基于TransCAD的物流設(shè)施選址與配送路線優(yōu)化研究

竇玉臣，江 偉，胡大偉

（中國(guó)遠(yuǎn)洋物流有限公司，北京100025）

定位路線問(wèn)題（LRP）是物流規(guī)劃中定位配給問(wèn)題和車輛路線問(wèn)題的集成，是物流系統(tǒng)優(yōu)化的難題，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者為各類LRP的實(shí)際問(wèn)題構(gòu)建了優(yōu)化模型，并形成了許多解決問(wèn)題的算法。這些算法通常只是由專業(yè)人員用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于非專業(yè)人員，運(yùn)用一款內(nèi)嵌物流模塊的基于信息平臺(tái)的軟件進(jìn)行物流系統(tǒng)的優(yōu)化將更加容易實(shí)現(xiàn)。隨著Trans CAD 的出現(xiàn)，為解決物流設(shè)施選址與配送路線問(wèn)題提供了方便。

1 TransCAD在物流中的應(yīng)用

在發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)，物流業(yè)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高效率，關(guān)鍵在于運(yùn)用大量先進(jìn)的信息化平臺(tái)。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，先進(jìn)的物流信息平臺(tái)必將在我國(guó)的物流業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用前景。此時(shí)，引進(jìn)、吸收國(guó)外先進(jìn)的信息技術(shù)，必將促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代物流信息化的發(fā)展?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)(GIS)的TransCAD 軟件系統(tǒng)具有高級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能以及用來(lái)操作地理信息數(shù)據(jù)的便于用戶使用的地圖界面，能更高效地處理物流系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題。TransCAD 能可視化具有空間特征的地理信息，為用戶提供了更加直觀、清晰的表達(dá)形式，這可以大大提高工作效率。TransCAD 具有很強(qiáng)的空間分析能力，可以更有效地分析具有空間特征的物流系統(tǒng)，是推進(jìn)物流管理現(xiàn)代化的重要工具之一。

2 用TransCAD解決LRP問(wèn)題的主要思想

物流系統(tǒng)LRP 包含選擇設(shè)施位置、選擇運(yùn)輸車輛類型、確定車輛裝載量、選擇車輛行車路線、確定發(fā)車時(shí)間等幾個(gè)方面的規(guī)劃問(wèn)題，因此本文在解決物流系統(tǒng)LRP 的時(shí)候，根據(jù)TransCAD系統(tǒng)軟件的物流模塊的特點(diǎn)，將整個(gè)LRP 分解成兩個(gè)子問(wèn)題：一是設(shè)施選址的子問(wèn)題，二是車輛路線子問(wèn)題。其中設(shè)施選址子問(wèn)題是指從備選設(shè)施中選擇出規(guī)劃設(shè)施的問(wèn)題，即確定客戶應(yīng)該分派給哪個(gè)設(shè)施的問(wèn)題；車輛路線子問(wèn)題是在設(shè)施選址子問(wèn)題的基礎(chǔ)上進(jìn)一步安排每個(gè)選定設(shè)施的車輛路線安排問(wèn)題，包括：決定進(jìn)行配送任務(wù)的車輛類型及數(shù)量；每輛車將為哪些客戶提供配送服務(wù)；每輛車的發(fā)車時(shí)間以及行車路線等等。

對(duì)LRP 進(jìn)行分解之后，這兩個(gè)子問(wèn)題不是彼此孤立的，而是密切聯(lián)系的。先考慮各個(gè)子問(wèn)題的解決方法，然后再考慮問(wèn)題的整體性，綜合起來(lái)就得到問(wèn)題的解決方法。車輛安排子問(wèn)題是在選擇配送中心子問(wèn)題的基礎(chǔ)上進(jìn)行求解的，只有在選擇配送中心子問(wèn)題之后，車輛安排子問(wèn)題才能進(jìn)行求解。解決選擇配送中心子問(wèn)題的關(guān)鍵是使車輛安排子問(wèn)題的求解結(jié)果最優(yōu)，使整個(gè)問(wèn)題求解的資源消耗盡量小，各個(gè)子問(wèn)題的求解過(guò)程是循環(huán)遞進(jìn)的。當(dāng)選擇配送中心子問(wèn)題解決后，得到的結(jié)果除了選定的點(diǎn)之外，還有在構(gòu)建選擇配送中心子問(wèn)題的啟發(fā)函數(shù)時(shí)把客戶點(diǎn)分配給了配送中心點(diǎn)，即解決了分配問(wèn)題。在這個(gè)基礎(chǔ)上，解決車輛安排問(wèn)題，就是決定每個(gè)配送中心中的每輛車裝載哪幾個(gè)客戶的貨物、何時(shí)發(fā)車、車輛如何行駛（即行車路線安排）等問(wèn)題。

3 TransCAD中LRP數(shù)據(jù)系統(tǒng)

TransCAD 軟件系統(tǒng)對(duì)具有地理特征的信息進(jìn)行分層存儲(chǔ)和管理。具有特征相似或相同的地理對(duì)象都存儲(chǔ)在一個(gè)地理圖層中，并且有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表與之對(duì)應(yīng)，圖層中每一個(gè)對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)表中的一條記錄一一對(duì)應(yīng)。TransCAD 系統(tǒng)以圖層為對(duì)象來(lái)儲(chǔ)存、分析和管理數(shù)據(jù)信息，然后把不同的圖層重疊到一起，以便更直觀地研究區(qū)域信息，圖層疊加效果如圖1所示。

圖1 TransCAD中LRP圖層疊加效果圖

在TransCAD 中建立LRP 數(shù)據(jù)庫(kù)必須事先準(zhǔn)備好大量相關(guān)數(shù)據(jù)，如路網(wǎng)信息數(shù)據(jù)、客戶信息數(shù)據(jù)、設(shè)施信息數(shù)據(jù)、車輛信息數(shù)據(jù)等，掌握這些信息數(shù)據(jù)是進(jìn)行科學(xué)合理規(guī)劃的必要前提。

LRP 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可分為四大類：路網(wǎng)信息數(shù)據(jù)、設(shè)施信息數(shù)據(jù)、客戶信息數(shù)據(jù)和車輛信息數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 TransCAD中LRP基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)成

4 實(shí)例分析

圖3 是某城市路網(wǎng)及設(shè)施點(diǎn)、客戶點(diǎn)分布圖。假定A 市已經(jīng)存在1 個(gè)物流設(shè)施，需要在8 個(gè)備選設(shè)施中選出2個(gè)新的物流設(shè)施，并安排最少的車輛行駛最短的距離或最短的時(shí)間，使車輛在滿足所有限制條件的基礎(chǔ)上訪問(wèn)所有客戶。

圖3 路網(wǎng)及設(shè)施點(diǎn)、客戶點(diǎn)分布圖

4.1 物流設(shè)施選址

物流設(shè)施選擇所需要的材料：包含城市道路網(wǎng)圖層及所有備選設(shè)施點(diǎn)、客戶點(diǎn)的點(diǎn)圖層，如圖3所示；客戶點(diǎn)需求，表示客戶點(diǎn)重要程度的權(quán)重，如圖4“DEMAND”列所示；服務(wù)成本矩陣，每個(gè)設(shè)施都有與之相關(guān)的固定投資成本和運(yùn)營(yíng)成本?？梢越⑽锪鞣?wù)的成本矩陣，行代表候選點(diǎn)列代表客戶。服務(wù)成本矩陣（Cost-of-Service Matrix）是選址程序模塊的基本輸入要素。它包括所有的備選設(shè)施點(diǎn)和客戶點(diǎn)，可以通過(guò)計(jì)算備選設(shè)施點(diǎn)到客戶點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間或距離來(lái)創(chuàng)建矩陣，如圖5所示。

圖4 客戶數(shù)據(jù)窗

圖5 服務(wù)成本矩陣

準(zhǔn)備好相關(guān)材料后，點(diǎn)擊菜單Routing/Logistics，選擇Facility Location 命令，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，如圖6所示。

運(yùn)行程序，得出如圖7所示選址結(jié)果圖。

4.2 車輛路線安排

圖6 設(shè)施選址對(duì)話框

圖7 選址結(jié)果圖

Trans CAD軟件系統(tǒng)解決車輛路線安排問(wèn)題的目的是：在滿足所有限制條件的基礎(chǔ)上訪問(wèn)所有客戶，安排最少的車輛行駛最短的距離或最短的時(shí)間。

本文需要解決的是受車輛類型、容量及成本約束、帶時(shí)間窗的車輛路線安排問(wèn)題，需要事先準(zhǔn)備好以下材料：（1）帶有服務(wù)時(shí)間限制的設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖8所示；（2）帶有營(yíng)業(yè)時(shí)間、車輛固定服務(wù)時(shí)間限制的客戶數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖4 所示；（3）基于路網(wǎng)的包含所有設(shè)施點(diǎn)到客戶間的距離和出行時(shí)間的路線矩陣文件，如圖9所示；（4）各設(shè)施車輛信息數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖10所示。

圖8 設(shè)施信息數(shù)據(jù)窗

圖9 路線矩陣文件

圖10 車輛表格

本文在4.1 中解決設(shè)施選址問(wèn)題的基礎(chǔ)上進(jìn)行車輛路線安排。首先需要建立一個(gè)規(guī)劃后設(shè)施的選擇集以便后續(xù)程序調(diào)用，規(guī)劃后設(shè)施包括已經(jīng)存在的1 個(gè)設(shè)施和2 個(gè)新設(shè)施，如圖11所示。

圖11 新建規(guī)劃后設(shè)施選擇集

準(zhǔn)備好相關(guān)材料后，點(diǎn)擊菜單Routing/Logistics，選擇Vehicle Routing。相關(guān)參數(shù)設(shè)置如圖12所示。點(diǎn)擊GO，運(yùn)行程序，得出如圖13所示的車輛路線安排結(jié)果數(shù)據(jù)窗。

圖12 設(shè)施和客戶點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置

圖13 車輛路線安排結(jié)果數(shù)據(jù)窗

4.3 LRP解決方案調(diào)整

分析輸出結(jié)果可知，在設(shè)施定位模型中由設(shè)施“F5”為客戶“C10”提供配送服務(wù)，設(shè)施“F8”為客戶“C43、C44”服務(wù)；而在車輛路線模型中客戶“C10”是由設(shè)施“F2”服務(wù)的，客戶“C43、C44”由設(shè)施“F5”服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)物流設(shè)施定位和配送路線的整體優(yōu)化，本文對(duì)車輛路線安排方案進(jìn)行調(diào)整。

Trans CAD 為車輛路線系統(tǒng)的調(diào)整提供了一整套工具。在Vehicle Routing with Time Windows 窗口中提供了編輯路線（Editing Routes）命令按鈕 。

一旦創(chuàng)建了車輛路線，就能夠使用車輛路線編輯工具箱來(lái)更改一條或多條路線，也可以將任一沒(méi)有分配的站點(diǎn)加到路線上。在車輛路線編輯工具箱上可以顯示路線的信息，當(dāng)改變路線后，將自動(dòng)更新信息。

要使用輛路線編輯工具箱，必須有以下文件：

（1）一個(gè)含有設(shè)施、站點(diǎn)以及車輛路線安排的路線系統(tǒng)地圖；

（2）用于創(chuàng)建路線的車輛路線安排矩陣。

調(diào)整后，用路線系統(tǒng)演示車輛路線安排結(jié)果如圖14 所示。在本文案例的解決方案中，從8 個(gè)備選設(shè)施點(diǎn)選出“F2”、“F8”兩個(gè)規(guī)劃設(shè)施，這兩個(gè)設(shè)施和原有設(shè)施“F5”一起為46 個(gè)客戶提供物流配送服務(wù)，一共形成12 條配送路線。其中設(shè)施“F2”派出3 輛車，形成Route 9、Route 10、Route 11 共3 條配送路線，總配送貨物量為286 個(gè)單位，行駛總距離為43.64km，車輛出行總時(shí)間是1 705min。設(shè)施“F5”派出5 輛車，形成Route 4、Route 5、Route 6、Route 7、Route8 共5 條配送路線，總配送貨物量為935 個(gè)單位，行駛總距離為54.73km，車輛出行總時(shí)間是3 601min。設(shè)施“F8”派出4 輛車，形成Route 1、Route 2、Route 3、Route 12共4條配送路線，總配送貨物量為356個(gè)單位，行駛總距離為45.41km，車輛出行總時(shí)間是1 720min。

圖14 調(diào)整后車輛路線安排結(jié)果圖

5 結(jié)論

本文對(duì)基于Trans CAD 軟件系統(tǒng)的物流系統(tǒng)LRP解決方案進(jìn)行了研究，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于LRP 的研究現(xiàn)狀，介紹了Trans CAD 中LRP 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，分析了LRP 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成。本文主要對(duì)如何運(yùn)用Trans CAD中的物流模塊解決物流系統(tǒng)LRP進(jìn)行了闡述，解決了基于Trans CAD的物流系統(tǒng)LRP，最后對(duì)方案結(jié)果進(jìn)行分析，并用路線編輯工具對(duì)物流配送方案進(jìn)行調(diào)整。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.物流業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃[Z].北京：中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院，2009.

[2] 劉敬青. 基于Trans CAD 的物流配送VRP 解決方案[J].權(quán)威論壇，2006（12）：99-102.

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