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多式联运物流：财务，运营和服务问题的相互作用
摘要
该研究涉及由物流服务提供商运营的区域间，枢纽，多式联运物流网络的战略规划。禁忌搜索元启发式用于解决数学优化模型，该模型将用于交互枢纽位置分配问题的p-hub中值模型扩展到多式联运物流领域。基于美国货运流量子集的实证研究表明，多式联运物流网络在其枢纽位置，网络结构以及直接和集中间货运的使用方面与传统的公路物流网络存在显着差异。此外，多式联运物流网络对服务要求和成本的变化更为敏感。
1.介绍
竞争激烈的市场需要高效且有效的物流战略。这种战略旨在合理的时间内以具有竞争力的成本管理地理位置分散的供需区域的货物。为了满足这些需求，多式联运物流网络提供了一种可行的选择(Arnold等，2004; Gooley, 1997)。在联运网络中，货物通过使用联运集装箱以无缝方式在从原点到目的地的旅程中使用多种运输方式(Craini等,2007: Slack ,1990; Slack, 2001)。然而，这种物流网络的设计和管理受到现有交通基础设施，模式转移点的位置和物流成本结构的限制(Warsing等，2001)。
多式联运物流的增长最初源于市场的全球化。GATT和NAFTA等区域和全球贸易协定促进了这种全球化(MeCalla, 1999)美国国内货运市场的多式联运货运量也在增加。即使在目前滞后的经济条件下，国内多式联运的使用也在稳步增长(IANA,2008)。对多式联运的持续需求为JB Hunt, Schneider Nationa1和Swift等物流公司带来了高额红利，后者为其客户提供国内多式联运服务(Schwartz, 1992)。
与传统的OTR网络相比，多式联运物流利用其组成运输模式的优势来提供有竞争力的服务( Macharis和Bontekoning, 2004) 。在多式联运物流网络中整合模式提供了在起点和目的地之间运输货物的方法，既经济又可操作(Slack, 1990)。多式联运网络的竞争力不仅基于较低的成本，而且基于运输能力。这些功能的特点是重量，体积,访问和运输时间性能。OTR网络在运输重量和体积方面的局限性通过重量/克服铁路容量能力：通过使用公路来提取和运输多式联运(即拖车)，可以克服进入铁路的限制。
多式联运物流提供的机会超越了卡车(TL) 运输的替代品。多式联运服务也是为低于卡车(LTL) 的货物而设计的。铁路运输公司Union Pacific和Norfolk Southern提供的EMP国内集装箱计划等服务为LTL运营商提供了将多式联运组件集成到其卡车 /包装处理业务的机会。在联合太平洋蓝色条纹服务和铁路高级集装箱服务等项目下，铁路轨道上的多式联运列车的优先顺序为许多主要市场提供了有竞争力的运输时间。运输公司联合服务公司(UPS)已经在使用多式联运服务。UPS最初是一家使用航空运输的包裏运输公司，为其运营增加了公路和铁路运输。他们对公路/铁路/航空的使用己扩大到UPS现在是美国最大的多式联运服务客户的程度。
多年来，基于枢纽的网络结构已经发展，用于移动多式联运。基于枢纽的多式联运网络的出现表明，规模经济是其使用背后的主要力量(Slack, 1990)。由于多式联运网络是其各自单模式网络的扩展，因此中心网络已经成为最适合多式联运的网络结构(Bookbinder和Fox，1998)。
在中心辐射物流网络中，由于运输方式之间的流量集中，实现了成本节省。这种流量集中创造了规模经济。密变是通过将低于卡车的货物合并为集装箱运输米降低单位运输成本，实现了规模经济。密集经济是通过固定距离上的公路/铁路/空运的高负荷系数实现的。规模经济创造了非线性费率结构，其中单位运输成本是运输量的非增加函数。多式联运铁路和空运的成本结构基于集装箱装载，并且与道路运输成本本质上不同。
该研究侧重于为多地区客户群提供服务的物流服务提供商的基于枢纽的物流网络的设计和管理。这样的服务提供商通过使用不同的运输方式(例公路，多式联运和空运)来管理始发地和目的地之间的货物。在战略规划层面，这样的物流服务提供商必须制定关于物流中心位置的一般长期政策，用于货物处理(合并，分段和散货)，货运路线政策，运输方式的选择和相关的货运流量水平，资源需求的规划和服务设计。
这种组织的枢纽网络设计涉及识别物流枢纽的数量和位置以及每个枢纽服务的货物分配。在这项研究的背景下，物流中心是一个接收，合并或分解和发送货物的货物处理设施。这样的物流枢纽可具有对其他承运商或服务提供商操作的公路，联运铁路或空运站进行交流。用于在运输方式之间移动货物的模式(公路，铁路或空中)的选择取决于引用给客户的服务要求与每种模式相关的运输成本之间的权衡。货物的多式联运通过服务于特定模式的承运人提供的服务进行管理。货物运输过程中的运输可以通过物流服务提供商拥有的私人资产来完成，例如JB Hunt等公司的情况，或者通过使用第三方运营商，如公司的情况，如Landstar Logistics。
本研究的分析重点是多式联运物流网络的财务，运营和服务方面。对于大量公司而言，物流网络的设计是基于公路货运本研究旨在确定在物流网络中使用多式联运的经济效益。使用多式联运的任何经济利益也可能改变最佳物流网络的结构。该研究分析了由于使用多式联运而导致的枢纽位置和服务区分配的变化。在物流中心提供多式联运服务的成本，即模态连接成本，可以作为任可潜在经济利益的权衡。分析了模态连通性成本与模态选择之间的相互作用。
物流网络的性能可以根据不同的指标来衡量，例如成本，服务频率，服务时间，交付可靠性，灵活性和安全性(Beu the和Bouffioux, 2008) 。在这项研究中，总的网络成本和服务时间被用作性能标准(Crainic和Laporte, 1997) 。更具体地说，本研究中使用的模型可最大限度地降低总网络成本，同时满足最大服务时间要求。该研究调查了服务时间要求对网络流量和运输方式网络设计的影响。
为了进行上述分析，本研究开发了一种新颖的建模框架和解决方案。将多分配p-hub中间方法扩展到多式联运物流领域，建模框架适应各个运输方式的运营结构，枢纽运输整合对运输成本的影响，模式之间的相互作用，运输时间延迟和服务时间要求。它还使用定位多式联运枢纽的固定成本和模态连接成本作为开放新枢纽设施和降低总运输成本之间的权衡。在运输方式上选择模态连接时，该模型将多式联运选项与0TR选项进行比较。模态连接成本由特定运输方式上服务的模式类型指定。
本文的其余部分安排如下:第2节介绍了多式联运物流网络领域的先前研究，并确定了这项工作的贡献。第3节描述了多式联运物流枢纽网络的建模框架和数学模型。第4节介绍了一种解决方法，该方法将原始问题重新定义为无容量的设施位置问题，并使用禁忌搜索元启发式解决它。这种方法是在一系列数据集上进行测试。该实验研究的结果在第5节中报告。第6节通过基于现实世界物流数据的案例研究开发了对多式联运网络的管理洞察，第7节总结了本文。
2.文献
本节介绍了多式联运物流网络文献，该文献提供了背景并为此研究建立了框架。本文提出的研究借鉴了文献中与交互枢纽位置分配问题和凹面成本网络设计相关的概念。本节还确定了本文提出的研究在多式联运物流中的贡献。
联运枢纽网络可以用图表来表示， 其中节点代表需求和供应点，而弧代表节点之间的运输链路(Guelat等，1990) 。该网络中多式联运枢纽的最佳位置取决于许多因素，例如网络服务的起点和目的地之间的流量，运输成本，规模经济，服务时间性能，模态连接和固定成本(Merrina等，2007) 。传统的单模网络设计模型忽略了多种模式之间的相互作用，成本结构的差异，模态连接和服务时间权衡(Machar Bontekoning, 2004) 。由于模式在优势和劣势方面存在固有的脱节，因此需要采用综合建模方法(Merrina等，2007) 。
在以前的文献中，研究人员研究了区域和国家货运网络设计，重点是交通网络基础设施及其组成部分，如码头和链路(Crainic和Laporte, 1997) 。这一研究重点是设计多模式网络以规划区域间商品流动。该领域的早期工作之一是Harker(1987)，它将一般空间价格均衡模型扩展到包括对应于不同服务水平的附加链接。Crainic等 (1990) 开发了STAN，一种用于规划货运的交互式图形系统，具有使用多种模式的规定。盖拉特等人 (1990) 开发了一种最小成本的多商品，多模式网络流量问题，将多种产品分配给多种模式。该模型及其基于“最短路径与传输”的算法解决方案嵌入在上述STAN软件中。本研究中使用的联运网络设计的枢纽位置分配方法建立在这种多模式流量分配方法的基础之上。但是，本研究中使用的中心位置分配方法包括问题的中心位置方面以及多模式流的路由。
Slack (1990) 将区域多式联运枢纽描述为货物处理设施，该设施将服务区域的货物合并，并使用不同的运输方式运往其他地区。这种整合可以实现集装箱问转运的规模经济。每个运输方式都使用卡车为区域市场提供接送和交付给各自的客户。多式联运枢纽网络设计的相关工作之一 是Arnold等人的工作。 (2001年)。在公路铁路运输网络中，他们将转移点定义为各个运输网络相交的节点。在线性运输成本框架内使用二元线性规划方法，他们的模型为每个起始点到目的地对选择转移点。在他们以前的工作的更新，阿诺德等人(2004) 开发了一种基于固定电荷网络设计的新配方。这种基于弧的建模方法减小了先前配方的尺寸。在局部搜索启发式中使用最短路径方法解决了他们的问题。这种基于最短路径的方法类似于Storchi (2001) ，他们使用最小成本网络流量公式来为起始一目的地对开发最短路径。
对于公路驳船运输网络，Groothedde等(2005)综合了驳船运输的大失运量和更快的公路运输速度。在时间变化的需求情况下，需求的较大稳定比例通过公路驳船枢纽网络发送，而需求的高度变化部分则通过卡车直接发送。通过使用基于最短路径方法的局部搜索过程来解决网络设计问题。
Racunica和Wynter (2005) 讨论了铁路网络规模经济的概念。虽然这项工作仅基于铁路网络，但它突出了铁路枢纽网络规模经济的重要性。由于更高的设备轮换，更低的人员成本和更高的列车频率，实现了成本节约。再加上公路和航空枢纽网络中存在规模经济这一事实，本文讨论的公路/铁路/航空多式联运枢纽网络也可以利用这些规模经济。
在他们设计公路铁路多式联运网络的工作中，Limbourg和Jourquin (2009) 使用可变成本处理运输方式的流量，称为转运成本，以及运输成本。位置的单位转运成本取决于通过该位置的流量。解决方案方法首先使用单位转运成本的初始估计来解决公路运输网络中的枢纽网络设计问题。此步骤标识最佳运输方式位置，用于根据最低成本模式(公路或铁路)路由所有始发地到目的地流。单位转运成本根据产生的流量分配进行更新。网络设计通过更新的转运成本进行了重新优化。迭代地重复这些步骤，直到总成本不再降低。
在现代供应链中，公司通过高效和有效的物流运作获得竞争优势。物流网络的性能不仅基于物流成本而且基于服务时间来评估。公司寻求采用物流网络，在提供满意服务的同时降低成本(Aykin, 1995) ，格罗特德等(2005) 在模型公式的目标函数中使用了过境时间的罚金。目标找到最小化成本的枢纽位置，包括与时间相关的成本。Chen(2008)等人采用了类似的方法用于仅限公路的网络。在时间敏感的中枢网络领域的另一项工作是Campbe11(2009)，其中在约束集中使用服务时间要求以确保符合服务时间要求。这项工作与纯公路网络有关。
为了突出本研究的贡献，表1总结了相关文章的内容，并将其与本研究进行了比较。可以看出，这项研究扩展了多式联运枢纽网络文献，同时考虑了更大的公路/铁路/航空联运网络。这项工作的一个贡献是将服务时间要求整合到关于多式联运枢纽的位置和客户对枢纽的分配的决策中。虽然Groothedde等人(2005) 在他们的工作范围内使用过境时间，他们没有对网络设计施加在何服务时间要求。这项研究的另一个贡献是使用非线性运输成本。Racunica和Wynter (2005) 使用非线性运输成本，但没有考虑服务时间或模态连接成本。与Racunica和Wynter的工作相比,这项工作在枢纽之间使用三种交通方式(公路，铁路和航空)，而不仅仅是铁路。Gro- othedde等(2005) 研究了公路铁路多式联运网络，但他们的重点是开发一种启发式算法，而不是像在这项工作中那样使用数学建模方法。Limbourg和Jourquin (2009) 使用了类似的建模方法(p- hub中位数)作为当前的工作。但是，这项工作与非线性经济规模，固定枢纽位置成本，模态连接成本和服务时间要求的使用不同。此外，他们使用p-hub中值方法仅限于一种模式(道路)，而这项工作将其应用于多式联运网络。这项工作也与Arnold等人不同。(2001年) 和阿诺德等人。(2004年) ，在使用非线性运输成本，模态连接成本和服务时间要求。
本研究中使用的建模方法是将多式联运枢纽网络的设计制定为交互枢纽位置分配问题。O#39; Kelly (1986) 首先研究了相互作用的枢纽位置分配问题，用于单个和两个运输方式的快递网络。后来他提出了这类问题的二次整数公式(O#39; Kelly, 1987) 。他表明这是一个NP难题，提出了两个基于枚举的启发式算法。Klincewicz (1991) 开发了一种基于节点聚类的局部邻域搜索启发式算法。Campbell (1992, 1994)创造了术语p-hub中位数来描述这个问题。他通过重新定义流量变量，为O#39; Kelly (1987) 的二次方程式开发了线性公式。坎贝尔还确定了两个版本的p- hub中值问题:单分配和多分配。在单分配版本中，每个非运输方式节点都被分配给唯一-的运输方式节点， 而不管目的地如何。另一个版本，多重分配允许非运输方式节点根据货件的目的地使用不同的运输方式。本研究使用了多分配版本的运输方式网络设计方法。Skorin Kapov
资料编号：[5365]
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