人借用到企业管理中，被称作“企业物流（businesslogistics）”。

企业物流是指对企业的供销、运输、存储等活动进行综合管理。

美国根据当时军事的需要，对军火的运输、补给和储存等过程进行全面的管理，并首次使用了“物流管理”一词。

其后对于物流的概念不断演变发展，内容也逐渐完善[3]。

1.4现代物流

在第二次世界大战期间，美国对军火等进行的战时供应中，首先采取了后勤管理（LogisticsManagement）这一名词,对军火的运输、补给、屯驻等进行全面管理。

从此，后勤逐渐形成了单独的学科，并不断发展为后勤工程（LogisticsEngineering）、后勤管理（LogisticsManagement）和后勤分配（LogisticsofDistribution）。

后勤管理的方法后被引入到商业部门，被人称之为商业后勤（businessLogistics）。

定义为包括原材料的流通、产品分配、运输、购买与库存控制、储存、用户服务等业务活动，其领域统括原材料物流、生产物流和销售物流。

在50年代到70年代期间，人们研究的对象主要是狭义的物流，是与商品销售有关的物流活动，是流通过程中的商品实体运动。

因此通常采用的仍是PhysicalDistribution一词。

1986年，美国物流管理协会（N.C.P.D.M；NationalCouncilofPhy-sicalDistributionManagement）改名为C.L.M即TheCouncilofLogisticsManagement。

将PhysicalDistribution改为Logistics，其理由是因为PhysicalDistribution的领域较狭窄，Logistics的概念则较宽广、连贯、整体。

改名后的美国物流协会（C.L.M）对Logistics所做的定义是：

以适合于顾客的要求为目的，对原材料、在制品、制成品与其关联的信息，从产业地点到消费地点之间的流通与保管，为求有效率且最大的´对费用的相对效果´而进行计划、执行、控制。

现代物流不仅单纯的考虑从生产者到消费者的货物配送问题，而且还考虑从供应商到生产者对原材料的采购，以及生产者本身在产品制造过程中的运输、保管和信息等各个方面，全面地、综合性地提高经济效益和效率的问题。

因此，现代物流是以满足消费者的需求为目标，把制造、运输、销售等市场情况统一起来考虑的一种战略措施。

这与传统物流把它仅看作是“后勤保障系统”和“销售活动中起桥梁作用”的概念相比，在深度和广度上又有了进一步的含义。

在当今的电子商务时代，全球物流产业有了新的发展趋势。

现代物流服务的核心目标是在物流全过程中以最小的综合成本来满足顾客的需求。

现代物流具有以下几个特点：

电子商务与物流的紧密结合；现代物流是物流、信息流、资金流和人才流的统一；电子商务物流是信息化、自动化、网络化、智能化、柔性化的结合；物流设施、商品包装的标准化，物流的社会化、共同化也都是电子商务下物流模式的新特点[4]。

1.5物流学与运筹学

物流学是研究物流过程规律性及物流管理方法的学科。

它主要研究物流过程中如何对有限的资源，如物质资源、人力资源、资金、时间等进行计划、组织、协调和控制。

运筹学是运用系统化的方法，通过建立数学模型，协助得出最优决策的一门学科。

它主要研究经济活动和军事活动中能用数量来表达的有关运用、筹划与管理等方面的问题。

根据问题的要求，建立数学模型，经过分析运算，做出合理安排，以达到更经济更有效地配置人力、物力、财力等资源。

运筹学与物流学作为一门正式的学科，都始于二战期间。

从一开始，两者就密切地联系在一起，相互渗透和交叉发展。

与物流学联系最为紧密的理论有：

系统论、运筹学、经济管理学。

运筹学作为物流学科体系的理论基础之一，其作用是提供实现物流系统优化的技术与工具，是系统理论在物流中应用的具体方法。

二战后，各国都转向快速恢复工业和发展经济，而运筹学此时正转向经济活动的研究。

因此，极大地引起了人们的注意，并由此进入了各行业和部门，获得了长足发展和广泛应用。

形成了一套比较完整的理论，如规划论、存储论、决策论和排队论等。

而战后的物流，并没像运筹学那样引起人们及时的关注。

直到上世纪六十年代，随着科学技术的发展、管理科学的进步、生产方式和组织方式等的改变，物流才为管理界和企业界所重视。

因此，相比运筹学，物流的发展滞后了一些。

不过，运筹学在物流领域中的应用，却随着物流学科地不断成熟而日益广泛。

第二章物流领域中的运筹学应用

运筹学是一门新兴的、发展极其迅速的应用学科，它的一个根本特点是:

以系统化、数量化以及最优化为核心，用数学方法、数学的思考模式去解决实际应用中的问题。

它的产生是由于实际应用的迫切需要，它的进一步发展仍然是由于实际应用上的需要来推动的。

而物流属多学科的交叉与综合分析，也具有强烈的系统性特征、数量化特征及最优性特征。

在现代物流管理的过程中，运筹学占有重要的位置。

从物流系统角度出发，应用运筹学各分支理论和方法去思考和解决实际物流管理中的问题，可以达到系统最优化的目的，为决策者提供最优或满意方案，以实现最有效的管理。

因此，运筹学的各个分支在现代物流管理中起着日益重要的作用。

以下总结一些当前运筹学在物流领域中运用较多的几个方面。

2.1数学规划论

规划论主要研究计划管理工作中有关安排和估计的问题。

这类问题一般可以归纳为在满足既定的要求下，按某一衡量指标来寻求最优方案的问题。

如果目标函数和约束条件的数学表达式都是线性的，则称为线性规划；否则称为非线性规划。

如果所考虑的规划问题可按时间划为几个阶段求解，则称为动态规划。

在物流管理中，常用规划论来解决资源利用问题、运输问题、人员指派问题、配载问题等[5]。

2.1.1线性规划

线性规划是目前应用最广泛的一种优化方法，它的理论已经十分成熟，可以应用与生产计划、物资调用、资源优化配置等问题。

它研究的目的是以数学为工具，在一定人、财、物、时空、信息等资源条件下，研究如何合理安排，用最少的资料消耗，取得最大的经济效果。

主要解决生产组织与计划问题，下料问题，运输问题，人员分配问题和投资方案问题，现以案例为例说明。

案例[2]1：

假设某厂计划生产甲、乙两种产品，其主要原材料有钢材3600kg，铜材2000kg及专用设备能力3000台时，已原材料和设备的单间消耗定额以及单位产品所获利润如下表所示（表1-1）。

问如何安排生产方使该厂所获利润最大？

为了求解这一问题，设甲、乙两种产品的计划产量分别为

件。

生产这两种产品所消耗的钢材总数量为

，但现在只有钢材3600kg，因此，应有

类似地，可以得到

显然，由于各种产品的数量不能为负数，我们还有

并且，总利润为

综合起来，可以把这个问题的数学形式表达成

其中，记号“max”表示函数的最大值。

2.1.2动态规划

动态规划是运筹学的一个分支，它是解决多阶段决断过程最优化的一种数学方法。

动态规划的方法，在物流运输、工程技术、企业管理、工农业生产及军事等部门中都有广泛的应用，并且获得了显著的效果。

它把困难的多阶段的决策问题分解成一系列相互联系的较容易解决的单阶段决策问题，通过解决这一系列单阶段决策问题来解决多阶段决策问题。

以寻求最优决策序列的方法，动态规划研究多阶段决策过程的总体优化，即从系统总体出发，要求各阶段决策所构成的决策序列使目标函数值达到最优。

在经济管理方面，动态规划可以用来解决最优路径问题、资源分配问题、生产调度问题、库存问题、装载问题、排序问题、设备更新问题、生产过程最优控制问题等等、所以它是现代经济管理中的一种重要的决策方法。

动态规划是求解某类问题的一种方法，是考察问题的一种途径，而不是一种特殊算法（如线性规划方法是一种算法）因此，读者在学习时，除了要对基本概念和方法正确理解外，应以丰富的想象力去建立模型，用创造性地技巧去求解，现举例说明动态规划在经济管理中的应用。

案例2：

有一种多米诺骨牌是平面的，其正面被分成上下两部分，每一部分的表面或者为空，或者被标上1至6个点。

现有一行排列在桌面上：

顶行骨牌的点数之和为6+1+1+1=9；底行骨牌点数之和为1+5+3+2=11。

顶行和底行的差值是2。

这个差值是两行点数之和的差的绝对值。

每个多米诺骨牌都可以上下倒置转换，即上部变为下部，下部变为上部。

现在的任务是，以最少的翻转次数，使得顶行和底行之间的差值最小。

对于上面这个例子，我们只需翻转最后一个骨牌，就可以使得顶行和底行的差值为0，所以例子的答案为1。

输入格式：

文件的第一行是一个整数n（1〈=n〈=1000〉，表示有n个多米诺骨牌在桌面上排成一行。

接下来共有n行，每行包含两个整数a、b（0〈=a、b〈=6，中间用空格分开〉。

第I+1行的a、b分别表示第I个多米诺骨牌的上部与下部的点数（0表示空）。

输出格式：

只有一个整数在文件的第一行。

这个整数表示翻动骨牌的最少次数，从而使得顶行和底行的差值最小。

2.2存储论

存储论是一种研究最优存储策略的理论和方法。

在实际生产中，企业希望尽可能减少原材料和产成品的存储以减少流动资金和仓储费用，但是过少的原材料仓储可能导致企业原材料供应不上，从而导致生产不能正常进行；过少的产成品储存也可能导致客户不能得到足够的商品，从而导致客户忠诚度下降。

存储策略就是研究在不同需求、供货及到达方式等情况下，确定什么时间点订货，一次订货批量是多少，使订购费用、存储费用和可能发生短缺产生费用的总和最少。

运筹学中的存储论在进行物流系统存储管理方面同样发挥有效的作用。

现以案例2加以说明。

案例[1]3：

某厂按合同每年需提供D个产品，不许缺货。

假设每一周期工厂需装配费C3元，存储费每年每单位产品为C1元，问全年应分几批供货才能使装配费，存储费两者之和最少。

解：

设全年分n批供货，每批生产量

，周期为

年（即每隔

年供货一次）。

每个周期内平均存储量为

每个周期内的平均存储费用为

全年所需存储费用

全年所需装配费用

全年总费用（以年为单位的平均费用）：

为求出C（Q）的最小值，

把Q看作连续的变量。

即

为经济订购批量。

最佳批次

（取近似的整数）

最佳周期

答：

全年应分

次供货可使费用最少。

第三章 图（网络）论

3.1图与网络分析

自从上世纪五十年代以后，图论广泛运用与解决工程系统和管理问题，将复杂的问题用图与网络进行描述简化后再求解。

图与网络理论有很强的构模能力，描述题直观，模型易于计算实现，很方便的将一些复杂问题分解或转化为可能求解的子问题，图与网络在物流中的应用也很显著，其中最明显的应用是运输问题、物流网点间的物资调运和车辆调度时运输路线的选择、配送中心的送货、逆向物流中产品的回收等，运用了图论中的最小生成树、最短路、最大流、最小费用等知识，求得运输时间所需最少或线路最短或费用最省的路线。

另外，工厂、仓库、配送中心等物流设施的选址问题，物流网点内部工种、任务、人员的指派问题，设备更新问题，也可运用图论的知识辅助决策者进行最优的安排。

3.2排队论

排队论（queueingtheory）,或称随机服务系统理论,是通过对服务对象到来及服务时间的统计研究，得出这些数量指标（等待时间、排队长度、忙期长短等）的统计规律，然后根据这些规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象，使得服务系统既能满足服务对象的需要，又能使机构的费用最经济或某些指标最优。

它是数学运筹学的分支学科。

也是研究服务系统中排队现象随机规律的学科。

广泛应用于计算机网络,生产,运输,库存等各项资源共享的随机服务系统。

排队论研究的内容有3个方面：

统计推断，根据资料建立模型；系统的性态，即和排队有关的数量指标的概率规律性；系统的优化问题。

其目的是正确设计和有效运行各个服务系统，使之发挥最佳效益。

　　日常生活中存在大量有形和无形的排队或拥挤现象，如旅客购票排队，市内电话占线等现象。

排队论起源于20世纪初的电话通话。

1909—1920年丹麦数学家、电气工程师爱尔朗（A.K.Erlang）用概率论方法研究电话通话问题，从而开创了这门应用数学学科，并为这门学科建立许多基本原则。

他在热力学统计平衡理论的启发下，成功地建立了电话统计平衡模型，并由此得到一组递推状态方程，从而导出著名的埃尔朗电话损失率公式。

20世纪30年代中期，当费勒（W.Feller）引进了生灭过程时，排队论才被数学界承认为一门重要的学科。

在第二次世界大战期间和第二次世界大战以后，排队论在运筹学这个新领域中变成了一个重要的内容。

20世纪50年代初，堪道尔（D.G.Kendall）对排队论作了系统的研究，他用嵌入马尔柯夫（A.A.Markov）链方法研究排队论，使排队论得到了进一步的发展。

是他首先（1951年）用3个字母组成的符号A/B/C表示排队系统。

其中A表示顾客到达时间分布，B表示服务时间的分布，C表示服务机构中的服务台的个数。

排队系统由输入过程与到达规则、排队规则、服务机构的结构、服务时间与服务规划组成。

一般还假设到达间隔时间序列与服务时间均为独立同分布随机变量序列，且这两个序列也相互独立。

评价一个排队系统的好坏要以顾客与服务机构两方面的利益为标准。

就顾客来说总希望等待时间或逗留时间越短越好，从而希望服务台个数尽可能多些但是，就服务机构来说，增加服务台数，就意味着增加投资，增加多了会造成浪费，增加少了要引起顾客的抱怨甚至失去顾客，增加多少比较好呢？

顾客与服务机构为了照顾自己的利益对排队系统中的3个指标：

队长、等待时间、服务台的忙期（简称忙期）都很关心。

因此这3个指标也就成了排队论的主要研究内容。

排队论的应用非常广泛。

它适用于一切服务系统。

尤其在通信系统、交通系统、计算机、存贮系统、生产管理系统等发面应用得最多。

排队论的产生与发展来自实际的需要