基于TransCAD的物流設施選址與配送路線優化研究

竇玉臣，江 偉，胡大偉

（中國遠洋物流有限公司，北京100025）

定位路線問題（LRP）是物流規劃中定位配給問題和車輛路線問題的集成，是物流系統優化的難題，也是當前研究的熱點。國內外學者為各類LRP的實際問題構建了優化模型，并形成了許多解決問題的算法。這些算法通常只是由專業人員用計算機語言進行編程來實現。對于非專業人員，運用一款內嵌物流模塊的基于信息平臺的軟件進行物流系統的優化將更加容易實現。隨著Trans CAD 的出現，為解決物流設施選址與配送路線問題提供了方便。

1 TransCAD在物流中的應用

在發達的國家和地區，物流業之所以能夠實現低成本、高效率，關鍵在于運用大量先進的信息化平臺。隨著全球經濟的發展和信息技術的突飛猛進，先進的物流信息平臺必將在我國的物流業中獲得廣泛的應用前景。此時，引進、吸收國外先進的信息技術，必將促進我國現代物流信息化的發展。基于地理信息系統(GIS)的TransCAD 軟件系統具有高級數據庫管理功能以及用來操作地理信息數據的便于用戶使用的地圖界面，能更高效地處理物流系統優化問題。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、清晰的表達形式，這可以大大提高工作效率。TransCAD 具有很強的空間分析能力，可以更有效地分析具有空間特征的物流系統，是推進物流管理現代化的重要工具之一。

2 用TransCAD解決LRP問題的主要思想

物流系統LRP 包含選擇設施位置、選擇運輸車輛類型、確定車輛裝載量、選擇車輛行車路線、確定發車時間等幾個方面的規劃問題，因此本文在解決物流系統LRP 的時候，根據TransCAD系統軟件的物流模塊的特點，將整個LRP 分解成兩個子問題：一是設施選址的子問題，二是車輛路線子問題。其中設施選址子問題是指從備選設施中選擇出規劃設施的問題，即確定客戶應該分派給哪個設施的問題；車輛路線子問題是在設施選址子問題的基礎上進一步安排每個選定設施的車輛路線安排問題，包括：決定進行配送任務的車輛類型及數量；每輛車將為哪些客戶提供配送服務；每輛車的發車時間以及行車路線等等。

對LRP 進行分解之后，這兩個子問題不是彼此孤立的，而是密切聯系的。先考慮各個子問題的解決方法，然后再考慮問題的整體性，綜合起來就得到問題的解決方法。車輛安排子問題是在選擇配送中心子問題的基礎上進行求解的，只有在選擇配送中心子問題之后，車輛安排子問題才能進行求解。解決選擇配送中心子問題的關鍵是使車輛安排子問題的求解結果最優，使整個問題求解的資源消耗盡量小，各個子問題的求解過程是循環遞進的。當選擇配送中心子問題解決后，得到的結果除了選定的點之外，還有在構建選擇配送中心子問題的啟發函數時把客戶點分配給了配送中心點，即解決了分配問題。在這個基礎上，解決車輛安排問題，就是決定每個配送中心中的每輛車裝載哪幾個客戶的貨物、何時發車、車輛如何行駛（即行車路線安排）等問題。

3 TransCAD中LRP數據系統

TransCAD 軟件系統對具有地理特征的信息進行分層存儲和管理。具有特征相似或相同的地理對象都存儲在一個地理圖層中，并且有一個數據庫表與之對應，圖層中每一個對象與數據庫表中的一條記錄一一對應。TransCAD 系統以圖層為對象來儲存、分析和管理數據信息，然后把不同的圖層重疊到一起，以便更直觀地研究區域信息，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 數據庫必須事先準備好大量相關數據，如路網信息數據、客戶信息數據、設施信息數據、車輛信息數據等，掌握這些信息數據是進行科學合理規劃的必要前提。

LRP 基礎數據可分為四大類：路網信息數據、設施信息數據、客戶信息數據和車輛信息數據，如圖2所示。

圖2 TransCAD中LRP基礎數據構成

4 實例分析

圖3 是某城市路網及設施點、客戶點分布圖。假定A 市已經存在1 個物流設施，需要在8 個備選設施中選出2個新的物流設施，并安排最少的車輛行駛最短的距離或最短的時間，使車輛在滿足所有限制條件的基礎上訪問所有客戶。

圖3 路網及設施點、客戶點分布圖

4.1 物流設施選址

物流設施選擇所需要的材料：包含城市道路網圖層及所有備選設施點、客戶點的點圖層，如圖3所示；客戶點需求，表示客戶點重要程度的權重，如圖4“DEMAND”列所示；服務成本矩陣，每個設施都有與之相關的固定投資成本和運營成本。可以建立物流服務的成本矩陣，行代表候選點列代表客戶。服務成本矩陣（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施點和客戶點，可以通過計算備選設施點到客戶點的運行時間或距離來創建矩陣，如圖5所示。

圖4 客戶數據窗

圖5 服務成本矩陣

準備好相關材料后，點擊菜單Routing/Logistics，選擇Facility Location 命令，設置相應的參數，如圖6所示。

運行程序，得出如圖7所示選址結果圖。

4.2 車輛路線安排

圖6 設施選址對話框

圖7 選址結果圖

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

本文需要解決的是受車輛類型、容量及成本約束、帶時間窗的車輛路線安排問題，需要事先準備好以下材料：（1）帶有服務時間限制的設施數據庫，如圖8所示；（2）帶有營業時間、車輛固定服務時間限制的客戶數據庫，如圖4 所示；（3）基于路網的包含所有設施點到客戶間的距離和出行時間的路線矩陣文件，如圖9所示；（4）各設施車輛信息數據庫，如圖10所示。

圖8 設施信息數據窗

圖9 路線矩陣文件

圖10 車輛表格

本文在4.1 中解決設施選址問題的基礎上進行車輛路線安排。首先需要建立一個規劃后設施的選擇集以便后續程序調用，規劃后設施包括已經存在的1 個設施和2 個新設施，如圖11所示。

圖11 新建規劃后設施選擇集

準備好相關材料后，點擊菜單Routing/Logistics，選擇Vehicle Routing。相關參數設置如圖12所示。點擊GO，運行程序，得出如圖13所示的車輛路線安排結果數據窗。

圖12 設施和客戶點的參數設置

圖13 車輛路線安排結果數據窗

4.3 LRP解決方案調整

分析輸出結果可知，在設施定位模型中由設施“F5”為客戶“C10”提供配送服務，設施“F8”為客戶“C43、C44”服務；而在車輛路線模型中客戶“C10”是由設施“F2”服務的，客戶“C43、C44”由設施“F5”服務。為了實現物流設施定位和配送路線的整體優化，本文對車輛路線安排方案進行調整。

Trans CAD 為車輛路線系統的調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 。

一旦創建了車輛路線，就能夠使用車輛路線編輯工具箱來更改一條或多條路線，也可以將任一沒有分配的站點加到路線上。在車輛路線編輯工具箱上可以顯示路線的信息，當改變路線后，將自動更新信息。

要使用輛路線編輯工具箱，必須有以下文件：

（1）一個含有設施、站點以及車輛路線安排的路線系統地圖；

（2）用于創建路線的車輛路線安排矩陣。

調整后，用路線系統演示車輛路線安排結果如圖14 所示。在本文案例的解決方案中，從8 個備選設施點選出“F2”、“F8”兩個規劃設施，這兩個設施和原有設施“F5”一起為46 個客戶提供物流配送服務，一共形成12 條配送路線。其中設施“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 個單位，行駛總距離為43.64km，車輛出行總時間是1 705min。設施“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 個單位，行駛總距離為54.73km，車輛出行總時間是3 601min。設施“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個單位，行駛總距離為45.41km，車輛出行總時間是1 720min。

圖14 調整后車輛路線安排結果圖

5 結論

本文對基于Trans CAD 軟件系統的物流系統LRP解決方案進行了研究，總結了國內外學者對于LRP 的研究現狀，介紹了Trans CAD 中LRP 基礎數據系統，分析了LRP 基礎數據系統的構成。本文主要對如何運用Trans CAD中的物流模塊解決物流系統LRP進行了闡述，解決了基于Trans CAD的物流系統LRP，最后對方案結果進行分析，并用路線編輯工具對物流配送方案進行調整。

[1] 中華人民共和國國務院.物流業調整和振興規劃[Z].北京：中華人民共和國國務院，2009.

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

[3] Caliper Corporation. Trans CAD 中文用戶手冊[Z]. Newton:Caliper Corporation,2002.