馬華偉，梁泰鵬，劉 彬，盛 巧

（合肥工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，安徽 合肥 230002）

基于3D打印技術(shù)的物流運(yùn)輸體系研究

馬華偉，梁泰鵬，劉 彬，盛 巧

（合肥工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，安徽 合肥 230002）

基于3D打印技術(shù)，在物流運(yùn)輸配送體系中引入3D打印服務(wù)商，利用信息傳遞替代了傳統(tǒng)模式中生產(chǎn)商運(yùn)輸商品到配送中心的環(huán)節(jié)，建立以運(yùn)輸配送成本最小化為目標(biāo)并且考慮運(yùn)輸損耗的新型物流運(yùn)輸配送模型。結(jié)合具體算例，利用Lingo精準(zhǔn)求解運(yùn)輸配送成本，與傳統(tǒng)模式下的成本進(jìn)行比較，證明新模式具有成本優(yōu)勢(shì)。

3D打??；物流配送；運(yùn)輸體系；線(xiàn)性規(guī)劃

1 引言

3D打印技術(shù)，又稱(chēng)快速成型技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的增材制造技術(shù)。3D打印技術(shù)憑借傳遞數(shù)字文件以代替實(shí)物運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，將對(duì)物流行業(yè)產(chǎn)生沖擊，例如，3D打印技術(shù)僅需用兩個(gè)小時(shí)即可制作完成傳統(tǒng)國(guó)際物流需要一周才能運(yùn)達(dá)的物品。引入3D打印技術(shù)是未來(lái)物流行業(yè)提高運(yùn)輸速度與降低配送成本的一條可行之路[1]。

3D打印技術(shù)國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在教育、醫(yī)學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)、航空航天等領(lǐng)域。3D打印技術(shù)憑借其高效、精準(zhǔn)的特點(diǎn)打印骨骼、模具、零件等相關(guān)物品用以醫(yī)療、制造及應(yīng)用[2-5]。除此之外，也有一些人對(duì)3D打印材料[6]、3D打印技術(shù)應(yīng)用于圖書(shū)館[7]及3D打印技術(shù)專(zhuān)利侵權(quán)問(wèn)題[8]進(jìn)行了研究。在探究3D打印技術(shù)對(duì)物流行業(yè)發(fā)展的影響方面，除物流技術(shù)編輯部（2013）進(jìn)行過(guò)零散解讀以及喬益民[9]對(duì)3D打印在包裝容器成型中的研究外，金玉然[1]和馬國(guó)偉[10]從宏觀(guān)局面上就3D打印技術(shù)對(duì)全球物流戰(zhàn)略性影響和對(duì)供應(yīng)鏈的影響分別進(jìn)行了分析。

現(xiàn)有的3D打印技術(shù)對(duì)物流行業(yè)影響的研究均為宏觀(guān)上的定性分析，缺乏定量研究的數(shù)據(jù)支撐。為探究引入3D打印技術(shù)后能否降低運(yùn)輸成本，筆者在此提出了一種基于3D打印技術(shù)的新型物流運(yùn)輸配送模式，并構(gòu)建物流成本模型，利用混合整數(shù)規(guī)劃求解模型，設(shè)立算例并與傳統(tǒng)物流配送模式進(jìn)行定量比較，體現(xiàn)新模式下物流成本的優(yōu)越性。

2 問(wèn)題描述及模型構(gòu)建

傳統(tǒng)路徑優(yōu)化問(wèn)題方面的研究都是通過(guò)改進(jìn)算法或適當(dāng)選址來(lái)降低運(yùn)輸配送成本[11-12]，然而引進(jìn)3D打印技術(shù)后，利用其可以通過(guò)電子數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问教娲鷮?shí)物運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，直接改變物流運(yùn)輸配送的模式，兩種模式對(duì)比如圖1、圖2所示。

當(dāng)確認(rèn)顧客訂單后，圖1中傳統(tǒng)的物流運(yùn)輸配送模式將從生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)輸商品至配送中心，經(jīng)揀選分裝后配送至各顧客手中。而應(yīng)用圖2中的新型物流運(yùn)輸配送模式，企業(yè)只需確定距離顧客最近的3D打印服務(wù)商并向其發(fā)送打印資料，由3D打印服務(wù)商制作完成后配送至相應(yīng)的顧客手中即可，減少了諸多的中間環(huán)節(jié)，從而降低了成本。

由上述分析可知，新型的物流配送模式去除了企業(yè)運(yùn)輸商品到配送中心的環(huán)節(jié)，而是直接傳輸電子信息文件給靠近買(mǎi)家的3D打印服務(wù)商，由3D打印服務(wù)商進(jìn)行打印并配送給顧客。因此該問(wèn)題可描述如下：某一企業(yè)通過(guò)3D打印服務(wù)商向多位顧客提供商品，已知所有3D打印服務(wù)商和每位顧客的位置及兩者間單位運(yùn)費(fèi)，已知每位顧客的需求量和3D打印服務(wù)商供應(yīng)量，已知單位距離物品損耗率。要求確定進(jìn)行生產(chǎn)配送的3D服務(wù)商使得運(yùn)輸配送成本最小化。

為使得所建模型構(gòu)建更加方便，現(xiàn)條件假設(shè)如下：（1）運(yùn)輸路線(xiàn)考慮為兩點(diǎn)之間直線(xiàn)距離。（2）3D打印服務(wù)商生產(chǎn)能力滿(mǎn)足其所服務(wù)區(qū)域的需求量。

圖1 傳統(tǒng)物流配送模式

圖2 引入3D打印服務(wù)商后的新型配送模式

2.1 變量假設(shè)

商品價(jià)值為P；顧客商品需求量為Dj；；生產(chǎn)廠(chǎng)商a，各3D打印服務(wù)商地址為 Ii,i=1,2,3,…,n，各顧客位置為Jj,j=1,2,…,m，Ii距離Jj運(yùn)程為dij，Ii與Jj之間單位貨物單位距離平均運(yùn)費(fèi)成本為Cij；Xi為邏輯變量，3D打印服務(wù)商供應(yīng)量為Si；商品單位路程損耗率為P，則運(yùn)輸成本如下：

式（1）為模式設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，即運(yùn)輸配送成本最小化；式（2）表示3D打印服務(wù)商供應(yīng)能力滿(mǎn)足顧客總需求量；式（3）表示任一顧客訂單由一個(gè)3D打印服務(wù)商生產(chǎn)配送；式（4）表示3D打印服務(wù)商選用決策；式（5）表示參數(shù)限制。

2.2 模型求解

優(yōu)化后的運(yùn)輸成本最優(yōu)化問(wèn)題都為帶約束的整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃模型，可以利用Lingo編程求解模型，得到精確最優(yōu)解。

3 算例分析

現(xiàn)有一個(gè)飾品加工企業(yè)，單個(gè)商品價(jià)值1 000元，生產(chǎn)廠(chǎng)房位于B地，現(xiàn)向A地的20名顧客發(fā)送商品，商品單位路程損耗率為0.000 1，負(fù)責(zé)A地范圍服務(wù)的有3個(gè)3D打印服務(wù)商（注：為增強(qiáng)可比性，3D打印服務(wù)商與配送中心地理位置信息及運(yùn)費(fèi)價(jià)格一致，為方便起見(jiàn)，表2、表3未同時(shí)標(biāo)注配送中心和3D打印服務(wù)商）。生產(chǎn)廠(chǎng)商與配送中心間的距離及運(yùn)費(fèi)、3D打印服務(wù)商距經(jīng)顧客距離及運(yùn)費(fèi)、顧客需求量見(jiàn)表1-表4。

表1 配送中心到廠(chǎng)商之間距離及運(yùn)費(fèi)表

表2 配送中心（或3D打印服務(wù)商）到顧客間運(yùn)費(fèi)表（元/km·件）

表3 配送中心（或3D打印服務(wù)商）到顧客間距離表（km）

表4 顧客需求量表（件）

新型物流運(yùn)輸配送模式3D打印服務(wù)商選擇結(jié)果見(jiàn)表5，成本計(jì)算結(jié)果如下：運(yùn)輸總成本為18 465元，商品價(jià)值損耗總成本為314.5元。新模式最終成本為18 779.5元。

表5 新模式下邏輯變量X選擇表

傳統(tǒng)物流運(yùn)輸配送模式配送中心選擇結(jié)果見(jiàn)表6，成本計(jì)算結(jié)果如下：3個(gè)配送中心接收商品數(shù)分別為150、25、323件，廠(chǎng)商到配送中心運(yùn)輸成本為40 660元，配送中心到顧客配送成本為21 609元，商品損耗成本為3 508.3元。最終總成本為65 777.3元。

表6 傳統(tǒng)模式下邏輯變量X選擇表

由此可見(jiàn)新型模式下的物流成本較傳統(tǒng)模式有極大的縮減。

此外，為探究需求量增長(zhǎng)對(duì)新舊模式成本的影響，筆者以100為單位將各地區(qū)需求量區(qū)間從100-200逐步增加至900-100 0，分別求得其成本，計(jì)算較上一區(qū)間的成本增長(zhǎng)率，并在各區(qū)間隨機(jī)選出5組需求量數(shù)據(jù)并取平均，折線(xiàn)圖如圖3、圖4所示。

由圖4可知，兩模式下成本增長(zhǎng)率隨著需求量增長(zhǎng)逐漸降低，兩模式成本增長(zhǎng)率趨于重合，但是由圖3可知傳統(tǒng)模式下的成本初始值遠(yuǎn)高于新型模式，所以傳統(tǒng)模式的成本隨著需求量的增多，會(huì)遠(yuǎn)高于新型模式的成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了基于3D打印技術(shù)的新型物流運(yùn)輸配送體系，以運(yùn)輸配送成本最小化為目標(biāo)，通過(guò)引入3D打印服務(wù)商優(yōu)化模式，去除了傳統(tǒng)物流運(yùn)輸配送模式下產(chǎn)品由生產(chǎn)地運(yùn)輸至配送中心的環(huán)節(jié)，從而降低了總體物流運(yùn)輸配送成本，同時(shí)考慮商品運(yùn)輸途中的價(jià)值損耗，更加貼近實(shí)際。通過(guò)算例中求出的新模式下精確解與傳統(tǒng)模式相比較，新模式下的成本有顯著降低。但本文建模沒(méi)有考慮3D打印的諸多限制因素，且算例直接利用Lingo編程求出精確解，不適用于節(jié)點(diǎn)大于等于30的情況。

本文為企業(yè)運(yùn)輸配送商品的模式提供了理論性的借鑒，進(jìn)一步的研究可以從以下方面進(jìn)行考慮：考慮加入3D打印相關(guān)限制因素如打印時(shí)間、打印尺寸后，對(duì)運(yùn)輸配送成本的相關(guān)影響；研究3D打印服務(wù)商加入產(chǎn)量限制下的配送路徑優(yōu)化。

圖3 新模式與傳統(tǒng)模式成本隨需求量變化圖

圖4 新模式與傳統(tǒng)模式成本增長(zhǎng)率隨需求量變化圖

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Study on Logistics Transportation System Based on 3D Printing Technology

Ma Huawei,Liang Taipeng,Liu Bin,Sheng Qiao
(School of Management,Hefei University of Technology,Hefei 230002,China)

In this paper,we introduced the 3D printing service provider into the logistics distribution system,used information transmission to replace the transportation of the producer goods to the distribution center,built the innovative logistics distribution model that aimed at minimizing the logistics distribution cost and considered the in-transit loss,and at the end,through a numerical example,proved the cost advantage of the model.

3D printing;logistics distribution;transportation system;linear programming

F259.2

A

1005-152X(2015)10-0072-03

2015-08-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)的集裝箱甩掛運(yùn)輸協(xié)同機(jī)制與動(dòng)態(tài)調(diào)度方法”（71472058）

馬華偉（1977-），男，安徽滁州人，合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，副教授，博士，研究方向：物流與供應(yīng)鏈；梁泰鵬（1995-），男，山西運(yùn)城人，合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院學(xué)生，研究方向：物流管理；劉彬（1994-），男，安徽人，合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院學(xué)生，研究方向：物流管理；盛巧（1994-），女，安徽六安人，合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院學(xué)生，研究方向：會(huì)計(jì)學(xué)。

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.10.021