摘要 - 行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

中華民國運輸學會第21屆論文研討會中華民國95年12月

Keywords: Vehicle Routing Problem, Linhaul-Feeder, Heuristic Method

一、前言

由於都市地區土地價格偏高，大多數的物流與貨運業者皆將其營業據點或場站設置於市郊，此舉可能造成配送距離與次數的增加。為減少車輛往返場站的次數與距離，近年來已有某些業者利用大型卡車來進行中途的接駁。亦即，以大型卡車為指定點，當小貨車配送完第一趟的顧客點後，直接至指定點向大型卡車補貨而不需再回到場站，然後進行第二趟的配送服務。利用不同車種互相接駁進行配送作業，使得成本及距離總和最小，圖 1 為此接駁配送方式的示意圖。

圖 1 指定點接駁配送方式示意圖

由圗 1 可知，當物流中心(場站)所在位置偏於一隅時，利用此指定點接駁的配送方式，

將可節省小貨車返回場站補貨的時間，對於顧客服務具有時間緊迫性的情形，更能提升其服務效率並減少車輛的使用。

有鑑於此，本研究即針對上述指定點接駁的配送作業方式進行深入研究，提出一種新型態的車輛路線問題模式，稱之為「指定點接駁車輛路線問題（Linehaul-Feeder Vehicle Routing Problem, LFVRP）」。由於 LFVRP 屬於國內外文獻未曾探討過的新課題，故本研究根據此問題特性來設計其啟發式求解方法，並藉由建立測試例題來驗證 LFVRP 模式的應用潛力。

本文後續章節安排如下：首先於第二節簡要回顧車輛路線相關問題的文獻；然後於第三節提出 LFVRP 之問題定義及其啟發式求解方法；再於第四節說明實驗設計與例題測試之結果；最後於第五節歸納本研究之重要結論與後續研究課題。

二、文獻回顧

本節文獻回顧包含兩部份：2.1 節探討國內外文獻中與本研究提出之指定點接駁車輛路縣問題類似的相關模式；2.2 節則彙整了車輛路線問題之多種啟發式解法。

2.1 接駁式車輛路線問題相關文獻

本研究回顧各種車輛路線問題後發現，目前文獻上曾探討的「卡車拖車路線問題（Truck and Trailer Vehicle Routing Problem, TTRP）」可算是最類似指定點接駁的車輛路線運作方式。

TTRP 乃是以卡車聯結拖車所組成的車隊進行配送，從場站出發服務所有顧客。當顧客處於拖車無法順利配送的地方時，將拖車停放在某顧客點，僅使用卡車單獨進行配送，等到

物流中心大型卡車

小貨車 1

小貨車 1 小貨車 2

小貨車 2

服務完拖車無法順利配送的顧客點，回到拖車停放的顧客點，把拖車聯結好，繼續完成所有顧客點的配送；圖 2 為 TTRP 路線型態的示意圖。

圖 2 TTRP 路線型態示意圖

指定點接駁車輛路線問題的基本概念為利用大貨車為一中繼站，停放在某一定點，使其他小貨車能夠到中繼點補貨。而卡車拖車路線問題則是卡車連結拖車同時由場站出發，在配送的子路線時將拖車停放在某一顧客點，等到子路線完成配送後，再將拖車連接回來。兩種問題之比較彙整在表 1。以下簡要回顧 TTRP 之相關文獻：

表 1 指定點接駁車輛路線問題與卡車拖車路線問題之比較表

指定點接駁車輛路線問題卡車拖車路線問題

相同處 利用兩種車輛進行接駁式配送

相異處 顧客未進行分類

為符合時效性而產生的配送方式

大貨車至指定點後不再移動

不考慮裝卸貨時間

不考慮車輛停放成本

大貨車停放次數已知

大貨車停放地點可任意選擇

小貨車路線自指定點到場站

顧客有分類

因地理環境受限而產生之配送方式

拖車會隨著卡車移動

考慮裝卸貨時間

考慮車輛停放成本

拖車停放次數未知

拖車停放地點受限於車型

卡車路線為環狀並回到拖車資料來源：本研究整理

Gerdessen（1996）首先提出一個稱為「車輛連結拖車路線問題（Vehicle Routing Problem with Trailers, VRPT）」，VRPT 中卡車和拖車稱之為「車輛」(Vehicle)，卡車與拖車皆可承載貨，

當顧客在擁擠的城市或者行駛路線較小時，可以單獨使用卡車替代車輛來服務顧客，進而避免麻煩的產生及時間的浪費。Gerdessen 亦發展出三套構建 VRPT 路線起始解之啟發式解法。

Chao（2002）提出的 TTRP 其問題本質與 Gerdessen（1996）是相同的。Chao 將 TTRP 的路線及顧客點進行分類，其中所謂整車顧客（Vehicle Customers）是由卡車和拖車進行服務

：整車顧客

∆：卡車顧客

—：整車路線

…：卡車路線

場站

的顧客；另一個是卡車顧客（Truck Customers）單獨由卡車服務的顧客。Chao 應用禁制搜尋法(Tabu Search)結合確定性退火法(Deterministic Annealing)的偏差觀念來求解 TTRP，並在進行構建初始路線時，將一般指派問題的容量限制放鬆，若車輛超出容量時，給予懲罰值，形成不可行解後，進行改善。

吳志仁（民 92）根據 Gerdessen（1996）及 Chao（2002）對於 TTRP 進行研究，放寬 Gerdessen 及 Chao 的假設及限制，從合理化構建成本與擴充限制條件著手，使其更接近實際配送問題，

並將問題稱為「一般化卡車拖車路線問題（Generalized Truck and Trailer Routing Problem, GTTRP）」。劉建宏（民 94）則又延續 Gerdessen（1996）、Chao（2002）與吳志仁（民 92）

等人對於 TTRP 相關問題之研究，並更進一步加入考量顧客的時窗限制，同時對部分的限制條件與成本假設做調整。劉建宏（民 94）僅使用硬時窗，而且只考慮時窗上限，不過使用了測試例題證明該題目的可行性，未來可以調整時間窗的設計，使 TTRPTW 更符合實際狀況。

Scheuerer（2006）延續 Chao（2002）對 TTRP 的研究。Scheuerer 創造出二個新的構建啟發式方法，分別為 T 分群（T-Cluster）和 T 掃瞄（T-Sweep）。T 分群為利用最省插入法進行分群循序插入，一次構建一條路線；而 T 掃瞄則是使用傳統的掃瞄法，以車輛的最大容量限制做為掃瞄的基礎。經過測試發現，T 分群所構建出的解比 T 掃瞄來得好。

除了上述之 TRRP 相關研究外，國內學者也曾針對類似的接駁作業進行研究。涂紓瑜等人（民 90）運用「地理資訊系統（GIS）」軟體構建配送路網，並模擬不同需求，產生應用個案例題，並使用 LINGO 進行求解。涂紓瑜等人之配送模式分為四種：(1)皆為機車；(2)皆為小貨車；(3)機車、小貨車混合使用；(4)機車、小貨車接駁使用。而在測試例題的建立則考慮顧客需求點數、空間分佈、便當總需求量以及求解模式，產生了 72 個測試例題進行求解。經過測試過後，機車、小貨車混合使用的平均成本最小，而機車、小貨車接駁使用的平均成本位居第三。張靖等人（民 90）也運用 LINGO 計算該研究提出了「大小車接駁配送」模式，

證明以大車接駁小車之可行性，並建議對「大小車接駁配送」模式提出啟發式演算法來進行求解。

2.2 VRP 解法彙整

Bodin et al.（1983）曾將傳統的啟發式方法的解題架構歸納成路線構建、路線改善、綜合型三種。此外，本研究也根據數篇文獻（Christofides et al., 1979; Bodin et al., 1983; Toth and Vigo, 2002）彙整路線構建及路線改善解法於表 2。

表 2 傳統啟發式解法整理

用途啟發式解法概述

掃描法

（Sweep）

屬於先分群再排程之方式，利用座標來表示顧客點的位置，任取一需求點為起點，以其角度為零度依順時鐘(或逆時鐘方向)以不違反車輛容量限制條件進行服務區域之分割。

建構路線

節省法

（Saving）

在實際情形，一些限制條件能夠輕易的加入模式中，因此在實務上最常被應用。假設每個顧客點皆有一條路線由場站至顧客點直接服務，

藉由逐步合併路線的方式來構建可行解；路線合併的依據在於合併後所能產生之路線成本節省值，在不違反車輛容量限制下，節省值愈大者將優先考慮合併。依據節省法運作之不同可分成循序節省法和平行節省法。