可持续设施选址和多产品定价联合优化方法研究

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设施选址作为企业的长期战略,直接影响企业的市场占有率,进而影响企业的利润,是企业生存根本之所在。近年来,经济全球化迅猛发展,环境问题日益突出,已成为人类面临的严峻挑战之一。可持续发展成为当今企业的重要发展战略,企业不仅要关注经济目标,也要注重环境影响。为有效控制碳排放,越来越多的国家出台碳排放政策,促使企业重新审视其设施选址策略。随着消费者需求的多样化,企业生产经营趋于多元化,可以同时为消费者提供多种替代和/或互补产品满足其日常需要。选址问题所具有的极强实际应用背景,致使可持续设施选址和多产品设施选址问题受到国内外学者的广泛关注。由于产品之间存在着替代或者互补关系,一种产品的价格会对另一种产品的需求量产生影响,因此产品的需求量不仅受到自身价格的影响,也受到其他产品价格的影响。多产品的需求-价格关系是企业制定设施选址决策的关键之一。已有研究普遍采用仅在某个限定区域上有定义的需求函数。然而,当企业把一种产品的价格制定得相当高以致其需求为零时,这种产品仍然可以影响其他产品的需求,因此限制产品的价格势必会对设施选址决策产生影响。鉴于此,如何将政府的碳排放政策以及产品之间的替代或者互补关系融入设施选址问题中为企业制定出最优的设施选址和产品定价决策,实现企业利润最大化并助力企业的可持续发展,是本文解决的主要难题。以企业类型、产品销售模式和市场结构为切入点,本文研究了三种情形下的可持续设施选址和多产品定价联合优化问题,主要研究工作如下:(1)可持续垄断制造设施选址和多产品定价联合优化方法针对垄断市场中生产多种替代和/或互补产品的制造企业,探讨了其在政府碳交易机制下的设施选址和产品定价联合优化决策。首先,以最大化企业利润为目标,基于定义于整个非负价格区域且反映市场真实需求的互补需求函数,构建可持续垄断制造设施选址和多产品定价联合优化模型。该模型为带均衡约束的0-1混合整数非凹二次规划,是强NP-hard问题。其次,为有效求解该问题,利用大M系数、二元辅助变量和分片线性包络方法将其转化为有界闭凸集上的0-1混合整数凹规划,并提出具有全局收敛性的分支提升算法。最后,通过数值算例验证了所提模型和算法的有效性,并分析了碳限额和碳交易对企业决策产生的影响,为处于垄断市场中的制造企业决策者提供策略支持和管理建议。(2)可持续竞争制造设施选址和多产品定价联合优化方法针对竞争市场中生产多种替代和/或互补产品的制造企业,探讨了其在政府碳交易机制下的设施选址和产品定价联合优化决策。市场中已存在企业建有设施生产并向顾客提供所需的多种产品,一家企业欲进入市场安置新设施与其竞争市场份额。新进入市场的企业预料到已建有设施的企业会有的反应,制定选址和产品定价决策,而已建有设施的企业在观察到新进入市场的企业的决策后,调整自己的产品供应量决策以应对新企业的进入。两家企业之间的竞争形成斯塔克尔伯格(Stackelberg)博弈,新进入市场的企业为领导者,已建有设施的企业为跟随者。首先,基于定义于整个非负价格区域且反映市场真实需求的互补需求函数,构建可持续竞争制造设施选址和多产品定价联合优化模型,为双层规划模型。上层规划为领导者的优化模型,以最大化利润为目标,为带均衡约束的0-1混合整数非凹二次规划;下层规划为跟随者的优化模型,为带均衡约束的非凹二次规划。该双层规划是极其复杂的强NP-hard问题。其次,为有效求解该问题,先利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件将双层规划等价转化为单层规划,然后利用大M系数、二元辅助变量和分片线性包络方法进一步将其转化为有界闭凸集上的0-1混合整数凹规划,并提出Benders算法进行求解。再者,通过数值算例验证了所提模型和算法的有效性,并分析了碳限额和碳交易对企业决策产生的影响,为处于竞争市场中的制造企业决策者提供策略支持和管理建议。最后,将所构建的可持续竞争制造设施选址和多产品定价联合优化模型拓展至跟随者为多家企业的情形,涵盖更多市场组织形式。(3)可持续越库中心选址和多产品定价联合优化方法针对制造企业与分销企业构成的供应链,制造企业生产的多种替代和/或互补产品通过分销企业的越库中心送达至终端顾客。在政府的碳交易机制下,探讨了分销企业的越库中心选址和产品定价联合优化决策。首先,以最大化供应链利润为目标,基于定义于整个非负价格区域且反映市场真实需求的互补需求函数,构建可持续越库中心选址和多产品定价联合优化模型。该模型为带均衡约束的0-1混合整数非凹二次规划,是强NP-hard问题。其次,为有效求解该问题,利用大M系数、二元辅助变量和McCormick包络方法将其转化为有界闭凸集上的0-1混合整数凹规划,并提出具有全局收敛性的(结合双线性函数进行分支变量选取)分支提升算法。最后,通过数值算例验证了所提模型和算法的有效性,并分析了碳限额和碳交易对企业决策产生的影响,为分销企业决策者提供策略支持和管理建议。
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