本站原创摘 要：“运筹学”是教育部规定的各高校物流工程专业必需开设的学科基础课程,其宗旨是培养学生运用定量分析的数学思维方式对物流系统进行优化.从电子商务环境下我国物流业存在的实际问题出发,确定物流工程专业“运筹学”教学需要重点关注的问题,进而对教学内容和教学实施手段提出了改革建议.
关 键 词：物流工程；运筹学；库存控制
作者简介：谢逢洁（1974-）,女,重庆人,西安邮电大学管理工程学院,讲师.（陕西西安710061）崔文田（1966-）,男,陕西米脂人,西安交通大学管理学院,教授.（陕西西安710049）
基金项目：本文系教育部高等学校物流类专业教学指导委员会教改课题（课题编号：JZW2011013）的研究成果.
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）04-0110-02
随着电子商务近十年的迅速发展,我国物流企业如雨后春笋般成长起来.摊开一张中国物流地图,密密麻麻的干线、支线一团乱麻似的交织在一起.然而,中国物流每年30%左右的增长速度仍然难以满足每年100%速度增长的淘宝货运需求.那么,有效地利用现有资源进行优化配置,成为物流企业满足社会经济发展需求的重要途径,这无疑给物流专业的“运筹学”教学工作提出了前所未有的挑战.根据《教育部高等学校物流类专业教学指导委员会关于物流工程本科专业培养方案的指导意见》,“运筹学”是各高校物流工程专业必需开设的学科基础课程,建议课程学分为3分左右,其他学科基础课具体课程及学分由各高校自定.这充分说明了“运筹学”课程在物流工程专业教学中的基础性和重要性.那么,根据我国物流业发展中的实际问题,结合物流工程专业“运筹学”教学需求,探讨教学内容和教学方法的改革具有重要意义,但同时这也是摆在每个物流工程专业“运筹学”教学工作者面前的重要问题.
一、我国物流业的主要问题及其原因分析
在电子商务环境下,涌现出大量种类多、批量小、批次多、目的地分散的随机零散的物流需要,这与传统的粮食、燃料、建材等大宗物资运输需求有着明显的差别.大量的零散物流需求为我国物流业发展带来了契机,同时也暴露出其存在的问题.
首先,物流成本高是我国物流业一直以来存在的问题.随着电子商务环境下零散物流需求的激增,成本问题愈发显得严重.据国家发改委2011年12月1日披露的数据,2011年1月至10月,我国社会物流总费用6.4万亿元,同比增长18.7%.目前,中国的物流成本占GDP总量比重约为18%,而日本是11%,美国是8%,欧盟只有7%.究其原因,除了油价上涨以及物流运输中的各种乱收费现象外,每年以30%左右的速度发展起来的物流企业资质参差不齐,配送中心的选址、库存控制、车辆路径规划等有利于物流企业降低成本的优化途径在一些新建物流企业中并没有得到很好地应用.这是我国物流成本高的主观因素,也是物流专业“运筹学”教学需要重点关注的问题.
此外,在电子商务环境下,客户对产品可得性的心理预期增强,进而使得其对交货时间的要求远远高于传统物流货运的要求.而我国大多数物流企业尚未形成一个完整有效的物流系统,配送中心和运输系统缺乏协调,库存控制和车辆路径规划存在矛盾,长途运输和短途配送缺乏衔接等问题普遍存在.这无疑会导致物流企业货运时间的拖延,使得客户对交货时间的需求时常难以得到满足.因此,物流系统的协调优化也是“运筹学”教学需要重点关注的问题.
二、物流工程专业“运筹学”教学的主要内容
“运筹学”教材种类繁多,本文以清华大学出版社出版的《运筹学》章节划分为例进行相关内容的阐述.目前,我国各高校管理类本科层次的运筹学教学内容通常由线性规划与目标规划、整数规划、动态规划、图与网络、排队论等几部分构成,略有差异.非线性规划、存储论、对策论、决策论、启发式方法等则通常作为研究生阶段的教学内容.物流工程专业具有管理学科的一般属性,同时还具有本专业的一些特性.为了更好地满足我国快速发展的物流业对专业人才的需求,物流工程专业“运筹学”教学应在保持管理类运筹学教学内容广度的基础上,突出物流工程专业“运筹学”教学需要解决的一些重要问题,包括配送中心选址、库存控制、车辆路径规划以及物流配送系统协调优化等问题.
1.配送中心选址问题相关教学内容
配送中心选址问题是给定某一地区所有需求点的集合,要求从中选出一定数目的需求点建立配送中心,实现对所有需求点的配送,并使得总配送路径或配送费用最小.整数规划是目前应用最广泛也是最主要的定量选址技术,其求解方法包括分支定界法、割平面法和隐枚举法,其优点是能获得精确的最优解.但是对一些模型太复杂的情况,如对整个物流网络进行规划时的大型复杂选址问题,由于变量和约束条件众多、形式复杂,往往只能用启发式算法获得最优解.此外,多目标决策方法可以和启发式算法相结合进行配送中心的合理选址.
2.库存控制问题相关教学内容
库存控制问题是在保证生产或销售对物资需要的前提下,尽可能地减少资金占用,降低物资的库存成本.目前,库存控制研究已取得了丰硕的成果,形成了较为完整的库存控制理论——存储论,主要包括定常需求的库存控制、时变需求的库存控制、随机需求的库存控制、依赖于库存水平需求的库存控制以及多种物品的库存控制等.库存控制模型的求解主要利用高等数学中的微积分原理给出最优解的性质,并结合启发式算法给出最优值.
3.车辆路径规划问题相关教学内容
车辆路径规划问题是针对一系列发货、收货点,设计适当的行车路线,使车辆有序地通过它们,在满足规定的约束条件（如货物需求量、交发货时间、车辆容量、时间限制等）下,实现一定的目标（如路程最短、费用最低、时间尽量短、车辆尽量少等）.根据研究重点的不同,车辆路径规划问题的模型构造及算法有很大差别.但整数规划、动态规划和图论是车辆路径规划问题最常用的建模方法,启发式算法在车辆调度问题的求解中得到了广泛应用.4.物流系统协调优化相关教学内容
配送中心选址、库存控制、车辆路径规划问题之间有着千丝万缕的关系,其中一个问题的决策往往影响到其他问题的决策,如果某一问题决策失败就无法获得整个物流系统的最优.因此,物流系统的协调优化越来越受到重视,配送中心选址与运输路线安排问题的集成建模、库存控制与车辆路径的集成建模、以及配送中心选址与库存控制的集成建模已经得到了广泛研究,主要涉及的运筹学方法有整数规划、非线性规划、动态规划和启发式算法等.
由以上分析可知,物流系统优化涉及的“运筹学”教学内容主要包括整数规划、非线性规划、动态规划、图论、存储论、多目标决策、启发式算法等,这分别对应于清华大学出版社《运筹学》教材中的第5章、第6～7章、第8～9章、第10章、第13章、第16章、第17章.其中,以整数规划和启发式算法的应用最为广泛.以此为依据,笔者建议对物流工程专业的“运筹学”教学内容作适当调整,打破以教材章节为依据划分本科和研究生教学内容的模式,在本科阶段教学中增加非线性规划、存储论、决策论、启发式算法的内容,在研究生阶段教学中进一步深化整数规划、动态规划、图论的内容,保证本科和研究生阶段课程的可延续性,并在教学深度上形成一定的梯度.本科阶段侧重于物流系统基本问题的建模和基本求解方法的掌握,研究生阶段则侧重于综合问题的建模和多种求解方法的结合应用以及优化理论的创新.
三、物流工程专业“运筹学”教学的实施手段
“运筹学”是一门以数学方法为基础寻求实际问题最优方案的应用科学,特别强调对实际问题的解决.应用运筹学解决现实生产、生活中的实际问题,需要针对实际问题的优化要求及面临的客观条件作必要的检测设,抽象为数学模型,然后利用恰当的数学方法加以解决.根据《教育部高等学校物流类专业教学指导委员会关于物流工程本科专业培养方案的指导意见》,物流工程专业是一门实践性很强的专业,要求该专业的教学注重理论教学与实践教学相结合,课堂教学与课外活动和谐统一.因此,对于物流工程专业的“运筹学”教学,强调对物流系统中实际问题的解决则显得尤为重要.然而,由于“运筹学”本身所具有的明显的数学学科特征,加上“运筹学”教材的通用性特点,教师在教学实践中很容易产生偏重数理演算、忽略实践应用的倾向,在基本原理和手工演算的讲授上花费大量的课时,而对于如何从物流系统的实际问题出发,抽象出合理的数学模型以及如何应用先进的计算软件实现模型的求解则重视不够,甚至忽略.鉴于此,笔者建议对物流工程专业“运筹学”教学的实施手段做以下改革尝试.
1.讲述教学法和问题解决教学法相结合的课堂教学方式
由于“运筹学”既要求对基本理论和优化方法的理解,又强调应用理论方法解决实际问题的能力.因此,笔者建议采用讲述教学法和问题解决教学法相结合的课堂教学方式.
讲述教学法是指教师运用叙述的方式传递教材知识的教学方法,也是最为常用的一种教学方法.“运筹学”的基本理论和优化方法以数学为基础,对于物流工程专业的学生而言相对抽象和晦涩.如果在课堂讲述时利用高深的数学理论来推导一个定理,或者花费大量的时间手工求解一个问题,则违背了物流工程专业“运筹学”教学的应用目的,学生不仅难以接受讲述的内容,而且其学习积极性会受到打击.因此,笔者建议教师在课堂讲述中弱化“运筹学”中定理的推导以及手工演算过程,通过板书教学与多媒体教学相结合的讲述方式,根据课程内容的需要穿插一些动画、声音视频,充分调动学生的学习兴趣,使学生快速理解“运筹学”的基本理论和优化方法.在此基础上,结合问题解决教学法培养学生应用理论方法解决实际问题的能力.问题解决教学法是启发式教学方法的一种,是以学习者为中心的教学方法.教师可在教学中有目的地引导学生选择典型的物流系统优化案例,可以从简单的配送中心选址、库存控制以及车辆路径规划问题入手,协助学生对实际问题进行合理检测设、抽象和建模,使学生逐步掌握运用“运筹学”解决物流系统优化问题的思维方式和方法.
2.课堂教学、计算实验和课外活动紧密配合
由于课堂教学中弱化了定理的推导和手工演算的过程,加上启发式算法在物流系统优化问题中的广泛应用,物流工程专业的“运筹学”教学应开设专门的实验课程,将课堂教学内容和上机实验紧密结合起来,帮助学生掌握WINQSB、LINDO、LINGO、MATHEMATICA、MATLAB等优化软件,利用计算机代替手工演算实现模型的求解.同时,注重培养学生不拘泥于课本上的算法与思维,努力尝试新方法,开拓新思路,提高自己的创造性思维能力,逐步引导学生将学习的重点放在对实际问题的分析建模和求解思路的设计上来.此外,可以鼓励学生积极参加全国大学生物流大赛,实现“运筹学”教学与物流优化实践的结合,提高学生应用运筹学解决物流企业实际问题的能力.
3.改革考核体系,突出教学重点
成绩考核是整个教学周期的最后环节,是评估教学质量和学习水平的关键.为了与物流工程专业“运筹学”教学内容和教学方式的调整保持一致,其成绩考核方式也应做相应的调整.首先,突出物流工程专业的“运筹学”教学目的,考核内容应围绕物流系统优化问题展开,比如配送中心选址、库存控制、车辆路径规划等都是重点考核内容,相应地弱化对其他专业的相关问题考核.其次,改变目前“运筹学”课程考核采取的形式单一的笔试方式,将平时课堂教学中的问题讨论和实验课程中的上机练习作为课程考核的一部分.比如,可以在课堂教学中定期地进行物流系统案例优化小测验,让学生在规定的时间内完成问题分析和模型构建,将评价结果记入课程考核,还可以在实验课程中设置一定的考核环节,检查学生利用计算机求解运筹学模型的能力,将评价结果记入课程考核.最后,在试卷考核中要注重检验学生掌握运筹学思维方式和方法的程度,即检验学生针对一个具体的物流系统优化问题展开分析,进行适当的检测设和理论抽象,建立合理的数学模型的能力,避免学生把大量的时间花费到简单记忆和繁杂计算中.
四、结语
本文从电子商务环境下我国物流业存在的实际问题出发,确定物流工程专业“运筹学”教学需要重点关注的问题包括配送中心选址、库存控制、车辆路径规划以及物流系统协调优化.在此基础上,通过对这些重要问题的分析给出了物流工程专业“运筹学”教学的重点内容和章节,并对教学实施手段提出了改革建议.这些有针对性改革措施不仅有利于物流工程学生掌握运筹学的思维方式和方法,而且有利于培养学生应用运筹学解决物流系统优化问题的能力.