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危险化学品可靠性选址运输问题研究
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  • 用途:硕士毕业论文 Master Thesis
  • 编辑:若诗
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  • 论文字数:34776
  • 论文编号:el2021042810404422092
  • 日期:2021-04-30
  • 来源:上海论文网
本文是物流管理论文,本文的主要工作如下:(1)数值对比实验揭示了建模过程中考虑仓库故障的必要性和重要性,与同类方法的比较显示了模型的优越性,随机测试实验验证了模型的稳定性。实例研究的实验结果显示可靠性选址分配模型降低了8.33%的系统风险和1.92%的系统成本,并获得如下管理启示:危化品物流网络设计中,考虑仓库可靠性对于中长期决策是必要且重要的。企业决策者应该在考虑所有仓库故障情景的基础上,集成优化选址和分配问题,并提前优化出每一种仓库故障情景下的应急预案,只有这样才能获得更好的中长期决策效果。研究了基于多仓库故障的危化品可靠性选址分配问题。在建立仓库故障情景集合的基础上,构建了两阶段整数规划模型,该模型能够解决实际应用中存在多仓库同时故障且仓库故障概率无法量化的问题。因此,本论文结合考虑战略和战术层面,利用运筹优化理论集成研究选址和运输问题,对于实现物流系统的整体最优具有重要的现实意义。在危化品物流企业的实际运营中,仓库升级改造和储存设备的维护保养可能会导致仓库在一段时期内无法使用的情景。
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第一章绪论

 

在危化品物流设计中,仓库选址是战略决策,而运输优化是战术决策,因此传统的文献较为注重对选址和运输两个问题进行独立研究,但这往往会导致难以实现物流系统的整体最优。从管理学和运筹学的角度讲,战略指导战术,但战术又是战略的基础,二者密切联系、协调统一。仓库选址作为战略决策,具有中长期的效果,会对储存风险和成本产生直接的影响并对运输风险和成本产生间接的影响。运输决策作为战术决策,能够通过优化顾客对已选仓库的分配来直接降低运输风险和成本,并间接降低储存风险和成本。此外,停电、危化品事故、仓库租用合同到期等因素也可能会造成仓库无法使用的后果。如果在决策之前不考虑这些仓库故障的情景,很可能会给企业带来更高的风险和损失。一方面,仓库故障往往会造成危化品库存数量的短缺,如果在决策前不考虑库存减少导致的供货短缺,不仅会给企业带来经济上的损失,而且还可能会对企业的商誉造成一定的影响。另一方面,仓库故障之后需要重新分配顾客,如果进行仓库选址决策前不考虑仓库的可靠性,往往会导致更高的运输风险和成本。因此,危化品可靠性选址运输集成优化问题具有重要的研究价值和现实意义。

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第二章基于单仓库故障的危化品可靠性选址分配问题研究

 

2.1基于单仓库故障的危化品可靠性选址分配问题描述
本章研究一个由多仓库和多顾客构成的危险化学品物流网络设计问题,需要做出选址和分配的决策。由于危化品仓库存在一定的故障概率,并且仓库选址又是一个无法在短期内改变的中长期决策,因此在决策时如果不考虑仓库的可靠性,可能会在实际运营中产生更大的风险和成本。本章的目标是构建一个基于单仓库故障的危化品可靠性选址分配模型。模型的目标函数为最小化储存风险和系统运输风险,其中系统运输风险为所有仓库故障情景下运输风险的加权和。模型需要解决以下问题:(1)最优的仓库选址;(2)每个被选择仓库的危化品存储量:(3)最优的分配(运输)方案;(4)每种仓库故障情景下的分配(运输)应急预案。在实际运营中,许多企业在决策时只需要考虑基于单仓库故障的可靠性选址问题。这是因为企业一般会依次分别对仓库和储存设备升级保养,基本不会出现多个仓库同时维护、维修的情况;现实生活中基本不会出现两个仓库同时发生危化品事故的情况。因此本章假设每次最多只有一个仓库发生故障,并通过故障情景分析研究基于单仓库故障的危化品可靠性选址分配问题,而基于多仓库故障的危化品可靠性选址分配问题将在下一章节研究。

 

2.2符号系统
鉴于危化品事故对社会和环境造成危害的严重性,危化品物流网络设计通常把最小化风险做为首要的优化目标。由于选址是一个中长期的决策,如果建模过程中不考虑可靠性,可能会导致更大的风险和成本,给企业带来一定的损失和影响。因此,模型的目标是最小化所有仓库故障情景下运输风险的加权和。此外,本着优化决策过程中需要未雨绸缪的管理理念,模型需要决策出每一种故障情景下的分配(运输)方案来最小化仓库故障导致的风险提升和成本增加,即提前为决策者制定出仓库故障情景下的分配(运输)应急预案。最后,由于危化品事故主要发生在储存和运输两个环节,因此模型在选址过程中还会考虑备选仓库的储存风险。为了便于公司管理,设定在仓库正常和任何故障的情景下,每位顾客都只能接受一个仓库的服务。此外,每一个备选仓库的容量都是有限的。在所有仓库都无故障的情景下,每一位顾客的需求都必须满足。在任何仓库故障的情景下,都必须满足顾客的最小供应量,但是不能满足的顾客需求将招致缺货惩罚。

 

第三章基于多仓库故障的危化品可靠性选址分配问题研究..................39
3.1基于多仓库故障的危化品可靠性选址分配问题描述...............40
3.2符号系统..............40
3.3基于多仓库故障的危化品可靠性选址分配模型建立..............42
3.4算法设计..............45
第四章基于单仓库故障的危化品可靠性选址路径问题研究..............53
4.1基于单仓库故障的危化品可靠性选址路径问题描述..............54
4.2符号系统..............56
4.3基于单仓库故障的危化品可靠性选址路径模型建立..............57
4.4粒子群-遗传混合算法..............63
第五章基于多仓库故障的危化品可靠性选址路径问题研究.........71
5.1基于多仓库故障的危化品可靠性选址路径问题描述.........71
5.2符号系统.........73
5.3基于多仓库故障的危化品可靠性选址路径模型建立.........75
5.4基于聚类的粒子群-遗传混合算法.........78
5.5数值算例.........79

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第六章随机运输风险下危化品可靠性选址路径问题研究

 

6.1随机运输风险下危化品可靠性选址路径问题描述
本章在上一章问题的基础上进一步拓展,进行随机运输风险下危化品可靠性选址路径问题研究。在危险品物流网络中,不同路径上的运输风险一般会有差异,但即使相同路径上的运输风险往往也不是确定的。这是因为危化品运输风险具有时间依赖特征,即使同一车辆在同一路径上运输,只要运输时段不一样,运输风险也会伴随运输路径附近人数的变化而发生改变。除此之外,天气、事件等相关因素也会对运输风险产生一定的影响。虽然运输风险在危化品物流中无法准确预测,但是它们可能会服从某种随机分布。因此,本章将运输风险设定为随机变量,构建随机运输风险下的随机机会约束模型。此外,上一章研究设定仓库的故障概率是相同的。事实上,在一些场景下,候选仓库的故障概率是有差别的,因此本章的研究中,危化品仓库设定为具有不同的故障概率。考虑到每一位顾客的送货时间不同,设定每一辆车每次只能服务一个顾客。仓库的选址位置一般位于不同的地理区域且具有较远的的距离,停电、停水等因素往往也只是造成某一区域的单个仓库故障
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6.2符号系统
本章研究了随机运输风险下危化品可靠性选址路径问题,考虑到每个路段上的运输风险是一个随机变量,构建了随机机会约束模型。模型的目标函数是最小化系统成本,机会约束是要求系统风险小于等于一个给定阈值的概率不小于置信水平a。由于不同路段的运输风险可能服从不同的随机分布,导致不能将模型转化为确定性模型。本章设计了基于蒙特卡洛模拟的粒子群-遗传算法对模型进行求解。数值算例表明随机机会约束模型同确定性模型相比可以大幅地降低系统成本。本文基于危化品可靠性选址分配和选址路径问题,从单仓库故障和多仓库故障以及确定性和随机性运输风险的角度,多维度地展开了危化品可靠性选址运输问题的研究。研究成果丰富了可靠性选址问题,选址分配问题,选址路径问题等一系列决策问题的理论,可用于指导危险化学品中小企业来选择租用仓库、制定运输配送方案、制定仓库故障情景下的应急预案,从而降低企业的风险和成本,提高物流系统的效率和企业竞争力。
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第七章结论与展望

 

本研究提出了五个问题:基于单仓库故障的危化品可靠性选址分配问题,基于多仓库故障的危化品可靠性选址分配问题,基于单仓库故障的危化品可靠性选址路径问题,基于多仓库故障的危化品可靠性选址路径问题和随机运输风险下危化品可靠性选址路径问题。针对这些问题分别建立了模型并设计了算法。模型的第一阶段选定租用的危化品仓库,决定租用仓库中危化品的储存量以及仓库正常情景下危化品的运输分配方案。根据第一阶段选定租用的危化品仓库,模型的第二阶段决策每一种仓库故障情景下的危化品运输分配预案。为了求解此整数非线性规划,设计了三种智能算法。数值算例得出针对选址分配问题粒子群算法的求解效率要优于模拟退火算法和蚁群算法的结论。(3)研究了基于单仓库故障的危化品可靠性选址路径问题。将可靠性选址问题引入到危化品选址路径问题中进行集成优化,并针对危化品系统风险和系统成本的三种不同优先级情景,建立了基于单仓库故障的危化品可靠性选址路径目标规划模型。针对危化品可靠性选址路径问题的复杂性,设计了粒子群-遗传混合算法,其中采用粒子群算法来求解选址问题,对于每一个选址决策后求解路径选择的问题,则采用遗传算法。数值算例显示粒子群-遗传算法的收敛速度和求解效果要优于单纯的粒子群算法和遗传算法。本研究不仅可以促进危化品物流行业的高速可持续发展,而且可以降低危化品事故对企业、社会和环境造成的伤害,因此具有重要的现实意义。
参考文献(略)