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公路客運人員與車輛排班之研究

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Academic year: 2022

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中 華 大 學 碩 士 論 文

題目:公路客運人員與車輛排班之研究

系 所 別:科 技 管 理 研 究 所 學號姓名: M9103016 游文松 指導教授:蘇 昭 銘 博 士

中華民國九十三年六月

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公路客運人員與車輛排班之研究

學生:游文松 指導教授:蘇昭銘博士

摘 要

人 員 與 車 輛 排 班 作 業 乃 是 公 路 客 運營 運 管 理 之 重 要 作 業 , 係 針 對 班 次 時 刻 表 進 行 司 機 員 值 勤 內 容 規 劃 之 結 果 , 在 有 限 的 人 車 營 運 資 源 與 相 關 法 律 規 定 等 限 制 條 件 下 , 適 當 分 派 所 有 班 次 , 並 以 最 適 資 源 運 用 與 最 適 資 源 分 配 為 目 標 , 建 立 司 機 員(或 車 輛 )每 日 營 運 所 需 之 勤 務 (Shift)。 通 常 最 適 資 源 運 用 係 定 義 為 管 理 者 所 期 望 之 營 運 目 標 , 如 最 小 化 勤 務 數 、 車 輛 數 、 人 車 閒 置 時 間 等 ; 而 最 適 資 源 分 配 即 為 司 機 員 工 作 條 件 均 等 目 標 , 如 獎 金 、 勞 務 、 作 業 環 境 等 公 平 原 則 , 因 排 班 過 程 所 需 考 慮 因 素 繁 多 , 目 前 各 客 運 公 司 常 藉 由 經 驗 老 道 之 排 班 人 員 , 期 使 在 最 短 時 間 內 完 成 勤 務 規 劃 之 相 關 作 業 。 在 客 運 經 營 日 益 困 難 情 況 下 , 經 營 者 為 避 免 流 失 客 源 , 經 常 透 過 班 次 調 整 作 業 , 滿 足 乘 客 需 求 , 因 此 調 整 目 前 勤 務 規 劃 內 容 之 頻 率 即 日 漸 增 加 , 如 何 透 過 系 統 分 析 方 法 , 協 助 業 者 在 合 理 時 間 內 完 成 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 即 為 一 重 要 研 究 課 題 。

本 研 究 旨 考 量 經 營 業 者 與 司 機 員 兩層 面 , 建 立 多 目 標 人 員 與 車 輛 排 班 模 式 , 並 依 據 模 式 特 性 , 發 展 以 勤 務 為 染 色 體 之 基 因 演 算 法 進 行 模 式 求 解 作 業 。 由 於 班 次 具 有 時 間 窗 特 性 , 若 採 傳 統 基 因 演 算 法 之 交 配 及 突 變 方 式,即 易 產 生 班 次 衝 突、重 複 分 派、未 分 派 等 不 合 理 現 象 , 因 此 本 研 究 提 出 尋 偶 式 交 配 法 與 染 色 體 突 變 法 , 以 避 免 前 述 問 題 產 生 ; 而 在 適 合 度 函 數 設 計 部 分 , 則 採 用 權 重 赫 爾 得 範 數(weighted Hölder norms),以處理多目標單位與值域不同之問題。最後並以桃園 客 運 桃 園 站 實 際 營 運 勤 務 及 新 竹 客 運 排 班 教 育 訓 練 範 例 內 容 為 測 試 研 究 對 象 , 測 試 結 果 顯 示 本 研 究 除 可 兼 顧 求 解 時 間 與 求 解 品 質 外 , 尚 可 進 一 步 獲 得 較 目 前 營 運 班 表 為 佳 之 結 果 , 顯 示 本 研 究 所 構 建 之 多 目 標 人 員 與 車 輛 排 班 模 式 及 基 因 演 算 法 , 確 實 可 提 升 現 行 汽 車 客 運 之 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 效 率 。

關 鍵 詞 : 人 員 與 車 輛 排 班 ; 基 因 演 算 法 ; 多 目 標 規 劃 法 。

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誌 謝

論 文 的 完 成 要 感 謝 許 多 人 , 首 先感 謝 中 央 顏 上 堯 老 師 、 交 大 王 晉 元 老 師 於 口 試 期 間 的 指 導 , 讓 學 生 受 益 良 多 。 其 次 感 謝 桃 園 客 運 楊 股 長 、 劉 副 座 與 新 竹 客 運 黃 經 理 … 等 人 , 由 於 您 毫 無 保 留 的 無 私 , 讓 學 生 得 以 詳 細 瞭 解 客 運 業 排 班 作 業 需 求 。 最 後 感 謝 恩 師 蘇 昭 銘 老 師 , 每 每 學 生 遭 逢 不 可 抗 拒 的 難 題 時 , 您 總 是 能 源 源 不 絕 的 提 供 創 意 與 巧 思 , 使 得 學 生 可 以 突 破 難 關 , 可 說 是 學 生 完 成 論 文 的 重 要 推 手 。

另 外 , 感 謝 琮 平 學 長 , 您 撰 寫 程式 、 執 行 計 畫 的 能 力 都 是 我 學 習 的 對 象 , 在 您 那 讓 我 挖 掘 了 不 少 重 要 的 寶 藏 。 還 有 , 與 我 共 同 分 享 n 個 日 出 的 伙 伴 Dean、阿荃,我會永遠記得那寒風徐徐的清晨我們蹲在 校 門 口 享 用 7-11 國名便當的淒涼,不過有你們作伴真好;還有大長、

藍 宜 祥 、 生 德 、 志 峰 , 我 會 記 得 大 家 一 起 「 德 」 一 下 、「Boom」一下 的 舒 暢 , 這 些 休 閒 遊 戲 讓 我 在 團 隊 合 作 與 獨 立 研 究 中 獲 得 最 佳 解 ; 以 及 共 同 分 享 冷 笑 話 的 思 葦 、 雅 潔 、 凱 怡 , 你 們 的 笑 聲 如 雷 貫 耳 , 總 是 讓 人 跟 著 一 起 高 興 起 來 ; 碧 真 , 感 謝 妳 常 常 分 享 的 小 品 文 , 這 對 我 的 文 學 修 養 、 人 生 哲 學 都 有 不 少 的 啟 發 , 還 有 祝 工 作 順 利 ; 秀 秀 , ㄟ 妳 還 滿 搞 笑 的 啦 ; 其 他 學 長 姐 、 同 學 、 學 弟 妹 族 繁 不 及 備 載 還 請 見 諒 , 說 真 的 , 認 識 你 們 真 好 。

再 來 感 謝 我 的 家 人 從 小 到 大 所 對我 的 苛 護 與 提 供 我 生 活 所 需 的 一 切 , 讓 我 無 後 顧 之 憂 而 專 心 於 學 業 , 無 論 現 在 或 未 來 , 我 些 許 的 成 功 與 光 榮 都 是 你 們 所 給 予 我 的 ; 最 後 我 親 愛 的 女 友 與 其 家 人 , 於 研 讀 碩 士 班 期 間 的 照 顧 , 讓 離 鄉 背 井 的 我 , 有 另 一 個 家 的 感 覺 , 尤 其 是 妳 , 總 是 願 意 陪 我 發 牢 騷、陪 我 散 散 步、陪 我 反 覆 測 試、陪 我 … 很 多 很 多 , 未 來 我 也 要 妳 繼 續 陪 我,並 與 我 分 享 所 有 的 喜、怒、哀、樂、酸、甜 、 苦 、 辣 。

93.8

于 新 竹 中華大學管理學院 B1

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目 錄

摘 要... i

誌 謝... ii

目 錄... iii

圖 目 錄... vi

表 目 錄... viii

第 一 章 緒論 ... 1

1.1 研究動機 ... 1

1.2 研究目的 ... 2

1.3 研究範圍 ... 2

1.4 研究方法 ... 4

1.5 研究流程 ... 5

第 二 章 現況分析 ... 7

2.1 專有名詞定義 ... 7

2.2 客運業排班作業定義 ... 8

2.2.1 客運業營運作業流程 ... 8

2.2.2 班次規劃 ... 12

2.2.3 人員與車輛排班 ... 15

2.2.4 人員輪班 ... 17

2.3 小結 ... 20

第 三 章 文獻回顧 ... 22

3.1 人員排班分類 ... 22

3.1.1 固定地點之人力排班 ... 22

3.1.2 大眾運輸人員/車輛排班 ... 23

3.1.3 航空人員排班 ... 25

3.1.4 值勤週期問題 ... 26

3.2 大眾運輸人員與車輛排班回顧 ... 26

3.2.1 公路運輸 ... 26

3.2.2 軌道運輸 ... 28

3.3 基因演算法回顧 ... 30

3.3.1 基因演算法之介紹 ... 30

(8)

3.3.2 基因演算法之特色 ... 35

3.3.3 基因演算法之特殊處理 ... 36

3.4 多目標數學規劃法回顧 ... 37

3.5 小結 ... 39

3.5.1 人員排班文獻回顧小結 ... 39

3.5.2 基因演算法回顧小結 ... 42

第 四 章 模式構建與求解演算法 ... 45

4.1 模式構建 ... 45

4.1.1 數學模式與參數說明 ... 45

4.1.2 模式說明 ... 46

4.2 求解演算法 ... 49

4.2.1 演算法名詞定義 ... 50

4.2.2 編碼 ... 51

4.2.3 初始族群 ... 53

4.2.4 適合度函數 ... 54

4.2.5 尋偶式交配 ... 55

4.2.6 劣解接受檢定 ... 58

4.2.7 突變機制 ... 59

4.3 演算法邏輯正確性測試 ... 62

4.4 演算法參數敏感度分析 ... 63

4.4.1 測試環境與相關假設 ... 64

4.4.2 交配率測試與分析 ... 65

4.4.3 突變控制率測試與分析 ... 66

4.4.4 檻值測試與分析 ... 66

4.4.5 適合度函數正規化測試與分析 ... 67

第 五 章 實例研究 ... 70

5.1 桃園客運桃園站實例測試分析 ... 70

5.1.1 背景介紹 ... 70

5.1.2 測試結果分析 ... 71

5.2 新竹客運模擬例題測試分析... 74

5.2.1 背景介紹 ... 74

5.2.2 測試結果分析 ... 75

第 六 章 結論與建議 ... 78

(9)

6.1 結論 ... 78

6.2 建議 ... 79

參 考 文 獻 ... 80

附 錄 A 桃園客運桃園站營運路線資料 ... 82

附 錄 B 桃園客運桃園站現況營運調度(勤務)資料 ... 84

附 錄 C 新竹客運人員與車輛排班作業練習例題 ... 86

附 錄 D 參數敏感度分析結果 ... 88

附 錄 E 桃園客運實例測試結果 ... 90

附 錄 F 新竹客運實例測試結果 ... 96

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圖目錄

圖 1.1 台灣地區公路旅客運輸成長統計長條圖 ... 1

圖 1.2 循環式路線示意圖 ... 3

圖 1.3 對開式路線示意圖 ... 3

圖 1.4 兩站型式之單場站路線示意圖 ... 3

圖 1.5 研究流程圖 ... 6

圖 2.1 客運業營運作業流程圖 ... 9

圖 2.2 營運規劃時期作業流程 ... 10

圖 2.3 固定班表營運準備時期作業流程 ...11

圖 2.4 營運管理時期作業流程 ... 12

圖 2.5 大南汽車公司 288 線乘車資訊站牌部分內容 ... 13

圖 3.1 人力需求分佈示意圖 ... 22

圖 3.2 班次、交班點、駕駛班次關連示意圖 ... 24

圖 3.3 Blocks、Pieces、Runs 關連示意圖 ... 24

圖 3.4 航空人員排班問題之結果 ... 26

圖 3.5 基因演算法流程圖 ... 31

圖 3.6 輪盤法示意圖 ... 33

圖 3.7 單點交配示意圖 ... 34

圖 3.8 兩點交配示意圖 ... 34

圖 3.9 字罩交配示意圖 ... 35

圖 3.10 突變示意圖 ... 35

圖 3.11 balls in the air 交配法示意圖 ... 37

圖 3.12 以勤務組合為單位之編碼方式示意圖 ... 43

圖 3.13 單點交配產生班次重複或與佚失情形 ... 44

圖 4.1 求解演算流程 ... 50

圖 4.2 以班次為單位之編碼方式示意圖 ... 52

圖 4.3 搜尋空間定義示意圖 ... 53

圖 4.4 初始族群產生流程 ... 53

圖 4.5 傳統交配產生不可行解示意圖 ... 55

圖 4.6 擇偶需求點分析示意圖 ... 56

圖 4.7 基因值為 0 擇偶對象分析示意圖 ... 57

(11)

圖 4.8 基因值為 1 擇偶對象分析示意圖 ... 57

圖 4.9 尋偶式交配法操作流程圖 ... 58

圖 4.10 傳統突變產生不可行解示意圖 ... 59

圖 4.11 染色體移除式突變法操作流程圖 ... 60

圖 4.12 染色體增加式突變法操作流程圖 ... 61

圖 4.13 演化世代求解趨勢示意圖 ... 64

圖 4.14 交配率求解表現 ... 65

圖 4.15 突變控制率求解表現 ... 66

圖 4.16 門檻值求解表現 ... 67

(12)

表目錄

表 2.1 桃園客運公司平日版部分時刻表 ... 13

表 2.2 桃園客運公司部分勤務表 ... 16

表 2.3 桃園客運公司桃園站司機員輪班表 ... 18

表 2.4 桃園客運公司桃園站行車憑單 ... 19

表 3.1 範例基因演算法之初始族群 ... 32

表 3.2 人員與車輛排班需求與供給彙整表 ... 40

表 4.1 最佳解測試例題班次資料表 ... 62

表 4.2 最佳解比較測試結果彙整表 ... 63

表 4.3 例題範圍與班次規模彙整表 ... 64

表 4.4 適合度函數測試結果彙整表 ... 69

表 5.1 桃園站實例測試結果彙整表 ... 73

表 5.2 新竹客運排班教育訓練結果彙整表 ... 76

表 5.3 新竹客運測試研究結果彙整表 ... 77

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第一章 緒論

1.1 研究動機

根 據 交 通 部 運 輸 研 究 所 之 國 內 公路 旅 客 運 輸 成 長 率 統 計 資 料 顯 示 (如圖 1.1),台灣各地近十年來公路客運皆呈現負成長趨勢,對汽車客 運 業 而 言 , 客 源 開 發 不 易 、 收 益 逐 年 短 缺 , 光 靠 政 府 補 貼 亦 不 是 長 久 之 計,古 有 云「 開 源 節 流 」,所 以 短 期 內 在 無 有 效 方 法 增 加 客 源 的 情 況 下 , 設 法 降 低 營 運 成 本 乃 是 當 務 之 急 。 客 運 業 者 營 運 成 本 係 包 含 場 站 設 施、站 牌 設 施、車 輛 等 固 定 成 本;與 員 工 薪 資、營 運 必 須 支 出(如電

費、燃 料 費 …)等變動成本,就固定成本而言除了新投入市場之業者或

當 營 運 路 線 異 動 、 場 站 搬 遷 等 情 況 下 得 以 謹 慎 考 量 外 , 因 此 當 下 狀 況 對 多 數 業 者 而 言 如 何 有 效 降 低 變 動 成 本 即 為 主 要 作 業 。

資 料 來 源 【2】

圖 1.1 台灣地區公路旅客運輸成長統計長條圖

一 般 而 言 , 要 達 到 上 述 途 徑 之 一 即 由 人 員 與 車 輛 排 班 (Crews/Vehicle Scheduling)作業著手,此作業乃汽車客運業進行營運管 理 之 基 礎 , 主 要 內 容 在 將 時 刻 表(Timetables)所規劃之班次(Trips)適當 組 合 成 司 機 員 值 勤 依 據 之 工 作 班 表 , 通 稱 為 勤 務(Shift/Pattern; 或 稱 為 仕 業、運 行 表、車 次 表、工 作 表 等),因此如何考量各路線之營運條 件 與 既 有 司 機 員 及 車 輛 之 資 源 , 製 定 一 份 滿 足 相 關 規 定(如 工 作 時 間) 與 兼 顧 營 運 效 率 之 班 表 , 乃 現 行 汽 車 客 運 公 司 所 需 面 臨 之 重 要 課 題 。

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勤 務 另 一 項 重 要 功 能 即 為 司 機 員薪 資 計 算 之 依 據 , 目 前 客 運 業 者 在 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 階 段 皆 由 經 驗 老 道 之 人 員 負 責 , 從 事 該 項 作 業 必 須 瞭 解 相 關 法 規 規 範 , 如 勞 基 法 及 大 眾 運 輸 補 貼 辦 法 等 ; 與 熟 悉 各 路 線 之 營 運 狀 況 , 如 車 輛 行 駛 時 間 、 載 客 情 形 及 交 通 狀 況 等 , 以 規 劃 出 每 位 司 機 員 工 作 量 相 當 之 勤 務 , 由 於 考 慮 因 素 繁 雜 , 常 難 以 兼 顧 法 律 規 範 、 工 作 量 公 平 與 相 關 人 性 化 之 考 量 , 如 值 勤 時 段 過 於 分 散 或 執 行 擁 塞 路 段 班 次 過 多 等 問 題 , 而 招 致 司 機 員 抱 怨 , 因 此 如 何 透 過 有 效 方 法 在 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 過 程 中 得 以 同 時 兼 顧 所 有 考 慮 條 件 即 為 其 所 需 。

1.2 研究目的

本 研 究 之 研 究 目 的 如 下 :

一 、 透 過 業 者 訪 談 瞭 解 一 般 統 稱 為 排 班 作 業 之 內 容 與 作 業 流 程 , 進 而 釐 清 排 班 作 業 之 範 疇 。

二 、 彙 整 公 路 客 運 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 之 考 慮 項 目 ,並 探 討 目 前 作 業 瓶 頸 與 瞭 解 學 術 研 究 之 限 制 , 借 以 構 建 符 合 公 路 客 運 車 輛 與 人 員 與 車 輛 排 班 需 求 之 模 式 , 與 設 計 具 有 應 用 彈 性 之 求 解 演 算 法 。 三 、 由 於 公 路 客 運 人 員 與 車 輛 排 班 問 題 具 有 多 目 標 需 求 特 性 ,因 此 需

要 提 出 合 理 評 估 方 法 , 避 免 目 標 偏 廢 問 題 , 所 以 本 研 究 將 透 過 文 獻 回 顧 , 提 出 多 目 標 之 適 當 處 理 方 式 , 並 且 於 模 式 驗 證 階 段 , 分 析 其 合 理 性 與 適 用 性 。

1.3 研究範圍

客 運 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 問 題 規模 , 大 致 可 透 過 路 線 經 營 方 式 與 是 否 將 不 同 路 線 混 合 規 劃 而 區 分 。 路 線 經 營 方 式 可 分 為 循 環 式 與 對 開 式 兩 種 類 型 。 所 謂 循 環 式 路 線 係 指 車 輛 由 場 站 發 車 後 , 運 行 所 規 劃 之 路 線 , 途 中 除 了 乘 客 上 下 車 外 , 不 做 停 留 而 直 接 回 到 原 發 車 站 , 通 常 該 路 線 型 態 之 班 次,其 起 迄 位 置 即 為 該 路 線 管 理 場 站,如 圖 1.2 所示。

(15)

圖 1.2 循環式路線示意圖

而 對 開 式 路 線 係 指 , 車 輛 由 場 站發 車 後 , 運 行 所 規 劃 之 路 線 , 直 到 抵 達 另 一 個 場 站 , 並 等 待 至 所 規 劃 之 發 車 時 間 後 才 折 返 回 原 發 車 站 , 因 此 該 路 線 型 態 之 班 次 , 其 起 迄 位 置 為 不 同 場 站 , 且 最 大 特 色 在 於 兩 站 可 能 會 有 同 一 時 間 向 對 站 發 車 之 情 形 , 如 圖 1.3 所示。

圖 1.3 對開式路線示意圖

另 外 , 部 分 業 者 表 面 路 線 管 理 方式 屬 於 對 開 式 , 然 而 卻 沒 有 同 時 間 向 對 站 發 車 之 情 形 , 並 且 於 該 路 線 營 運 車 輛 之 屬 所 站 僅 有 一 個 場 站 , 因 此 該 形 式 之 設 計 嚴 格 說 來 應 屬 於 循 環 式 經 營 方 式 , 如 圖 1.4 所 示 。

圖 1.4 兩站型式之單場站路線示意圖

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採 用 循 環 式 路 線 經 營 方 式 之 業 者, 其 路 線 管 理 所 屬 站 僅 只 有 單 一 場 站 , 因 此 排 班 規 劃 過 程 中 僅 依 據 該 場 站 之 發 車 時 刻 表 即 可 , 於 本 研 究 係 定 義 為 單 場 站 形 式 ; 而 對 開 式 路 線 經 營 方 式 者 , 則 需 要 同 時 考 慮 起 站 與 迄 站 之 發 車 時 刻 , 因 此 本 研 究 定 義 為 多 場 站 形 式 。 另 外 , 如 果 排 班 過 程 中 同 時 混 合 多 條 路 線 進 行 規 劃 者 本 研 究 係 定 義 為 多 路 線 形 式 , 反 之 為 單 路 線 形 式 。

承 上 , 公 路 客 運 人 員 與 車 輛 排 班作 業 問 題 之 範 疇 即 包 含 單 場 站 單 路 線 、 單 場 站 多 路 線 、 多 場 站 單 路 線 、 多 場 站 多 路 線 與 複 合 式 多 路 線 等 五 類 , 其 中 複 合 式 多 路 線 係 指 所 管 理 之 路 線 包 含 單 場 站 與 多 場 站 形 式 , 且 排 班 過 程 中 亦 將 兩 種 型 態 路 線 混 合 考 慮 , 所 以 問 題 最 為 複 雜 。 為 客 觀 瞭 解 排 班 問 題 , 本 研 究 於現 況 分 析 過 程 中 將 包 含 上 述 五 種 類 型 經 營 型 態 之 業 者 , 以 彙 整 實 務 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 所 需 考 慮 因 素 與 目 前 作 業 瓶 頸 。 另 外 , 除 了 上 述 五 種 問 題 類 型 為 主 要 排 班 作 業 困 難 度 影 響 因 素 外 , 班 次 數 亦 為 影 響 排 班 規 模 之 關 鍵 條 件 , 因 此 多 數 業 者 採 用 單 場 站 單 路 線 或 單 場 站 多 路 線 排 班 方 式 之 主 要 決 定 因 素 , 即 為 該 路 線 乘 客 需 求 量 較 大 且 班 次 數 較 密 集 , 因 此 排 班 問 題 規 模 較 大 , 如 果 採 用 人 工 排 班 方 式 較 無 效 率 , 所 以 本 研 究 後 續 排 班 模 式 與 演 算 法 設 計 階 段 擬 以 單 場 站 單 路 線 與 單 場 站 多 路 線 為 主 要 研 究 範 圍 。

1.4 研究方法

本 研 究 所 探 討 之 公 路 客 運 人 員 與 車輛 排 班 問 題 於 實 務 作 業 特 性 由 早 期 單 一 目 標(如 最 少 人 力 需 求 或 最 少 車 輛 需 求 數)需 求 , 至 今 除 了 要 達 到 經 營 者 所 規 劃 之 目 標 外(如最少人力需求、最少閒置成本、最大工 作 效 率 … 等),亦需要同時符合勞工權益(如獎金公平、工作環境公平…

等)。由此可知該問題屬於多目標規劃之範疇,亦可能隨著時間變遷而

增 加 或 調 整 目 標 內 容 , 因 此 在 求 解 演 算 法 設 計 階 段 必 須 考 量 未 來 使 用 之 適 用 性 , 避 免 業 者 必 須 屈 就 目 前 電 腦 化 程 度 而 影 響 其 提 升 競 爭 力 之 決 策 , 或 需 要 重 新 投 入 研 究 開 發 合 適 系 統 , 無 論 是 上 述 哪 種 情 形 , 對 業 者 而 言 都 是 額 外 成 本 支 出 。

因 此 針 對 模 式 構 建 方 面 , 本 研 究 將 利 用 多 目 標 規 劃(Multiple Objective Programming;MOP)建立人員與車輛排班模式。於求解演演

(17)

算 法 方 面 , 由 於 基 因 演 算 法 於 求 解 過 程 中 僅 依 據 編 碼 內 容 進 行 搜 尋 , 且 透 過 自 行 定 義 之 適 合 度 函 數 評 估 求 解 結 果 , 因 此 在 問 題 本 身 沒 有 改 變 而 僅 只 有 目 標 條 件 調 整 的 情 況 下 , 該 演 算 法 僅 需 修 改 適 合 度 函 數 即 可 立 即 進 行 求 解 , 因 此 相 當 符 合 實 務 之 需 求 , 所 以 本 研 究 擬 採 基 因 演 算 法 為 基 礎 進 而 發 展 合 適 之 求 解 演 算 法 。

1.5 研究流程

本 研 究 流 程 如 圖 1.5 所示,重要步驟說明如下:

一 、 問 題 界 定 與 瞭 解 : 係 針 對 公 路 客運 業 之 排 班 問 題 進 行 初 步 界 定 與 探 討 , 進 而 瞭 解 人 員 與 車 輛 排 班問 題 之 範 疇 , 作 為 後 續 研 究 之 指 導 方 針 。

二 、 業 者 訪 談 : 透 過 各 業 者 之 訪 談 以瞭 解 不 同 業 者 實 務 運 作 流 程 、 相 關 限 制 條 件 、 作 業 瓶 頸 與 相 關 特殊 情 形 , 並 著 手 彙 整 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 於 各 業 者 之 需 求,以 做 為 後 續 模 式 構 建 之 重 要 參 考 依 據。

三 、 文 獻 回 顧 : 就 公 路 客 運 業 而 言 ,目 前 相 關 研 究 多 集 中 在 時 刻 表 設 計 或 發 車 頻 次 最 佳 化 與 即 時 調 度作 業 等 , 而 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 相 關 研 究 則 較 少 被 提 及 , 然 而 該作 業 之 特 性 與 軌 道 運 輸 類 似 , 因 此 文 獻 回 顧 之 範 圍 將 涵 蓋 公 路 客運 與 軌 道 運 輸 , 另 外 也 針 對 基 因 演 算 法 進 行 相 關 文 獻 回 顧 , 並 彙整 分 析 , 作 為 後 續 演 算 法 設 計 之 基 礎 。

四 、 模 式 構 建 : 係 針 對 訪 談 彙 整 之 資料 與 文 獻 回 顧 之 分 析 結 果 , 透 過 多 目 標 數 學 規 劃 法 呈 現 人 員 與 車輛 排 班 作 業 過 程 中 所 需 考 慮 之 因 素 。

五 、 求 解 演 算 法 設 計 : 於 確 立 模 式 後, 將 以 基 因 演 算 法 為 基 礎 , 著 手 設 計 適 合 人 員 與 車 輛 排 班 問 題 之交 配 、 突 變 等 基 因 演 化 方 法 , 以 應 用 於 實 務 問 題 之 求 解 。

六 、 實 例 測 試 : 係 針 對 上 述 所 構 建 之模 式 與 演 算 法 , 以 實 務 運 作 之 時 刻 表 進 行 測 試 , 並 詳 細 分 析 測 試 結 果 。

七 、 最 後 則 提 出 本 研 究 之 結 論 與 建 議 。

(18)

圖 1.5 研究流程圖

(19)

第二章 現況分析

在 客 運 業 者 訪 談 與 文 獻 蒐 集 過 程中 發 現 「 排 班 」 一 詞 廣 泛 使 用 於 各 作 業 與 研 究 中 , 因 此 本 章 係 站 在 實 務 作 業 人 員 之 觀 點 說 明 排 班 作 業 之 流 程 與 內 容 , 並 嘗 試 透 過 不 同 學 術 研 究 課 題 , 界 定 各 階 段 作 業 之 內 涵 , 以 釐 清 排 班 作 業 一 詞 。

2.1 專有名詞定義

排 班 作 業 中 相 關 名 詞 於 實 務 作 業及 學 術 研 究 之 慣 稱 名 詞 皆 有 所 不 同 , 因 此 將 針 對 本 研 究 研 究 過 程 中 所 遇 到 之 相 關 名 詞 統 一 定 義 如 下 : 1. 班次(Trip):車輛由場站發車經由特定路線到達另場站或由一場站

發 車 行 駛 於 特 定 路 線 而 回 到 原 場 站 稱 為 一 個 班 次 。

2. 趟次:一個班次或經由兩個連續班次而回到原發車場站稱為一個 趟 次 。

3. 行駛時間(Operating Time):完成一個班次所需之時間。

4. 時刻表(Timetables):由數個班次所構成,內容包含發車場站、發 車 時 間 、 目 的 場 站 、 到 站 時 間 等 資 訊 。

5. 班距(Headway):為同路線上每一個班次發車作業之間隔時間。

6. 車隊規模(Fleet Size): 為 客 運 業 者 所 持 有 之 車 輛 總 數 , 包 含 所 有 路 線 於 尖 峰 時 間 提 供 正 常 服 務 所 需 的 車 輛 數 、 預 備 車 輛 數 與 維 修 中 的 車 輛 數 。

7. 固定班表:即明確公告每一班次之發車時刻於一般搭乘者。

8. 即時班表:僅將首、末班車發車時刻與尖、離峰發車班距公告於 一 般 搭 乘 者 。

9. 勤 務 (Shift/Pattern/Run): 或 稱 為 仕 業 、 運 行 表 、 調 度 表 、 工 作 表 等,係 考 慮 司 機 員 工 作 量 負 荷、勞 基 法 規 定、薪 資 公 平 等 原 則 下 , 組 合 時 刻 表 中 符 合 時 間 接 續 之 班 次 , 並 以 此 做 為 司 機 員 行 車 作 業 之 依 據 。

10. 便 乘 班 次 (Deadhead): 或 稱 便 乘 乘 務 , 即 表 示 行 車 基 本 勤 務 內 兩 連 續 班 次 無 法 於 同 一 場 站 接 續 執 行 , 此 時 司 機 員 必 須 便 乘 其 他 營 運 車 輛 至 下 一 個 工 作 點,且 便 乘 過 程 中 皆 需 列 入 工 作 時 間 之 計 算。

11. 行車憑單:或稱駛車憑單、行車記錄單等,即結合行車基本勤務、

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司 機 員 、 車 輛 等 資 料 之 表 單 , 以 提 供 司 機 員 行 車 作 業 之 記 錄 , 並 以 此 作 為 日 後 薪 資 計 算 之 依 據 。

12. 雙班(Straight Run):或稱 AB 班,即工作時間可明顯區分為上午 或 下 午 , 通 常 A 班為上午班,工作時段以 5:00~14:00 為主;B 班 為 下 午 班 , 工 作 時 段 以 14:00~22:00 為主,通常 AB 班勤務之 執 行 班 次 作 業 較 為 密 集 。

13. 單班(Split Run):即工作時段散佈於整個營運時段,通常單班勤務 之 執 行 班 次 作 業 較 為 分 散 。

14. 工作時間:即有列入薪資計算範圍之作業時間,包含執行班次作 業 時 間 與 未 超 過 10 分鐘以上之短休息時間。

15. 中退:或稱退勤,即連續執行班次作業間之較長休息時間即為中 退 , 此 休 息 時 間 一 般 而 言 多 會 超 過 30 分鐘或 60 分鐘,但不論中 退 長 短 , 僅 計 算 10 分鐘工作時間。

16. 補貼路線:即受政府補助營運之路線,因此該路線必須符合大眾 運 輸 補 貼 辦 法 之 相 關 規 定 , 如 車 輛 型 式 、 車 輛 設 備 等 規 定 。 17. 輪班表:或稱輪勤表、駕駛員勤務表,即編製一段時間內每位司

機 員 每 日 執 行 勤 務 種 類 與 休 假 日 期 。 2.2 客運業排班作業定義

本 研 究 透 過 業 者 訪 談 , 以 瞭 解 客運 業 營 運 作 業 流 程 , 進 而 定 義 客 運 排 班 作 業 之 內 容 , 因 此 擬 於 2.2.1 節說明客運業營運作業流程,並 於 2.2.2 至 2.2.4 節透過排班作業內容與目前相關學術研究將實務排班 作 業 區 分 為 時 刻 表 規 劃 、 人 員 與 車 輛 排 班 與 人 員 輪 班 等 三 項 , 詳 細 內 容 說 明 如 下 。

2.2.1 客 運 業 營 運 作 業 流 程

根 據 台 灣 多 家 業 者 之 訪 談 結 果 發現 , 客 運 業 於 準 備 投 入 市 場 至 正 式 營 運 大 致 可 區 分 為 營 運 規 劃 、 準 備 與 管 理 等 三 階 段 作 業 , 如 圖 2.1 所 示 , 茲 就 相 關 內 容 說 明 如 下 :

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圖 2.1 客運業營運作業流程圖

一 、 營 運 規 劃 時 期 : 該 時 期 作 業 流 程 大 致 可 表 示 如 圖 2.2 所示,係考 量 場 站 設 置 成 本 、 旅 客 分 佈 、 預計 車 隊 規 模 … 等 因 素 決 定 場 站 區 位 , 爾 後 根 據 運 量 調 查 結 果 從 事 路 線 設 計 作 業 , 黃 俐 嘉 【11】指 出 公 車 路 網 設 計 過 程 應 考 慮 路 網 直 接 性(Directness of Network)、

路 網 密 集 度(Connection of Network) 、 路 網 彎 繞 度 (Circuity of Network)、服務範圍(Coverage of Network)、路網服務效率(Service Efficiency of Network)、路網重複性(Repetitiousness of Network)、

路 網 運 輸 效 率 、 路 網 密 度(Transit Service Coverage)、平均旅次時 間(Average Travel Time)、平均旅行成本、班次平均周轉時間、公 車 系 統 總 成 本 、 運 輸 走 廊 旅 次 時 間 等 , 最 後 產 生 營 運 路 線 。

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圖 2.2 營運規劃時期作業流程

二 、 營 運 準 備 時 期 : 為 規 劃 日 後 營 運管 理 作 業 之 方 式 與 內 容 , 一 般 稱 為 排 班 作 業 , 排 班 作 業 係 於 決 定業 者 日 後 營 運 損 益 與 作 業 管 理 方 式 , 因 此 作 業 過 程 中 必 須 考 慮 許多 因 素 。 由 於 排 班 作 業 對 營 運 管 理 的 重 要 性 , 所 以 業 者 都 特 別 注重 該 環 節 之 作 業 , 因 此 常 常 將 所 有 考 慮 因 素 混 為 一 談 , 增 加 作 業困 難 度 , 本 研 究 有 鑑 於 此 , 於 分 析 該 時 期 作 業 範 疇 與 程 序 , 並 結合 學 術 研 究 成 果 , 將 客 運 排 班 作 業 區 分 為 班 次 規 劃 、 人 員 與 車 輛排 班 與 人 員 輪 班 等 , 其 詳 細 內 容 與 研 究 現 況 分 析 將 於 2.2.2 至 2.2.4 節再進一步探討。以固定班表 經 營 業 者 為 例 , 該 時 期 作 業 流 程 大 致 可 表 示 如 圖 2.3 所示,係根 據 路 線 設 計 結 果 與 路 線 旅 客 需 求特 性 , 並 在 車 隊 規 模 、 路 線 特 性 等 限 制 條 件 下 從 事 班 次 設 計 作 業, 並 產 生 班 次 時 刻 表 , 爾 後 考 量 營 運 資 源 、 司 機 員 工 作 負 荷 、 經營 目 標 等 因 素 進 行 班 次 分 派 作 業 (即 人 員 與 車 輛 排 班 ), 以 規 劃 出 日 後 司 機 員 值 勤 依 據 之 勤 務 表 , 最 後 配 合 休 假 規 定 、 車 輛 維 修 保養 排 程 等 , 安 排 司 機 員 一 段 時 間 之 輪 班 內 容 , 並 整 合 勤 務 表 產 生每 日 司 機 員 之 駛 車 憑 單 , 以 作 為 司 機 員 值 勤 記 錄 。

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圖 2.3 固定班表營運準備時期作業流程

三 、 營 運 管 理 時 期 : 營 運 管 理 時 期 最主 要 作 業 係 調 度 人 員 或 站 務 人 員 從 事 班 次 發 車 管 理 作 業 , 如 果 發生 臨 時 性 旅 客 需 求 變 化 、 人 員 或 車 輛 臨 時 異 動 、 行 車 時 間 延 誤 等狀 況 , 則 需 要 立 即 採 取 適 當 調 度 作 業 , 以 維 持 班 次 正 常 運 作 , 並於 每 日 營 運 結 束 後 , 將 所 有 營 運 資 料 彙 整 儲 存 , 作 為 日 後 高 層 管理 人 員 進 行 營 運 統 計 、 薪 資 計 算 與 運 量 分 析 等 作 業 。 其 中 , 多 數業 者 經 常 根 據 運 量 分 析 之 結 果 , 提 出 適 當 調 整 計 畫 , 如 依 據 短 期 調 查 分 析 結 果 提 出 班 次 調 整 計 畫 , 其 內 容 主 要 在 班 距 調 整 , 以滿 足 旅 客 運 輸 需 求 ; 依 據 長 期 運 量 分 析 結 果 , 可 能 提 出 路 線 調 整計 畫 , 主 要 內 容 包 含 路 線 調 整 、 新 增 路 線 或 路 線 停 駛 等 , 目 的 在滿 足 旅 客 運 輸 需 求 或 降 低 業 者 本 身 之 營 運 成 本 。

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圖 2.4 營運管理時期作業流程 2.2.2 班 次 規 劃

實 務 作 業 於 該 階 段 之 主 要 內 容 係依 據 運 量 需 求 預 測 或 實 際 運 量 調 查 結 果 進 行 規 劃 與 設 計 未 來 之 營 運 計 畫 , 包 含 營 運 車 隊 規 模 、 班 距 與 時 刻 表 等 。 通 常 在 向 交 通 部 提 出 路 線 申 請 時 即 依 據 運 量 調 查 結 果 初 擬 營 運 計 畫 , 未 來 實 際 營 運 後 , 將 依 據 實 際 運 量 調 查 之 結 果 進 行 分 析 並 提 擬 時 刻 表(或 班 距 )修 改 策 略 。 以 固 定 班 表 經 營 型 態 之 業 者 而 言 , 皆 會 依 據 運 量 調 查 結 果 , 隨 時 調 整 發 車 時 刻 並 提 出 不 同 營 運 版 本 之 營 運 計 畫 , 如 一 般 日 、 例 假 日 及 寒 暑 假 等 版 本 , 表 2.1 即為桃園客運公司 現 行 一 般 日 版 本 之 時 刻 表 , 其 內 容 包 含 路 線 名 稱 、 行 駛 區 間 與 發 車 時 間 等 ; 以 即 時 班 表 經 營 型 態 之 業 者 而 言 , 則 依 據 當 時 車 輛 營 運 、 旅 客 需 求 等 狀 況 , 而 隨 時 調 整 發 車 班 距 , 日 後 也 會 根 據 運 量 分 析 結 果 提 出 適 當 班 距 調 整 策 略 , 如 圖 2.5 為台北市大南汽車公司 288 線之路線資 訊 , 其 內 容 包 含 首 班 車 及 末 班 車 發 車 時 刻 與 尖 峰 、 離 峰 發 車 班 距 等 資 訊 。

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表 2.1 桃園客運公司平日版部分時刻表

路 線 2 路 2 甲 9 路 101 路 5 甲

區 間

介 壽 路 大 南

介 壽 路 大 安

省 立 醫 院 龍 壽 街

中 路 線 宏 太 社 區 龍 崗 社 區

三 聖 宮

5.25 景雲 11.35 6.00 6.00 5.15 甲 5.50 景雲 11.45 6.40 6.15 5.30 甲 6.00 景雲 11.55 7.25 6.25 5.45 6.05 景雲 12.05 8.40 6.40 5.55 6.10 景雲 12.15 9.40 7.00 6.03 6.10 大安 12.25 12.05 7.30 6.10 6.12 景雲 12.35 17.35 8.00 6.20 6.25 12.45 18.20 8.30 6.25

行車時刻

6.28 景雲 12.55 9.00 6.30 甲 資 料 來 源 : 桃 園 客 運 公 司

資 料 來 源 【4】

圖 2.5 大南汽車公司 288 線乘車資訊站牌部分內容

由 於 班 距 或 時 刻 表 設 計 之 良 寙 直接 影 響 客 運 業 者 之 營 業 損 益 , 如 規 劃 得 當 可 適 時 提 供 適 量 之 班 次 服 務 於 搭 乘 者 並 且 得 以 完 全 運 用 營 運 資 源 , 如 規 劃 不 當 則 無 法 滿 足 乘 客 需 求 造 成 客 源 流 失 、 營 運 赤 支 , 因

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此 學 術 研 究 上 多 以 追 求 業 者 獲 利 最 大 化 、 乘 客 滿 意 度 最 大 化 等 目 標 , 為 客 運 業 者 規 劃 最 佳 班 表 , 該 類 之 研 究 現 況 如 下 所 述 。

劉 方 旗 【12】針對固定班表為經營型態之市區公車業者,在假設 車 型 固 定、公 車 運 行 時 間 符 合 偉 伯 分 配(Weibull Distribution)、旅客到 達 場 站 符 合 非 均 勻 波 以 松 過 程(Poisson Process)、旅客下車人數服從二 項 分 配(Binomial)等情況下,提出「最佳化客運公司利潤」為目標之最 佳 班 距 模 式 , 並 將 模 式 區 分 為 單 一 班 距 與 多 班 距 兩 模 式 , 在 單 一 班 距 模 式 方 面 以 界 限 回 溯 近 似 法(Bounding Retrospective Algorithm)求解;

多 發 車 班 距 則 透 過 該 研 究 所 發 展 出 之 隨 機 最 佳 化 方 法 求 解 , 而 該 法 係 將 一 日 營 運 區 分 為 多 個 時 段 , 爾 後 透 過 單 一 班 距 進 行 求 解 。 最 後 以 新 竹 客 運 之 特 定 路 線 進 行 多 班 距 模 式 驗 證 , 發 現 若 給 定 一 個 適 當 起 始 解 , 其 演 算 法 可 求 得 最 佳 班 距 。

吳 孟 璵 【3】 研 究 範 圍 以 即 時 班 表 為 經 營 型 態 之 市 區 公 車 業 者 為 主 , 在 考 慮 「 業 者 獲 利 最 大 」 並 配 合 「 旅 客 擁 擠 度 」 產 生 各 時 段 發 車 頻 次 建 議 與 提 供 最 大 利 潤 值 做 為 參 考 , 而 當 實 際 營 運 狀 況 如 人 員 因 素 、 車 輛 因 素 、 路 況 等 無 法 正 常 調 派 車 輛 時 , 將 依 據 所 構 建 之 專 家 系 統 提 出 調 度 策 略 。 最 後 以 台 北 市 公 車 285 路線進行系統測試,發現非 假 日 單 日 可 提 升 獲 利 4.36%,假日單日可提升 63%,整體單月獲利改 善 達 9%,此外系統構建在 Web Basic 環境下,改善傳統資料傳遞作業 效 率 。

陳 豪 雷 【10】針對城際客運構建一個以「短期營運變動成本」為 主 要 考 量 之 短 期 最 佳 化 營 運 班 表 之 發 車 頻 次 為 目 的 , 因 此 所 構 建 之 模 式 不 考 慮 客 運 業 者 之 長 期 固 定 成 本 與 沈 沒 成 本 , 如 基 本 薪 資 、 場 站 費 用 、 車 隊 費 用 等 , 此 外 為 簡 化 問 題 規 模 做 了 下 列 幾 點 合 理 假 設 : 假 設 客 運 司 機 足 以 服 務 所 規 劃 之 班 表 ; 不 設 限 轉 運 次 數 並 以 轉 運 時 所 增 加 之 等 候 時 間 成 本 為 考 量 ; 假 設 旅 次 需 求 量 與 服 務 班 次 不 相 關 ; 不 考 慮 旅 客 隨 機 到 達 起 站 之 等 候 時 間 成 本 ; 以 績 優 路 線 為 研 究 對 象 , 因 此 不 考 慮 最 小 服 務 班 次 數 限 制 。 在 模 式 構 建 上 , 透 過 車 流 時 空 路 網 與 人 流 時 空 路 網 來 進 行 車 輛 排 程 規 劃 與 班 次 設 計 , 車 流 時 空 路 網 包 含 節 點 、 班 次 節 線 、 停 留 節 線 、 循 環 節 線 與 跨 週 期 班 次 節 線 等 ; 而 人 流 時 空 路 網 設 置 方 式 皆 與 車 流 時 空 路 網 相 同 , 僅 限 制 內 容 、 成 本 計 算 等 方 式 不

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同 。 模 式 以 車 流 網 路 成 本 與 人 流 網 路 成 本 總 和 最 小 為 目 標 , 為 一 多 重 貨 物 網 路 流 動 問 題 , 並 採 用 拉 氏 鬆 弛 法 暨 次 梯 度 法(Lagarangian Relaxation with Subgradient Method)來求解,係透過拉氏鬆弛法的調 整 , 使 目 標 式 區 分 為 兩 個 獨 立 的 網 路 問 題 , 即 車 流 時 空 路 網 與 人 流 時 空 路 網 , 此 時 可 透 過 網 路 單 體 法(Network Simplex Method)進行求解,

其 解 為 一 下 限 解 , 再 透 過 所 發 展 之 改 良 式 單 一 調 整 法 求 得 上 限 解 , 最 後 透 過 次 梯 度 法 調 整 拉 氏 乘 數 , 並 反 覆 求 解 , 直 到 上 下 限 解 收 斂 或 達 到 求 解 回 合 數 限 制。經 實 例 測 試 結 果 發 現,可 將 客 運 業 者 原 先 規 劃 320 輛 車 才 可 滿 足 營 運 需 求 之 情 況 , 透 過 該 研 究 之 方 法 , 得 以 282 輛車滿 足 99.29%班次營運需求。

2.2.3 人 員 與 車 輛 排 班

人 員 與 車 輛 排 班 即 為 實 務 作 業 中的 勤 務 規 劃 作 業 , 勤 務 係 透 過 時 刻 表 所 產 生 , 主 要 之 功 用 在 提 供 司 機 員 行 車 作 業 之 依 據 , 而 該 作 業 將 因 經 營 型 態 屬 於 固 定 班 表 或 即 時 班 表 而 有 所 不 同 。 經 營 型 態 屬 於 固 定 班 表 之 業 者 , 將 將 直 接 依 據 班 次 規 劃 之 結 果 並 考 慮 司 機 員 工 作 負 荷 、 車 型 限 制 、 相 關 法 律 規 範 … 等 , 將 所 有 班 次 分 派 為 司 機 員 工 作 內 容 ; 而 即 時 班 表 經 營 業 者 , 由 於 其 所 在 環 境 交 通 狀 況 難 以 掌 握 , 就 同 路 線 之 班 次 而 言 , 其 行 駛 時 間 皆 有 所 不 同 , 因 此 司 機 員 工 作 內 容 指 派 方 式 乃 是 當 其 回 站 後 , 排 班 人 員 才 即 時 指 派 其 下 一 班 次 任 務 。

承 上 , 可 知 勤 務 即 為 固 定 班 表 經營 業 者 於 正 式 營 運 前 之 重 要 準 備 工 作,如 表 2.2 即為桃園客運之勤務(該公司慣稱為調度表),其內容包 含 勤 務 代 號 、 行 駛 路 線 、 發 車 時 刻 等 資 料 , 作 為 司 機 員 一 日 執 行 發 車 作 業 之 工 作 內 容 , 如 勤 務 1012,執行該勤務之司機員於 06:20、7:00 與 7:40 執行 7 路班次任務後即完成階段任務,並休息至 15:40 執行 7 路 班 次 … 直 到 21:00 執行 101 路班次後即完成一日工作任務。綜合各 業 者 之 訪 談 結 果 , 從 事 勤 務 產 製 作 業 , 所 需 考 慮 及 注 意 項 目 大 致 可 彙 整 如 下 :

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表 2.2 桃園客運公司部分勤務表

資 料 來 源 : 桃 園 客 運 公 司

一 、 工 作 時 間 : 依 勞 基 法 規 定 每 人 每 日 基 本 工 作 時 間 為 8 小時,超過 則 必 須 依 規 定 給 付 加 班 費 , 因 此 每 組 勤 務 如 果 分 派 少 於 8 小時工 作 時 間 之 任 務 則 業 者 本 身 將 負 擔損 失 成 本 , 反 之 如 果 超 時 過 多 , 則 必 須 負 擔 加 班 成 本 。

二 、 工 作 負 荷 : 根 據 道 路 交 通 管 理 處罰 條 例 , 汽 車 駕 駛 人 連 續 駕 駛 時 間 不 得 超 過 8 小時,但是多數業者基於長時間連續執行任務可能 導 致 司 機 員 疲 勞 駕 駛 , 而 影 響 行車 安 全 , 所 以 排 班 過 程 中 多 以 連 續 駕 駛 時 間 3 至 4 小時為限制。

三 、 作 業 環 境 : 對 司 機 員 而 言 , 作 業環 境 係 指 營 運 路 線 之 交 通 狀 況 , 如 連 續 執 行 長 時 間 處 於 擁 塞 路 段之 市 區 路 線 , 可 能 引 起 司 機 員 心 情 煩 躁 、 疲 勞 等 情 形 而 間 接 影 響行 車 安 全 , 因 此 部 分 排 班 人 員 於 任 務 份 派 過 程 中 皆 透 過 不 同 性 質路 線 之 搭 配 , 如 穿 插 市 區 路 線 與 郊 區 路 線 班 次 任 務 於 同 一 份 勤 務 , 以 平 衡 司 機 員 駕 駛 感 受 。 四 、 公 平 原 則 : 一 般 而 言 , 客 運 業 司機 員 之 薪 資 結 構 多 採 用 低 底 薪 高

獎 金 制 度 , 而 司 機 員 獎 金 來 源 包 含 執 行 勤 務 之 總 里 程 數 或 趟 次 數 、 總 載 客 數 等 , 由 於 各 路 線 營運 特 性 不 同 , 因 此 分 派 任 務 過 程 中 因 盡 量 顧 及 每 份 勤 務 可 獲 得 相當 之 獎 金 。 另 外 , 在 工 作 時 間 方 面 除 了 盡 量 符 合 勞 基 法 規 定 外 ,亦 需 顧 及 整 體 工 作 時 間 之 均 衡 , 避 免 不 同 勤 務 工 作 時 間 差 異 過 多之 情 形 , 降 低 司 機 員 之 爭 議 與 排 班 人 員 日 後 規 劃 輪 班 作 業 之 困 難 度 。

五 、 補 貼 路 線 : 根 據 大 眾 運 輸 補 貼 辦法 之 相 關 規 定 , 若 該 路 線 為 政 府 補 貼 營 運 之 路 線 , 則 營 運 該 路 線之 車 輛 有 車 型 與 車 齡 相 關 限 制 , 如 車 輛 必 須 備 有 電 子 售 票 、 行 車記 錄 器 等 設 備 , 以 供 政 府 稽 查 。

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因 此 , 勤 務 規 劃 過 程 中 即 必 需 考慮 不 同 路 線 之 分 派 及 組 合 與 現 有 車 隊 組 成 的 關 係 , 必 須 避 免 規 劃 過 多 含 有 補 貼 路 線 任 務 之 勤 務 。 六 、 閒 置 時 間 : 為 了 有 效 運 用 車 輛 與人 力 資 源 , 一 般 業 者 皆 希 望 能 盡

量 減 少 車 輛 與 司 機 員 於 站 內 等 待執 勤 時 間 , 因 此 任 務 分 派 過 程 中 應 盡 量 在 連 續 駕 駛 時 間 限 制 內 安 排 班 次 時 間 得 以 接 續 之 連 續 任 務 , 以 降 低 業 者 因 車 輛 閒 置 所 帶 來 的 成 本 。

七 、 車 輛 車 齡 : 對 已 經 營 運 多 年 的 業者 而 言 , 其 車 隊 組 成 可 能 摻 雜 不 同 車 齡 之 車 輛 , 部 分 業 者 係 考 量將 最 好 的 一 面 呈 現 給 多 數 乘 客 , 或 增 進 旅 客 對 搭 乘 車 輛 的 滿 意 程度 , 大 部 分 業 者 會 採 取 分 派 較 多 黃 金 路 線 於 新 進 車 輛 之 策 略 。

八 、 早 勤 早 退 : 由 於 運 輸 業 之 特 性 ,司 機 員 到 班 時 間 乃 依 據 所 執 行 勤 務 的 首 班 車 發 車 時 間 , 所 以 有 少部 分 業 者 在 規 劃 勤 務 過 程 中 , 也 會 考 慮 到 讓 早 值 勤 司 機 員 可 以 早退 勤 。 然 而 , 多 數 業 者 則 認 為 , 該 問 題 可 以 透 過 人 員 輪 班 而 達 到避 免 司 機 員 不 滿 其 工 作 分 派 內 容 之 目 的 , 因 此 分 派 勤 務 過 程 中 即忽 略 該 因 素 之 影 響 , 以 降 低 排 班 作 業 困 難 度 。

承 上 可 知 公 路 客 運 於 人 員 與 車 輛排 班 作 業 之 困 難 度 , 然 而 國 內 相 關 領 域 之 學 術 研 究 卻 多 以 最 佳 時 刻 表 、 最 佳 發 車 頻 次 及 調 度 作 業 等 方 面 進 行 探 討 較 為 熱 絡 , 關 於 人 員 與 車 輛 排 班 之 研 究 , 除 了 運 輸 營 運 手

冊【1】提及相關作業原則外,國內相關研究則較少探討,直到夏萬春

【7】、蔡文昉【13】等人,此一問題才較為具體研究,由於公路客運

人 員 與 車 輛 排 班 問 題 為 本 研 究 之 重 點 , 所 以 將 於 第 三 章 文 獻 回 顧 中 再 進 行 詳 細 之 探 討 。

2.2.4 人 員 輪 班

該 階 段 之 主 要 作 業 內 容 在 預 先 規劃 司 機 員 一 段 時 間 之 值 勤 內 容 , 包 含 輪 休 、 輪 班 等 規 定 , 其 中 輪 班 之 考 量 , 主 要 原 因 在 於 每 組 勤 務 之 工 作 時 段 、 內 容 皆 有 所 不 同 , 透 過 輪 班 使 司 機 員 得 以 調 適 工 作 心 情 , 避 免 司 機 員 每 日 必 須 早 起 、 晚 下 班 或 執 行 交 通 壅 塞 時 段 等 情 形 , 此 外 透 過 輪 班 方 式 也 可 以 使 每 一 位 司 機 員 獲 得 獎 金 機 會 較 為 公 平 。 另 外 , 由 於 多 數 業 者 於 人 車 管 理 方 面 , 係 考 量 管 理 方 便 、 節 省 車 輛 保 養 費 用 等 因 素 , 在 人 車 管 理 上 多 採 人 車 合 一 制 度 , 所 以 在 人 員 輪 班 作 業 時 ,

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亦 需 考 慮 車 輛 維 修 情 形 與 預 先 安 排 之 保 養 行 程 , 以 避 免 營 運 當 日 發 生 車 輛 無 法 營 運 之 情 形 。 然 而 , 多 數 業 者 多 以 1 個月為規劃人員輪班作 業 週 期 , 因 此 車 輛 維 修 保 養 排 程 的 影 響 因 素 多 在 營 運 數 日 前 或 一 週 前 才 會 被 檢 討 , 當 發 生 衝 突 時 才 進 行 局 部 調 整 。

實 務 上 不 同 業 者 之 輪 班 週 期 或 每 日 或 每 週 皆 有 之 , 如 表 2.3 即為 桃 園 客 運 部 分 司 機 員 之 輪 班 表 , 由 表 可 知 司 機 員 皆 於 固 定 7 日輪流執 行 不 同 勤 務 。 另 外 , 該 公 司 於 作 業 過 程 中 尚 未 事 先 探 討 車 輛 維 修 與 保 養 排 程 之 影 響 , 因 此 人 員 輪 班 作 業 考 慮 因 素 較 為 單 純 。 最 後 則 依 據 輪 班 表 產 生 行 車 憑 單 , 爾 後 司 機 員 即 依 據 所 指 定 之 行 車 憑 單 執 行 發 車 作 業,如 表 2.4 為桃園客運之行車憑單(該公司慣稱行車記錄單),其內容 包 含 執 行 司 機 員 名 稱 、 車 號 與 行 車 基 本 勤 務 代 號 及 其 內 容 。

表 2.3 桃園客運公司桃園站司機員輪班表

資 料 來 源 : 桃 園 客 運 公 司

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表 2.4 桃園客運公司桃園站行車憑單

資 料 來 源 : 桃 園 客 運 公 司

承 上 , 可 知 各 業 者 在 人 員 輪 班 作業 方 面 考 慮 因 素 較 不 統 一 , 部 分 業 者 僅 依 其 輪 班 規 則 , 依 序 輪 流 執 行 不 同 勤 務 與 輪 休 ; 部 分 業 者 還 會 探 討 車 輛 維 修 與 保 養 排 程 之 影 響 。 目 前 學 術 研 究 上 就 客 運 業 而 言 甚 少 探 討 , 茲 就 其 他 運 輸 業 之 人 員 輪 班 問 題 文 獻 回 顧 如 下 。

謝 欣 宏 【15】針對台鐵司機員基於作業公平之考量必須輪流執行 每 一 工 作 班 , 由 於 此 特 性 與 其 他 人 員 排 班 特 性 不 同 , 因 此 提 出 以 旅 行 推 銷 員 問 題(Traveling Salesman Problem,TSP)求解,模式構建則以最 小 化 輪 班 表 週 期 為 目 標 , 並 以 基 因 演 算 法 求 解 , 經 實 例 測 試 發 現 , 現 況 作 業 之 輪 班 週 期 與 每 日 工 作 時 間 標 準 差 均 可 有 效 獲 得 改 善 。

蘇 昭 銘 與 張 靖【17】針對捷運站務員肩負管理捷運站運作之要務,

且 具 有 長 時 間 作 業 人 力 需 求 與 人 力 有 限 等 特 性 , 因 此 透 過 兩 階 段 模 式 進 行 規 劃 站 務 員 輪 班 之 作 業 , 第 一 階 段 以 決 定 站 務 員 之 上 班 日 與 休 假 日 為 目 標 , 且 滿 足 每 日 最 小 作 業 人 力 需 求 、 工 作 時 數 及 排 班 循 環 規 則 等 三 項 條 件 。 第 二 階 段 則 決 定 站 務 員 上 班 日 之 上 班 時 段 , 且 符 合 各 時

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段 最 少 人 力 需 求 與 班 別 穩 定 等 條 件 。 透 過 台 北 市 捷 運 公 司 淡 水 線 北 投

段 R26 站之實例測試可發現,採用該模式可迅速反應站務員休假狀況

之 規 劃 , 增 加 站 務 員 作 業 之 彈 性 。 2.3 小結

根 據 訪 談 結 果 發 現 實 務 排 班 作 業可 加 以 區 分 為 班 表 規 劃 、 人 員 與 車 輛 排 班 與 人 員 輪 班 三 階 段 , 茲 就 三 階 段 作 業 之 關 係 加 以 分 析 如 下 : 一 、 班 表 規 劃 作 業 係 於 路 線 設 計 或 調 整 作 業 與 班 次 調 整 作 業 之 後 進 行,其 中 班 次 調 整 作 業 雖 然 經 常 執 行,然 而 該 作 業 多 在 部 分 時 段、

路 線 中 進 行 細 部 調 整 作 業 , 因 此 就 班 次 調 整 作 業 相 較 於 新 路 線 設 計 或 現 有 路 線 調 整 作 業 而 言 , 其 問 題 困 難 度 較 低 , 透 過 人 工 作 業 即 可 短 時 間 內 獲 得 滿 意 之 結 果 。

二 、 對 固 定 班 表 經 營 業 者 而 言 , 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 係 根 據 班 表 規 劃 作 業 之 結 果 進 行 調 整 , 因 此 只 要 班 表 執 行 調 整 作 業 後 , 即 需 進 行 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 。 由 於 採 用 固 定 班 表 營 運 策 略 , 所 以 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 較 無 時 間 壓 力 , 因 此 多 數 業 者 於 排 班 規 劃 過 程 中 會 探 討 較 多 影 響 因 素,所 以 問 題 規 模 皆 在 多 路 線 模 式 下 進 行。承 上,

由 此 可 知 即 使 班 表 規 劃 作 業 僅 針 對 小 部 分 班 次 進 行 調 整 , 但 對 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 而 言 , 可 能 需 要 花 費 經 驗 豐 富 之 排 班 人 員 半 個 工 作 天 以 上 時 間 進 行 勤 務 調 整 。 另 外 , 根 據 業 者 所 述 , 目 前 瞭 解 且 熟 悉 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 之 人 員 越 來 越 少 , 排 班 技 巧 與 方 法 傳 承 皆 越 來 越 困 難 , 因 此 人 員 與 車 輛 排 班 相 關 研 究 即 為 所 需 。 三 、 對 即 時 班 表 經 營 業 者 而 言 , 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 為 其 每 日 之 作

業 , 根 據 訪 談 業 者 指 出 , 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 係 確 定 當 日 到 班 司 機 員 後(通 常 為 人 員 輪 班 所 規 劃 之 結 果 ), 即 依 據 班 次 規 劃 之 結 果 , 估 算 出 每 個 時 段 發 車 班 次 數 , 爾 後 雖 然 依 據 當 時 營 運 狀 況 即 時 分 派 班 次 作 業 於 司 機 員 , 然 而 , 多 數 排 班 人 員 會 依 據 過 去 營 運 情 形 預 先 規 劃 當 日 各 司 機 員 勤 務 內 容 , 以 幫 助 後 續 派 車 作 業 之 進 行 。 另 外 , 礙 於 即 時 班 表 之 經 營 策 略 必 須 在 短 時 間 內 規 劃 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 , 為 了 簡 化 排 班 困 難 度 , 所 以 大 部 分 業 者 在 作 業 規 模 上 屬 於 單 場 站 單 路 線 之 形 式 。

四 、 人 員 輪 班 作 業 最 主 要 之 目 的 在 使 司 機 員 有 較 公 平 的 工 作 條 件 ,如

(33)

工 作 時 間 、 獲 得 獎 金 機 會 … 等 , 由 於 目 前 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 係 由 人 工 經 驗 法 則 產 生 , 因 此 無 法 達 到 每 項 條 件 之 要 求 , 所 以 在 人 員 輪 班 作 業 時 即 需 進 一 步 探 討 公 平 性 問 題 。

承 上 , 本 研 究 於 考 量 目 前 實 務 排班 作 業 之 主 要 需 求 , 因 此 以 人 員 與 車 輛 排 班 作 業 為 主 要 研 究 課 題 , 另 外 , 有 鑑 於 過 去 研 究 為 了 達 到 模 式 適 用 範 圍 , 皆 在 研 究 過 程 中 界 定 相 關 假 設 條 件 , 雖 然 研 究 成 果 得 幫 助 業 者 減 少 成 本 與 提 升 作 業 效 率 , 然 而 卻 少 有 業 者 實 際 採 用 相 關 研 究 方 法,探 究 其 原 因 在 於 部 分 假 設 條 件 導 致 無 法 應 用 於 實 務 作 業。因 此,

後 續 研 究 範 圍 將 涵 蓋 2.2.3 小結所彙整之八個主要因素,其中車輛車 齡 與 早 勤 早 退 等 項 目 , 並 非 影 響 最 後 排 班 結 果 於 實 務 作 業 之 適 用 性 , 且 車 輛 車 齡 主 要 影 響 因 素 係 在 補 貼 路 線 ; 而 早 勤 早 退 亦 可 透 過 日 後 人 員 輪 班 作 業 而 達 到 公 平 之 目 的 。 所 以 本 研 究 擬 以 主 要 項 目 作 為 研 究 需 求 , 係 包 含 工 作 時 間 、 工 作 負 荷 、 補 貼 路 線 等 限 制 條 件 及 獎 金 、 交 通 環 境 等 公 平 原 則 , 並 提 出 合 理 之 人 員 與 車 輛 排 班 模 式 與 求 解 演 算 法 , 以 幫 助 業 者 解 決 實 務 問 題 。

在 問 題 範 圍 方 面 , 由 於 實 務 上 人員 與 車 輛 排 班 作 業 因 業 者 經 營 方 式 不 同 而 有 差 異 , 其 中 以 固 定 班 表 經 營 業 者 之 困 難 度 較 高 , 除 了 以 多 路 線 形 式 為 基 礎 外 , 亦 與 營 運 路 線 所 在 地 之 需 求 而 有 單 場 站 及 多 場 站 型 態 之 區 別 , 通 常 各 時 段 需 求 量 較 為 平 均 的 地 區 會 採 用 單 場 站 管 理 方 式 , 反 之 需 求 量 過 於 集 中 部 分 時 段 之 地 區 會 採 用 多 場 站 管 理 方 式 , 亦 有 些 業 者 將 兩 種 類 型 營 運 路 線 混 和 考 慮 而 成 複 合 式 管 理 方 式 。 其 中 多 數 業 者 採 用 單 場 站 單 路 線 或 單 場 站 多 路 線 排 班 方 式 , 主 要 原 因 之 一 即 為 該 路 線 乘 客 需 求 量 較 大 , 為 符 合 乘 客 需 求 , 所 規 劃 之 班 次 數 亦 較 密 集 , 因 此 排 班 問 題 規 模 較 大 , 如 果 採 用 人 工 排 班 方 式 較 無 效 率 , 所 以 本 研 究 所 規 劃 出 之 人 員 與 車 輛 排 班 模 式 與 求 解 演 算 法 係 以 單 場 站 單 路 線 與 單 場 站 多 路 線 為 範 圍 。

(34)

第三章 文獻回顧

本 章 首 先 於 3.1 節描述人員排班之分類;進而在 3.2 節探討大眾 運 輸 於 人 員 排 班 作 業 之 相 關 研 究 , 並 與 現 況 分 析 之 結 果 進 行 彙 整 ; 最

後 於 3.3 節針對基因演算法進行回顧,以作為本研究演算法設計之基

礎 。

3.1 人員排班分類

根 據 文 獻 【20】作者將人員排班問題進一步區分為固定地點之人 力 排 班、大 眾 運 輸 人 員 與 車 輛 排 班、航 空 人 員 排 班 及 值 勤 週 期 問 題 等,

茲 就 各 問 題 之 特 性 分 述 如 下 。

3.1.1 固 定 地 點 之 人 力 排 班 (Scheduling workers at a fixed location)

該 類 問 題 最 主 要 的 目 標 在 運 用 最少 人 員 滿 足 各 時 段 之 人 力 需 求 , 其 問 題 特 性 為 人 員 上 班 、 工 作 與 下 班 地 點 皆 不 會 改 變 , 且 每 位 員 工 皆 可 在 任 何 時 間 接 交 班 。 排 班 作 業 可 前 預 先 知 道 各 時 段 之 人 力 需 求 , 如

圖 3.1 所示,即為一日各時段之人力需求,爾後根據其他需求條件進

行 排 班 規 劃 。 而 該 問 題 基 本 模 式 可 定 義 如 下 :

資 料 來 源 【20】

圖 3.1 人力需求分佈示意圖

(35)

= n

j j jx c

1

Minmize ... (3.1)

T t d x

a t

n

j j

tj ≥ ∀ ∈

=

,

subject to

1

... (3.2) 其 中 , n 為 全 部 工 作 天 數 。

cj為 工 作 天 j 所 需 支 付 的 人 力 成 本 。

xj為 j 工 作 天 所 規 劃 之 人 力 數 量,其值 為 不 小 於 0 的 整 數 。 T 為 所 有 時 段 數 。

dt為 各 時 段 人 力 需 求 。

⎩⎨

=⎧

otherwise 0

1 如果j工作天包含t時段

atj

目 標 式(3.1)即追求最小化人力成本,限制式(3.2)即規定每個時段 之 最 小 人 力 安 排 。 實 務 問 題 如 電 話 接 線 生 排 班 、 醫 護 人 員 排 班 、 警 員 排 班 、 大 眾 運 輸 站 管 人 員 排 班 等 , 因 此 部 分 文 獻 定 義 【14、15】為一 般 性 人 員 排 班(Generic Crew Scheduling)。

3.1.2 大 眾 運 輸 人 員 /車 輛 排 班 (Mass transit crew/vehicle scheduling)

大 眾 運 輸 係 包 含 公 車、捷 運 與 鐵 路 等,而 大 眾 運 輸 人 員/車輛排班 問 題 係 在 各 路 線 所 規 劃 之 班 次(Trips)範 圍 內 , 規 劃 司 機 員 動 向 (Crew Movements)之問題。該問題之特性係已知作業班次之起始位置、時間 與 目 的 位 置 、 時 間 , 在 考 慮 可 讓 司 機 員 進 行 交 接 班 位 置 , 將 班 次 區 分 為 駕 駛 班 次(Driver Trips;d-trips),在這裡的交接班不一定代表班次的 起 迄 位 置 , 但 是 一 定 是 該 班 次 中 的 一 個 停 靠 場 站(Stop Station),所以 d-trips 為大眾運輸人員/車輛排班問題之輸入資料,如圖 3.2 即可說明 班 次、交 班 點、駕 駛 班 次 之 間 的 關 係,其 中 A 站與 B 站為班次之主要 起 迄 站,C 站與 D 點可視為班次營運中的停靠站,不同的是 D 點屬於 只 有 乘 客 上 下 車 之 停 靠 站 牌,而 沒 有 其 他 司 機 員,因 此 只 有 C 站為交 班 點 。

(36)

資 料 來 源 : 修 改 自 【20】

圖 3.2 班次、交班點、駕駛班次關連示意圖

承 上 , 由 於 一 輛 車 的 排 程 可 能 由 多個 連 續 班 次 組 成 , 作 者 將 其 定 義 為 車 輛 排 程(Blocks),因此可能有多個交班點,所以排班過程中可先 決 定 切 割 出 合 理 之 駕 駛 班 次 , 並 定 義 為 Pieces,最後考慮駕駛員合理 工 作 時 間 將 一 個 或 多 個 Pieces 組 合 成 司 機 員 一 日 值 勤 依 據 之 勤 務 (Run)。如圖 3.3 即可說明 Blocks、Pieces、Runs 之間的關係,其中 A(1,2,3)、B(1,2,3)與 C(1,2,3,4)分別表示車輛 A、B、C 營運排程規劃 (Blocks),甲、乙、丙與丁為司機員勤務(Runs)。

資 料 來 源 : 修 改 自 【20】

圖 3.3 Blocks、Pieces、Runs 關連示意圖

(37)

Ozdemir【24】指出該類問題可定義成集合涵蓋問題(SCP)或集合 切 割 問 題(SPP)之型式,茲就 SCP 與 SPP 基本模式說明如下:

= n

j j jx c

1

Minmize ... (3.3)

T i x

a

n

j j

ij ≥ ∀ ∈

=

, 1

subject to

1

... (3.4)

, 1

1

T i x

a

n

j j

ij = ∀ ∈

=

... (3.5) 其 中 , n 為 全 部 可 行 勤 務 集 合 ;

cj為 使 用 勤 務 j 所 需 支 付 的 成 本 ; T 為 所 有 班 次 集 合 ;

⎩⎨

=⎧

otherwise 0

1 如果j勤務為最佳解之一

xj

⎩⎨

=⎧

otherwise 0

1 如果班次i 屬於 j勤務之任務

aij

目 標 式(3.3)即追求最小化勤務運作成本,式(3.4)為 SCP 限制式,

其 意 涵 代 表 每 一 個 班 次 i 只 少 被 一 個 勤 務 所 包 含 , 意 旨 可 接 受 多 個 司 機 員 同 時 執 行 同 一 個 班 次 任 務;式(3.5)為 SPP 限制式,其意涵代表每 一 個 班 次 i 僅 能 被 一 個 勤 務 所 包 含 , 意 旨 一 個 班 次 任 務 僅 接 受 一 名 司 機 員 執 行 。 由 此 可 知 以 SPP 模式之限制較為嚴格。

3.1.3 航 空 人 員 排 班 (Air crew scheduling)

航 空 人 員 排 班 係 在 固 定 週 期 內(bid line)將航班(Fight Legs)任務指 派 於 機 組 人 員 之 問 題 。 而 該 問 題 之 特 色 在 機 組 人 員 數 量 皆 遠 大 於 航 機 數 量 , 並 且 必 須 在 確 定 時 刻 表 的 情 況 下 進 行 人 員 排 班 作 業 , 另 外 , 機 組 人 員 與 航 班 組 合 過 程 中 , 必 須 讓 機 組 人 員 於 完 成 最 後 工 作 任 務 時 回 到 其 住 處 。 如 圖 3.4 所示,在考慮機組人員之工作相關規定,如每航 班 間 之 休 息 時 間、連 續 航 班 銜 接 時 間 … 等,將 多 個 航 班 組 成 duty,最 後 考 慮 bid line 將多個 duty 組成可代表機組人員一段時間之工作任務 (Pairing)。

(38)

資 料 來 源 : 修 改 自 【20】

圖 3.4 航空人員排班問題之結果 3.1.4 值 勤 週 期 問 題 (Rostering and bid line problem)

該 問 題 係 為 大 眾 運 輸 與 航 空 人 員排 班 問 題 之 延 伸 課 題 , 由 於 人 員 排 班 問 題 係 將 時 刻 表 所 規 劃 之 班 次(航 班)分 派 成 多 個 勤 務 , 因 此 勤 務 內 之 工 作 條 件 很 難 達 到 公 平 條 件 , 尤 其 在 所 得 方 面 爭 議 較 多 , 所 以 值 勤 週 期 問 題 目 的 在 探 討 人 員 值 勤 之 公 平 性 , 並 分 別 定 義 為 大 眾 運 輸 人 員 輪 班 問 題(Crew Rostering Problem) 與 航 空 人 員 派 班 週 期 問 題 (Bid Line Problem)。

3.2 大眾運輸人員與車輛排班回顧

由 於 客 運 人 員 與 車 輛 排 班 相 關 文獻 有 限 , 且 公 路 及 軌 道 之 人 員 與 車 輛 排 班 問 題 有 許 多 相 似 之 處 , 因 此 人 員 與 車 輛 排 班 文 獻 回 顧 將 包 含 公 路 、 軌 道 等 相 關 研 究 。

3.2.1 公 路 運 輸

運 輸 營 運 手 冊【1】將大眾運輸人員車輛排班問題定義為分班(Run Cutting)作業,並說明由於大眾運輸每日提供 16、20 小時或甚至 24 小 時 服 務 時 間,然 而,尖 峰 需 求 經 常 發 生 在 上 午 與 下 午 交 通 尖 峰 時 間,

(39)

因 此 尖 峰 時 間 比 離 峰 時 間 需 要 更 多 駕 駛 員 。 由 於 上 述 特 殊 情 形 , 導 致 許 多 駕 駛 員 在 兩 個 尖 峰 時 段 工 作 之 間 有 很 長 一 段 無 薪 休 息 的 時 間 , 該 工 作 班 制 稱 為 單 班(Split Run), 其 他 工 作 較 為 連 續 之 班 制 稱 為 雙 班 (Straight Run),由於單班與雙班工作條件之差異,實務上,需給付單 班 員 工 較 高 之 薪 資。所 以 建 議 分 班 作 業 可 遵 守 下 列 步 驟(1)盡可能多安 排 雙 班 制;(2)制訂單班工作時間形式(Spread Time);(3)將部分雙班分 割 為 二 或 三 段 , 並 依 照 步 驟(2)之規定將分段組成幾個新增的單班。

夏 萬 春【7】利用時空網路描述公車車輛運行情形,並藉由時空網

路 傳 遞 時 間 、 空 間 訊 息 , 作 為 模 式 求 解 之 基 礎 , 模 式 構 建 方 面 以 多 目 標 規 劃 為 架 構 , 目 標 追 求 每 一 組 勤 務 工 作 時 間 接 近 8 小時、勤務總班 距 最 小 、 每 組 勤 務 以 中 退 一 次 為 原 則 、 連 續 工 作 時 間 不 超 過 5 小時、

中 退 與 午 餐 時 間 配 合 、 連 續 班 次 起 迄 站 相 同 、 首 末 班 次 場 站 相 同 等 總 成 本 最 小 , 並 透 過 權 重 值 控 制 各 目 標 , 以 增 加 模 式 彈 性 , 最 後 透 過 禁 制 搜 尋 法(tabu search)求解,其禁制串列之設計採用先進先出(first-in, first-out)資料結構,演算法內容包含(1)透過班表、班次、場站等資料 構 建 行 車 基 本 勤 務 起 始 解 ;(2) 藉 由 轉 移 、 交 換 班 次 進 行 鄰 近 解 (Neighborhood Solution)之改善;(3)檢核現階段所有工作時數超過與不

足 8 小時、連續班次起迄站不同、班距過大、連續作業時間大於 5 小

時、中 退 時 段 與 午 餐 時 間 不 足 60 分鐘、涵蓋兩次中退等情況之行車基 本 勤 務 , 並 透 過 班 次 移 動 解 決 問 題 。 最 後 以 金 門 公 車 為 求 解 範 例 , 其 營 運 規 模 為 35 名駕駛,38 輛公車,每日營運車輛為 29 輛並執行 395 班 次 , 其 結 果 顯 示 可 在 40 秒左右規劃出 29 組勤務,並改善原始勤務 中 退 次 數 不 合 理 之 問 題 。

蔡 文 昉【13】利用時空網路圖描繪客運業者車輛與人員排程活動,

並 作 為 其 模 式 構 建 基 礎 , 其 模 式 可 區 分 為 兩 階 段 作 業 並 分 別 以 最 佳 化 為 基 礎 之 演 算 法 為 求 解 工 具 。 第 一 階 段 之 模 式 構 建 以 最 小 班 次 閒 置 時 間 及 最 少 車 輛 數 使 用 為 目 標,利 用 拉 式 鬆 弛 法(Largrangean Relaxation) 將 模 式 轉 換 成 網 路 問 題 , 再 以 網 路 簡 捷 法(Network Simplex)求解,並 透 過 路 網 圖 之 調 整 與 自 行 設 計 之 演 算 法 , 改 善 放 鬆 限 制 式 後 整 數 解 無 法 滿 足 之 問 題 , 並 初 步 求 解 出 行 車 基 本 勤 務 。 爾 後 , 透 過 第 二 階 段 進 行 雙 班 勤 務 之 切 割 , 主 要 目 的 在 切 割 第 一 階 段 產 生 工 作 時 間 過 長 之 勤 務,並 以 趨 近 理 想 工 作 時 間 8 小時為目標,切割後之勤務即區分為 A、

(40)

B 班 勤 務 , 同 時 可 降 低 班 次 閒 置 時 間 , 此 階 段 係 透 過 分 支 定 限 法 (Branch and Bound)求解,經實例測試結果發現部分情況下會產生人力 需 求 較 現 況 多 之 情 形 , 但 勤 務 規 劃 內 容 , 對 司 機 員 而 言 較 為 合 理 。

Valouxis 與 Housos【27】於人車合一情況下探討多車種多場站之 勤 務 產 製 方 式 , 其 所 探 討 之 問 題 係 已 知 車 型 、 駕 駛 、 所 屬 站 、 駕 駛 員 最 早 發 車 時 間 、 工 作 天 數 等 , 在 滿 足 每 日 工 作 時 間 及 下 一 勤 務 連 接 之 最 小 休 息 時 間 等 限 制 , 將 模 式 建 構 在 集 合 涵 蓋 問 題(Set Covering Problem,SCP)架構下,並以 CGQS(Column Generation and Quick Shift combination)啟發式演算法求解,CGQS 即為結合變數產生法與現行啟 發 式 演 算 法 QS(Quick Shifts approach)之啟發式演算法,其中 QS 演算 流 程 依 序 為(1)構建路網產生可行行車基礎勤務;(2)運用最小成本配對 問 題(Minimum Cost Matching Problem)簡化問題規模;(3)反覆運用最 小 成 本 配 對 問 題 初 步 產 生 可 行 解 ;(4)反覆採用 2-opt、3-opt 演算法改 善 可 行 解;(5)最後應用最短路徑(K-Shortest Path)解法檢查或調整未安 排 之 班 次 。 而 CGQS 則利用簡化 QS 部分反覆步驟所產生之可行解,

爾 後 透 過 變 數 產 生 法 改 善 解 之 品 質 。 經 測 試 結 果 證 明 應 用 變 數 產 生 法 可 有 效 改 善 原 有 演 算 法 QS 之求解品質達 1%~4.5%,唯求解速度較 慢 。

3.2.2 軌 道 運 輸

盧 宗 成 【14】係針對台北捷運公司於時刻表確定情況下,劃分任 務(task)並 組 合 成 一 個 司 機 員 值 勤 依 據 之 工 作 班 (workday), 其 內 容 係 包 含 簽 到 、 簽 退 、 休 息 及 用 餐 時 間 。 模 式 方 面 則 構 建 成 集 合 分 割 問 題 (Set Partitioning Problem,SPP)形式,以追求最小總工作班成本為目 標 , 演 算 法 方 面 則 先 利 用 變 數 產 生 法(Column Generation)求解放鬆整 數 解 與 司 機 員 個 數 限 制 後 之 線 性 規 劃 問 題 , 所 得 之 解 為 主 問 題 之 下 界 (Lower Bound),子問題則構建為一有限制之最短路徑問題(Constrained Shortest Path Problem)。若變數產生法所得之解為非整數解則進一步利 用 分 支 定 限 法 求 得 整 數 解 , 最 後 則 利 用 啟 發 式 演 算 法 繼 續 求 解 因 放 鬆 數 解 與 司 機 員 個 數 限 制 後 之 不 可 行 解 。 經 實 例 測 試 結 果 顯 示 , 該 研 究 不 能 保 證 可 獲 得 收 斂 解 , 亦 代 表 不 一 定 所 有 任 務 皆 能 排 入 班 表 中 , 深 入 分 析 後 , 其 所 規 劃 之 工 作 班 , 對 司 機 員 而 言 較 為 適 當 , 且 大 幅 縮 小

(41)

排 班 時 間 由 數 週 至 4 日內。

謝 欣 宏【15】針對台鐵司機員排班問題於營運時刻表確定情況下,

組 合 事 先 規 劃 之 乘 務(Trip)進行司機員工作班(Shift)之排班,工作班係 考 慮 司 機 員 體 力 負 荷 、 作 業 規 定 、 乘 務 時 刻 等 將 數 個 乘 務 加 以 連 結 以 形 成 司 機 員 一 日 之 工 作 內 容 , 在 排 班 處 理 上 區 分 為 可 行 工 作 班 產 生 (Shift Generation)及工作班選擇(Shift Selection)兩層面,在工作班產生 階 段 直 接 利 用 啟 發 式 演 算 法 針 對 台 鐵 於 工 作 班 限 制 下 產 生 可 行 工 作 班 集 合 , 並 作 為 工 作 班 選 擇 階 段 作 業 之 基 礎 。 於 工 作 班 選 擇 階 段 係 考 量 台 鐵 允 許 便 乘 乘 務(Deadhead trip),所以模式以集合涵蓋問題為雛形,

於 多 目 標 規 劃 架 構 下 , 構 建 成 以 工 作 班 數 、 工 作 班 長 度 總 和 、 工 作 時 間 及 工 作 時 間 標 準 差 等 最 小 化 之 多 目 標 模 式 , 並 將 可 行 工 作 班 集 合 進 行 二 元 編 碼(Binary coding),再透過基因演算法(Genetic Algorithm,

GA) 求 解 , 其 所 設 計 之 基 因 演 算 法 相 關 重 要 內 容 為 (1) 採 菁 英 主 義 (Elitism)排 序 ; (2)運 用 輪 盤 法 (Roulette Wheel)與 競 賽 法 (Tournament) 作 為 挑 選 機 制 ;(3)進 行 單 點 交 配 (single point crossover)與 制 式 交 配 (uniform crossover); (4)透 過 填 補 工 作 班 、 乘 務 重 疊 增 加 下 填 補 工 作 班、多 餘 工 作 班 剔 除 與 有 風 險 之 工 作 班 剔 除 等 機 制,產 生 可 行 解;(5) 採 用 雙 向 制 突 變 機 率 等 。 經 實 例 測 試 發 現 在 工 作 班 數 量 與 工 作 時 間 準 差 兩 方 面 均 優 於 現 行 台 鐵 之 工 作 班 , 唯 平 均 工 作 量 較 為 沈 重 。

Chu 與 Chan【19】針對香港輕軌運輸(Light Rail Transit;LRT)每 3-4 個月由於旅客需求調整時刻表(Timetables),並同時需要調整勤務 (Duty)之編制,香港輕軌系統規模達 2 個機場(Depot)與 57 個停靠站 (Station), 列 車 營 運 方 式 包 含 單 一 機 場 (Depot)循 環 式 與 兩 機 場 列 車 對 開 等 兩 種 方 式 , 前 者 列 車 係 由 機 場 出 發 後 經 過 數 個 停 靠 站 最 後 返 回 原 機 場 ; 而 後 者 即 為 列 車 由 機 場 出 發 經 過 數 個 停 靠 站 於 抵 達 另 一 機 場 後 才 折 返 原 機 場 。 作 者 設 計 列 車 運 行(Run) 設 計 、 任 務 分 派 (Piece to Duty)、 啟 發 式 演 算 法 改 善 勤 務(Duty Improving)三 階 段 程 序 進 行 問 題 求 解。各 階 段 作 業 要 點 敘 述 如 下:(1)列車運行設計階段係將時刻表所 規 劃 之 班 次(Trip)以列車運行為考量,並規劃成最短路徑問題(Shortest Path Problem),將全部班次規劃至所有列車,除此之外,並進一步考 慮 不 可 作 為 接 班 點(Relief Point)之停靠站,將其與上下兩班次合併而 視 為 同 一 班 次,藉 以 縮 減 變 數 數 量;(2)任務分派階段係以上述產生之

參考文獻

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(1999) Indoor and outdoor air quality investigation at 14 public places in Hong kong. Lee SC, Chang M,

Gen, "Minmax earliness/tardiness scheduling in identical parallel machine system using genetic algorithms," Computers & Industrial Engineering, vol. Cheng,

Hong, ―Finite Element Modeling of Thermal Fatigue and Damage of Solder joint in a Ceramic Ball Grid Array Package,‖ Journal of Electronic Materials, Vol. Caers,