第一章 第一章
第一章 緒論 緒論 緒論 緒論
1.1 研究背景 研究背景 研究背景 研究背景
隨著時代的變遷，供應鏈管理已成為產業中廣為討論的議題，一條供 應鏈包含從原物料轉化成最終產品到顧客手中會經過的所有階段。供應鏈 管理的主要目的是有效地利用資源來滿足顧客的需求，而近十年來顧客的 需求從單純的價格導向變得多元化，產品品質或交貨是否準時皆為滿足顧 客需求的因素，因此對企業而言傳統的降低成本策略已不敷使用，取而代 之的是如何提升顧客滿意度。由於資訊科技的日新月異，使得電子商務蓬 勃發展，讓企業與企業間溝通交流愈加密切，使得供應鏈中不同成員間合 作與營運的程度增加，而共同提升顧客滿意度為供應鏈成員可共同追求之 目標。
供應鏈管理之目標，在策略面上為滿足顧客需求，然而將策略面 (strategic)目標轉化成在操作面(operational)上，供應鏈所需達成的目標是提 高產能、減少庫存、降低成本、準時交貨等，這些操作面上的目標，可以 透過數學模式表示成最佳化組合之問題。在供應鏈中產品從原料至顧客手 中經過的所有企業，如：原料供應商、製造商、物流業者、零售商等都各 自負責供應鏈中一個階段的工作，例如在一個典型的供應鏈中，原料供應 商供應原物料給製造商，製造商將原物料加工製造成品後，由物流業者運 送產品給零售商負責銷售。在每一個階段，企業希望可以追求本身利益最 大化，然而各階段追求的利益往往出現互償(trade-off)的情況；舉例來說，
假設在供應鏈中有三張訂單需經過產品製造加工與成品配送階段送至顧 客手上，對產品製造階段而言，為了減少存貨的觀念並以最大完工時間之 和為目標，工廠傾向將一張訂單加工完後，即由成品配送階段接手出貨給 顧客；但成品配送階段來說，在未達車容量上限的條件下，一個車次運送
三個顧客的訂單可能會比使用三個車次運送三張訂單所需的發車成本與 總運送時間來得少，產品製造階段與成品配送對車輛數量的選擇，就是一 種互償的情況。若我們以供應鏈管理的角度切入，對整合產品製造與成品 配送之兩階段問題，以總交期最短為目標，最佳化的組合可能會是前兩張 訂單一齊配送、第三張獨自配送，只著重單一階段的最佳化反而造成供應 鏈整體效益的降低，更進一步造成供應鏈整合上的困難度，這是供應鏈體 系不樂見的情況。因此供應鏈不該只著重於單一階段，而是要思考如何強 化供應鏈上游與下游間的合作關係，以期達到整體最大的利益，也就是供 應鏈管理的精神所在。
1.2 研究動機 研究動機 研究動機 研究動機
過去數十年學者們討論最佳化之問題，大都針對供應鏈中的單一階 段，如傳統的排程問題、車輛途程問題以及存貨管理問題等，此種研究方 法在供應鏈各階段之企業間以存貨作為緩衝的情況下是有效的，但不論是 原物料、半成品或成品對企業來說需要付出一定的存貨成本，影響企業所 能運用的資金。隨著及時化(just-in-time)觀念的普及，企業必須減少存貨以 提升其競爭力，在為了減少存貨的條件下，只著重單一階段的最佳化組合 問題已無法滿足最佳化供應鏈整體利益之目的；再者，現今顧客的需求變 動迅速且趨向多樣化，今日倉庫裡堆放的產品未必能符合明日顧客的需 求，又或者是產品無法長期保存，因此有越來越多企業選擇考慮整合產品 製造與成品配送兩階段，並採用接單式生產(make-to-order)與直接銷售 (direct-order)的商業模式。以生鮮食品配送業為例：由於產品無法長時間保 存，其模式為業者在接受顧客訂單後，馬上開始生產食品，此為第一階段
「產品製造」階段；食品製作完成後，將食品分配到運送工具上開始配送，
此為第二階段「成品配送」階段。要如何在合理時間內，規劃食品的製造 與外送，使業者能在合理的成本條件下滿足顧客需求，即為一整合兩階段 之問題。怎樣能有效整合產品製造階段與成品配送階段，尋求兩階段整體 之最大效益，避免各階段因獨自尋求各自最大利益，而使得部份人員或機
器閒置，造成不必要的浪費或損害顧客權益並不是一個容易解決的問題。
因此在實務應用面上，如何以整體觀點同時考慮供應鏈上的各階段，的確 有深入探討的必要性。
在 本 研 究 中 探 討 整 合 供 應 鏈 中 產 品 製 造 (production) 與 成 品 配 送 (distribution)的兩階段問題。在產品製造階段，部分製造商在一個工廠可能 會同時設置數條生產相同產品的生產線，而由於生產線由於人員或機台的 效率不一，使得每條生產線上的產品加工速度皆不相同，因此本研究選定 以非等效平行機台(unrelated parallel machine)來模擬產品製造階段；而在成 品配送階段，假設成品是經由多部具有容量限制的車輛來運送至數個不同 的顧客所在位置，所以可視為具有容量限制的車輛途程問題 (vehicle routing problem, VRP)。本研究所採用之績效衡量指標，為將訂單開始處理 到顧客實際收到成品所花費的時間，乘上訂單的權重轉換為成本，以最小 化兩階段之總成本作為目標函數。
在這樣的目標函數之下，非等效平行機台或車輛途程問題皆為未定多 項式難度(non-deterministic polynomial-time hard, NP-Hard)的問題(Garey and Johnson, 1979)，因此本研究所探討的問題也至少 NP-Hard。目前已有 不少學者研究整合供應鏈中產品製造與成品配送兩階段的問題，但早期的 研究都是針對供應鏈策略層面性質作討論， Sarmiento and Nagi (1999)回顧 了在策略層面上，學者所提出的幾種整合產品製造與成品配送的系統模 型，並探討整合之系統對企業可能帶來的影響，然而這些模型都沒有討論 到排程、配送等作業層面上的問題或利用數學模型求解的方法。而近期探 討作業層面的文獻也只是透過數理証明找出兩階段問題在不同設定情況 與目標函數下的複雜度，或利用動態規劃(dynamic programming)與啟發式 演算法來求解簡化過的小規模問題或者是特殊個案（如 Lee and Chen 2001，Hall and Potts 2002，Chang and Lee 2003，Li et al. 2003，Chang and Lee 2004 等），極少有利用巨集式啟發式演算法(meta-heuristics)來求解問題複
雜度為 NP-hard 的較大規模問題之研究。巨集式啟發式演算法雖然無法求 得問題之最佳解，但是能在合理的時間內提供品質佳的近似解，使其更具 實用價值，故適合應用於求解像本研究所探討之複雜度高的問題。
禁 忌 搜 尋 法 (tabu search algorithm) 發 展 至 今 約 有 二 十 多年 的 歷 史 (Glover, 1989)，此演算法廣泛地被使用在求解組合最佳化(combinatorial optimization)之問題，對於本研究所探討的產品製造階段中的排程問題 (scheduling problem)或是單單針對成品配送階段之車輛途程問題都為其應 用之範圍。考量所探討之兩階段問題的複雜度，本研究選擇以禁忌搜尋法 為基礎發展演算法來求解此問題，期望藉由禁忌搜尋法所具備之彈性記憶 結構與避免重複求解等特性，增加跳脫出區域最佳解的機率以及快速搜尋 的機制，以提升搜尋時的效率與近似解的品質。
1.3 研究目的 研究目的 研究目的 研究目的
本研究所探討的問題為整合供應鏈中產品製造與具車輛容量限制的 成品配送兩階段問題，主要目的為應用禁忌搜尋法發展出一套能兼具求解 速度與近似解品質的演算法，期望能在合理的時間內求得品質佳的近似 解。
1.4 研 研究方法 研 研 究方法 究方法 究方法
本研究之研究方法流程如下：
1. 問題定義：確定問題情境，縮小問題範圍，訂定假設條件以符合問題情 境。
2. 演算法設計：應用禁忌搜尋法設計一套演算法，在 C++之環境下進行程 式的撰寫，求解整合非等效平行機台與具車輛容量限制的車輛途程兩階 段問題。
3. 演算法測試：探討在不同情境與參數設定下，禁忌搜尋法的求解速度與 近似解品質。
4. 結論與建議：根據測試結果作出結論且建議未來可以再深入研究之方 向。
1.5 研究架構 研究架構 研究架構 研究架構
本研究共分成五個章節，第一章敘述研究背景動機以及研究目 的；第二章回顧供應鏈整合、非等效平行機台、車輛途程問題以及禁忌 搜尋法之相關文獻；第三章為研究方法，詳細定義本研究所探討的問題 模型與基本假設，並以禁忌搜尋法為架構，設計一個演算法求解整合兩 階段之問題；第四章為演算法測試與結果，以分析本研究所提出演算法 的求解能力，第五章則是結論與未來發展方向，討論本研究所發現之現 象並作出推論，最後針對本研究未盡完善與不足之處提出建議。