簡(jiǎn)議汽車(chē)零部件入廠(chǎng)物流循環(huán)取貨路徑優(yōu)化的模型及算法論文

　　1背景

　　隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，零部件入廠(chǎng)的效率和成本問(wèn)題日益引起關(guān)注。根據國外先進(jìn)汽車(chē)企業(yè)的經(jīng)驗，將入廠(chǎng)物流外包給第三方物流企業(yè)，以循環(huán)取貨(Milk-run)模式設計優(yōu)化的運輸路線(xiàn)進(jìn)行零部件配送，可以有效地解決庫存減少與運輸成本升高之間的矛盾，有效地降低運輸費用和包裝費用，從而降低整個(gè)供應鏈的成本。循環(huán)取貨的關(guān)鍵目標之一就是降低企業(yè)物流的成本，而合理的路徑規劃是決定企業(yè)能否實(shí)現以最小的成本在規定的時(shí)間內將零部件送到企業(yè)的組裝車(chē)間的關(guān)鍵。

　　B汽車(chē)制造企業(yè)的物流主要外包給了一家名為Z的第三方物流企業(yè)，由其負責主機廠(chǎng)的循環(huán)取貨。Z物流公司負責按照預先設定的取貨路徑和取貨時(shí)間分別去各供應商處輪流取貨，取貨完成之后再通過(guò)JIT配送將零部件送往主機廠(chǎng)線(xiàn)邊。在該過(guò)程中，最關(guān)鍵的環(huán)節在于制定合理的循環(huán)取貨方案。循環(huán)取貨的一個(gè)主要特征就是定線(xiàn)、定時(shí)地完成取貨操作。由于主機廠(chǎng)的生產(chǎn)計劃排程提前期一般在一個(gè)月左右，理想狀態(tài)下，B公司的循環(huán)取貨應該按照事先排定好的模版直接執行。目前B公司和Z物流公司已經(jīng)有專(zhuān)門(mén)的MIS系統協(xié)助進(jìn)行Milk-run的調度安排和監控，但尚沒(méi)有實(shí)現軟件制訂路線(xiàn)模版，而是靠傳統的手工排定來(lái)確定循環(huán)取貨的路徑方案。因此B公司急需一個(gè)科學(xué)的模型和合理的算法來(lái)幫助其進(jìn)行循環(huán)取貨的路徑規劃，從而使開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行路徑選擇變?yōu)榭赡堋?/p>

　　針對循環(huán)取貨路徑規劃這樣一個(gè)經(jīng)典的車(chē)輛路徑問(wèn)題(VRP)，國內外學(xué)者進(jìn)行了許多研究，一是根據實(shí)際應用中的情況，為VRP設定不同的約束條件和優(yōu)化目標，從而衍生出許多特定的VRP;另一個(gè)是運用不同的算法以求更好更快地求解VRP。

　　2循環(huán)取貨路徑優(yōu)化模型

　　根據B汽車(chē)企業(yè)循環(huán)取貨的實(shí)際運作模式，本文將傳統的車(chē)輛路徑問(wèn)題抽象為:在一個(gè)存在供需關(guān)系的大系統中，以配送中心為需求點(diǎn)，多臺取貨車(chē)輛從配送中心出發(fā)，分別到不同供應商處取貨。要求在給定的時(shí)間約束和庫存約束條件下合理安排取貨車(chē)輛的行走路徑，使得總的取貨成本最小�；�于上述分析，本文所研究的循環(huán)取貨車(chē)輛路徑問(wèn)題可做如下界定:

　�、倥渌椭行�:存在唯一的配送中心，且配送中心的地理位置已知;配送中心在主機廠(chǎng)附近且配送中心的貨物均以JIT的形式送至主機廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)或主機廠(chǎng)倉庫。

　�、谲�(chē)輛:車(chē)輛的數量沒(méi)有限制;所有車(chē)輛都必須從配送中心出發(fā)且最終返回配送中心;所有的車(chē)輛都不超過(guò)最大裝載量;所有車(chē)輛的規格相同，行駛速度相同。

　�、酃�應商:所有供應商的地理位置已知;各供應商的需求量已知;各供應商的取貨時(shí)間滿(mǎn)足所設定的取貨時(shí)間窗。

　�、苈窂�:每家供應商只有一條路徑經(jīng)過(guò)，并且路徑上所有點(diǎn)的取貨頻次相同。

　�、輲齑�:主機廠(chǎng)的最大允許庫存水平和最小允許庫存水平已知，循環(huán)取貨的單次取貨量以及取貨頻次滿(mǎn)足主機廠(chǎng)線(xiàn)邊庫存控制策略。

　�、迺r(shí)間窗:實(shí)際循環(huán)取貨過(guò)程中的時(shí)間約束為軟時(shí)間窗約束，即如果配送車(chē)輛到達供應商i的時(shí)間不在所規定的時(shí)間窗內，則配送車(chē)輛要付出一定的時(shí)間成本。

　　3算法分析

　　在求解循環(huán)取貨路徑優(yōu)化問(wèn)題的主要算法中主要可以分為精確算法和啟發(fā)式方法。精確算法由于引入嚴格的數學(xué)方法，只能解決較小規模的循環(huán)取貨路徑優(yōu)化問(wèn)題。本文根據循環(huán)取貨路徑優(yōu)化問(wèn)題的具體約束條件設置，采用了啟發(fā)式算法中有效性和實(shí)用性比較高的蟻群算法作為核心算法，并根據實(shí)際情況改進(jìn)了蟻群算法的信息素更新規則，即使用改進(jìn)的蟻群算法進(jìn)行求解。蟻群算法中用螞蟻代替配送車(chē)輛依次前往各供應商處取貨，需要考慮的因素為路徑的可見(jiàn)度和環(huán)境的信息素強度。

　　本文的初始解是根據時(shí)間窗下限產(chǎn)生的，即從目前路徑最后一個(gè)供應商出發(fā)，對時(shí)間窗要求最早的那個(gè)供應商進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，如果訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間不在這個(gè)供應商時(shí)間窗口內，則需要重新開(kāi)始一條路徑。

　�、俪跏蓟�路徑;

　�、诩�合C中放入未被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的供應商;

　�、跜中的元素按照如下規則排列:對任意的i≤j，滿(mǎn)足W(ci，cL)≤W(cj，cL)，其中cL為當前路徑的最后一個(gè)供應商;

　�、苋绻�集合C為空，則終止算法;

　�、萑绻鸚(cr，cm)=T，則保存當前路徑R;并從未訪(fǎng)過(guò)的供應商集合中隨機選擇一個(gè)客戶(hù)ck作為新路徑的出發(fā)點(diǎn);C=C-ck;跳轉到第三步;

　�、奕绻�供應商cr為目前路徑R的合法供應商，將cr加入到R中;C=C-ck;k=k+1;返回到第④步;

　�、咚惴ńK止，并輸出結果。

　　4結論

　　本文以B汽車(chē)制造企業(yè)零部件入廠(chǎng)物流的實(shí)際運作情況為例，對其循環(huán)取貨路徑優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了界定，建立了新的車(chē)輛路徑模型。在該模型中，本文以實(shí)際操作中企業(yè)最關(guān)心的時(shí)效性和庫存合理性為出發(fā)點(diǎn)，一方面通過(guò)對單次取貨量的總占用庫存進(jìn)行限制，來(lái)達到小批量、高頻次的取貨目的。一方面供應商的取貨任務(wù)必須在特定的時(shí)間窗內完成，并為其設定了帶有懲罰成本的軟時(shí)間窗約束，更加符合B企業(yè)的實(shí)際運作情況�？紤]到取貨的平準性以及各種復雜約束，本文針對模型的特征設計了改進(jìn)的蟻群算法進(jìn)行求解，對傳統蟻群算法的轉移規則和更新規則進(jìn)行了改進(jìn)，使算法的全局搜索能力得到增強。本文的模型和算法有助于B企業(yè)利用軟件自動(dòng)生成循環(huán)取貨路徑方案，并對同行業(yè)的其他汽車(chē)企業(yè)也有借鑒意義。

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