【正文】 h）165年度維修系數(shù)Rmtn％輕柴油價(jià)格（美元/噸）270 年度保險(xiǎn)系數(shù)Rins％重柴油價(jià)格（美元/噸）220美元對(duì)人民幣匯率EXR表5－2 沿海航線相關(guān)營運(yùn)參數(shù)的確定航行距離（海里）400燃料油價(jià)格（美元/噸）195800裝船效率（萬噸/天）8美元對(duì)人民幣匯率EXR卸船效率（萬噸/天）3基準(zhǔn)收益率I滯留時(shí)間Td（天）0船舶使用年限N（年）20耗油率G0（g/KW鐵礦石供應(yīng)商可能由于生產(chǎn)能力的限制，或者是運(yùn)輸能力或其他方面的限制，在一定時(shí)期內(nèi)所能提供的鐵礦石是有限的，這里假定在該時(shí)間段內(nèi)每個(gè)供應(yīng)商的供應(yīng)能力是不變的。系統(tǒng)中進(jìn)口鐵礦石的種類有1種；腹地內(nèi)有鋼鐵企業(yè)（用戶）2個(gè)；可供選擇的供應(yīng)商2個(gè)；以某一個(gè)月的進(jìn)口鐵礦石物流運(yùn)作情況為研究對(duì)象；海運(yùn)階段可采用2種船型Capsize、Handy；各時(shí)段內(nèi)鐵礦石在港口庫存中心的單位庫存費(fèi)用相同，；港口庫存中心的總庫存能力為900萬噸。本文的算例驗(yàn)證采用模擬數(shù)據(jù)的方法，即作者在做了一定的調(diào)研、掌握了參數(shù)變動(dòng)范圍的前提下，對(duì)各項(xiàng)模型參數(shù)進(jìn)行模擬，帶入模型進(jìn)行求解。第七步：確定遺傳算法的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)，即M、G、Pc、Pm。對(duì)于一個(gè)需要進(jìn)行優(yōu)化的實(shí)際問題，一般可按下述步驟構(gòu)造遺傳算法：第一步：確定決策變量及各種約束條件，即確定出個(gè)體的表現(xiàn)型X和問題的解空間；第二步：建立優(yōu)化模型，即確定出目標(biāo)函數(shù)的類型及數(shù)學(xué)描述形式或量化方法；第三步：確定表示可行解的染色體編碼方法，即確定出個(gè)體的基因型x及遺傳算法的搜索空間：第四步：確定解碼方法，即確定出由個(gè)體基因型x到個(gè)體表現(xiàn)型X的對(duì)應(yīng)關(guān)系或轉(zhuǎn)換方法。 （3）遺傳算子：基本遺傳算法使用下述三種遺傳算子：選擇運(yùn)算使用比例選擇算子；交叉運(yùn)算使用單點(diǎn)交叉算子；變異運(yùn)算使用基本位變異算子或均勻變異算子。為正確計(jì)算這個(gè)概率，要求所有個(gè)體的適應(yīng)度必須為正數(shù)或零。初始個(gè)體的基因值可用均勻分布的隨機(jī)值來生成，如，x=100111001000101101就可表示一個(gè)個(gè)體，該個(gè)體的染色體長度是n＝18。為了在盡可能大的空間中獲得質(zhì)量較高的優(yōu)化解，必須采用變異操作。在染色體以二進(jìn)制編碼的系統(tǒng)中，它隨機(jī)地將染色體的某一個(gè)基因由l變?yōu)?，或由0變?yōu)?。交換體現(xiàn)了自然界中信息交換的思想。而交叉模擬了生物進(jìn)化過程中的繁殖現(xiàn)象，通過兩個(gè)染色體的交換組合，來產(chǎn)生新的優(yōu)良品種。此外，還可以通過計(jì)算方法現(xiàn)，其中較典型的幾種方法為適應(yīng)度比例法、期望值法、排位次法等。復(fù)制操作可以通過隨機(jī)方法來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)位串的適配值拷貝，也就是指具有高適配值的位串更有可能在下一代中產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)子孫。 1．遺傳算法的主要特點(diǎn)： （1）遺傳算法是對(duì)參數(shù)的編碼進(jìn)行操作，而非對(duì)參數(shù)本身； （2）遺傳算法是從許多點(diǎn)開始并行操作，而非局限于一點(diǎn)； （3）遺傳算法通過目標(biāo)函數(shù)來計(jì)算適配值，而不需要其他推導(dǎo)，從而對(duì)問題的依賴性較??； （4）遺傳算法的尋優(yōu)規(guī)則是由概率決定的，而非確定性的； （5）遺傳算法在解空間進(jìn)行高效啟發(fā)式搜索，而非盲目地窮舉或完全隨機(jī)搜索； （6）遺傳算法對(duì)于待尋優(yōu)的函數(shù)基本無限制，它既不要求函數(shù)連續(xù)，也不要求函數(shù)可微，既可以是數(shù)學(xué)懈析式所表示的顯函數(shù)，又可以是映射矩陣甚至是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱函數(shù)； （7）遺傳算法具有并行計(jì)算的特點(diǎn)，因而可通過大規(guī)模并行計(jì)算來提高計(jì)算速度； （8）遺傳算法更適合大規(guī)模復(fù)雜問題的優(yōu)化；（9）遺傳算法計(jì)算簡單，功能強(qiáng)。這樣周而復(fù)始，群體中個(gè)體適應(yīng)度不斷提高，直到滿足一定的條件。第五章 基于遺傳算法的模型求解遺傳算法簡稱GA（Genetic Algorithms）是1962年由美國Michigan大學(xué)的Holland教授提出的模擬自然界遺傳機(jī)制和生物進(jìn)化論而成的一種并行隨機(jī)搜索最優(yōu)化方法。（1）年度燃潤料費(fèi)一年的營運(yùn)航次數(shù)Nt＝Od/STime，其中最后一個(gè)航次可能正好在年內(nèi)完成，也可能需延續(xù)至下一年。是指船舶共同受益發(fā)生的費(fèi)用。指航運(yùn)公司機(jī)關(guān)職員的工資、辦公費(fèi)等行政管理費(fèi)用，管理費(fèi)用的分?jǐn)偸且匀甑钠髽I(yè)管理總費(fèi)用，按照船舶的下級(jí)載重噸及在冊(cè)時(shí)間進(jìn)行分?jǐn)偂? Cin＝（Csal+Ccap＋Cmtn+Cins）／OdSTime／24 （萬美元） （428）Od——船舶年?duì)I運(yùn)天數(shù)。 Cins＝Rins P（萬美元） （427） Rins——年度保險(xiǎn)費(fèi)系數(shù)，％。指船舶的保險(xiǎn)和額外附加保險(xiǎn)的費(fèi)用。 Cmtn＝Rmtn P （萬美元） （426） Rmtn——提取的年度修理費(fèi)比例，％。 EXR——美元對(duì)人民幣的匯率（元／美元）， ③ 年度修理費(fèi)Cmtn。大多數(shù)船定員在22—31人之間，在論證中取為28人。 ② 船員工資及福利費(fèi)Ec，如工資、航行津貼、獎(jiǎng)金等。I （萬美元） （424） I——基準(zhǔn)收益率，取為12％。I船價(jià)對(duì)船舶的營運(yùn)成本的影響也就舉足輕重，因而必須較準(zhǔn)確地確定一下船舶的造價(jià)．一艘新船的造價(jià)與船廠的建造成本、付款條件、合同船舶的數(shù)量等主要因素有關(guān)．即時(shí)是同一噸位，船價(jià)的變化幅度也是很大的。它是為保持船舶適航狀態(tài)所發(fā)生的費(fèi)用，包括：① 年度資本費(fèi)用Ccap是為了彌補(bǔ)船舶在使用中，由于船殼、機(jī)器及設(shè)備的磨損而喪失的價(jià)值。它只能以分?jǐn)偟男问浇Y(jié)算，各船全年的間接費(fèi)用被分?jǐn)偟矫繝I運(yùn)天，再根據(jù)船舶航次營運(yùn)天數(shù)得出航次的間接費(fèi)用。CSR——主機(jī)持續(xù)服務(wù)功率，回歸的公式為：CSR＝（DWT／10000）1/2V s 3 （馬力） （418）② 輔機(jī)與鍋爐燃油費(fèi)用 Cfae=15％Cfme （萬美元）③ 其他費(fèi)用潤料費(fèi)取為燃料費(fèi)用的10％，Club＝10％（Cfme+Cfae）（萬美元） （419）④ 總的燃料費(fèi)Cfuel＝Cfme+Cfae+Club （萬美元） （2） 港口費(fèi)，指船舶在航次中進(jìn)出港口時(shí)所發(fā)生的費(fèi)用． ① 西、北歐地區(qū)為： Cport＝+DWT 10－4－DWT210－8 （萬美元） （420）② 亞洲地區(qū)為： Cport＝+DWT 10－4－ DWT210－8 （萬美元） （421）（3）其他費(fèi)用。① 主機(jī)燃油費(fèi)用的計(jì)算 Cfme＝（FMEProl P1+FMEProhPh）10－4（萬美元） （415） Prol——主機(jī)所用輕柴油占總耗油量的百分?jǐn)?shù) Proh——主機(jī)所用重柴油占總耗油量的百分?jǐn)?shù) Pl——輕柴油價(jià)格 （美元／噸）Ph——重柴油價(jià)格 （美元／噸）由于世界上各港口的油價(jià)有所差別，各時(shí)期的油價(jià)也有漲落的變化，所以采用平均油價(jià)來計(jì)算。組成航次費(fèi)用的成本項(xiàng)目有：（1）燃料費(fèi)Cfuel。 因此，航次總時(shí)間Stime＝Ts+Tu+ T1+Td （小時(shí)） （414） 航次費(fèi)用，又稱船舶運(yùn)行費(fèi)用，是指船舶在航次運(yùn)行中發(fā)生的費(fèi)用。（1）航行時(shí)間計(jì)算Ts＝D／V （小時(shí)） （411）D——航次距離 （海里）V——航行速度（節(jié)），它與船舶的航次載貨量有關(guān)滿載航行時(shí)取船舶的服務(wù)航速Vs （節(jié)） （節(jié)）（2）船舶停泊時(shí)間計(jì)算： ①船舶實(shí)際載貨量：在方案論證時(shí)，由于數(shù)據(jù)資料不足，對(duì)于遠(yuǎn)洋航線可以取航次的載貨量W為載重量DWT的90％。遠(yuǎn)洋運(yùn)輸弧和中轉(zhuǎn)運(yùn)輸弧都有著運(yùn)量的限制范圍，上下限都要設(shè)置在兩港口之間的期望運(yùn)輸需求之間。在需求有著周期性的情況下，我們可以構(gòu)建一個(gè)自我“圍包”（wrap around）形式的網(wǎng)絡(luò)。港口時(shí)間區(qū)間 船隊(duì)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建圖大多數(shù)運(yùn)輸系統(tǒng)都有著一定的需求周期性。圖中假設(shè)由j港到I港為干線遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，而i港也向其他港口如k港進(jìn)行二程中轉(zhuǎn)運(yùn)輸。因此，本文的模型可以視作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)問題，該網(wǎng)絡(luò)的某些弧上有非線性成本。也就是說只要給定船舶的派船方案，本模型即可通過求解一系列的無約束的一維優(yōu)化問題來求出最優(yōu)的船隊(duì)規(guī)模。如果t時(shí)期i港的可用船舶數(shù)的方差已知的話，目標(biāo)函數(shù)就可以看作是可派船數(shù)量的凸函數(shù)，可用FrankWolfe算法來求給定方差情況下的網(wǎng)絡(luò)問題的條件型。一個(gè)是不確定的航次時(shí)間對(duì)派船的影響，一個(gè)是不確定的航次時(shí)間對(duì)船隊(duì)規(guī)模的影響。雖然存在上述問題，但網(wǎng)絡(luò)形式仍然不失為一種值得考慮的方法，因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)形式中我們可以運(yùn)用功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決問題。第二，某港口在某時(shí)期的可用船舶數(shù)量隨時(shí)間變化的波動(dòng)性沒有確切的表達(dá)出來。船舶到達(dá)時(shí)刻的偏差對(duì)模型有兩個(gè)方面的主要影響：第一，如果船舶的到達(dá)時(shí)刻分布在好幾個(gè)時(shí)期的話，網(wǎng)絡(luò)形式無法精確地反映出t時(shí)期由i港發(fā)往j港的超過預(yù)期的船舶的邊際成本，也就是船舶指派的問題。時(shí)間區(qū)間港口 精確預(yù)期形式所表示的船舶到達(dá)時(shí)刻分布圖從上述兩圖中我們可以看出他們的區(qū)別。港口時(shí)間區(qū)間 近似網(wǎng)絡(luò)形式所表示的船舶到達(dá)時(shí)刻分布圖。假設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，在t時(shí)期港口j可用的船舶數(shù)量為Wj（t），t時(shí)期由i到j(luò)的船舶數(shù)量為Xij（t），期望航次時(shí)間為2個(gè)時(shí)間間隔期。如果航行時(shí)間偏差不大或者不同時(shí)期船舶的運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定的話，不同時(shí)期實(shí)際到達(dá)的船舶數(shù)量和預(yù)計(jì)到達(dá)的船舶數(shù)量近似相等。在船舶的運(yùn)動(dòng)模型中，假設(shè)船舶在某一航線上按預(yù)期的航次時(shí)間航行的話，我們可以構(gòu)建一個(gè)有代表性的網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)闊o法確切地知道將由多少船舶準(zhǔn)時(shí)到達(dá)j港，因此α為隨機(jī)變量。因此，我們將船舶的到達(dá)時(shí)刻引入模型，來說明這類問題。我國的進(jìn)口鐵礦石運(yùn)輸系統(tǒng)也不例外，只是可以根據(jù)用戶提供的信息可以將各種需求情況基本上確定下來。動(dòng)態(tài)性：由于需要在不同時(shí)期內(nèi)對(duì)，進(jìn)行決策，因此所產(chǎn)生的決策變量是相當(dāng)多的。系統(tǒng)的不確定性主要表現(xiàn)在鐵礦石的需求和供應(yīng)，干線運(yùn)輸與中轉(zhuǎn)運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸時(shí)間等方面。 ，DWT，dwt≥ 0 6）整數(shù)約束：在每個(gè)期間內(nèi)，根據(jù)優(yōu)化的訂購策略所做出的派船計(jì)劃中，船舶的艘數(shù)必須是整數(shù)。 物流中心的安全庫存： （49）216。 對(duì)某一鋼鐵廠來說，整個(gè)研究期內(nèi)物流中心發(fā)往該用戶的所有運(yùn)量應(yīng)等于該用戶整個(gè)研究期內(nèi)的總需求量。1） 鋼鐵企業(yè)對(duì)鐵礦石的需求約束：216。當(dāng)沿海船向用戶運(yùn)出礦石后，物流中心的礦石數(shù)量減少，為滿足下一時(shí)段的礦石供應(yīng)，物流中心需從供應(yīng)商處運(yùn)輸?shù)V石，運(yùn)送的數(shù)量是派船航次數(shù)與船舶運(yùn)輸能力的乘積，也就是該時(shí)段運(yùn)進(jìn)物流中心的礦石數(shù)量，運(yùn)送的數(shù)量需要滿足物流中心向用戶供應(yīng)的約束條件。對(duì)于面對(duì)眾多用戶的進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)物流系統(tǒng)來講，要以整個(gè)海運(yùn)環(huán)節(jié)的總費(fèi)用最小為系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)，這些費(fèi)用中包括遠(yuǎn)洋運(yùn)輸費(fèi)用、港口物流中心庫存費(fèi)用、二程中轉(zhuǎn)費(fèi)用。研究遠(yuǎn)洋派船費(fèi)用、沿海派船費(fèi)用以及庫存費(fèi)用的總和最小，就成為本模型的目標(biāo)。研究某個(gè)月內(nèi)，為滿足用戶需求物流中心要派出的沿海船舶的數(shù)量，同時(shí)，物流中心在向用戶運(yùn)送完礦石后，應(yīng)保有一定的礦石堆存量，以供下一時(shí)段的需求。dwtk——從物流中心向用戶k運(yùn)輸?shù)V石的船舶的運(yùn)輸能力?！撹F企業(yè)k所在的航線上船隊(duì)配船數(shù)量。多用戶的礦石可以堆放在同一堆場，每個(gè)堆場并不一定是為某一用戶專用，而是多用戶共享。同樣，假定物流中心處的礦石也能滿足每個(gè)handy航次的運(yùn)輸需求。（4）船舶運(yùn)輸能力約束。雖然在航運(yùn)市場上有著噸位、船齡、國籍等各不相同的很多種干散貨船舶，但隨著遠(yuǎn)洋船舶大型化的進(jìn)一步發(fā)展，capsize船型在長距離遠(yuǎn)洋運(yùn)輸中體現(xiàn)的優(yōu)勢十分明顯；而在沿海運(yùn)輸中，handy船型在實(shí)踐中也體現(xiàn)出很好的經(jīng)濟(jì)效果。主要是鐵礦石產(chǎn)地到海運(yùn)港口間的距離，以及最終港口到鋼鐵廠之間的距離或遠(yuǎn)或近，都需要一種或幾種運(yùn)輸工具來運(yùn)輸，而這段運(yùn)輸與本文所研究的進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)物流關(guān)系不大，因此不予考慮。這可以使問題大大簡化，又符合實(shí)際情況。確定間隔區(qū)間的方案有多種，有按日歷時(shí)間、流轉(zhuǎn)活動(dòng)的起止點(diǎn)，以及流轉(zhuǎn)活動(dòng)時(shí)間長度的最小公倍數(shù)等方法。（2）進(jìn)口鐵礦石的運(yùn)輸是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，對(duì)于物流服務(wù)商而言，幾乎隨時(shí)隨地都要作出決策，因此本文所涉及的變量，是帶有時(shí)間標(biāo)志的。對(duì)于我國的進(jìn)口鐵礦石物流系統(tǒng)，由于供應(yīng)商與鋼鐵企業(yè)之間的距離較遠(yuǎn)，運(yùn)費(fèi)昂貴，物流中心（通過對(duì)鐵礦石的轉(zhuǎn)運(yùn)和保管）有利于減少供應(yīng)鏈的成本，通過使進(jìn)貨地點(diǎn)靠近最終目的地，物流中心使進(jìn)口礦石物流鏈獲取了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)槊總€(gè)鋼鐵企業(yè)都通過自己所在區(qū)域范圍的物流中心進(jìn)貨，使得物流中心能夠大批量少批次進(jìn)口礦石，同時(shí)由于物流中心只為鄰近地區(qū)鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)運(yùn)礦石，使得二程轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用不會(huì)太高。對(duì)整個(gè)鐵礦石供應(yīng)鏈依據(jù)地理位置對(duì)鋼鐵企業(yè)進(jìn)行區(qū)域劃分，并在每個(gè)區(qū)域建立一個(gè)物流中心。這樣既節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用，又有利于降低用戶庫存，對(duì)鐵礦石物流系統(tǒng)本身和整個(gè)社會(huì)都是有益的，特別是對(duì)需求量小的中小型鋼鐵企業(yè)效益更加明顯。這都可以大大減少交易環(huán)節(jié)，節(jié)省交易成本。這樣就能在多家鋼廠不同的需求峰谷之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，即能發(fā)揮運(yùn)輸上的規(guī)模效應(yīng)，又能使堆存總量保持最低，而這對(duì)于單個(gè)鋼廠來說都是很難做到的。圖3－2 各鋼鐵企業(yè)通過物流中心組織物流的交易關(guān)系圖如果建立完善的物流系統(tǒng)，包括在主要港口建立礦石物流中心，并由第三方物流公司來承擔(dān)運(yùn)輸與堆存任務(wù)，建立起信息管理系統(tǒng)，將有助于改進(jìn)上述情況，提高鐵礦石物流的服務(wù)質(zhì)量，并有效降低物流成本。就單個(gè)鋼鐵企業(yè)來說，在訂購環(huán)節(jié)明顯處于劣勢，是勢單力薄的一方，造成我國鋼鐵企業(yè)首先在礦石的進(jìn)價(jià)上就難以具有競爭力；運(yùn)輸環(huán)節(jié)由于各家企業(yè)自行組織運(yùn)輸，雖然也有的企業(yè)交給航運(yùn)公司來完成運(yùn)輸，但企業(yè)內(nèi)并沒有以物流系統(tǒng)的觀念來對(duì)待進(jìn)口礦石的運(yùn)輸；堆存環(huán)節(jié)，各家企業(yè)由于與航運(yùn)公司間缺乏足夠的信息溝通，使的礦石的到達(dá)數(shù)量與鋼鐵廠的處理能力之間會(huì)產(chǎn)生一定程度的不匹配，當(dāng)