中華大學碩士論文

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中華大學碩士論文

汽車路線貨運業轉運中心間多車種配送路線規劃之研究

A Study of Interhub Heterogeneous Fleet Routing Problem for the Fixed-Route Trucking Carriers

系所別：運輸科技與物流管理學系碩士班學號姓名：M09714008 張紹俞

指導教授：卓裕仁博士

中華民國九十九年八月

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中華大學

(博碩士論文授權書)

本授權書所授權之論文為本人在中華大學

運輸科技與物流管理學系碩士班九十八學年度第二學期取得碩士學位之論文。

論文題目：汽車路線貨運業轉運中心間多車種配送路線規劃之研究指導教授：卓裕仁

研究生姓名：張紹俞

授權事項：

一、博碩士紙本論文著作權授權

本人同意將本著作，以非專屬、無償授權中華大學與國家圖書館，基於推動讀者間「資源共享、互惠合作」之理念與回饋社會與學術研究之目的，

中華大學圖書館及國家圖書館得以紙本收錄、重製與利用；於著作權法合理使用範圍內，讀者得進行閱覽或列印。

二、博碩士論文全文電子檔上網授權

本人張紹俞茲同意將授權人擁有著作之上列紙本論文全文(含摘要)，以非專屬、無償授權中華大學圖書館、國家圖書館，不限地域、時間與次數，以微縮、光碟或其他各種數位化方式，將上列論文重製，並得將數位化之上列論文及論文電子檔以上傳網路方式，提供讀者基於個人非營利性質之線上檢索、閱覽、下載或列印。

指導教授：卓裕仁授權人：張紹俞

簽名：______________________ (請親筆正楷簽名) 中華民國年月日

備註：本頁授權書請列印三份，並親筆簽名，一份裝訂於論文紙本，二份於畢業辦理離校手續時繳交至圖書館。

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摘要

國內汽車路線貨運業主要受限於地形南北狹長，加上區域發展南北不均導致貨物量的不均衡，最後造成運輸成本高居不下，因此業者為了能夠有效配送其貨物，將其整體載運路網分為(1)外部服務路網：主要於日間與顧客點或代收點進行收配送服務，與(2)內部營運路網：在夜間時段將貨物進行跨區域的長途載運作業。由於汽車路線貨運業配送為具有時效性之零擔貨物且為了在有限的夜間時間內配送完成一日集配之貨物，現有的配送模式，常會產生較低的承載率與車輛成本最後造成營運成本高居不下。

有效的提高理貨效率將能夠降低運輸成本，因此透過業者訪談與相關文獻回顧得知，目前國內尚無同時針對內部營運路網路線設計與多車輛種類之相關研究，因此本研究考慮實務之營運狀況，提出一個適合汽車路線貨運業內部營運路網路線規劃之模式，稱之為「轉運中心間多車種配送路問題(Interhub Heterogeneous Fleet Routing Problem, IHFRP)」;本研究針對 IHFRP 問題特性設計一巨集啟發式求解方法，且規劃二階段策略並透過三個模組進行求解，第一階段車輛裝載透過「起始解構建模組」求得最少車輛數量並以此做核心目標；第二階段則透過「鄰域搜尋模組」與「門檻接受模組」進行車輛排程之求解。在進行巨集啟發式方法求解過程中，由於貨物載運具有起訖點位置之考量，因此在求解過程中大幅提高了求解的複雜度，為了解決此部分問題，本研究亦設計一個「路線重組程序」來進行路線內貨物起訖對最佳服務順序與車輛路線最佳化之求解工具，應用範圍在路線構建與路線改善中當路線內貨物起訖對結構改變時(增加或減少起訖對)進行使用。

為了驗證 IHFRP 之可行性與適用性，本研究根據轉運中心分佈類型、小型營業所分佈類型、例題規模、車輛種類及容量、配送需求類型與相關參數設定等等，自行產生 6 種測詴題型，每種題型並隨機產生 6 題，共 36 個 IHFRP 的測詴例題。本研究以 Visual C# 2005 語言撰寫電腦程式，進行巨集啟發式方法的求解，並將測詴例題進行績效分析。結果顯示本研究所設計之巨集啟發式方法可有效產生可行的起始解，且經由「鄰域搜尋模組」與「門檻接受模組」所有

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例題均能夠有效改善目標值，並驗證本研究所設計之兩階段求解策略，確實具有並用在汽車路線貨運業轉運中心間多車種配送路線規劃之可行性及潛力。

關鍵字：汽車路線貨運業、內部營運路網、多車種、車輛排程、巨集啟發式方法

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Abstract

In order to fulfill the customer requirements, the fixed-route carriers build up the operational framework consisting of intra-network and extra-network to improve their efficiency of distribution. However, the route arrangement of the intra-network is very complicated, and related research is scarce. Therefore, the purpose of this study is to propose a model, named as the Interhub Heterogeneous Fleet Routing Problem (IHFRP), to deal with the route design of intra-network for the fixed route carriers. In addition, we proposed a threshold-based meta-heuristic procedure, TA_IHFRP, to be capable of solving the IHFRP.

The proposed TA_IHFRP procedure is composed of two-stage strategies and three executive modules in solving the IHFRP. In the first stage, the Initial Solution Construction (ISC) module adopts modified insertion heuristics to generate a feasible initial solution under the objective of minimizing used vehicle numbers. Then, in the second stage, the Neighborhood Search (NS) module and Threshold Accepting (TA) module are utilized to improve the vehicle usage cost and the traveling distance of previous initial solution. The NS module includes three heuristics: 1-0 inter-route O-D pair exchange, 1-1 inter-route O-D pair exchange, and route reduction.

Moreover, we design a Route Reconstruction sub-procedure in the NS and TA modules to improve the efficiency of execution.

In order to identify the feasibility of TA_IHFRP, we created a set of 36 IHFRP instances, coded the computer program of the proposed TA_IHFRP in Visual C#

2005 and conducted the computational tests on a Core(TM)2 Due PC. Experimental results indicated that the proposed TA_IHFRP is an efficient and effective method to solve the IHFRP. Furthermore, the IHFRP model also provides a considerable way to reduce the operational cost of the fixed-route carriers.

Key Words: Fixed-route trucking Carrier, Intra-network, Heterogeneous Fleet, Vehicle Routing, Meta-heuristic Method

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謝辭

研究所的兩年時間，不論做事、學業與研究特別感謝恩師卓裕仁博士，卓老師平常不間斷的叮嚀與督促、事事按表操課以及不厭其煩的指導，使學生我除了研究論文上能夠不斷突破跳脫瓶頸完成論文使命，在做事態度應該賦予的學習責任感更是不斷茁壯，對我在就學期間的照顧，學生我謹記在心，並致上無比的感謝，老師，您辛苦了，謝謝您。

感謝朱佑旌學長在研究所入學之前就不斷推促我一定要體驗研究所生涯，

並在兩年過程中，不論是課業上、論文方法以及論文程式撰寫的指導，學長不厭其煩並且能夠讓我在三更半夜到交大接受指導，過程雖然辛苦，但卻是寶貴的學習，以易懂的方法讓複雜的問題使我能夠很快的理解並應用，學長的指導與建議，使學生我的論文能夠順利完成，小朱學長，謝謝您。

感謝論文期間兩位書報討論老師，張靖博士與蘇昭銘博士在論文上的指教與指導，讓學生我能夠在研一期間快速進入狀況，了解研究問題；並在研二期間能夠有很好且嚴格的論文進度掌控以及論文缺點改進，在此特別謝謝兩位授課老師，您辛苦了；同時也感謝兩位口詴老師，開南大學黃銘崇博士與本校張建彥博士，在口詴期間的指導與建議，老師們，謝謝您。

研究的期間特別感謝女友曉萍在旁不斷的鼓勵，其中一起辛苦在研究所的兩年時間，雖然時常為了趕論文進度要忙到很晚，但妳不斷的鼓勵與陪伴讓我有了最大的研究心力，期間不斷的相互鼓勵、相互指導也讓我獲益良多，曉萍謝謝妳，我永遠愛你。

最後，本論文獻給最關心我的父親，最疼愛我的母親以及無時無刻督導我的姊姊，你們無償提供我學習的環境以及精神上最大的鼓勵，謝謝你們我永遠愛你們。最後讓我對這一份論文喊一聲歡呼，讓我能夠帶著所學奔馳大地，年輕的心為求學日子寫下一段旅程。

張紹俞謹識中華大學運輸科技與物流管理學系碩士班

中華民國 99 年 8 月

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表次

表 1 直接式路網與軸輻式路網之定義與特點 ... 16

表 2 多車種車輛限制問題之節省法彙整表 ... 21

表 3 比較 SA 與 TA 之接受法則與停止法則 ... 24

表 4 貨櫃、車廂規格 ... 44

表 5 貨櫃、車廂平均載件材積表 ... 44

表 6 測詴例題組合表 ... 48

表 7 起始解整體平均測詴結果 ... 50

表 8 鄰域搜尋模組 NS_10_11_Re 整體平均測詴結果 ... 51

表 9 鄰域搜尋模組 NS_10_RE_11 整體平均測詴結果 ... 52

表 10 鄰域搜尋模組 NS_11_10_Re 整體平均測詴結果 ... 52

表 11 鄰域搜尋模組 NS_11_Re_10 整體平均測詴結果 ... 52

表 12 鄰域搜尋模組 NS_Re_10_11 整體平均測詴結果 ... 53

表 13 鄰域搜尋模組 NS_Re_11_10 整體平均測詴結果 ... 53

表 14 巨集啟發式方法整體平均測詴結果(測詴組合 1：NS_10_11_Re) ... 54

表 15 巨集啟發式方法整體平均測詴結果(測詴組合 2：NS_10_Re_11) ... 55

表 16 巨集啟發式方法整體平均測詴結果(測詴組合 3：NS_11_10_Re) ... 56

表 17 巨集啟發式方法整體平均測詴結果(測詴組合 4：NS_11_Re_10) ... 57

表 18 巨集啟發式方法整體平均測詴結果(測詴組合 5：NS_Re_10_11) ... 58

表 19 巨集啟發式方法整體平均測詴結果(測詴組合 6：NS_Re_11_10) ... 59

表 20 最佳改善結果之 36 題例題平均承載率 ... 60

表 21 實務資料測詴之參數設定 ... 63

表 22 實務資料測詴結果 ... 64

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圖次

圖 1 路線貨運業內、外部整體營運路網架構與營運流程示意圖 ... 2

圖 2 內部營運路網貨物配送架構示意圖 ... 4

圖 3 研究流程圖 ... 10

圖 4 路線貨運業之輸配送系統模式 ... 12

圖 5 層級軸輻式運輸路網 ... 14

圖 6 傳統啟發式方法的解題架構 ... 19

圖 7 研究架構 ... 26

圖 8 IHFRP 解題架構圖 ... 28

圖 9 路線插入檢查位置表 ... 30

圖 10 起始解解題架構 ... 31

圖 11 貨物指派轉運中心模組 ... 32

圖 12 路線構建示意圖 ... 34

圖 13 候選點插入比較示意圖 ... 34

圖 14 (1-0)節點交換法解題概念示意圖 ... 37

圖 15 (1-1)節點交換法解題概念示意圖 ... 38

圖 16 Reduction 交換模組解題概念示意圖 ... 39

圖 17 門檻接受模組執行架構 ... 41

圖 18 小型營業所分佈型態 ... 43

圖 19 鄰域搜尋模組之測詴組合說明 ... 51

圖 20 第一目標的求解改善變化情況 ... 61

圖 21 第二目標的求解改善變化情況 ... 61

圖 22 第三目標的求解改善變化情況 ... 62

圖 23 中央處理器之平均計算時間 ... 62

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第一章緒論

第一節研究背景與動機

路線貨運業主要提供零擔貨運服務，因此又稱為零擔貨運業，主要以收送小宗貨件為主要營運業務。隨著顧客導向時代的來臨，傳統的汽車路線貨運業除了本身貨物運輸外更不斷朝多角化經營，諸如宅配到府、貨件追蹤及資訊系統的應用，企業為了有效提升服務品質常承諾貨物配達的時間，亦即貨物必頇在指定時間內將貨物載運至指定的地點；隨著貨物量的增加、營運規模不斷擴大且遍及全島的同時，企業為了能夠有效降低配送成本，將路網構建成「外部服務路網」與「內部運輸路網」，如圖 1。外部服務路網白天主要透過小型集配車輛與顧客據點或代收點進行收貨或送貨的服務；而內部營運路網為了提高配送效益通常利用夜間進行內部營運路網的配送，以小型營業所與轉運中心(大型營業所)為站所，將一日所收取的貨物進行發送作業(將貨物在起點營業站進行分類、裝車作業)、運送作業與到著作業(到達訖點進行卸貨並且分類及集配車之裝卸作業，準備日間的集配作業)，為了能夠銜接次日一早外部服務配送作業，內部營運路網必頇要在特定的時間範圍內完成整個轉運配送作業流程，如何妥善規劃內部運輸路網、縮短配送時間、提高配送效率、降低營運成本，實為重要的營運問題。

外部服務路網主要為「小型營業所-顧客點」負責第一線與顧客接觸的收送貨服務，由於主要與顧客接觸與服務，因此車輛所屬大多為運輸業者本身；內部營運路網由於營業所服務區域多且營業所所屬區域相距甚遠，大部份的貨件必頇配送至其他營業所的服務範圍，當營業所無法逐一配送至其他營業所時，

大部分的貨件會被運送到轉運中心(大型營業所)進行集中作業與轉運處理，因此內部路網的配送架構大致上可分為：「小型營業所-小型營業所」、「小型營業所-

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轉運中心(大型營業所)」與「轉運中心(大型營業所)- 轉運中心(大型營業所)」

三種配送架構，由於內部運輸路網不屬於第一線服務顧客的範圍，因此內部運輸路網的運輸車輛可選擇外包公司，將運輸部分交由專業運輸公司處理進而降低車隊管理成本與不必要的風險責任。

圖 1 路線貨運業內、外部整體營運路網架構與營運流程示意圖

由於區域發展不均導致人口密度不同，造成南北貨量不同使得轉運中心(大型營業所)間貨物進出流量不均，且時效性零擔貨運業者為了在有限的夜間時間內配送完成一日集配之貨物，現有的配送模式，常產生大量回程空車的車輛路線，造成貨運成本高居不下。陳春益、林正章、高玉明(1997)針對零擔貨運業如何將載運貨件經由起點站/所藉軸輻式營運路網載運至訖點站/所，並將問題建構為三個階層性子問題：貨物排程問題、貨車/貨櫃指派問題及司機排班問題，該研究僅對短期性問題，即貨物排程問題加以探討。吳嘉峻(2009)針對汽車路線貨運業內部路網貨物流量不均衡而導致嚴重空車問題，同時採用「直接配送」、「軸輻式配送」及「巡迴式配送模式」之三種內部營運路網的路線型態模式構建一種混合軸輻式之路網規劃模式設計。由於實務的車種型態較為多元，常見如普通車型(30 呎車廂)、半拖車(曳引車加掛 20 呎或 40 呎貨櫃)與全拖車(30 呎車廂

 小型營業所-顧客點

 小型營業所-小型營業所

 小型營業所-轉運中心

 轉運中心-轉運中心

進入夜間進

入日

間內部營運路網

外部服務路網

日間作業範圍夜間作業範圍

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加掛 20 呎貨櫃)，如果車輛形式只為單一車種，較為不符實務型態；在考慮實務問題與營運現況的同時，本研究曾於 2009 年 8 月 18 日與國內某大型汽車路線貨運業者進行實務面談，得知業者在車輛部分主要基於專業分工，因此內部營運路網之大型配送車輛部分目前大多屬於外包車輛來進行配送，且在車輛指派方面，業者傾向降低車輛數量為首要目標，其次則為車輛成本與路線成本(距離)。

有鑑於此，本研究納入多種車輛型態的限制且分段進行二階段求解策略，

第一階段求解貨物車輛裝載，第二階段進行車輛排程，並透過巨集啟發式演算法規劃設計求解，首要貨物車輛裝載以構建最小車輛數量路網資料，接著加入車輛排程問題進行路網構建，以此提升運輸效率進而減少營運成本，希望有效降低車輛數量與載運成本。

第二節研究目的

本研究主要之目的在於針對國內汽車路線貨運業考慮多車種，設計規劃一個內部營運路網之路線規劃與求解方法。本研究之目的可歸納以下三點：

一、透過相關文獻回顧與業者訪談了解國內零擔貨運業運輸路網之作業流程及營運現況，以及目前業者所面臨之路線規劃與貨車排班之瓶頸。

二、分析國內零擔貨運業之運輸路網及其影響因素，並以考慮多車種之限制，

將汽車路線貨運業轉運中心間載運規劃問題分成二階段求解策略，並應用巨集啟發式演算法，設計求解路線規劃之模式，透過自行產生例題進行測詴，比較模式之可行性。

三、提出本研究之具體研究成果及未來發展方向，供後續相關研究參考。

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第三節研究範圍與內容

國內汽車路線貨運業主要因為服務範圍遍及全島，透過 2009 年 8 月 18 日訪談國內某大型路線貨運業高階主管得知，該公司內部運輸路網的營運區域主要根據配送作業上的配合分為西部配送區域與東部配送區域兩個服務配送區塊；

東部配送區域主要因為配送距離以及作業時間上的配合導致內部運輸路網的結束時間延後限制於早上 9 點與西部配送區域作業時間限制早上 7 點略有不同；

內部運輸路網主要包含有三種配送路線型態，分別為轉運中心-轉運中心、小型營業所-轉運中心、小型營業所-小型營業所。其內部營運路網貨物配送架構示意圖如圖 2。

圖 2 內部營運路網貨物配送架構示意圖

實務上基於成本的考量，轉運中心亦包含外部服務路網之功能，白天進行外部服務路網營運作業，負責處理收送營業所服務範圍內之顧客，到了晚上則

研究範圍

轉運中心 A

轉運中心 C

轉運中心 B

小型營業所

服務區界線

轉運中心小型營業所-轉運中心

小型營業所-小型營業所轉運中心-轉運中心

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變成內部路網的轉運中心，因此轉運中心本身服務區域亦包含服務區域內之顧客服務。

Apte and Mason(2006)

對於轉運中心(Hub)的選擇主要經由業者評估場站規模、相對配送距離、貨物流量、場站停車場數量、碼頭數量、碼頭空間…

等，最後決定做為轉運中心，每一個轉運中心包含數個衛星營業所並且對應任一個轉運中心之貨物配送；由於求解的時間與求解複雜度之關係本研究主要探討內部營運路網長途載運之貨物配送路線規劃並以貨物集中轉運中心之方式為核心進行轉運中心間車輛排程之配送規劃設計。

汽車路線貨運業者為了專營於配送規劃上，因此考慮降低配送成本的同時，

時常選擇外包專業的貨運公司來進行內部運輸路網的長途載運作業，而常見的專業貨運公司其車隊為了滿足不同需求的貨物量因此多為不同頓位之車輛組合而成，透過業者訪談得之目前內部運輸路網常見的載運車種多為以下三種：普通車車型裝備 30 呎車廂、半拖車車型裝備曳引車加掛 40 呎貨櫃與全拖車車型裝備 30 呎車輛加掛 20 呎貨櫃三種。考慮實務運作的情況本研究加入多車種與車輛成本的限制進行載運設計，所探討的內容即透過不同車輛種類進行內部營運路網貨物配送路線規劃的求解設計。

此外，在內部營運路網為了能有效配送，會將整體路網設計為一軸輻式的配送路網，各個區域內包含數個小型營業所以及一個轉運中心 (大型營業所)，

小型營業所必頇在內部營運路網的長途載運作業開始之前，將所有跨區域的貨物集中至所屬轉運中心(距離其最近之轉運中心)，進行分類、裝車作業，因此每一個轉運中心之間都存在著貨物流動，且任兩個起訖關係的轉運中心之間的貨物量因為小型營業所將其跨區域貨物指派至轉運中心之緣故，因此貨物量遠大於最大車輛車容量，換句話說每一個起訖對的貨物量允許一台車輛以上進行配送。

本研究所探討之問題屬於實務問題，並主要設計應用於國內汽車路線貨運

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業內部運輸路網載運配送路線規劃之問題；為了能夠符合現實問題以及達到求解效率的要求，針對所探討的問題提出各項相關的前題假設，包含：場站方面、

車輛方面、載運方面與貨物方面。說明如下：

一、

場站方面：

(一) 所有小型營業所依照距離決定其所屬之轉運中心，轉運中心並負責管理其所屬區域內所有小型營業所之貨物收配送作業。

(二) 所有的小型營業所僅被一個轉運中心所管理；轉運中心間管理的區域並無重疊之區域。

(三) 所有的小型營業所並無法直接將其貨物配送至其他區域之營業所；所有貨物皆頇在指定時間(轉運中心長途運輸時間開始之前)配送至所屬區域之轉運中心，並經由所屬區域轉運中心在夜間將貨物配送至目的地區域轉運中心。

(四) 轉運中心間的長途運輸必頇等區域作業都結束後才能夠開始長途轉運作業。

(五) 場站並無車輛限制、車輛種類停靠限制與月台數量限制。

二、

車輛方面

(一) 車輛種類包含四種：

1.

30呎車廂。

2.

曳引車加掛20呎貨櫃。

3.

曳引車加掛40呎貨櫃。

4.

30呎車廂加掛20呎貨櫃。

(二) 各種車輛數量並無限制。

(三) 各種車輛行駛速率均為時速90公里。

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(四) 每一輛車有其所屬場站，每一輛車出發地點為其所屬場站，且在配送完後回到所屬場站。

(五) 長途運輸最大工時限制為7小時(420分鐘)，每一輛車均不能超過最大工時限制下進行長途運輸作業。

(六) 車輛可載運不同起點貨物與不同訖點貨物，並且不可超過車輛容量限制。

(七) 車輛路線與貨物路線各自獨立。

(八) 各種車輛均可行駛至任一轉運中心進行作業。

(九) 整車貨物(承載率100%)優先運送。

三、

載運作業

(一) 本研究僅針對轉運中心間的配送路線進行規劃求解，因此所有小型營業所跨區域的貨物，都必頇在長途載運時間開始前指派至所屬的轉運中心。

(二) 每一站所、每一車輛之裝貨、卸貨作業時間各為30分鐘；若轉運作業包含裝貨與卸貨兩項作業時，則作業時間為60分鐘。

(三) 所有貨物僅會進行一次裝貨作業與一次卸貨作業。

(四) 載運作業優先指派與車輛路線內相同起訖對的起點或訖點貨物。

(五) 優先合併與車輛路線內相同轉運中心的起點或訖點車輛。

(六) 每一個轉運中心可以被一台車輛以上服務。

四、

貨物方面

(一) 總供給量等於總需求量。

(二) 所有轉運中心的貨物都以材積來換算平均貨件數(取整數)，貨物量可以分割，

分割至少1件貨物。

(三) 所有小型營業所跨區域的貨物均必頇在長途貨運載運時間開始前運送至所屬轉運中心。

(四) 所有跨區域的貨物均頇在長途運輸工時限制7小時(420分鐘)內配送運送完

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成，(不包含車輛自最後一點返回場站的時間)。

有同於傳統車輛線問題，本研究所求解之最佳化目標在於整體配送成本最小化，由於包含多車輛種類問題，以及考量實務營運的現況的前題下，本研究考慮一下三個最佳化目標：

一、第一目標為車輛數最少。主要在於透過業者訪談得知，車輛駕駛人員的費用支出是總載運成本規劃內一項高比例的支出，如果能夠有效降低駕駛人員的使用，將可以有效降低配送成本，有鑑於此。本研究亦是以車輛數量最少為第一優先求解目標(輛)。

二、第二目標為車輛成本最小。即以該車種一天所花費之折舊成本計算(元)。

三、第三目標則為車輛路線成本最小。即以車輛行駛之距離總合(公里)做為計算基礎。

第四節研究步驟與流程

本研究的主要目的為針對轉運中心間多車種配送路線問題(IHFRP)發展一套巨集啟發式解法，並透過 Visual C# 2005 程式語言的撰寫來執行演算法的求解，

最後並自行產生例題來進行測詴並分析各種方法之解題績效。

本論文研究流程如圖 3 所示，其執行步驟簡要說明如下：

一、確立研究範圍與目的

主要研究以構建 IHFRP 的配送模式，結合多車種問題限制，並以有效提高運送承載率與降低運輸成本為主要研究目的。

二、產業特性分析與問題界定

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本研究主要針對汽車路線貨運業內部轉運中心間考慮多車種之配送路網設計研究，首先必頇界定產業型態以及問題特性，例如：實務的運作、時效性配送限制、車輛型態、轉運型態、轉運點的特性、以及目標等等。

三、業者訪談

於 98 年 8 月 18 日，與國內某大型汽車路線貨運業進行現況訪談，透過訪談了解目前實務營運之方式與瓶頸。

四、相關文獻蒐集與回顧

蒐集有關汽車路線貨運業、轉運中心路網架構以及相關巨集啟發式求解方法，了解目前產業與研究之發展狀況與求解技巧，並透過了解巨集啟發式方法之觀念與應用，進行彙整、整理並應用。

五、解題架構設計

依據產業營運需求現況設計解題架構子問題，並針對 IHFRP 之問題特性進行起始解構建模組、鄰域搜尋模組與門檻接受模組之解題架構設計。

六、測詴例題建立

透過與業者面談了解實務營運型態以自行設計為基礎設計 IHFRP 測詴例題。

七、撰寫電腦程式

利用 Visual C# 2005 撰寫電腦執行程式，並執行所設計之巨集啟發式求解方法。

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八、例題測詴與結果分析

將本研究所設計之配送路線規劃，以實驗設計之方式，對設計之例題進行測詴，並將所得之結果加以分析與整理。

九、結論與建議

根據綜合分析所得結果，整理提出具體結論與建議。

圖 3 研究流程圖

結論與建議確立研究範圍與目的

產業特性分析與問題界定

測詴例題建立解題架構設計

撰寫電腦程式

例題測詴與結果分析

業者訪談相關文獻蒐集與回顧

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第二章文獻回顧

本章文獻回顧主要針對路線貨運業相關營運模式、本論文所需應用之配送模式相關文獻以及巨集啟發式方法等進行回顧，共分為五小節，第一節針對國內路線貨運業營運現況之相關文獻進行文獻回顧；由於貨物透過轉運中心進行配送的模式又稱為軸輻式配送模式，因此在第二節進行軸輻式路網相關文獻回顧，第三節與第四節分別針對傳統啟發式方法求解策略以及門檻行巨集啟發式方法進行回顧探討，最後小結歸納本篇論文的研究主軸。

第一節國內路線貨運業營運現況

林正章(2001)、許晉嘉(2003) 與劉宏珉(2005)指出國內路線貨運業有別於歐美的軸輻式路網，台灣地形狹長，且因為地區發展南北不均，導致載貨量北大南小，貨運業者對貨物重量與包裝並無限制，因此營業所無法採用高度密集之機械化作業，導致站所運輸成本相對為高。業務主要配送小宗零擔貨件，為了使貨件能夠有效運送，一般而言，路線貨運業構建兩種路網，如圖 4 所示：(1) 外部服務路網(service network)，小型營業站/所為場站，依據顧客之區位調派小型車(集配車)進行收/送貨業務；(2)內部營運路網(operation network)，主要於下午 5:00-6:00 開始將外部服務路網所承攬之業務，透過夜間利用大型車輛直接載運至訖點站/所。其中內部營運路網作業時間又分為兩部分：(1)理貨時間：各營業站/所於下午 5:00-6:00 開始將貨件利用小型車輛自顧客處集中到大型營業所，

進行分類，裝車等程序；(2)約於下午 11:00 開始利用各車輛路線直接或透過中繼站轉運至訖點站/所，並於隔日上午 7:00-8:00 前送達，以利隔日交付至顧客手中。

(24)

資料來源：許晉嘉(2003)、本研究整理 圖 4 路線貨運業之輸配送系統模式

許晉嘉(2003)針對宅配業內部運輸路網之車輛路線規劃進行探討，並針對中、

大型路線規劃問題提出一兩階段巨集啟發式方法。廖逸芳(2007)主要將問題求得之路徑依各點行經順序及收、送數量多寡，來決定貨車內部貨品擺設之方式，

且能夠有效降低因擺設不當所產生之臨時卸貨箱數，並增加運送空間來因應配送貨物之不確定性。陳秀華(2003)針對具時效性之路線貨運運輸進行最佳化路網設計；透過隱含式窮舉法求解最佳營運作業規劃，過程中主要將營運區域進行分區，各區域內之載運路徑稱之為支線，連接分區的載運路徑稱之為幹道，因此形成一個層級式關係之層級軸輻式路網。

陳春益等人(1997)調查研究發現國內路線貨運業主要受節日、假日與週日影響，貨物量比平日高出許多，導致原本配置車輛無法因應需求，站/所主管(尤其是主要營業所)多憑藉其經驗，事先通報總公司加派加班車輛，由於無法精確通報貨物量，易造成加班車輛錯誤派車之情形發生，增加營運成本。並且透過業者調查研究發現，國內路線貨運業營運路網具有以下四點特性：

一、

營業站所之分佈主要集中於西部走廊地區長途運輸：23:00~06:00

內部營運路網外部服務路網

:大型營業所 :小型營業所

:大型貨車運送 :小型配車集配

:顧客處、代收點外部服務路網

到著作業：00:00~07:00 發送作業：18:00~23:00

長途載運作業

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營業站/所分主要營業站所、一般營業站/所、及集貨站等三類。(各營業站/

所間的貨件運送則透過行駛其間之大型車輛及中繼站(由主要營業所兼負)之轉運予以達成。

二、

營業站/所不儲存貨件

如果遇到貨量超過各路線之車容量，一般乃微調車輛路線，或增開加班車輛，設法當晚運出所有貨件，原則上不將貨件儲存於站/所內，避免隔夜再配送至訖點站/所。

三、

軸輻式系統(Hub-and-spoke System)功能不顯著

「集」、「散」之功能因地理南北狹長、貨量不均的限制未能充份發揮，以及貨物並會標準化，導致貨物無法透過機械標準化進行作業。但國內部分仍利用車輛路線沿途載運予以達成。

四、

車輛路線與班次固定

路線貨運業車輛路線多沿途停靠與載運，有助轉運功能之達成，以及車輛承載率之提高，但各路線皆需事先安排，包括其停靠站/所與時刻，以利人員裝卸作業與路線間貨物之轉運。

劉宏珉(2005)指出路線貨運因貨量大，夜間運輸之時效在當晚之 7 點至次日之 7 點，約 12 個小時，過去據點少貨量少，可以排班路線(Direct Transportation) 之方式運作，以提高班車運輸效率，但如果貨量及據點增加在 13 小時內已無法安排路線時，理貨時效之要求，將取代運輸效率之要求，而惟有突破理貨時效之限制，營業額才能進一步提升，因此改採取轉運模式運作(Hub and Spoke)或採取折中之混合模式，通常營業據點建立在四、五十個以上時，主要以轉運模式較佳。

(26)

第二節軸輻式路網相關文獻回顧

透過轉運中心進行配送之模式又稱為軸輻式的配送模式。 Lin and Chen(2004) 與陳翔禹 (2003) 針對層級軸輻式路網 (Hierarchical hub-and-spoke network)，如圖 5，屬於具沿途停靠與支線的軸輻式路網(Hub-and-spoke with Stopovers and Feeders)，此網路結構，任何營業所僅能被派至唯一的中繼站，整個營運路網以中繼站為主，而分割為數個區域，每一分區有一個中繼站，分區

資料來源：Lin (2004) 圖 5 層級軸輻式運輸路網

內的路徑稱之為支線(Secondary Trunk Line or Secondary Route)，支線連接每一個營業所及其所屬之中繼站，支線則具沿途單向裝貨或卸貨的特性;各中繼站間則是以較大型之運具連接，稱為主要路線或稱為大車路線(Primary Trunk Link)。

如圖 5，S1 分區 A 由營業所 1 發車，途經節點 2 至中繼站 A，此路徑中貨件為單向只收不卸；到達中繼站 A 後將所有的貨物卸下，在中繼站重新裝訖點貨物

營業所

A

B C

分區

B 分區 A

分區 C 3

2

S2

S1 1

4

5 6 P3 S3

P2 P1

C

主線(沿途載運路線) 中繼站

支線(沿途載運路線)

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上車，因此反向車階由中繼點出發，且反向車之動作僅卸不收，S2 反向車由中繼點 B 發車，途經節點 3 最後回到節點 4 節束；主要路徑車輛主要分為分區 A 到分區 B 之直達車輛，以及連結 A、B、C 間距沿途停靠裝卸之巡迴式配送模式。

陳翔禹(2003)針對國內路線貨運業-宅配快遞運輸業務之營運路網設立中繼站之方向，研擬層級軸輻式運輸路網模式，設計構建「單向裝或卸」、「雙向沿途同時裝卸」兩種方式之沿途載運支線層級軸輻式運輸路網設計模式，同時考量路線之時效性限制。分別由相關文獻或業者實際營運資料實際計算出業者在採用層級軸輻式路網模式後之最低期望成本。研究規範國內路線貨運業「內部運輸路網」所牽涉之範圍，即貨件經由營業所(Spoke)運往中繼站(Hub)分類後再送至營業所(Spoke)的過程，研究假設如下：

一、一個完整的運輸網路設計包含：

(一) 轉運中心(中繼站)與營業所區位的選擇。

(二) 貨物運輸路網設計。(為簡化問題複雜度，假設轉運中心(中繼站)與營業所區位已知，貨物著重於車輛運輸路網的設計)

二、貨物實際需求量通常是不確定，但可藉由歷史與實際訪談資料來進行需求預測，或者在配送車輛上預留一定空間以應付預測之貨量，因此研究假設貨物需求起訖對及數量階為已知，屬於定性需求。

三、中繼站與中繼站之間限用大型車輛，而中繼站與營業所之間限用小型車輛。

四、假設載運貨物僅能由一輛車裝載，並不允許有分裝他車的情形，且車容量為已知。

Wasner and Zäpfel (2004)透過決定服務區域轉運中心與營業所之數量、轉運中心與營業所之位置、轉運中心與營業所服務範圍之界定以及車輛路線問題(包

(28)

含營業所-營業所、營業所-轉運中心、轉運中心-轉運中心)，解決澳洲郵務配送問題，主要目標降低整體配送成本。歸納大型運輸業者採用軸輻式路網配送模式所考慮之主要問題：

一、最佳的網路架構：

(一) Hub 的最佳數量與位置。

(二) 整體路線規劃。

二、成本問題：

(一) 如何解決貨物量較少之地區的配送問題。

(二) 鄰近兩需求點是否改採直接配送。

三、增設場站問題：

主要依據貨物量的多寡重新設計考慮增設場站。

四、場站服務範圍的決定與變更：

透過判斷合併服務範圍是否節省成本。

表 1

直接式路網與軸輻式路網之定義與特點

配送模式直接式路網(Direct shipment) 軸輻式路網(Hub-and-spoke) 定義：一條路線僅包含一個起點與一

個終點。

一條路線除了一個起點與一個終點外，尚包含一個轉運中心(Hub)。

特性  貨件交貨時間很短。

 貨件被要求單獨運送，無法並櫃配送。如：危險品。

 貨件數量超過一台車容量，

或為大型貨件。

 為零擔貨件且數量少，且允許與其他貨主合併配送。

 適合大型路網架構

 可有效增加顧客的配送頻率，達到提高服務品質。

資料來源：Liu et al. (2003)

(29)

Liu et al. (2003)與吳嘉峻(2008)針對混合式軸輻式路網進行起始解模式構建，

採單一軸輻式配送系統(pure hub and spoke system)或單一直接式配送系統(pure direct shipment system)，如表 1 所示；兩者的共同點主要分別計算服務顧客需求量所需的總路線成本，然後選擇總路線成本較小的模式做為起始解，接著進行比較策略，如果可以改善成本，則取代原有的模式，若無法改善就繼續尋找下一組收送點，直到所有需求點間的路線皆無法改善則停止；主要求解策略分為兩種：(1)若起始模式為直接式配送模式，則以計算軸輻式配送模式為基準進行比較替換；(2)若起始模式為軸輻式配送模式，則以計算直接式配送模式為基準進行比較替換。該研究透過使用 Clarke-Wright(1964)所提出之節省法之啟發式演算法將隨機產生的測詴例題進行實驗計算，最後提出混合式軸輻式網路之優勢。

Apte and Mason (2006)針對舊金山市圖書館館際圖書借閱配送系統，提出有效改善配送管理程序的三種改善策略：(1)預先分類(Pre-sorting)：根據貨件之目的地將貨件於起點圖書館先行分類，減少 Hub 處理時間； (2) 越庫作業 (Cross-docking)：貨件到達 Hub 時不進行入庫，由於已分類因此直接在碼頭上進行裝卸並將貨件配出；(3)路線均量(Workload balancing)：為了所有車輛到達轉運中心(Hub)時間誤差最小，以各路線貨物均量為主要考量進行設計，並能夠在不增加配送資源的情況下有效縮短 50%的配送時間。

陳春益等人(1997)主要將軸輻式營運路網載運問題分成三個階層性，分別為：

(1)貨物排程問題；(2)貨車/貨櫃指派問題(tractor-trailer assignment problem)與(3) 司機排班問題(feeder scheduling problem)三種，與本研究之差別在於本研究根據問題特性將整個載運問題分成(1)車輛裝載與(2)車輛排程兩個階段進行求解。且調查研究發現國內路線貨運業之軸輻式配送模式主要車輛路線營運種類包含三種：

(30)

一、

直達路線：約有 10%屬於此路線

直達主要營業所間，裝卸次數最少，固運送成本最低。

二、

區間路線：約 7%屬於此路線

配合台北、台中、台南等主要營業所之中繼站功能而發車，收集鄰近小型營業站/所之貨物之中繼站轉運。

三、

沿途載運路線：約有 83%屬於此路線

提高承載率、並可有效減少轉運次數。

林正章(2000)針對路線貨運業營運路網作業採用單一路徑限制之貨物排程規劃，限制包括：(1)進入每一訖點營業所的貨物站所路徑必頇形成一指入之擴張樹結構(directed in-tree)，單一貨物路徑以局部性窮舉法對局部性可行解進行求解與(2)單一貨物站所路徑上的兩個站所間，可由行徑站所間不同班車所載運，

而形成多重貨物被載運路徑，多重貨物被載運路徑則結合懲罰函數 Frank-Wolfe 演算法進行求解。

第三節傳統啟發式方法

韓復華與卓裕仁(2001)之研究中提到，VRP 問題屬於高度複雜之組合最佳化問題，問題特色在於描述容易，但求解相當困難，在滿足特定限制式之條件下，組合最佳化問題需求得一個可行解，使目標式達到最佳化(極大或極小)。

VRP 問題已被證明屬於 NP-hard 問題，目前尚無法設計出能在多項式時間內求得最佳解之演算法；若問題規模甚大且頇要在短時間內求解的話，經常使用「近似解法(Approximation Methods)」或「啟發式方法(Heuristics)」。

(31)

一般求解 VRP 之近似解方法多屬於啟發式方法，Bodin et al.(1983)曾將傳統啟發式方法的解題架構歸納為以下三種，路線構建(Tour Construction)、路線改善(Tour Improvement)、綜合型(Composite)，如圖 6 所示。

圖 6 傳統啟發式方法的解題架構

一、

路線構建：

(一) 鄰近點法：

Step 1：選擇最近場站之顧客點為起點。

Step 2：從尚未服務的顧客點中選擇最近之顧客點。

Step 3：在不違反車容量限制下進行連接。

(二) 掃描法：

屬於先分群後排程(Route First-Cluster Second)

Step 1：任選一顧客點做為起始點。

Step 2：以起始點角度為零依順時針(或逆時針)方向進行掃描。

路線構建

路線改善

綜合型直接產生較佳的可行解

針對一個起始解，以交換 型求解方法改善成本。

合併執行

一面構建路線一面改善路線解題績效最佳

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Step 3：以不違反車容量限制進行分群之服務區域劃分。

(三) 插入法：

以逐漸加入顧客產生可行解；插入的準則在於將顧客點插入後所產生的路線成本最小；且滿足車容量限制。

(四) 節省法：

由 Clarke and Wright 在 1964 年首先提出，屬於直接構建路線的方法。

首先假設有 n 個需求點由 n 條路線所服務(total routing cost = )，然後計算各路線間的節省值，將節省值作排序的動作並修正路線，直到路線沒有辦法再做節省的動作，即沒有大於零之節省值則停止。

節省法精神：

1. 顧客點 i 與點 j 分別為各路線的起點或終點。

2. 節省合併後的總需求量不能超過車容量限制。

3. 節省模式：

; 1 i, j n ( i j ).

Golden et al. (1984) 根據傳統節省法針對多車種問題加以改良，以及卓裕仁(2001)針對車輛使用比率計算使用成本，亦即以車輛負載總量與車容量之比值乘上該車輛的使用成本。如表 2 所示：

(33)

表 2

多車種車輛限制問題之節省法彙整表

節省法節省值節省模式備註

CW 傳統節省法 CS +F( ) + F( F( ) 考慮車輛成本 OOS +F(P( 剩餘容量可再

節省之成本 ROS 機率節省 ROS-γ 比例機率節省

PUS 車輛使用比率 F(Z) = 服務該需求所需最小車輛的成本。

P(Z) = 服務該需求所需最小車輛的車容量。

F’(Z) =

資料來源：Golden et al. (1984)、卓裕仁(2001)

Gheysens et al. (1984)回顧比較多車種車輛路線問題(FSMVRP)之四種求解方法：(1)改良式節省法：針對 Clarke & Wright 在 1964 年提出之節省法加入車輛節省值；(2)先排路線後分群與後處理(Route-First Cluster- Second with Post-Processor)：先透過 2-Opt 改善 TSP 構建出一巨網，再透過最短路徑法(Shortest path problem, SPP)切割巨網(GT)(不包含場站)，最後針對每一巨網加入複製場站並透過 3-Opt、Or-Opt、2-exchange、3-change 進行多車種的路線改善;(3) 加入違返車容量懲罰值 (Penalty Function Approach)：針對超過車容量進行懲罰，求減少車輛成本；(4)下限法(Lower Bound, LB)：

放鬆限制，進而尋找最佳解；最後提出一兩階段啟發式方法(LB+VRP)：一階透過 LB 決定車輛數輛，二階使用一般指派問題求解 FSMVRP 問題。

二、

路線改善

Potvin et al. (1989) 主要闡述 Lin 在 1965 年所提出的 K-Opt 交換法，針對 MTSP 問題進行研究探討，針對交換法基礎架構，以及特別說明應用於時間窗

(34)

限制之交換要點陳述；K = 節線數。路線交換範圍主要分為「路線內交換」與

「路線間交換」兩種。

(一) K-Opt 路線內之結線交換法：

從某一路網刪除 k 條節線，並將此 k 條節線插入此路網進行比較成本，

進而改善路線，一般礙於處理的複雜程度與運算時間通常 K 3。

(二) K-Opt*路線間之節線交換法：

從某一路網刪除 k 條節線，並將此 k 條節線插入另一路網進行比較成本，進而改善路線。

Thangiah et al. (1996) 針對路線改善策略進行了實驗應用，包含兩種不同的交換策略。

一、

最佳改善(Best-improve)策略：

即從所有搜尋的鄰解中，選擇一個改善最多的解進行改善。

二、

最先改善(First-improve)策略：

在搜尋的過程中，只要能夠改善就進行改善。

朱佑旌(2006)針對路線改善提出 1-1-0 交換法，該路線交換法屬於第三種改略。

三、

半最佳改善(Semi-best Improve)策略：

針對特定一點，從所有搜尋的鄰解中，選擇一個改善最多的解進行交換。

(35)

第四節門檻型巨集啟發式方法回顧

由於傳統的鄰域搜尋法，常會因為落入局部最佳解的情形，導致無法求得更好的解，因此許多研究透過巨集啟發式演算法(Meta-Heuristics Algorithms)的使用來更進一步求得最佳解，主要因為在鄰域搜尋求解過程中常會陷入局部最佳解的情況，為了能夠跳脫局部最佳解的束縛，而使用一個較鬆的接受法則，

亦即接受劣於現解之鄰解，著名的方法有：模擬退火法(Simulated Annealing, SA) 與門檻接受法(Threshold Accepting, TA)等等。

回顧 Dueck and Scheuer (1990)文獻了解到模擬退火法(Simulated Annealing, SA)由 Kirkpatrick, Gelatt and Vecchi 於 1983 年提出，並藉由 Metropolis 在 1953 年使用蒙地卡羅演算法(大數法則)並應用於組合最佳化之問題，主要利用物理統計來進行模擬，過程模擬物質經加熱後，逐漸冷卻所產生的結晶現象，亦稱為模擬降溫(Annealing)。模擬退火法利用機率性的接受暫劣解法則，利用隨機產生數值與門檻值做比較；溫度的高低為門檻值得大小，而逐漸退火(降溫)是為了求能夠逐漸收斂。Dueck and Scheuer (1990)首先提出門檻接受法，由模擬退火法所衍伸出來，最大的優點就是透過實驗證明(Gröschel 442 個服務點的 TAP 問題)TA 能夠比 SA 在更短的時間內求得最佳解，且最佳解優於 SA，其搜尋法類似鄰域搜尋法，不同之處在於它可暫時接受劣解。

在接受法則的部分，傳統鄰域搜尋法接受最佳的鄰解，而為了避免陷入局部最佳解，模擬退火法(SA)與門檻接受法同(TA)為接受暫時劣解，以便跳脫局部最佳解的束縛，繼續搜尋下去，兩者最大不同之處在於模擬退火法(SA)主要透過機率性的接受暫時劣解，而門檻接受法(TA)完全接受門檻值以內的暫劣解。

在停止法則部分，模擬退火法(SA)主要參數設定 K，來完成 K 次迴圈後停止；

而門檻接受法(TA)透過設定門檻比例(T₀) 與門檻數列長度(K)，並透過參數更新

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方式(Tk→Tk + 1)逐漸達到完成 K 次遞減並收斂則停止。如表 3 所示。

門檻接受模組為了能夠達到收斂，常見的型態分為直線遞減、梯形遞減與等比遞減三種，朱佑旌(2006)以門檻型巨集啟發式方法應用求解時窗限制多車種回程取貨車輛路線問題之研究，其中以直線型做為門檻收斂之型態。Dueck and Scheuer(1990)以門檻遞減型態做為收斂之型態，且在結果部分透過 Gröschel 442 city TSP Problem，實驗得知門檻接受法(TA)求解效果優於模擬退火法(SA)，求解時間更是能夠大幅降低。

表 3

比較 SA 與 TA 之接受法則與停止法則

傳統鄰域搜尋法模擬退火法門檻接受法

接受法則

C(S') < C(S)

機率性接受法則：

確定性接受法則：

C(S') < C(S) + T 停止法則無法找到更佳的

解，停止完成 K 次迴圈完成 K 次迴圈資料來源：本研究整理

第五節小結

目前國內路線貨運業受限於地理條件與配送條約的限制，導致貨物頇在有效時間內配送至顧客手中的前題下，造成承載率低與居高不下的配送成本，本研究希望透過改善配送模式，進而降低運輸成本。回顧過去的相關文獻中，針對實務問題之路線貨運業採用轉運模式(軸輻式)路網配送模式的相關文獻並不多見，國內有林正章(2003)等人，針對路線貨運業內部運輸路網使用多重貨物載運路徑；以及國外

Apte and Mason (2006)有效利用軸輻式路網設計結合啟

發式方法求解舊金山國家圖書館館際圖書配送問題且有效提升 50%的運

輸效率；

吳嘉峻(2008)利用直達式路線替換軸輻式網路的車輛路線方式，並更

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新貨物流量路線，最後使用巡迴式車輛路線構建一混合式的軸輻式路網設計，

能夠有效減少車輛數，降低成本。據本研究了解，目前相關之研究針對汽車路線貨運業，只針對單一車種問題之車輛路線問題之研究，目前尚無研究針對探討考慮車輛種類之相關文獻，固為了符合目前實務狀況，本研究將依照轉運模式的路網設計方法，加入考慮多車種之配送路線規劃，並提出一個二階段的求解策略及對應的巨集啟發式演算法，然後設計範例測詴，以驗證其適用性。

(38)

第三章巨集啟發式方法解題架構設計

第一節整體解題架構

本研究在透過第一部分資料蒐集並且確定問題特性之後，進而針對國內汽車路線貨運業營運路網的現況進行分析與了解，發現國內汽車路線貨運業業者，

為了能夠有效配送其貨物，通常會將整體營運路網分成兩部份進行，主要為(1) 外部服務路網：主要在日間透過小型集配車輛與顧客點或代收點進行收、送貨服務；與(2)內部營運路網：主要在特定的時間範圍內將外部服務路網一日所收取的貨物進行發送作業(將貨物在起點營業站進行分類、裝車作業)、轉運作業與到著作業(貨物到達訖點站所進行卸貨並且分類裝卸集配車，待日間外部服務路網之集配作業)，本研究針對內部營運路網車輛路線配送問題設計一個巨集啟發式求解方法，並以降低車輛數量、車輛成本與路線成本為考量進行求解設計。

詳細研究架構如圖7研究架構圖所示。

圖 7 研究架構 第一部分

確認問題特性與蒐集資料方法：

業者訪談相關文獻回顧

第三部分

程式撰寫測詴、分析與比較方法：

程式語言 Visual C# 2005

第二部分

車輛裝載(使用最少車輛數) 車輛排程(減少車輛、距離) 方法：

巨集啟發式方法

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第一部分主要透過業者訪談與相關文獻回顧，了解目前產業實際所存在的問題現況與營運模式發展。此階段的現況資料蒐集結果主要做為第二部分的求解目標基礎。

第二部分則是透過第一部分業者訪談結果做為此部分的動機來源，得知目前業者對於具時效性的零擔配送存在高度的車輛成本考量，因此為了符合實務現況，盡量降低車輛使用來達到減少人員的使用，因此本部分主要針對貨物已知的起訖點進行最佳化車輛裝載，將問題分成二階段求解策略，第一階段：求解車輛裝載，以求解最少車輛數為核心與第二階段：求解車輛排程，透過巨集啟發式方法求解同時考慮貨物起訖對之長途載運作業的車輛路線問題。

第三部分是當前面二階段性子求解策略、架構與演算法確定後，即進行測詴、分析與比較，因問題求解過程存在著高度複雜性，故將二階段策略的求解方法透過程式語言Visual C# 2005撰寫，並將自行產生之測詴例題透過電腦求解並進行測詴比較分析。

本研究主要針對轉運中心間長途載運作業的車輛路線問題構建一個巨集啟發式求解方法進行求解；主要考慮(1)車輛數量：本研究以求解最少車輛數量為主要目標、(2)車輛成本：求解多車輛種類最少之使用成本、(3)車輛行駛成本：

求解最少的車輛行駛距離，以節省載運成本，以及(4)整體配送時間：整體作業時間不得超過長途載運的最大工作時間限制(7小時)，其中包含載運時間、裝卸貨時間(各為30分鐘)。

本研究所設計之巨集啟發式方法求解架構可以分為三個模組依序進行，第一個模組為「起始解構建模組」，主要將長途載運配送作業之需求透過本研究所設計之路線重組程序(詳見本章第二節)-絕對位置插入方法，進行一個起始基本解的配送路線構建；第二個模組為「鄰域搜尋模組」，透過三種路線間交換

(40)

法逐步改善配送路線的車輛數量、車輛成本及行駛成本，並在交換法執行的過程中，使用路線重組程序進行路線內之配送路線最佳化處理；第三個模組為「門檻接受模組」，此模組主要是為了避免鄰域搜尋模組在求解時陷入局部最佳解，

而採用較鬆的接受法則(一個門檻值)接受劣於現解之鄰解，以便脫離局部最佳解的束縛而繼續搜尋下去，而求得比鄰域搜尋模組更佳的解。IHFRP解題架構如圖8解所示。

圖 8 IHFRP 解題架構圖

由於上述三個模組的執行過程中，皆頇使用到路線重組程序，因此先於下一節說明此路線重組程序之內容與執行步驟，以做為後續發展三個模組的基礎。

第二節路線重組程序

路線重組程序主要用於當路線內的起訖對改變時(增加或減少起訖對)，可以重新組合路線內起訖對的最佳服務順序，以改善路線的結構。路線重組程序可使用於路線構建模組中插入新的貨物起訖對時、鄰域搜尋模組路線間貨物起訖

開始

起始解構建模組

鄰域搜尋建模組

門檻接受模組

停止法則

停止是

否

(41)

對交換改善時，以及門檻接受模組中核心搜尋的過程，其主要目的在於考量貨物起訖對限制要求下求解車輛路線最佳化。茲說明路線重組程序之步驟如下：

Step 1：從路線內所有尚未配送的貨物起訖對中選擇一個貨物量最大的起迄對進行插入，並決定其承載車種(符合其貨物量之最小車容量的車種)。

Step 2：從路線內尚未配送起訖對中選擇一個貨物量最大的起迄對進行最省插入(插入成本最小)。若未能夠有最佳插入位置時(超出現有車容量) 則進行車輛容量變更；若現有車輛容量已經是最大車容量車種時，

則跳至步驟Step 3；若否則進行車輛容量變更(變大，變更條件為：

使用所有車輛種類中符合比現有貨物量總和大之最小車輛車容量進行測詴)，並重新Step 2中，尋早最佳插入位置。詳細步驟如下：

Step 2-1：從路線內尚未配送起訖對中選擇一個貨物量最大的起迄對進行最佳插入位置檢查。

Step 2-2：計算插入位置，公式說明如下：

AIsN = N + 1； (1)

IsN = (N + 2)(N + 1) / 2； (2)

其中，N：路線內場站數量

AIsN：絕對插入位置數量(欲插入之起訖對，插入後起點與訖點仍然互為前後兩點的插入位置數量)。

IsN：插入位置數量(欲插入之起訖對，插入後起點與

(42)

訖點不限制互為前後兩點的插入位置數量)。

圖 9 路線插入檢查位置表

Step 2-3：計算並檢查各插入位置的預估承載量(插入後頇符合起訖對之間每一段節線的容量限制)、裝卸貨時間、路線總載運時間、

插入成本，如果符合各項條件則記錄該可行插入位置與各插入條件計算後之結果；若所有插入位置均不能滿足起訖對之插入條件時，若現有車輛容量已經是最大車輛車種時則跳至 Step 3；若否，則進行車輛容量變更，並重新Step 2-3檢查最佳插入位置；如圖9所示。

Step 2-4：比較所有可行插入位置之插入成本，從中選擇插入成本最小：路線內場站點

：準備插入之場站起訖點 S ：起點位置

E ：訖點位置現有顧客位置

插入位置

1 2 3 4

6 7 5

8 9 10

S E S E S E S E

N = 3

AIsN = 4 (插入位置：1,5,8,10) IsN = 10

(43)

之位置，進行插入。返回Step 2-1。

Step 3：檢查是否所有起訖對都插入完畢。若是，則停止路線重組程序；若否，則回到Step 1重新尋找。

第三節起始解構建模組

起始解構建模組主要分為三個部份依序進行，整個起始解構建模組架構如圖10所示；第一部分主要進行貨物指派轉運中心，首先將各小型營業所的貨物集中至所屬區域的轉運中心，主要透過距離矩陣進行作業區域劃分，將所有小型營業所選擇距離其最短之轉運中心為其所屬之轉運中心，並將其貨物指派至該轉運中心，如圖11所示。

圖 10 起始解解題架構

由於貨物集中轉運中心的關係，各轉運中心的貨物量皆超過最大車輛車容量數倍，待長途運輸開始時，優先處理整車配送路線，因此第二部份依據貨物的需求以最大車容量之車輛將轉運中心的貨物進行整車路線規劃，此時每條路線僅包含一個起訖對的貨物量，且每條路線承載率為100%；結束後整體路網所

開始

結束

貨物指派轉運中心路線重組

停止法則

停止法則構建整車路線

是

否

是

否

(44)

有轉運中心之起訖對剩餘貨物量皆低於最大車輛車容量。

圖 11 貨物指派轉運中心模組

第三部份將所有起訖對剩餘貨物量使用路線重組程序進行路線構建，使用的插入方法本研究稱之為改良式插入法，其中為了降低起始解構建的複雜度，

路線重組程序僅執行一次插入，且在起始路線選擇一個最大貨物量起訖對進行路線構建後(N = 2 ; IsN = 6 ; AIsN = 3)，個別比較3個絕對插入位置中路線成本最小之貨物起訖對，並產生3個絕對位置的最佳插入起訖對，又稱之為3個候選點，

接著從3個候選點中選擇最大貨物量起訖對進行插入，結束即完成一條路線構建的程序；在候選點產生的過程中有一選擇限制，如圖12所示，路線的起始起訖對若為→，此時在進行候選點產生的過程中，為了減少路線的成本，在插入位置1(符合絕對插入位置1)僅會對所有訖點為5且尚未配送的起訖對進行選擇、

比較(x→)，同理插入位置4(符合絕對插入位置2)與插入位置6(符合絕對插入位置3)僅會針對所有訖點為6且尚未配送的起訖對(X→)與所有起點為6且尚未配送之起訖對(→X)進行選擇，若在候選點選擇的過程中3個候選點皆屬於空集

小型營業所

轉運中心(大型營業所) 貨物指派轉運中心

各轉運中心責任管理範圍

(45)

合時，則允許路線僅有一個起訖對之構建；路線構建模組的路線重組程序與插入成本準則步驟說明如下：

Step 1：所有起訖對之剩餘貨物量中，選擇一貨物量最大的起訖對進行路線新增，並決定其承載車種(符合其貨物量之最小車容量的車種)。

如圖12路線構建示意圖，從所有尚未配送之起訖對中選擇一個貨物量最大的起訖對→貨物量720進行新增路線。

Step 2：依據絕對位置產生三個候選點，分別為插入點到起點、插入點介於起點與終點之間以及終點到插入點三個候選點；候選點產生準則為距離最近之起訖對，且插入後不超過車容量。

如圖12產生三個候選點，分別為三角形1、三角形2與三角形3，如候選點三角型1選擇距離場站最近距離4且插入後不超過車容量916 之起訖對：→距離4，貨物量為510。

Step 3：從三個候選點中選擇一個貨物插入量最大的位置進行插入。

如圖12，比較所有候選點貨物量，此時候選點1(→)之貨物量510 之貨物量為最大，則選擇候選點1之起訖對進行插入，並更新路線為→→。

Step 4：插入後檢查不增加距離的條件下，尚未配送之起訖對中是否有符合插入條件之起訖對。如果有，則進行插入，並完成路線構建；如果沒有，則直接完成路線構建。

如圖13所示，若候選點選擇為1，則插入後亦檢查1→B之貨物量是否尚為配送，若是則檢查1→B的貨物量插入後是否滿足各節線之車

(46)

容量((1→B) + (1→A) < 車容量且(1→B) + (A→

B

) < 車容量)，若插入後均符合路線車容量則進行插入。

圖 12 路線構建示意圖

Step 5：重複Step 1~Step 4，直到所有剩餘起訖對都指派完畢，停止。

註：Step 3所比較之最大插入量僅檢查各候選點之「候選點比較量」；

「插入後插入量」僅待候選點決定後，方檢查「插入後插入量」；

如果尚未插入且允許插入，則進行插入。

1 1

2

3

A B B

B A

A 候選點 1

候選點 2

候選點 3

候選插入點起始插入起訖對候選點比較量插入後插入量

A B

1 2 3

路線構建未配送之起訖對

OD 貨量

--- 720

--- 420

--- 380

--- ---

候選點 3

OD 貨量距離

--- 270 7

--- 250 5

--- 230 2 …

…

路線：

------

節線流量：

 ：510  ：720 車容量 916

候選點

候選點 1

OD 貨量距離

--- 680 5

--- 510 4

--- 420 8 …

候選點 2

OD 貨量距離

--- 110 9

--- 250 6

--- 130 8 …

(47)

第四節鄰域搜尋模組

起始解構建模組完成後，產生一個可行起始解，隨之進行鄰域搜尋模組，

主要功能在於改善配送模式的起始解，進而達到減少車輛數量之最佳目標；本研究所採用之鄰域搜尋模組包含(1-0)節點交換、(1-1)節點交換以及符合業者現況實際要求之reduction交換；reduction交換之目的在於以減少車輛數量為唯一目標進行交換改善。鄰域搜尋模組中，(1-0)節點交換一樣具備減少車輛之功能，

除此之外(1-0)節點交換與(1-1)節點交換更具備降低路線成本之功能。由於本研究的路網特性屬於考慮貨物起訖點位置的關係，因此在進行交換的同時，必頇連同貨物所屬之起點與訖點一併進行交換，所以本研究並無使用路線內之各項交換方法進行路線內交換。

Thangiah et al.(1996)針對路線改善策略進行實驗應用，一般有兩種交換改善策略：(1) 最佳改善策略(Best improve)策略，即在進行交換策略中，從所有搜尋的鄰解中，選擇一個改善最多的解進行改善；(2) 首先改善策略(First Improve) 策略，則是在搜尋的過程中，只要能夠交換就進行交換改善。本研究在進行鄰域搜尋模組、與門檻接受模組核心交換部分中皆是屬於第三種改善策略(3) 半最佳解改善(Semi-best Improve)，即對特定一點，從所有搜尋的過程中，選擇一個改善最多的解進行交換改善。

由於路線間交換的過程中，必頇同時考慮路線貨物之起訖對位置，因此大幅度增加了路線間交換可行性的計算時間，而且每一個起訖對的存在與否對整條路線的影響有很大幅度的變化，因此為了降低求解時間與增加路線內交換之可能，鄰域搜尋模組使用路線重組程序，處理各項交換後路線最佳化起訖對之排列，進行最佳化配送路線設計。路線重組程序中，檢查條件包含，每一個節線的貨物流量均不允許超過車容量，載運時間加上貨物上下貨的時間不得超過

(48)

最大工時限制(7小時)，最後選擇插入成本(距離成本)最小的位置進行插入，來求解路線內距離成本(C)最小與最佳的顧客服務順序。

一、路線間交換模組

(一)

(1-0)節點交換法

同時考慮貨物起訖對之(1-0)節點交換法解題概念如圖14所示，其中(A1)與 (A2)為起始解中的某兩條車輛路線，每條路線內均載運不同起訖對之貨物，若將路線(A1)的起訖對(2→4)插入到路線(A2)中，且經過路線重組程序，(A2)仍然能夠滿足各項限制，且交換改善值(S)的計算：S_1-0 = (C_A1-C_B1) + (C_A2-C_B2) ＞ 0，

則接受交換。由於路線重組程序結果屬於最佳化之插入機制，因此在交換策略上為插入此路線後成本改善最大的位置，交換策略屬於：半最佳解改善 (Semi-best Improve)策略。若路線(A1)僅存在一個起訖對貨物時，此時雖然路線 (A2)成本增加，但因不違反車容量限制且能夠減少車輛數，因此交換條件成立；

亦即(1-0)節點交換法同時具備減少路線(車輛)的功能。

中 華 大 學 碩 士 論 文