畢業(yè)論文_多目標(biāo)優(yōu)化模型

1、WORD格式可編輯數(shù)學(xué)模型港口物流服務(wù)供應(yīng)鏈（Port Logistics Service Supply Chain , PLSSC是以 港口企業(yè)（港務(wù)集團(tuán)公司）為核心企業(yè)，將運(yùn)輸、裝卸搬運(yùn)、流通加工、倉儲(chǔ)、報(bào) 關(guān)、配送、金融、商業(yè)服務(wù)等各類物流服務(wù)供應(yīng)商 （LSP）和客戶（付貨人和收貨人 等）有效結(jié)合成一體，是一個(gè)以提供物流服務(wù)為主要功能的服務(wù)型供應(yīng)鏈7。港口 供應(yīng)鏈的集成優(yōu)化所追求的不僅僅是各環(huán)節(jié)（各節(jié)點(diǎn)企業(yè)）的局部優(yōu)化，更是供 應(yīng)鏈的整體最優(yōu)。本文建立的港口供應(yīng)鏈集成優(yōu)化模型的目標(biāo)有三個(gè)：1）供應(yīng)鏈運(yùn)行總成本最小；2）供應(yīng)鏈服務(wù)時(shí)間最短；3）供應(yīng)鏈柔性最大。止匕外，在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中，供應(yīng)鏈

2、節(jié)點(diǎn)企業(yè)之間的距離也是選擇供應(yīng)鏈協(xié)作企 業(yè)的一個(gè)考慮因素，距離越近，移交時(shí)間越短，成本越低，越有利于提高供應(yīng)鏈 的優(yōu)化水平。本模型將距離因素加入到成本目標(biāo)和時(shí)間目標(biāo)的函數(shù)里，提高模型 在現(xiàn)實(shí)中的實(shí)用意義。2.1 建立模型的假設(shè)條件1）為方便模型建立，港口供應(yīng)鏈僅考慮其主要節(jié)點(diǎn)企業(yè)：供應(yīng)商、客戶、港 口、船運(yùn)公司、加工商、倉儲(chǔ)服務(wù)供應(yīng)商、配送服務(wù)供應(yīng)商。同樣的，服務(wù)成本 僅考慮五個(gè)主要的服務(wù)環(huán)節(jié)：運(yùn)輸成本、港口服務(wù)成本、加工成本、倉儲(chǔ)作業(yè)成 本、配送成本。2）模型中提到的港口服務(wù)僅指港口的基本服務(wù)，如裝卸服務(wù)等。3）在一定時(shí)期范圍內(nèi)，成本參數(shù)是穩(wěn)定的。4）供應(yīng)鏈服務(wù)節(jié)點(diǎn)企業(yè)之間的距離，將會(huì)使貨物

3、在移交過程中發(fā)生運(yùn)輸費(fèi)用， 產(chǎn)生運(yùn)輸時(shí)間，模型設(shè)定運(yùn)輸費(fèi)用僅與兩節(jié)點(diǎn)間的距離和貨物量有關(guān)，運(yùn)輸時(shí)間 僅與距離有關(guān)，單位運(yùn)輸成本系數(shù)和時(shí)間系數(shù)設(shè)置為恒定。P臨近銷售地B。2.2 設(shè)定模型參數(shù)及決策變量k：貨物種類索引號(hào)，kwl,2,K,K;a：貨源地（供應(yīng)商）；b:銷售地（客戶）；p：港口（港口裝卸服務(wù)提供商）的索引號(hào)，pwl,2,K,P;e：船運(yùn)公司白索引號(hào)，e d,2,K ,E?;i :加工服務(wù)供應(yīng)商的索引號(hào)，i wl,2,K ,I；j :倉儲(chǔ)服務(wù)供應(yīng)商的索引號(hào)，j w1,2,K ,J;g:配送服務(wù)供應(yīng)商的索引號(hào)，gw l,2,K ,G;v:物流服務(wù)供應(yīng)商的索引號(hào)，vw p,e,i, j,g

4、;f：構(gòu)成港口供應(yīng)鏈的備選成員的索引號(hào)，f w a,b, p,e,i, j, g；m,n：三類供應(yīng)鏈服務(wù)節(jié)點(diǎn)（港口、加工商、倉儲(chǔ)服務(wù)供應(yīng)商）的索引號(hào)，貨物可以從這三個(gè)節(jié)點(diǎn)處運(yùn)往銷售地，m, nw p,i, j）且m # n ；Lap：貨源地a到港口 p的距離;Lmb：供應(yīng)鏈服務(wù)節(jié)點(diǎn)mi勝肖售地b的距離；Lmn ：供應(yīng)鏈服務(wù)節(jié)點(diǎn) mg之間的距離；CUvk： LSP v為貨物k提供服務(wù)的成本；CR:兩個(gè)供應(yīng)鏈服務(wù)節(jié)點(diǎn)m n之間移交貨物所產(chǎn)生的運(yùn)輸成本；口 ：貨物移交的單位運(yùn)輸成本系數(shù)；TUvk： LSPv為貨物k提供服務(wù)所需的時(shí)間（倉儲(chǔ)服務(wù)時(shí)間僅指作業(yè)時(shí)間，如出入庫時(shí)間、揀貨時(shí)間等，庫存時(shí)間不包含

5、在內(nèi)）；TR:兩個(gè)供應(yīng)鏈服務(wù)節(jié)點(diǎn)m n之間移交貨物所需要的時(shí)間；P :貨物移交所需要的時(shí)間的系數(shù)；Tvk： LSP v向貨主承諾的服務(wù)時(shí)間；Tvk： LSP v對貨物k完成服務(wù)的實(shí)際時(shí)間；Mv： LSP v所能提供的最大服務(wù)能力;”：供應(yīng)鏈上各種不同類型服務(wù)的柔性權(quán)重系數(shù);Xk :貨物k的需求量;C :供應(yīng)鏈運(yùn)行總成本T :供應(yīng)鏈服務(wù)時(shí)間F :供應(yīng)鏈柔性Yf：是一個(gè)0、1變量，當(dāng)其為1時(shí)，表示備選成員f被選為港口供應(yīng)鏈上的協(xié)作企 業(yè)，否則為0;2.3 目標(biāo)函數(shù)2.3.1 供應(yīng)鏈運(yùn)行總成本最小E KP Kmine 二二 YeCUek(Xk,Lap)U : YpCUpk(Xk)e 3 k Wp 工

6、 kJI KJ KYeuuXk)-/ / YjCUjk(xji 1 k=1jW k WG K+£ £ YgCUgk(Xk,L)+CR(1)g W k=1其中，1)第一種情況：a-p-i-j-b(從港口卸貨后，加工，倉儲(chǔ)，配送)IJJ BKP II J即當(dāng) £ Y=1 且 £ Yj=1 時(shí)，L=££ YjYbLjb , CR=£ 豆 Xk工 YpYiLpi+ZZ YYjLj)i 1j 1j =1 b=1kdpiiTi =1 j d2）第二種情況：a-p-i -b（從港口卸貨后,加工，配送）IJ即當(dāng)Y =1且Yj=0時(shí), imj

7、 WI BKP IL=s £ YYbLib , CR芝 «Xk(Z Z YpYLpi);i =1 b3k Wp=1 i 13）第三種情況：a-p- j-b（從港口卸貨后,倉儲(chǔ)，配送）專業(yè)知識(shí)分享IJ即當(dāng)£ Y =0且工Yj =1時(shí),i 1j 1J BKP JL=£ Y YjYbLjb , CR=£ «Xk(Z £ YpYjLpj);j Z1 bdk 1pd j 14）第四種情況：a-p-b （從港口卸貨后，直接配送）IJP B即當(dāng) £ Y =0且 Yj Yj =0時(shí)，L=Z Yp YpYbLpb , CR=0;i

8、1j 1p 4 b J港口供應(yīng)鏈運(yùn)行總成本C包括：供應(yīng)鏈上各環(huán)節(jié)的服務(wù)成本（海運(yùn)成本、港 口裝卸成本、加工成本、倉儲(chǔ)作業(yè)成本、配送成本）；以及兩服務(wù)節(jié)點(diǎn)間移交貨 物產(chǎn)生的成本。式（1）是表示供應(yīng)鏈總成本最小的目標(biāo)函數(shù)。式（2）是求貨物 配送距離的函數(shù)，表示若貨物不需加工、倉儲(chǔ)服務(wù)，則直接從港口卸載后運(yùn)往銷 售地；若貨物只需加工不需儲(chǔ)存，則貨物直接從加工地運(yùn)往銷售地；若貨物要儲(chǔ) 存，本文設(shè)定無論貨物是否需要加工，均可認(rèn)為貨物是從倉儲(chǔ)地運(yùn)往銷售地（貨 物在倉儲(chǔ)后配送前進(jìn)行加工的地點(diǎn)一般仍是倉儲(chǔ)地點(diǎn)）。式（3）是貨物的移交成 本函數(shù)，與距離和貨物量有關(guān)。2.3.2供應(yīng)鏈服務(wù)時(shí)間最短E KP Kmin

9、T ="' YeTUek(Lap) 一二二 YpTUpk(Xk)e4kTpTk 工I KJ K“ '、YTUik(Xk)八 '、YjTUjk(Xk) i 1 k=1j 1 k=1G K一二二 YgTUgk(L) TR g m(4)其中,1）第一種情況：a-p-i-j-bIJ即當(dāng)、Y =1且X =1時(shí),i 1j =1J BP II JL=Z£ Yj% , TR=P(££ YpYL.+£ £ YYj Lj) j =1 b=1p=1 i=1i=1 j=12）第二種情況：a-p-i -bIJ即當(dāng)、y =1且、X =0時(shí)

10、,i =1j =1I BP IL=££ YYbLib , TR=P(££ YpYLpi)； i 1 b=1p=1 i =13)第三種情況：a-p- j-bIJJ BP J即當(dāng)工 Y =0且 Z Yj =1 時(shí)，L=Z Z YjYbLjb , TR=P (Z Z YpYjLpj);i 1j 1jTbTpTjT4）第四種情況：a-p-bIJP B即當(dāng) £ Y =0且 Yj Yj =0時(shí)，L=z Yp YpYbLpb , TR=0；i 1j 1p 4 b J港口供應(yīng)鏈服務(wù)時(shí)間T包括：供應(yīng)鏈上各環(huán)節(jié)提供服務(wù)所需要的時(shí)間（海運(yùn) 時(shí)間、港口服務(wù)時(shí)間、加工時(shí)

11、間、倉儲(chǔ)作業(yè)時(shí)間、配送時(shí)間）；兩服務(wù)節(jié)點(diǎn)間移 交貨物所需的時(shí)間。式（4）是求供應(yīng)鏈服務(wù)時(shí)間最短的目標(biāo)函數(shù)。式（5）是貨 物的移交時(shí)間函數(shù)，與兩服務(wù)節(jié)點(diǎn)間的距離有關(guān)。2.3.3 供應(yīng)鏈柔性最大PEImaxF = J Yp(Mp -Q)&工 Ye(Me -Q)Y(Mi -Q)pMe=1i 工JG(6)Yj(M j -Q)gx Yg(Mg -Q)j 1g 1港口供應(yīng)鏈柔性F由五個(gè)部分組成：港口柔性、運(yùn)輸柔性、加工柔性、庫存柔 性、配送柔性。式（6）是求供應(yīng)鏈柔性最大的目標(biāo)函數(shù)。供應(yīng)鏈柔性的大小，與 各服務(wù)環(huán)節(jié)所能提供的服務(wù)能力與各環(huán)節(jié)貨物所需的服務(wù)量之間的差距空間有 關(guān)，柔性權(quán)重與可以通過對

12、比各服務(wù)環(huán)節(jié)的相對重要程度獲得。2.3.4 總目標(biāo)函數(shù)min Z =；：cC 二tT -；'F2.4約束條件K0<Z Xk <Mvk 1。£兀琵1（8）KX Xk=Q, VkW1,2,K ,K（9）k=1% +$ +颯 +% +（0g =1（10）二c .二t . =1EPIJG£ Ye =1, £ Yp =1, Z Yi =0或 1 , Z Yj =0或 1 , £ Yg =1 e 1p 1i 1j 1g 1其中：式（7）是能力約束條件，表示各LS次貨物提供的服務(wù)量應(yīng)不大于其 最大服務(wù)能力，如港口吞吐量不能超過港口的通過能力。 式（

13、8）是時(shí)間約束條件, 表示各LSPe際的服務(wù)時(shí)間不應(yīng)大于向客戶承諾的服務(wù)時(shí)間。式（9）和式（10） 是均衡約束條件，式（9）表示各類貨物量的總和應(yīng)等于在供應(yīng)鏈上運(yùn)行的總貨物 量；式（10）表示供應(yīng)鏈上各類服務(wù)柔性的權(quán)重系數(shù)之和應(yīng)等于 1。3粒子群算法上述的港口供應(yīng)鏈集成優(yōu)化模型是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化模型。目前，解決多目標(biāo) 優(yōu)化問題的比較著名的算法有遺傳算法、粒子群算法等。由于遺傳算法的編程實(shí) 現(xiàn)復(fù)雜且收斂速度慢，本文采用粒子群算法解決多目標(biāo)優(yōu)化問題。粒子群優(yōu)化算法8是一種基于迭代模式的優(yōu)化算法，其基本思想是將優(yōu)化問題 的每個(gè)潛在解看作D維搜索空間的一個(gè)“粒子”。粒子在搜索空間中以一定的速度 飛行，這

14、個(gè)速度根據(jù)它本身的飛行經(jīng)驗(yàn)和同伴的飛行經(jīng)驗(yàn)來動(dòng)態(tài)調(diào)整。所有的粒 子都有一個(gè)被目標(biāo)函數(shù)決定的適應(yīng)值，并且知道自己到目前為止發(fā)現(xiàn)的最好解， 叫做個(gè)體極值點(diǎn)（用pbest表示其位置）。這個(gè)可以看作是粒子自己的飛行經(jīng)驗(yàn)。 除此之外，每個(gè)粒子還知道到目前為止整個(gè)群體中所有粒子找到的最好解，稱為 全局極值點(diǎn)（用gbest表示其位置），這個(gè)可以看作是粒子的同伴的經(jīng)驗(yàn)。每個(gè) 粒子根據(jù)自己的當(dāng)前位置，當(dāng)前位置與自己最好位置之間的距離，以及當(dāng)前位置 與群體最好位置之間的距離來進(jìn)行迭代，改變自己的當(dāng)前位置，不斷迭代搜索尋 找最接近最優(yōu)解的帕累托解。為了更好的控制PS6探測、開發(fā)能力，Eberhart and Shi

15、 9提出了對基本粒 子群算法的改進(jìn)，即對速度更新方程加慣性權(quán)重 w。權(quán)重w將影響的全局和局部尋 優(yōu)能力，較大的w可以加強(qiáng)全局搜索能力，而較小的 w能加強(qiáng)局部搜索能力。本文在改進(jìn)的PSOT法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)適合港口供應(yīng)鏈多目標(biāo)優(yōu)化模型的算 法。將港口供應(yīng)鏈上的備選成員作為 Dffi空間的粒子。為了保證粒子的每一維數(shù)值 為備選企業(yè)，粒子的速度向量的每一維都必須取整數(shù)，整數(shù)區(qū)間為供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn) 企業(yè)的備選個(gè)數(shù)。如設(shè)定Ye是代表船運(yùn)公司的粒子，Ye的速度向量的每一維都取區(qū) 問1,E上的整數(shù)。并且在每次迭代后，需要對粒子進(jìn)行向上的取整處理。粒子的 速度和位置是有上下界限制的，如Ye的速度取值范圍為-（E-1

16、）,（E-1）,位置的取 值范圍為1,E。以港口供應(yīng)鏈集成優(yōu)化模型的三個(gè)目標(biāo)函數(shù)作為適應(yīng)信函數(shù)。用改進(jìn)的粒子群算法實(shí)現(xiàn)港口供應(yīng)鏈多目標(biāo)優(yōu)化的算法步驟如下：Stepl:生成種群，初始化粒子的位置和速度，以及群體規(guī)模。Step2:對每個(gè)粒子進(jìn)行速度和位置的更新。位置更新： vk* = wVik +cji（pbestik Xid）+c2r2（gbestid -x：）速度更新：X：# = Xik +丫產(chǎn)Step3:計(jì)算出每個(gè)粒子的適應(yīng)值，即成本目標(biāo)、時(shí)間目標(biāo)、供應(yīng)鏈柔性目標(biāo) 的函數(shù)值。Step4:將每個(gè)粒子的當(dāng)前適應(yīng)值與個(gè)體極值比較，如果優(yōu)于pbest,則更新粒子的pbest。Step5:將每個(gè)粒子的

17、適應(yīng)值與全局極值比較，如果優(yōu)于gbest ,則更新粒子的 gbest。Step6:如果達(dá)到最大迭代次數(shù)或滿足精度要求，則停止，輸出全局最優(yōu)適應(yīng) 值及其位置；否則，返回步驟Step3繼續(xù)搜索。4仿真算例現(xiàn)有一批貨物X要從A地運(yùn)往B地，貨物總量為100t, B地正好靠近港口 P, 臨近港口 P處有兩家裝卸服務(wù)提供商pi, p20在這條港口服務(wù)供應(yīng)鏈上一共有三家 備選的船運(yùn)公司 e、e、e3,三家加工服務(wù)供應(yīng)商i i、i 2、i 3,兩家倉儲(chǔ)服務(wù)供應(yīng) 商jl、j2,三家配送服務(wù)供應(yīng)商gi、g2> g3o應(yīng)客戶要求，貨物卸載后，需要對貨 物進(jìn)行簡單的加工，稍后運(yùn)到倉庫暫時(shí)存放，需要時(shí)直接運(yùn)往銷售

18、地B處。根據(jù)客戶的要求，需要對船運(yùn)公司、裝卸服務(wù)提供商、加工服務(wù)供應(yīng)商、倉儲(chǔ)服務(wù)提 供商（倉儲(chǔ)服務(wù)時(shí)間指作業(yè)時(shí)間，不包含存放時(shí)間）、配送服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行選擇， 確定最優(yōu)的供應(yīng)鏈協(xié)作企業(yè)集成方案。算例中所需用到的參數(shù)信息如表13。（第一種情況：a-p-i-j-b ）仃C = 0.42 ,仃T =0.36 ,仃F =0.22表1優(yōu)化模型的主要參數(shù)值（1/3）CUTUMei1200+200 X3.2110e1800+350 X2.0150e31000+280 X2.7120pi200+140X0.04+0.03 X300P2300+120X0.03+0.05 X280ii500+120X0.10+0.025 X110i2200+130X0.08+0.023 X110i 3250+125X0.09+0.021 X100j1300+120X0.04+0.05 X290J2250+130X0.05+0.03 X270gi160