1.1 研究動機及背景
近年來商業面臨全球化之影響，企業之間之競爭尤為激烈，其中供應鏈更是現今角 逐之戰場。企業致力於供應鏈中的流程與活動，藉以降低成本來提升效率與品質，使其 利潤獲得最大化。而物流配送作業為供應鏈主要處理之環節，因應不同決策產生不同之 成本耗費，因此受到全球大小企業的重視與關切。在物流配送作業中，車輛規劃配送路 線佔物流企業營運相當大的成本。因此在物流配送的相關領域中，車輛路線問題(Vehicle Routing Problem, VRP)在國內外已有相當廣泛的研究。
圖 1.1 企業面臨需求情況示意圖(Ghiani et al., 2004, p.205 )
企業通常具有自有車隊，以運送貨物至服務之顧客點，自有車隊依據顧客之距離與 需求量，進行車輛指派，致力於運輸成本最小化。而企業所面臨之需求如圖 1.1 所示。
其中橫座標為時間軸，縱座標為客戶需求量，虛線為企業之自有車隊所能服務之需求 量。可發現需求並不一致之情況，面對這種情況，一般企業會委託物流公司運送自有車 隊無法承擔之需求量。然而其中尚有許多因素必須納入考量。例如：
一、 對於許多貨運量龐大或貨物運送頻繁的公司而言，完全的委外運輸或自有車隊運 輸，其成本考量上，不見得可節制成本。
二、 基於策略的因素（例如特定客戶有特別的服務品質考量），或者作業的因素（例如 不同客戶可能有差異性的服務樣態），委外服務可能無法滿足上述考量，公司有可 能必須維持保有自身車隊才能達成該等目標。
三、 需求不確定的現象相當普遍，自有車隊所能服務之需求有所限制，而自有車隊過於 龐大，於需求相對較缺乏時，會造成資產之閒置；反之，若自有車隊規模不足，在 需求相對較高時，則會造成運量不足的瓶頸。
面對以上情況，企業為追求運輸成本最小，需同時整合自有車輛與委外貨運服務的 使用。由於需求不固定，企業必須考量無法自我運送之需求，而本研究致力於判斷顧客 點委外運輸安排與否及自有車隊之路線規劃，使得企業可將成本控制在合理範圍內。
在現實生活中，類似的問題仍是企業亟待解決之難題，但至今同時整合自有車輛與 貨運業者的相關文獻有限，完成的研究更是稀少，足見這類研究仍有相當努力空間。因 此本研究選擇以此為題，探討企業本身具有自有車隊但委外運輸業者也可供選擇的情況
Demand
Time Owned Vehicles Hired Vehicles
1.2 研究目的
目前國內外有許多探討 VRP 的研究，成果豐碩。此類問題具有高度求解複雜性之 組合最佳化問題，特色為問題描述容易，但求解相當困難，在求解空間中，決策變數為 整數變數，其解具有排列及組合的特性，屬於 NP-hard (Non-deterministic Polynomial-time hard)，目前尚無法在多項式時間(Polynomial Time)內求得最佳解。在一般的 VRP 問題 中，會由場站(Depot)派出一組車輛來服務一組顧客，而且考慮在每個顧客點只能服務一 次的限制下，必須要完成所有顧客點的服務，在符合以上的條件下，求解出車輛路線路 徑之最佳解。但是隨著顧客點增加，路線的組合數也成指數上升，造成解題的難度提高，
所需要之求解演算時間隨問題變數數量呈指數關係成長，使得問題無法在具效率的時間 下求得精確解(Exact Solution)。因此當問題規模擴大時，為了確保在可接受的時間內，
可以得到精確度高的近似解(Approximate Solution)，發展解題上具效率性的啟發式解法 (Heuristic Method)成為研究車輛路線問題相關課題的重點。
本研究之研究主題為包含委外運輸之車輛路線問題(Vehicle Routing Problem with Private Fleet and Common Carrier, VRPPC)。僅考慮單一場站、單一自有車種並存在委外 運輸服務之情形。以最小路線成本為目標，固定節線成本與固定客戶點需求，其中有車 輛容量限制，但無最大時間與時間窗的限制，且自有車輛數目有限，但委外貨運量不限 制的貨物運送問題，其決策主要為自有車輛路線安排與客戶委外與否之決定。後續視研 究的發展，可以進一步引進各種營運上的限制與考量，客戶特殊要求(如指定自有車隊 服務、運送時窗限制等等)，以更符合實際需求。
1.3 研究方法與流程
Laporte and Semet (2001)提出，未來在車輛路線問題方面的研究，將朝向發展具有 演算策略更簡單、更精簡之計算量、可解更大規模的問題及適用於任何問題結構等特性 之演算法發展，即使需要犧牲某種程度的解答精確度，故本研究的重點也包含針對結合 自有車隊與委外運輸的基本車輛路線問題，建立一更簡略計算量之演算法求解問題，但 犧牲的解答精確度能於可容許範圍。
本研究參考集合涵蓋模式(Set Covering Problem, SCP)、拉氏鬆弛法(Lagrangian Relaxation, LR)、與變數產生法(Column Generation, CG)，來開發一啟發式演算法。由於 演算法本身放鬆特性符合求解結合自有車隊與委外運輸的車輛路線問題之問題本質，期 望可因此加快求解速度與有效幫助企業降低運輸成本。目標在實務運用容許的時間內，
找出理想的解答，以幫助企業降低運輸成本，並提升服務滿意度。
首要工作為回顧探討過去 VRPPC 之相關文獻，彙整參考後，再針對本研究問題―
在自有車輛與委外貨運兩種運送方式可選擇的情況下的車輛路線問題提出數學規劃模 式，研究流程如圖 1.2 所示。
主要內容與進行流程簡述如下：
1. 文獻回顧：蒐集國內外文獻中已發表之 VRPPC 相關研究，求解集合涵蓋問題之發 展近況，以及相關委外貨運文獻。
2. 啟發式解法之解題架構設計：提出數學規劃模式，發展為集合涵蓋問題，並以拉氏 鬆弛演算法、貪婪法則、次梯度法之啟發式解法等求解並分析問題。
3. 解題程式撰寫：以電腦語言將整個演算法寫成電腦程式，借助電腦計算能力，以利 測試試驗之進行。
4. 測試實驗之設計：為了有系統了解本研究發展之車輛路線問題啟發式解法之解題特 性與績效，找出最佳組合方式。
5. 綜合分析：對所發展之演算法進行數值測試，比較本研究與其他已發表類似研究之 演算法之執行解題績效，檢討其發展可行性與應用潛力。
6. 結論與分析：根據綜合分析所得到之結果，提出具體結論與建議，並研擬未來相關 領域之研究方向。
圖 1.2 研究流程圖 界定研究範圍
文獻回顧
測試問題蒐集、設計 啟發式解法改進與設計
程式撰寫
數值測試
績效分析
結論與分析建議