基于物流均衡理论的区域物流体系运行模型分析

吴国秋　刘莹

摘 要：区域物流体系是增强区域经济竞争力的重要因素，其运行均衡能够促进区域产业布局优化。根据物流均衡理论，均衡不但是区域物流体系运行的基础，更是要实现的目标。首先，利用物流均衡理论，分析区域物流体系运行均衡的理论内涵，提出构成要素。其次，构建运行均衡模型，包括逻辑模型和数学模型，利用逻辑模型对区域物流体系运行与物流均衡之间的关系进行描述，利用数学模型对区域物流体系的运行情况进行评价和优化。最后，利用算例进行数值求解和结果分析。建立区域物流体系运行均衡模型，能够提高区域物流体系运行效率，解决区域经济发展中的失衡问题，为实现区域物流体系均衡发展提供支持和应用参考。

关键词：区域物流体系；均衡模型；工作流

中图分类号：F252.5      文献标识码：A       文章编号：1674-5450（2023）02-0055-08

一、引言

当前，我国在应对外部挑战的同时，应立足于构建以国内大循环为主、国内国际双循环相互促进的新发展格局[1]。在这种形势下，区域经济发展迫切需要转型升级，寻求更高更广的价值增值空间[2]。但是目前，区域经济发展中存在着一定的区域失衡问题，这也是制约我国区域经济转型升级的主要影响因素[3]。而在这其中，区域物流体系是连接全产业链两端的顾客（C）端与制造（M）端的重要载体，是区域经济发展的重要支撑，其运行应满足两端的共同需求，以使得区域经济效用最大化。区域物流体系均衡运行能够优化区域产业布局，促进区域经济转型升级，增强竞争力[4-7]。因此，区域物流体系运行状况是一个重要的研究课题，近年来学者们主要从其构成要素与均衡发展之间的关系来分析[8-9]。

有关区域物流体系运行的研究主要有以下几个方面。第一，围绕国内外物流体系运行所包括的内容、运行机制及其模型进行研究[10-11]。相关学者研究了物流体系的构成要素，分析了区域物流体系的运行模式、方法等，构建了概念模型、定量与定性相结合的模型等。第二，主要研究区域物流体系运行流程和阶段过程等内容[12]4。相关学者研究了区域物流体系运行流程所包括的若干环节和活动，分析了区域物流体系运行包括的几类阶段过程及其划分方式[13-14]。第三，研究如何从技术角度着手建立有效的区域物流体系，如云计算、大数据等[15-17]。相关学者利用数学、信息技术、逻辑学等方法来优化区域物流体系。由此，我们可以看出，当前的研究主要集中在内容、模式和方法等传统内容的分析，对物流体系运行效用方面的研究比较少，尤其是对其运行均衡问题的研究相对更少，如何利用物流均衡理论来研究物流体系的运行情况还是一个比较新的研究视角。物流均衡理论是均衡理论在物流领域中的应用，徐剑、吴国秋团队提出了物流均衡理论，并对其应用进行了研究[18-20]。

综上，有关区域物流体系运行均衡问题的研究具有较强的理论意义和现实意义。本文将首先利用物流均衡理论，分析区域物流体系运行均衡的理论内涵，提出构成要素。其次构建区域物流体系运行均衡模型。在模型构建过程中，先构建逻辑模型，对区域物流体系运行与物流均衡理论的关系进行描述；再构建数学模型，包括运行均衡评价模型和运行均衡优化模型。最后，利用算例进行数值求解和结果分析，使得区域物流体系运行不断循环改进，达到效用的最大化，为研究区域物流体系提供理论基础，更为在实践上解决区域物流体系运行均衡问题提供支持和应用参考。

二、物流均衡理论与区域物流体系

（一）物流均衡理论

物流均衡是均衡理论在物流产业的应用，是指在一定的技术和约束条件下，物流体系在产业内供给和需求的物流资源在数量上达到平衡，在结构上与各产业资源相匹配，在时间上各环节之间准时正确衔接，空间上体系内各个节点布局合理[18-20]。因此，根据物流均衡理论，物流均衡的四个要素主要包括：数量均衡、结构均衡、时间均衡和空间均衡。

1.数量均衡。物流数量均衡是指物流供给与物流需求在数量上的均衡，要满足物流体系供给量能满足物流需求量，并且能够达到均衡状态。这种数量均衡的状态需要保持物流体系供给和需求始终在流量上是一致的。

2.结构均衡。物流结构均衡是指物流需求比例与能够提供该类型物流服务的供给比例达到均衡。这种比例均衡是指物流体系要在资源的匹配上达到合理。

3.时间均衡。物流时间均衡是指物流到达时间能够满足顾客的需求时间，在顾客要求的时间期限内到达，即物流准时性。时间均衡要求物流体系具备良好的时间控制能力，在每个节点上的时间消耗尽量精准，以满足顾客日益提高的快速需求。

4.空间均衡。物流空间均衡是指物流体系内的各个节点在物流体系内的布局在空间关系上属于合理状态。这种空间布局的合理要求物流体系的节点能够使得线路、成本、时间等要素实现最优状态。

（二）区域物流体系

1.内涵

根据体系工程理论，体系是若干有联系的事物或系统按照一定秩序构成的有特定功能的整体，各组成部分之间相互依赖和相互作用[21-22]。

根据体系的概念，区域物流体系可以看成是由区域物流体系内的各个要素所组成，是连接区域C端与M端的主要载体[19-20]。因此，区域物流体系的内涵可以总结如下：它是以实现区域内C端与M端短鏈式互联为目标，以提升顾客价值为核心，减少物流中间冗余环节，优化物流体系的运行流程，建立快速、均衡、不断优化的体系结构[23]。因此，区域物流体系运行要实现循环优化改进，使其能够达到在不同状态和阶段下的运行均衡。

2.区域物流体系运行构成要素

区域物流体系运行的基础是存在于体系内的各类要素，所有要素在运行过程中会形成工作流。工作流是分析区域物流体系运行的主要构成要素，是对同一时间内通过物流体系的各项任务、业务等抽象、概括的描述。为实现物流体系的业务目标，利用物流管理的相关理论和方法，在体系内的节点之间按照预定规则传递相关实物、信息和任务的过程中会形成工作流。因此，工作流中包括物流、信息流、任务流等方面。对于区域物流体系运行的情况，可以从工作流是否能够正常流通来判断。

工作流能否正常流通并且达到均衡，可以从工作流的流量和流速两个方面来判定。工作流流量是指在一定时间内通过体系的工作流的数量，它能够体现体系可承受的工作量和体系的收益。工作流流速是指在同一时间内通过体系的工作流的流动速度，它反映了体系内工作流的流动情况和体系运行效率。

3.基于物流均衡理论的区域物流体系

区域物流体系运行均衡能够使区域内各经济主体有效利用各类资源，提高运行效率，降低成本，使区域物流体系运行效用达到最大化。要想实现上述目标，区域物流体系需要在C端与M端之间建立有效的连接方式，达到中间环节最少、物流效率最高、成本最低的状态。根据物流均衡理论，区域物流体系运行需要在数量、结构、时间和空间四个方面达到均衡状态。这种均衡状态的实现需要运用物流均衡理论对体系内各类要素资源进行优化，而优化结果可以从物流体系的运行效用来评判。因此，物流均衡是实现区域物流体系运行均衡的基础，更是物流体系运行所要达到的目标（见图1）。

物流体系运行的效用，需要解决在满足物流均衡的情况下，即成本得到有效控制前提下的利润最大化问题。这是基于物流均衡理论的区域物流体系运行中所面对的核心问题，需要通过对区域物流体系运行的构成要素进行分析。可以利用工作流的原理，对区域物流体系运行进行评价，在评价过程中每一个方面都需要考虑流量和流速的运行效率。

基于此，本文提出构建区域物流体系运行均衡模型，对区域物流体系运行进行评价与优化，这是均衡理论在物流体系层面的应用。

三、区域物流体系运行均衡模型

根据上述分析，需要对区域物流体系内各类要素资源进行整合和优化，以此构建区域物流体系运行的均衡模型。首先，构建逻辑模型，对区域物流体系运行与物流均衡之间的关系进行描述。其次，构建数学模型，对区域物流体系的运行情况进行评价与优化。

（一）逻辑模型

本文先采用体系工程的规划方法设计区域物流体系及其内在子系统。根据上述分析，以区域物流体系运行的构成要素来建立其子系统。这里，依照工作流流量与流速的含义，设计流量子系统和流速子系统。工作流流量子系统和流速子系统都包括体系实现目标和体系变量要素。关于体系实现目标，根据上述分析及物流均衡理论，体系整体及两个子系统的规划目标均为效用最大化，并实现体系运行的均衡。其次，利用物流均衡理论来分析体系整体及子系统的变量和约束条件，即区域物流体系运行要在数量、结构、时间和空间四个方面上达到均衡状态。这里，需要分析变量和约束条件与运行成本之间的关系及与物流均衡四要素之间的关系。

此外，工作流流量和流速受物流均衡四要素的影响。所以，总体流量值为受四个方面影响的流量值的加权值之和。同理，总体流速值为受四个方面影响的流速值的加权值之和（见图2）。

（二）数学模型

根据逻辑模型，以物流均衡为理论根据，对区域物流体系运行情况进行分析并构建数学模型，包括运行均衡评价模型和运行均衡优化模型。

1.运行均衡评价模型

利用上述工作流对区域物流体系运行效用进行评价，构建运行均衡评价模型及工作流流量运行效率评价、工作流流速运行效率评价两个子模型。

（1）工作流流量运行效率评价模型

工作流流量运行效率体现的是流量现状与目标之间的关系。这种关系主要体现在目标与现状的差距，因此，改进目标是通过最大限度地提升和平衡体系内节点间的流量，使体系内流量达到均衡状态，以减少浪费和缩小现状与目标之间的差距。

设工作流流量运行效率为aq，与目标之间的关系比值为lq，与物流均衡四要素的加权相关程度为uq，则aq=uqlq。

工作流改进效率模型可以采用质量功能展开（QFD）的方式，并结合层次分析法对加权的相关重要程度进行计算。因此，需要建立质量屋。这个质量屋包括左墙、右墙、屋顶和房间，每个部分具体包含内容如下：左墙为工作流流量、工作流流速；右墙为二者的权重值；屋顶代表物流均衡各个方面体现出的相关系数；房间代表各个工作流与物流均衡各个方面之间的相关系数。

2.运行均衡优化模型

（1）模型目标函数

区域物流体系运行均衡模型的规划目标是效用最大化，效用最大化可以表示为在合理的流量和流速中获取最大化的利润。因此，效用最大化的目标函数可以描述为在当前流量和流速的状态下进行优化改进，并最终实现利润最大化。而关于利润问题，可以从工作流流量、流速与成本之间的关系来判定。设成本最小值为Cmin，最大值为CMAX，具体分析如下。

第一，工作流流量目标函数

设工作流流量最大效用为Zq，利润为Pr，收入为Rl，总成本为Cq，每公斤成本为Cpk，工作流流量为q，则工作流流量目标函数为：

工作流流量受物流均衡四要素影响，因此，设受数量影响流量值为qA，受结构影响流量值为qB，受时间影响流量值为qC，受空间影响流量值为qD，则工作流流量为：

此外，借用本人的研究成果中所提出流量改進度模型来进行分析。流量改进度模型为：

同理，设工作流流速最大效用为Zd，利润为Pr，收入为Rl，总成本为Cd，每公斤成本为Cpm，时间为t，工作流流速为d，则工作流流速目标函数为：

四、模型求解与仿真

本文以东部某省会城市为例，对所构建的模型进行模拟求解与仿真。该市以装备制造业为核心产业，尤其明确了要以汽车制造业为核心竞争优势产业。此外，该市近年来着重发展电商行业，是国家综合保税区，为跨境电商行业发展奠定了坚实的基础。因此，该市的区域物流体系主要服务于汽车制造业和电商行业。通过对各年度统计年鉴的调查与分析所得的相关数据，对本文所构建的区域物流体系运行均衡模型进行求解与仿真。

（一）评价

首先，本文利用专家打分法和调研法相结合的方式，给出工作流流量与工作流流速之间的相关系数、工作流流量、工作流流速及物流均衡四要素之间的相关系数、物流均衡四要素之间的相关程度系数。其中，相关系数由0至5组成，并且随着数值增大，相关性依次递增。0代表无相关性，5代表相关性最大。其次，通过上述所提方法分析得出相关数值，并将其依次填入表中。最后，利用质量屋中的数据和SPSS软件对上述数值进行计算求解，具体计算结果如图5所示。

通过上述分析，并根据本文所构建模型求出工作流流量、流速的运行效率（见表1）。

（二）优化

本节设计仿真算例对构建的运行均衡模型进行数值求解。从模型构建要达到的效果来分析，均衡状态是指在满足均衡约束条件式（14）的前提下，存在一组最优解，满足式（13）。本文选用变分不等式求解中的投影梯度算法，对模型进行优化求解。根据专家打分及相关赋值，另设：Rl=1000（万元），Cq=135（万元），Cpk=0.0576（万元），Cd=115（万元），Cpm=0.0412（万元）。

应用 MATLAB R2010b 实现投影梯度算法对模型进行求解，输入变量初始值设为1，令收敛精度为0.0001，将满足假设条件的相关函数表达代入模型优化，迭代实现收敛，求得物流均衡模型的最优解（见表2）。

（三）结果与讨论

从表2中可以看出：q与d的值，在物流均衡四要素各个方面的值总体趋于一致，但qB与dB的值均稍高于其他值。说明该市物流体系运行在数量、时间和空间三个均衡要素方面运行较为合理，但是在结构均衡要素方面存在一定的问题，并没有实现效用的最优。因此，该市需要对其物流体系运行进行重新梳理，要在运行中不断优化体系的结构，尽可能使其与物流均衡其他要素方面趋于一致，并保障体系在运行过程中整体呈良好趋势发展。

五、结论

发展失衡是区域经济所面临的主要难题，而实现区域物流体系运行均衡是解决区域经济发展不平衡的重要举措。本文利用物流均衡理论，构建了区域物流体系运行均衡模型，以提高区域物流体系运行效率，使区域物流体系运行更加合理。该模型以区域物流体系运行的构成要素，即工作流流量和流速与物流均衡理论四要素之间的关系为理论基础，构建了逻辑模型和数学模型。在数学模型中，首先，分别以工作流流量运行效率和工作流流速运行效率两个方面，构建了运行均衡评价模型。其次，以工作流流量和流速达到运行效用最大化为目标，以工作流流量和流速分别与运行成本之间的关系和物流均衡四要素为两个方面的约束条件，构建了运行均衡优化模型。最后，通过仿真算例验证模型的适用性和有效性。本文为有关区域物流体系运行的研究提供了理论和方法基础，在一定程度上克服了以往关于区域物流体系运行均衡方面研究的局限，弥补了在模型构建中的缺陷，为区域物流体系运行均衡模型的构建提供了合理的方法，为建立满足区域经济发展平衡的区域物流体系的研究提供了理论方法和應用参考。

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Research on Operation Equilibrium Model of Regional Logistics System based on Logistics Equilibrium Theory

Wu Guoqiu1， Liu Ying2

（1.College of International Business， Shenyang Normal University， Shenyang Liaoning 110034;

2.College of Economics and Management， Liaoning Vocational College of  Ecological Engineering，

Shenyang Liaoning 110122）

Abstract：Regional logistics system is the main factor to enhance regional economic competitiveness， and its balanced operation can promote the optimization of regional industrial layout. According to the logistics equilibrium theory， equilibrium is not only the basis for the operation of regional logistics system， but also the goal to be achieved. First of all， using the logistics equilibrium theory， analyze the theoretical connotation of regional logistics system operation equilibrium， and propose the constituent elements. Secondly， the operation balance model is constructed， including logical model and mathematical model. The logical model is constructed by system engineering method for theoretical analysis. The mathematical model includes a balanced evaluation model and a balanced optimization model， and achieves circular improvement. Finally， numerical solution and result analysis are carried out with an example. Through the balanced operation model of regional logistics system， it can improve the operation efficiency of regional logistics system， solve the imbalance problem in regional economic development， and provide support and application reference for establishing a balanced regional logistics system.

Key words：regional logistics system operation; equilibrium model; workflow

【責任编辑：李 菁    责任校对：赵 践】

收稿日期： 2022-11-09

基金项目： 辽宁省教育厅高校基本科学研究项目（LJKQR2021017）；辽宁省自然科学博士启动基金（2022-BS-230）；辽宁省经济社会发展研究课题（2023lslqnkt-061）

作者简介：吴国秋，男，辽宁沈阳人，沈阳师范大学讲师，管理科学与工程博士，主要从事物流工程与供应链管理研究；刘莹，女，辽宁沈阳人，辽宁生态工程职业学院讲师，主要从事管理会计研究。