供应链是将供应商、分销商、零售商等,以及最终用户连成一个整体的功能网链结构。从整条供应链网络长久运营成本最优的角度,各参与方需要协调完成战略层的选址决策、战术层的库存策略以及操作层的运输路由决策。为了降低供应链整体运营成本以获得竞争优势,全球性的供应链网络不断发展,地理分散与网络结构的复杂性使得供应链越来越容易遭受中断风险的侵袭,供应链网络的脆弱性问题也越来越突出。本论文首先在已有的供应链网络优化问题的基础上,考虑了一个更加复杂、贴合实际的集成优化问题,即同时考虑了选址、库存和路径决策,建立了问题的混合整数规划模型,设计了包括初始化、强化、后优化的元启发式算法。通过和现有方法在标杆问题上的比较,验证了算法的有效性。接着,在上述确定性问题的基础上,进一步考虑了设施的中断风险。建立的设施都有一定的概率发生中断,当设施中断时,它所服务的客户需要由现有的正常设施来提供服务,这样的重新指派会带来较大的应急运输成本。为获得一个更加“可靠的”供应链网络设计方案,即在日常运营成本只增加很小的前提下,大幅度减小应急服务成本,本论文从以下三个方面拓展了考虑中断风险的选址模型。首先引入了车辆路径,当设施中断时,客户的重新指派会影响现有的配送路径,带来较大的成本。针对此两阶段随机问题,设计了基于模拟退火的元启发式算法,包括最大似然取样、路径重分配、两阶段邻域搜索等。算例测试证明了可靠设计方案的存在可能。其次引入了库存成本,考虑设施中断会开放更多的设施,而考虑库存成本会开放更少的设施,本论文通过同时考虑这两个因素,可以在风险分散和风险共担中找到最佳平衡。建立了一个非线性混合整数规划模型,设计了可精确求解小规模问题的线性化方法,和有效求解大规模问题的拉格朗日松弛算法。通过参数的灵敏度分析,得到不少管理学观点。最后引入了服务竞争,考虑两个服务提供商:领导者和跟随者。他们相继地开放给定数量的设施,以最大化自己的市场份额。客户总是从最近的正常设施寻求服务。建立了此问题的二元双层线性规划模型,通过引入多种割平面,设计了一个可变邻域分解搜索算法,并将此算法推广到一般的双层线性规划模型。