中 華 大 學 碩 士 論 文
題目：汽車路線貨運業之混合式軸輻路網設計研究 A Study on the Routes Design of Mixed Hub-and-Spoke Intra-Network 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：M 0 9 5 1 4 0 1 0 吳 嘉 峻
指導教授：張 建 彥 博 士
卓 裕 仁 博 士
中華民國 九十七 年 八 月
汽車路線貨運業之混合式軸輻路網設計研究 汽車路線貨運業之混合式軸輻路網設計研究 汽車路線貨運業之混合式軸輻路網設計研究 汽車路線貨運業之混合式軸輻路網設計研究
學生：吳嘉峻 指導教授：張建彥博士 卓裕仁博士 摘 摘 摘
摘 要 要 要 要
由於汽車路線貨運業的服務範圍廣大，因此需要有效率的內部營運網路來 支援外部營運網路，為了增加效率，業者採取各區域轉運中心連接而成的軸輻 式內部營運網路。且各區域顧客特性與產品的差異，造成各個轉運中心的貨物 進出流量皆不相同，也因此造成了許多空車回程的車輛路線產生。
本研究之目的即針對上述的轉運方式，提出一個適合汽車路線貨運業內部 營 運 網 路 路 線 規 劃 的 模 式 ， 稱 之 為 「 混 合 式 軸 輻 網 路 路 線 問 題 (Mixed Hub-and-Spoke Routing Problem, MHASRP)」；並針對其問題特性設計啟發式求 解方法。本研究所設計的啟發式解法主要包含三個步驟：首先，從所有轉運中 心中選出最佳位置作為軸心，產生軸輻式路網；然後利用直達式車輛路線替換 軸輻式網路的車輛路線，並更新貨物流量路線；最後，再使用巡迴式車輛路線 採取中途停靠場站與同時裝卸貨的作業方式合併軸輻式網路的車輛路線，並更 新貨物流量路線。
為驗證 MHASRP 之可行性與適用性，本研究依據轉運中心的散佈位置、
轉運中心數量、貨物需求量與車容量大小，自行產生了 72 個例題與蒐集實務資 料做為 MHASRP 的測試例題。本研究以 C#語言撰寫上述啟發式解法之電腦程 式，並以 MHASRP 例題進行解題績效分析。經由 72 個例題測試時，結果發現 MHASRP 在轉運中心位置散佈成直線型的表現優於另兩組轉運中心散佈位置 的例題，顯示混合式的路線規劃確實較適合於汽車路線貨運業的直線型內部營 運網路；並進行實務資料測試時，可以有效的產生混合式路線組合與減少使用 車輛數。本文最後亦提出了 MHASRP 之後續研究建議。
關鍵詞 關鍵詞 關鍵詞
關鍵詞：汽車路線貨運業、軸輻式、啟發式方法
A Study on the Routes Design of Mixed Hub-and-Spoke Intra-Network for the Fixed-Route Trucking Carriers Student : Chia-Chun Wu Advisor :Dr. Chien-Yen Chang
D r . Yu h - J e n C h o Abstract
The operation networks of the fixed-route trucking carriers consist of intra-network and extra-network. To improve the efficiency, carriers connect their local distribution centers into a hub-and-spoke intra-network. The purpose of this thesis is to propose a model of routes design for the intra-network of fixed-route trucking carriers, named as the Mixed Hub-and-Spoke Network Routing Problem (MHASRP), which considers three kinds of routes: hub-and-spoke route, direct-shipping route and milk-run route. A heuristic method that includes three-phased steps is also proposed to solve this MHASRP. The first step selects the best site to generate the hub-and-spoke routes; the second step tries to transfer hub-and-spoke routes into direct-shipping routes; the third step attempts to create milk-run routes by merging several hub-and-spoke routes.
In order to identify the feasibility of MHASRP, this study generated a set of 72 MHSNRP instances and coded the computer program of the proposed heuristics in C# language to conduct the computational tests. Experimental results implied that the proposed MHASRP is full of potential to the practical application on the intra-network of fixed-route trucking carriers.
Key Words: fixed-route trucking Carrier, Hub-and-Spoke, Heuristic Method
誌 誌 誌 誌 謝 謝 謝 謝
首先要感謝恩師 張建彥博士的指導，不論在課業上、在計劃案上以及態度 上給予許多指導與教誨；雖然學生常常爆走跟老師吵架，但老師還是心平氣和 的教導我最好的做人態度，導正學生的心態。給予毫無經驗的我學習的機會、
持續教導、給予啟發、鼓勵和信心。讓學生在研究所期間獲益良多，得以順利 完成論文，您對學生這兩年來的照顧，學生都會謹記在心，在此致上無限的感 謝。老師，謝謝您。
接著要感謝恩師 卓裕仁博士的指導，在寫論文這個漫長又黑暗的期間，您 的出現就像天使照亮了我全部的世界，從資料庫、程式撰寫、演算法學習與開 發都是老師不厭其煩的細心講解。雖然論文進度常常龜速到幾乎停止的狀態，
老師不僅沒有發火，還用幽默又有趣的方式提醒學生要加油，讓學生不害怕找 老師討論，非常感謝老師願意花時間在一個傻子的身上。老師，謝謝您。
感謝交通大學王晉元博士與本校蘇昭銘博士在計劃案中不停的訓練學生，
雖然當時夜夜流淚趕進度，但回首一看發現自己學了不少東西，在台上被轟的 防禦力也變超強、對答與溝通的應對、看paper的精神與單獨解決問題的能力，
都是經由老師一拳一腳磨出來的。同時也感謝兩位老師與交通大學韓復華老師 在口試期間的建議與指導，使論文得以更加完備。
研究生涯雖短但卻不好熬，感謝歐學長、智浩學長、鬍子、阿倫、聖文、
高桂學姐與小朱學長的鼓勵與支持。在此特別感謝李長駿學長的大力幫忙，才 能順利完成測試資料的收集。感謝尤鈴惠小姐給與我許多實務上的經驗。當然 也要感謝最照顧我們研究生的美玲姐，不管是生活上與課業間都像萬能的小叮 噹一樣幫我們搞定一切。在研一到研二這七百多天的日子，感謝班上同學在課 業上的互助及切磋，感謝同門號稱天才的momo、愛吃蘋果皮的cooki、吸空氣 就會飽的俞寧以及萬事通的天信，有你們陪著我作論文才能渡過難關。感謝帶 給研究室歡樂的同學，用學術軟體把妹的融融、武林高手檸檬腿的秋秋、掛機 監控達人的阿德、海派男子漢的ㄚ彪、好客飆車手的玉琳、血拼女王的潔馨、
還沒喝就開始吐的小小葉、佛心來的玫君、獅吼功的億玫、溫和又認真的思余、
陽光男孩的阿良、拿著指揮棒的妮妮老師與打扮高手的卡妹，讓研究室天天都 像在開轟趴一樣。當然也要感謝學弟妹BEN、舜年、pong、ㄚ培、怡安、浩然、
ㄚ毛、專業、ㄚ豐、ㄚ鴻、小寶與雙重身分的嚕嚕。帶給我研究生活兩年來的 美好回憶，謝謝你們。
最後，謹以本論文獻給我最愛的父母與親愛的家人，從小提供良好讀書環 境，讓我今日能順利完成碩士的學業，在我的求學期間，精神上給予很大的鼓 勵和支持，因為你們讓我在每一個熬夜的夜晚多一份支持下去的理由，謝謝你 們。特別感謝鴨子、ㄚ溫與豬標，你們也是我最愛的家人。
吳嘉峻 謹誌 中華民國97年8月
目 目 目 目 錄 錄 錄 錄
摘 要... i
Abstract ... ii
誌 謝...iii
目 錄... iv
圖目錄... vi
表目錄...vii
第一章 緒論... 1
1.1 研究背景 ... 1
1.2 研究動機 ... 2
1.3 研究目的與內容 ... 3
1.4 研究範圍 ... 3
1.5 研究步驟與流程 ... 6
第二章 文獻回顧... 8
2.1 汽車路線貨運業問題 ... 8
2.2 軸輻式網路分析 ... 8
2.3 混合式求解策略 ... 10
2.4 傳統啟發式解法 ...11
2.5 小結 ... 12
第三章 解題架構設計... 13
3.1 問題定義 ... 13
3.2 整體解題架構 ... 15
3.3 起始解建構模組 ... 16
3.3.1 選擇軸心 ... 17
3.3.2 進入軸心的路線建構 ... 17
3.3.3 軸心指派出去的路線建構... 18
3.3.4 起始解 ... 19
3.4 改善解模組 ... 21
3.4.1 直達式路線替換模組 ... 22
3.4.2 巡迴式路線合併模組 ... 25
第四章 實驗設計與測試結果分析... 28
4.1 測試例題產生 ... 28
4.2 實驗設計 ... 31
4.3 實驗設計之結果分析 ... 32
4.3.1 實驗一之測試結果 ... 32
4.3.2 實驗二之測試結果 ... 35
第五章 結論與建議... 43
5.1 結論 ... 43
5.2 建議 ... 43
參考文獻... 45
圖目錄 圖目錄 圖目錄 圖目錄
圖 1.1 汽車路線貨運業的營運網路架構圖... 1
圖 1.2 運輸網路發展示意圖... 2
圖 1.3 內部營運網路架構示意圖... 4
圖 1.4 直達式貨物流示意圖... 5
圖 1.5 軸心轉運式貨物流示意圖... 5
圖 1.6 巡迴式貨物流示意圖... 6
圖 1.7 研究流程圖... 7
圖 3.2 MHASRP 之解題執行架構 ... 16
圖 3.3 MHASRP 起始解模組執行架構 ... 17
圖 3.4 分區示意圖... 18
圖 3.5 進入軸心的路線建構示意圖... 18
圖 3.6 軸心指派出去的路線建構示意圖... 19
圖 3.7 MHASRP 之起始解示意圖 ... 19
圖 3.8 起始解建構模組流程圖... 21
圖 3.9 改善解模組流程... 22
圖 3.10 直達式路線替換示意圖... 22
圖 3.11 直達式替換路線分解圖(1) ... 23
圖 3.12 直達式替換路線分解圖(2) ... 23
圖 3.13 直達式替換路線分解圖(3) ... 24
圖 3.14 直達式替換路線分解圖(4) ... 24
圖 3.17 巡迴式路線合併模組流程圖... 27
圖 4.1 轉運中心散佈位置類型... 28
表目錄 表目錄 表目錄 表目錄
表 2.1 軸輻式網路分析之文獻回顧整理表... 10
表 2.2 傳統啟發式解法彙整表... 11
表 2.2 傳統啟發式解法彙整表(續) ... 12
表 3.1 MHASRP 之問題特性 ... 15
表 4.1 測試例題組合表... 29
表 4.1 測試例題組合表(續) ... 30
表 4.1 測試例題組合表(續) ... 31
表 4.2 實驗設計... 31
表 4.4 三種不同散佈位置之改善率比較表... 34
表 4.5 兩種車容量與四種需求類型之改善率比較表... 35
表 4.6 直達式路線替換模組對起始解之改善率比較表... 35
表 4.6 直達式路線替換模組對起始解之改善率比較表(續) ... 36
表 4.6 直達式路線替換模組對起始解之改善率比較表(續) ... 37
表 4.7 直達式路線替換模組三種不同散佈位置之改善率比較表... 37
表 4.8 直達式路線替換模組兩種車容量與四種需求類型之改善率比較表... 38
表 4.9 巡迴式路線合併模組解對直達式替換模組解之改善率比較表... 38
表 4.9 巡迴式路線合併模組解對直達式替換模組解之改善率比較表(續) ... 39
表 4.9 巡迴式路線合併模組解對直達式替換模組解之改善率比較表(續) ... 40
表 4.10 巡迴式路線合併模組三種不同散佈位置之改善率比較表... 40
表 4.11 巡迴式路線合併模組兩種車容量與四種需求量類型之改善率比較表.. 41
表 4.12 實務資料測試之參數設定... 41
表 4.13 實務資料測試結果... 42
第一章 第一章 第一章
第一章 緒論 緒論 緒論 緒論 1.1 研究 研究 研究 研究背景 背景 背景 背景
依據公路法[1]之規範，我國公路汽車貨運業可分為汽車貨運業、汽車貨櫃 貨運業與汽車路線貨運業三種業態。再者根據汽車運輸業管理規則[2]第 2 條之 規定汽車路線貨運業是指「在核定路線內，以載貨汽車運送貨物為營業者。」
依據汽車運輸業審核細則[3]「汽車貨運業最低資本額新臺幣二千五百萬元以 上，其屬專辦搬家業務及金門、連江地區經營汽車貨運業者，最低資本額應為 新臺幣一千萬元以上。但個人經營小貨車貨運業則不在此限。汽車路線貨運業 最低資本額新臺幣五千萬元以上。汽車貨櫃貨運業最低資本額新臺幣三千萬元 以上。」由此可知，汽車路線貨運業相較於汽車貨運業與汽車貨櫃貨運業而言，
係屬於進入門檻較大的業別，也反映出了汽車路線貨運業者在國內的營運規模 是較為龐大的貨運經營業者。國內汽車路線貨運業之經營環境已成為自由競爭 市場，目前面臨同業與新興行業的營運競爭。汽車路線貨運業業者為了服務廣 大的顧客，從北到南都有屬於自己的營業所與轉運中心，也因此產生了外部與 內部的營運網路。其中外部營運網路，主要由每個營業所提供此一地區的顧客 收送貨的服務。而在內部營運網路方面，由於汽車路線貨運業的服務範圍廣大，
故各個營業所收取到的貨件，不見得是要送到當地的貨件，大部分貨件可能需 要運送到其他營業所的服務地區。因此就需要轉運中心搭配營業所來做貨物的 集中處理與轉運作業，而形成內部營運網路。內部營運網路的運輸架構大致上 可分為：營業所-營業所、營業所-轉運中心、轉運中心-轉運中心的運輸架構。
汽車路線貨運業的整體營運網路架構如圖 1.1 所示。
圖 1.1 汽車路線貨運業的營運網路架構圖
汽車路線貨運業業者白天往往要對顧客進行收送貨的服務，為了節省時間 效益，業者利用晚上的時間進行企業內部網路的運輸，到了天亮的時候，業者 又可以繼續將貨物配送至當地營業所負責的服務區域。為了節省車輛路線成 本，汽車路線貨運業業者需要進行內部網路的運輸，將屬於同一個目的地的貨
轉運時間窗，也就是內部營運網路必須要在特定的時間範圍內進行轉運作業並 且完成整個作業流程，才能夠銜接上白天作業的外部網路流程。汽車路線貨運 業業者於內部營運網路處理貨物運輸問題之有效與否，實影響汽車路線貨運業 的營運績效。因此國內汽車路線貨運業面對目前成長迅速且競爭激烈的市場，
如何在轉運中心與營業所區位已知的情況下，妥善規劃設計內部運輸網路，以 達到縮短運送時間、提高服務水準，同時又能增進作業效率、降低營運成本的 目標，實為業者永續經營的重要課題。
在營運網路部分，從傳統直接網路(Direct network) 的運輸配送作業，到軸 輻式網路(Hub-and-spoke)的營運模式，都是業者為了有效的減少路線成本、提 升企業的利潤，針對減少路線成本模式，而發展出的營運網路。而軸輻式網路 是運用轉運中心(Hub)當作貨物集中的地點搭配各個不同地點的營業所(Spoke) 形成一個具有貨物集中的內部營運網路。可以有效地減少原本錯綜複雜的路線 成本以及提高貨車的承載率，進一步讓運輸業者利潤上升。運輸網路發展如圖 1.2 所示。
資料來源：[10]
圖 1.2 運輸網路發展示意圖
1.2 研究動機 研究動機 研究動機 研究動機
陳秀華[9]曾對營運網路型態進行整理與分類，其軸輻式運輸網路的應用從 單一轉運中心（Single Hub）到多重轉運中心（Multiple Hub）；從純軸輻式運輸 網路（Pure Hub-and-Spoke Network System）、單向裝或卸軸輻式網路（H/S with One-directed Stopovers）、到雙向沿途裝卸軸輻式網路（Stopovers Network）以 及含接駁之軸輻式網路（Stopovers with Feeders Network），或者層級式軸輻式 路網（Hierarchical H/S）等，規劃時所必須考慮的因素與複雜度愈見困難。如 果只使用單一型式的營運網路，為了要符合特定型態的運輸模式，往往不見得 能夠節省最多的成本。特別是汽車路線貨運業這種服務範圍、營業所、轉運中 心與車隊都屬於較龐大的業態，其內部貨物與車隊的運作方式無法只用單一模 式來應付整個營運需求。但國內外有關於汽車路線貨運業內部網路之相關研究 仍屬稀少，且由本研究針對業者進行訪談發現，業者確實對於內部網路之運輸
效率與成本相當重視，特別是因為貨物流動量不均衡而造成空車回程的問題更 是必須迫切改善。因此本研究認為針對上述問題，採取多種內部營運網路的路 線型態是屬於較有彈性的方式，有助於提升運輸效率進而減少營運成本，而如 何依據汽車路線貨運業各種不同之營運規模，在其現有的資源中，採取混合式 營運網路的策略，則是重要的研究課題。
1.3 研究目的 研究目的 研究目的 研究目的與內容 與內容 與內容 與內容
本研究之主要目的乃針對我國汽車路線貨運業業者目前的營運方式，在其 現有的場站與車輛資源下，提出一個可協助業者規劃內部營運網路(line-haul) 轉運中心-轉運中心的路線規劃模式與求解方法。本研究的目的可歸納成以下三 點：
一、結合軸輻式、直達式與巡迴式三種路線型態，構建一混合式之路線貨運業 內部營運網路的路線規劃模式。
二、運用啟發式方法概念，設計可求解上述路線規劃模式的演算法。
三、自行產生測試例題與蒐集實際業者資料來驗證本研究所提模式及啟發式演 算法之可行性與解題績效。
本研究主要研究內容包括以下四點：
一、探討軸輻式、直達式與巡迴式等三種路線混合營運模式的特性。
二、撰寫可在電腦上執行的解題程式，並根據實驗設計的觀念，測試比較軸輻 式、巡迴式與直達式路線應用於內部營運路網之解題績效與執行績效，檢 視其實際應用的發展潛力與適用性。
三、了解各方法之優、劣點後，將以上之方法進行策略性的組合，發展混合式 軸輻路網(Mixed Hub-and-Spoke Network Routing Problem, MHASRP)設計。
四、設計例題比較分析各方法之解題績效。
1.4 研究範圍 研究範圍 研究範圍 研究範圍
國內汽車路線貨運業主要可分為外部網路與內部網路，外部網路主要是由 營業所對外直接服務顧客；內部網路主要是業者內部貨物運輸的路線，含有三 種型態的路線，即營業所-營業所、營業所-轉運中心與轉運中心-轉運中心，其 網路架構如圖 1.3 所示，圖中 A、B、C 代表轉運中心，1、2、3、...、9 代表營 業所。
A 1
轉運中心 營業所
轉運中心-轉運中心 營業所-營業所 營業所-轉運中心
2 3
B
4 5 6
C 7
8
9 研究範圍
圖 1.3 內部營運網路架構示意圖
業者在進行內部運輸時，會給予貨物需要抵達的站所代號，如圖 1.3 所示 的營業所 1、營業所 2、轉運中心 A 與轉運中心 B 等代號。依照業者的分區方式，
一個轉運中心會搭配幾個營業所成為一個服務區域，營業所 1 與營業所 2 屬於 轉運中心 A 的服務區域。貨物抵達轉運中心且經過分類後，貨物可分為跨區貨 物與本區貨物。本研究所探討的問題主要考量轉運中心到轉運中心的路線規劃 問題。
實務上因成本考量，業者會將大型的營業所當作是轉運中心，白天是對外 的營業所，晚上就變成內部網路的轉運中心。因此本研究所探討的即是具有轉 運功能的營業所，但為了區別一般的營業所，因此在內部網路方面將具有轉運 功能的營業所皆稱為轉運中心。每一個轉運中心皆有對任一轉運中心的貨物 流，如圖 1.4 所示，若僅根據貨物流向而採取直達式路網將會造成龐大的運輸 成本，再加上實務上的貨物流量並非相同，造成任兩轉運中心之間的貨物流量 不同，間接造成車輛空車回程的問題。
圖 1.4 直達式貨物流示意圖
為了解決這個問題，部分業者會加入貨物轉運與合併的機制，設定軸心將 貨物進行第二次的轉運，如圖 1.5 所示，將貨物先集中至 H 進行貨物交換轉運 之後，再分散出去。但此一方法會造成車輛路徑與貨物流路徑不同，如 B 要流 向 E 的貨物，必須先運往 H，經過 H 轉運之後，將貨物交給另外一台車前往 E，
才能完成整個貨物運輸的動作。
圖 1.5 軸心轉運式貨物流示意圖
在實務上並非所有的車輛皆可以裝滿貨物，為了要提高車輛的效率，尚有 另外一種運送策略，即巡迴式的車輛路線規劃。這種路線規劃由一台車將幾個 轉運中心串聯起來進行服務，利用沿途停靠與裝卸貨的機制，充分利用車輛的 使用效率，如圖 1.6 所示。車輛可從任一轉運中心出發，行經規劃路線內的轉 運中心來進行服務，最後回到原發車的轉運中心。
圖 1.6 巡迴式貨物流示意圖
因 此 本 研 究 主 要 範 圍 即 轉 運 中 心 - 轉 運 中 心 的 路 線 規 劃 問 題 ， 針 對 MHASRP 進行問題描述，並混合軸輻式、直達式與巡迴式路線發展一套啟發式 解法，並透過 C#程式語言的撰寫來執行演算法的求解，最後並利用自行產生之 測試例題來進行測試並探討其測試結果。
1.5 研究步驟與流程 研究步驟與流程 研究步驟與流程 研究步驟與流程
本研究的研究流程如圖 1.7 所示，其執行步驟簡要說明如下：
一、確立研究目的與範圍
如前所述，本研究主要目的為建構一混合式網路應用於汽車路線貨運 業之內部網路，研究範圍則以內部網路之轉運中心-轉運中心為主。
二、相關文獻蒐集與回顧
蒐集國內外有關汽車路線貨運業、軸輻式網路以及混合式策略之相關 研究文獻，協助了解目前汽車路線貨運業問題與軸輻式網路之發展，透過 文獻中之資料與研究方法做為本研究參考。
三、問題定義與特性分析
本研究將針對 MHASRP 之問題特性來進行探討，並界定此問題之各 項前提假設與定義。
四、解題架構設計
針對 MHASRP 的問題特性設計包含起始解建構模組及路線改善模組 之啟發式解題架構。
五、MHASRP 測試例題建立
利用自行產生之測試例題與蒐集實務資料以建立個案案例，以確認 MHASRP 之可行性與啟發式解法的解題績效。
六、撰寫電腦程式
將所設計之啟發式解題架構，利用 C#撰寫電腦執行程式。
七、例題測試與結果分析
進行實驗設計，並利用所撰寫之程式來進行 MHASRP 例題與個案案 例之測試，並將所得出之結果加以整理並分析。
八、結論與建議
根據分析結果，提出結論，並針對後續發展以及研究方向提出建議。
MHASRP
圖 1.7 研究流程圖
第二章 第二章 第二章
第二章 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧
本章節將文獻回顧分為四大部分，第一部分為汽車路線貨運業問題之相關 文獻回顧，第二部分為針對軸輻式網路進行回顧，第三部分則為混合式求解策 略，第四部分為傳統啟發式解法回顧。
2.1 汽車路線貨運業問題 汽車路線貨運業問題 汽車路線貨運業問題 汽車路線貨運業問題
林正章[4]在場站具有容量限制下，替汽車路線貨運業規劃內部營運規劃的 單一路線限制之貨物排程規劃問題。林正章[5]內部網路最常見的是純軸輻式網 路，而沿途裝卸的作業方式為台灣汽車路線貨運業之特色，有固定的路線與班 次。劉曉君[13]結合了模擬退火法(SA)與禁忌搜尋法中之禁忌名單。來求解轉 運中心的區位問題，但不同 SA 的參數設定與禁忌名單的長度，也會造成不同 的解題效率。林正章、吳俊霖[6]探討汽車路線貨運業內部營運規劃之研究，在 營業所與中繼站區位已知的情況下，同時考慮貨物排程、貨櫃選擇與均衡，以 及班車排程排班等子問題，達到業者營運成本的最佳化目標。張振邦[11]設計 一個動態路線規劃來解決臨時的快遞電召顧客需求。劉宏珉[12]採用財務分析 中的淨利方法為主，針對現行大榮貨運快遞業務、現行都會快遞業者之運作模 式，及擬轉型之運作模式，進行營收及成本面評估，以決定大榮貨運快遞業務 轉型為新都會快遞作業模式之可行與否。林志鴻[7]指出高科技園區間之貨物轉 運作業屬整車運輸，即轉運中心-轉運中心是由單一車種來服務，探討服務科學 園區之物流業車輛路線問題。
綜上所述，目前國內已有相關研究針對汽車路線貨運業之內部營運路線進 行規劃，但尚未有針對汽車路線貨運業採取混合式的內部網路路線規劃之研 究，故本研究想嘗試使用混合式的路線規劃來求解轉運中心-轉運中心之路線規 劃問題。
2.2 軸輻式網路 軸輻式網路 軸輻式網路 軸輻式網路分析 分析 分析 分析
林正章[4]設計一個具站所容量限制的沿途裝卸軸輻式網路，能兼具沿途裝 載與轉運中心作業特性，並提出分解啟發式演算法進行求解。列舉最具經濟效 益的貨物站所路徑，得以形成一局部可行解區間，並以窮舉法決定任一起迄對 之單一貨物站所路徑上至多兩條的貨物被載運路徑。
林正章與吳俊霖[6]構建一營運規劃模式整合貨物排程與均衡貨櫃之班車 排程排班問題，使用分解啟發式演算法並提出逐步回饋之啟發式演算法，以「單 一路徑限制之貨物排程模組」求解貨物排程子問題，再以「班車路線調整模組」
求解貨櫃均衡之班車排程排班子問題，互相回饋擬定區域性最適營運計畫。
陳秀華[9]介紹營運網路的設計是以節點與節線來表示整個營運規劃，營運 網路設計的類型分為具軸輻式與不具軸輻式兩大類。而網路型態設計之差異會 影響整個營運規劃的成本，作者將各種軸輻式網路加以分類，所有營運網路的 類型及各種網路間的關係如圖 2.1 所示。
資料來源：[9]
圖 2.1 營運網路分類圖
探討的範圍主要在以軸輻式網路設計下的路面貨物運輸與航空貨物運輸之 營運作業規劃，在運具路徑的規劃中以隱約式窮舉法（Implicitly enumeration algorithm），在搜尋過程先以深度搜尋的方法（The depth search method）。在演 算法中求最短時間及最小成本問題。
陳翔禹[10]選擇與路面運輸特性較相符的沿途載運與支線之層級軸輻式網 路 做 為 主 要 架 構 。 起 始 解 方 面 在 考 慮 車 輛 與 場 站 容 量 下 ， 使 用 最 鄰 近 法
（Neighborhood Method）建構。改善法方面選擇 1-1、2-opt 與 3-opt 進行改善。
巨集方面應用禁忌搜尋法成功的降低了可行解區間，快速地求得可行解。
梅明德與塗展裕[8]根據層級式軸輻式網路，以單一軸心式(機場)對倉庫分 別採取直達式與巡迴式的兩種組合模式，而倉庫對顧客則是採取巡迴式路線，
形成兩階層的網路。
Michael et al.[18]使用轉運中心區位與車輛路線的方式，替奧地利的郵局規
該研究所建立之求解方法如下：
一、步驟 1：要決定場站數量：先假設一個範圍的場站數量，然後計算成本，
跟原本的場站數量比較，再收斂到較小的場站數量範圍。
二、步驟 2：決定場站位置：對全部的區域採取單一策略的區位問題，考量服 務量下，用重心法設置場站。
三、步驟 3：指派區域給各場站：計算場站與此區域的時間與距離(特別是邊緣 地區)，將區域分派給各場站，如果限制式太多，會陷入區域最佳解。
四、步驟 4：決定內部營運的架構：探討轉運中心的數量與位置，直接轉運與 轉運時間。
五、步驟 5：重新探討場站成本。如果可以下降成本則重新決定場站的數量，
如果不能下降成本則執行下一步驟。
六、步驟 6：決定收送貨路線：利用啟發式方法求解，再重新探討改善各場站 的指派區域是否能夠降低成本，如果可以則重新指派區域，如果不能則執 行下一步驟。
七、步驟 7：探討全部的成本是否能夠再降低，利用重新探討改善各場站的位 置與數量能否降低成本。最後提出可下降總成本的模式。
依據本小節軸輻式網路文獻回顧，將作者(年份)、網路模式與方法整理如表 2.1所示。
表 2.1 軸輻式網路分析之文獻回顧整理表
作者(年份) 網路模式 方法
林正章(2000) 具站所容量限制的沿途裝 卸軸輻式網路
1. 分解式演算法
林正章與吳俊 霖(2002)
具站所容量限制的沿途裝 卸軸輻式網路
1. 分解式演算法
2. 逐步回饋之啟發式演算法 陳秀華(2003) 具沿途停靠與支線之層級
式軸輻式網路
1. 隱約式窮舉法 2. 深度搜尋 陳翔禹(2004) 具沿途載運與支線之層級
式軸輻式網路
1. 最鄰近法
2. 1-1、2-opt 與 3-opt 3. 禁忌搜尋法 梅明德與塗展
裕(2006)
具沿途載運與支線之層級 式軸輻式網路
1. 動態最佳化解題架構
2. 數學規劃基礎之啟發式方法 Michael et al.
(2004)
軸輻式網路 重心法(區位)
2.3 混合式求解策略 混合式求解策略 混合式求解策略 混合式求解策略
Liu et al. [17]採取軸輻式網路與直接配送兩種模式來混合求解，起始解的建 構方式為：分別用兩種模式計算服務顧客需求量所需要的總路線成本，選擇總 路線成本較小的模式當作起始解。接著從單一的模式中，改變一組收送點的模
式，是否能夠改善路線成本，如果可以就取代原有的模式，若無法改善則繼續 尋找下一組收送點改善之，直到無法改善為止。故混合的模式有兩種，第一種 是先採取軸輻式網路的模式再加入直接配送的模式；第二種是先採取直接配送 的模式再加入軸輻式網路的模式。此兩種混合策略都同樣以節省法來做比較依 據並改善之。作者自行產生例題並提出使用混合模式較單一模式更能減少成本。
2.4 傳統啟發式解法 傳統啟發式解法 傳統啟發式解法 傳統啟發式解法
Bodin et al. [14]曾將傳統啟發式方法的解題架構歸納成路線構建、路線改善 與綜合型三種，表2.2彙整路線構建及路線改善的相關解法。
一、路線構建(Tour Construction)：根據路網之距離或成本矩陣直接產生較佳的 可行解，常見方法有：鄰點法、插入法、節省法等。
二、路線改善(Tour Improvement)：針對任一起始可行解，以交換型啟發式改善 路線成本，求得更好的解，常見方法有：2-Opt、3-Opt、Or-Opt 等。
三、綜合型(Composite)：將上述二項合併執行，或是同時執行，以求取較佳的 解，常見方法有：路線構建起始解+2-Opt、路線構建起始解+2-Opt+3-Opt 等。
表 2.2 傳統啟發式解法彙整表
用途 啟發式解法 概述
掃描法 屬於先分群再排程之方式，利用座標來表示顧客點 的位置，任取某一需求點為起點，以其角度為零度 依順時鐘(或逆時鐘方向)掃瞄其他顧客點，以不違反 車輛容量限制條件進行服務區域之分割。
節省法 由Clarke & Wright 在1964 年首先提出，屬於直接構 建路線的方法。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。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。
鄰點法 任選一個顧客點為起點，從尚未在路線中的顧客 點，找出距離起點最近的顧客點，必須在不違反車 輛容量限制條件下進行連接。
建構路線
插入法 從一條簡單的路線開始，逐步加入新的顧客點以產 生可行解。插入的準則在於將顧客點插入後，能夠 使增加的路線成本愈小愈好，且須滿足車輛容量限
表 2.2 傳統啟發式解法彙整表(續)
用途 啟發式解法 概述
K-opt 交換 法
K表示每次交換節線數，一般設定為2或3。以任一起 始解為現有解，交換同條路線內有K條不相鄰的節 線，如果交換後的解優於現有解，則更新現有解，
不斷重複交換，直到所有節線中可能交換節線都檢 查完畢為止。
改善路線
Or-opt 交換 法
一種簡化的3-Opt節線交換法，該方法在每次執行鄰 域搜尋的迴圈時，陸續將某二段節線（p=3）、一段 節線（p=2）及一個節點（p=1）自路線中抽出，然 後將抽出的顧客點插入其他節線之間，檢查插入後 的結果是否能維持可行並獲得改善，再決定接受改 善效果最好的位置進行插入。
資料來源：[14]
2.5 小結 小結 小結 小結
一、混合式軸輻網路路線問題屬於國內外文獻仍未深入探討的新課題。除了 Liu et al.提及外，並無相同課題的文獻可供參考。
二、軸輻式網路近期的發展大致上可以分為兩大類型。第一種類型屬於層級式 軸輻網路。主要是將網路做階層式的組合(主線+支線)，根據每一個階層所 適用的範圍與特性，設計一個適用於此一階層的路線與裝卸貨方式。最後 再將每一個階層的策略組合起來，形成各種不同的層級式軸輻網路，如主 線直達+支線巡迴。優點是可將層級網路做一個連貫，但缺點是無彈性的 模式容易造成運輸成本浪費。第二種類型屬於單一階層式的混合式策略。
主要是將同一階層的路線問題採取兩種以上的路線模式去建構此一階層的 網路，對於實務上的網路問題此種混合策略是較有彈性的，可依據營運規 模做內部營運網路的調整，但缺點是要考慮多樣性的路線方式，可能會造 成求解問題上的困難度。
三、Liu et al.認為當網路結構擴大時，使用啟發式解法比數學規劃法來的有效 率。雖然無法求得最佳解，但考慮解題速度上，運用啟發式演算法能夠有 效率的提高解題速度。在混合式路線產生時可依據 Liu et al.採用的路線節 省法進行路線改善。
四、在混合策略方面，回顧文獻中共有三種運輸路線：軸輻式、直達式與巡迴 式，但文獻中僅 Liu et al.在同一階層中使用軸輻式與直達式兩種路線來做 混合求解，其他文獻在單一階層中也只考慮使用一種路線。故本研究將探 討此三種路線加以混合應用在國內汽車路線貨運業內部網路轉運中心-轉 運中心的研究。
第三章 第三章 第三章
第三章 解題架構 解題架構 解題架構 解題架構設計 設計 設計 設計
根據文獻回顧，國內汽車路線貨運業內部營運網路可分為主線路線與支線 路線，主線是屬於轉運中心-轉運中心的運輸，而支線屬於轉運中心-營業所的 運輸。因此，內部營運網路可以說是一種層級式的網路模式。許多研究將轉運 中心-轉運中心的路線只用簡單的雙向路線(直達式路線)來表示，但實際上只適 用於小型的內部營運網路。譬如，只有兩個轉運中心的營運網路，就只能夠使 用直達式的路線。但汽車路線貨運業的服務範圍較廣，整條路線上會有許多個 轉運中心，且每個轉運中心都有對其他轉運中心的貨物流量，且貨物量遠大於 外部網路各分區的量，若僅採取直達式路線將造成龐大的車輛與時間成本。因 此，本研究僅考慮主線網路轉運中心與轉運中心之間的網路設計，選擇軸輻式、
直達式與巡迴式等三種路網模式，並將其混合以適用各種貨物量需求的內部營 運網路系統。
大致上，「混合式軸輻網路路線問題(MHASRP)」與「軸輻式網路問題」不 同之處，在於軸輻式網路屬於僅採取一種路網結構之運輸模式。然而，本研究 提出之 MHASRP 乃是在單一層級的網路架構中，除考慮軸輻式路線外還包含 了巡迴式路線與直達式路線。由於轉運中心具有將貨物集中運送的特性，為了 降低成本，車輛與貨物的行進路線不見得會相同；再加上轉運時間的限制，車 輛路線與貨物流量都必須要滿足轉運時間的要求；所以 MHASRP 須考慮車輛 路線、貨物流量與轉運時間之整體路線規劃。
3.1 問題定義 問題定義 問題定義 問題定義
茲將本研究所探討的問題定義為「混合式軸輻網路路線問題」，如圖 3.1 之 示意圖 所示 ，這 是一 種結合 軸輻 式(Hub-and-Spoke)路線、直達配送(Direct Delivery)路線與巡迴(Vehicle Routing)路線之內部營運網路模式，可應用於我國 汽車路線貨運業之轉運中心對轉運中心的路線規劃問題。
圖 3.1 混合式軸輻路網示意圖 本研究對於 MHASRP 問題的假設條件可歸納如下：
量(月台數)限制。
(二) 軸心場站必須要等到所有需轉運的車輛都抵達後，才能開始進行轉 運作業(時間窗)。
二、車輛方面：
(一) 車輛數無限制，且車輛速度均相同。
(二) 每一車輛出發的地點，設定為此車輛所屬之場站，且必須在最大工 時限制下回到所屬場站。
(三) 最大工時表示內部運輸必須於一固定時間內完成，並非指司機的工 作時數。
(四) 車輛載貨方面可分為去承載貨與回承載貨。
(五) 各例題所有車輛之容量均相同(單一車種)。
(六) 車輛可載運多種不同目的地轉運中心的貨物，並且不超過車容量限 制。
(七) 車輛路線與貨物路線各自獨立，貨物運送到目的地過程中，可使用 一台以上的車輛進行載運。
(八) 直達車輛優先運送貨物。
(九) 當貨物流量不平恆時，車輛可空車前往其他轉運中心，以便回程載 貨。
(十) 車輛可至任一轉運中心。
三、作業方面：
(一) 車輛在其他轉運中心裝卸貨必須要花費裝卸貨時間。
(二) 若車上載貨為單一目的地的貨物量，則考慮直達。
(三) 轉運作業時，優先指派與貨物相同目的地之回頭車進行裝載。
(四) 車輛經過非所屬場站與軸心時，可同時處理裝卸貨作業。
(五) 總作業時間包括車輛路線時間、裝卸貨時間、停等時間與轉運作業 時間。
四、貨物方面：
(一) 所有貨物需在最大工時限制完成運送。
(二) 貨物可經由換車轉運完成運送作業。
(三) 每一轉運中心的貨物都可分割，分割單位至少為 1 貨件量。
(四) 總需求量等於總供給量。
在最佳化目標方面，由於實際訪談汽車路線貨運業者發現，內部長途運輸 中很容易受到貨流量不平衡的狀況，產生大量的空車回程問題。故若能提高車 輛的承載率，就能減少車輛的使用數。因此本研究設定 MHASRP 問題之目標 為：
(一) 第一目標：總車輛趟次數最少，車輛出去服務回到原場站算一個趟 次。
(二) 第二目標：總作業時間最少。
茲根據問題特性來界定之假設與最佳化目標，彙整如表 3.1 所示。
表 3.1 MHASRP 之問題特性
問題特性 轉運中心
1. 多轉運中心且區位已知 2. 轉運時間窗長度固定 3. 裝卸貨時間已知
車輛方面
1. 單一車種，車輛數假設無限制 2. 車輛有容量限制
3. 車輛速度已知且固定
需求方面 1. 需求量已知 2. 需求量可分割
3. 總需求量等於總供給量 假設方面
服務方式
1. 同時裝卸貨
2. 車輛及貨物流量守恆
3. 內部營運網路：轉運中心-轉運中心 4. 最大工時限制
5. 轉運時間窗限制
目標方面 最佳化目標 1. 總車輛趟次最少 2. 總作業時間最少
歸納上述對 MHASRP 問題的特性描述可知，MHASRP 的主要目的雖然在 於車輛路線規劃，但其與傳統 VRP 相關問題卻有極大的差異，包括：(1)
MHASRP 有三種路線型態（軸幅、直達、巡迴），VRP 通常只有一種路線型態
（巡迴）；(2) MHASRP 處理各場站點對點之間貨物需求量的裝卸與運送（故場 站之間的運輸是相互關聯影響的），VRP 處理各顧客點貨物的遞送或收取（通 常為單一場站的作業，若為多場站的情形，彼此間作業亦相互獨立）；(3) MHASRP 各場站的貨物量通常大於車輛容量（故允許貨物分批配送，每個場站 可多車進出），VRP 各顧客點的貨物量必須小於車輛容量（不允許分批配送，
每個顧客點只能由一車服務）；(4) MHASRP 必須同時考慮車輛路線與貨物流量 的守恆，VRP 則只須考慮車輛路線守恆；(5) MHASRP 中，車輛在軸心場站時 必須於某一時間窗內進行轉運，亦即先到達的車輛無法先裝載貨物並離開。由 上述可知，MHASRP 確實是一個相當複雜的問題。
3.2 整 整 整 整體 體 體 體解題架構 解題架構 解題架構 解題架構
本研究之解題架構可以分為兩個模組：第一個模組是起始解建構模組；第 二個模組是改善解模組。MHASRP 需考量車輛路線成本、轉運作業的最大工時 上限、車輛容量上限、轉運地點以及需求量可切割等特性，而車輛路線與載運 的貨物會根據轉運地點來決定。在起始解建構模組方面，主要是以「軸輻式網 路」為主，選定轉運地點，令其他轉運站可以指派車輛將需轉運的貨物運送至 該選定的轉運地點進行轉運，轉運地點將貨物重新分配好之後，再指派給車輛 運送至貨物的目的地，可知這兩次的指派是有順序性的，故將車輛分為兩階段
的車輛指派，第二階段主要負責由轉運地點出去各轉運站的車輛指派；而改善 解模組方面，主要是以直達式路線與巡迴式路線進行改善起始路線。整個 MHASRP 之解題執行架構如圖 3.2 所示。
圖 3.2 MHASRP 之解題執行架構
3.3 起始解建構模組 起始解建構模組 起始解建構模組 起始解建構模組
本研究在起始解路線建構方面，以三個階段來進行，即在所有轉運站中心 中，再選定一個軸心(Hub)當轉運地點；接著，對於第二階段進入軸心的路線進 行建構，各個轉運中心指派車輛將貨物直接運往軸心，在軸心進行貨物轉運的 工作；最後，對於第三階段從軸心指派車輛將貨物分送到各個轉運中心的路線 進行建構。第二階段與第三階段的路線建構皆必須在不違反車輛容量限制與最 大工時限制之下進行收/送貨，車輛也必須在最大工時限制之下回到原出發的轉 運中心。整個起始解建構模組如圖 3.3 所示。各階段之詳細內容，說明如後。
圖 3.3 MHASRP 起始解模組執行架構
3.3.1 選擇選擇選擇選擇軸心軸心軸心軸心
在選擇軸心方面，隨著所選擇的軸心不同，進而影響到各個轉運中心到達 軸心的相對距離；除此之外，貨物的流動方式也會隨著軸心而有所不同。然而 就算選擇能夠建構最佳起始解的軸心，在經過本研究的改善解法之後，也不一 定能夠保證比其他同樣經過改善解法後較差的起始解來的更好。因此本研究採 取窮舉法的策略，在最大工時限制下，以軸心進行起始解的建構，而軸心則具 有轉運時間窗的限制。此外，每一家汽車路線貨運業者的規模不同，短中長期 策略也不同，在基本的限制之下，窮舉法產生的各種結果也能夠提供業者在各 種情境下做決策的依據。
3.3.2 進入進入進入進入軸心軸心軸心軸心的路線建構的路線建構的路線建構 的路線建構
此階段主要是由其他的轉運中心指派車輛將貨物直接運往軸心。轉運中心 的貨物量是從外部網路集中而來，故每個轉運中心的貨物量皆有可能超過一台 車的容量，若此轉運中心需要指派到軸心的貨物量超過了一台車的容量，就必 須將此轉運中心的貨物量做分割，將剩下的貨物指派給其他車輛；此外由於轉 運中心的貨物是從外部網路集中而來，對於汽車路線貨運業而言，需要跨區的 貨物必須依靠內部網路(轉運中心-轉運中心)進行貨物的運輸，到達該貨物迄點 所屬的分區轉運中心，借此完成跨區的運送。如圖 3.4 所示。假設有一貨物 Q1 在營業所 1 收件，而貨物 Q1 的迄點為營業所 2，則該貨物只需要在分區 A 就 能夠完成貨物運送的作業；若假設有另一貨物 Q2 在營業所 1 收件，而貨物 Q2 的迄點為營業所 3，則該貨物需要從轉運中心 A 運送至轉運中心 B，造成貨物
在分區 A 收集到的貨物起點皆是屬於 A 轉運中心，但是貨物的迄點卻可以分為 A、B 與 C 轉運中心等三個地點，所以一個轉運中心對外的貨物需求/供給屬於 一對多的狀況。若將任一轉運中心當作一個需求點/供給點，在貨物裝車時，需 要進行貨物量分割的動作。例：轉運中心 A 有 2000 單位的貨物需運送至轉運 中心 C，但車輛容量僅 1000，故需將轉運中心 A-C 的貨物量分割為兩台車輛來 服務。因此本研究在貨物裝車部分，分為二種情境。第一種情境為單一車輛車 上貨物迄點相同且裝滿整車；第二種情境為單一車輛車上貨物迄點與貨物量不 盡相同。
圖 3.4 分區示意圖
本研究假設每一個轉運中心都有屬於自己的車輛，在進行內部網路時，最 後都必須在最大工時限制之下回到車輛所屬的轉運中心。當車輛裝載好貨物之 後，就直接前往軸心，便完成進入轉運地點的路線建構。如圖 3.5 所示。
H
B A
D C
轉運中心：
路線(1)：
軸 心： H
A B C D
圖 3.5 進入軸心的路線建構示意圖
3.3.3 軸心指派出去的路線建構軸心指派出去的路線建構軸心指派出去的路線建構軸心指派出去的路線建構
本研究將貨物在軸心處理轉運作業的時間稱為轉運時間窗，而在轉運時間 窗開始之前，必須要等到所有車輛都抵達軸心，才能夠開始進行轉運時間窗的 動作；經過這段作業時間之後，所有的貨物與車輛皆集中在軸心，軸心開始指
派車輛服務這些貨物。此一階段的指派可分為 3 種路線；(1)回頭車優先指派：
當貨物的迄點與車輛所屬的轉運中心相同時，則優先指派該車輛裝載貨物回到 該轉運中心。(2)空車回程利用指派：當路線(1)完成後，若還有車輛與貨物尚未 指派，則考量在最大工時限制之下，指派多的車輛去服務剩下的貨物，最後回 到車輛所屬的場站。(3)加派車輛：承接路線(1)與(2)之後，若車輛已經全數指派 完畢而還有貨物尚未指派，則軸心必須在產生加派車輛來服務所有剩下的貨 物，最後回到車輛所屬的場站。若貨物已經指派完畢且尚有車輛未指派，則只 能空車回程。此外，若該車輛路線內行經非車輛所屬的轉運中心或軸心，則必 須加入車輛在此轉運中心的裝卸貨時間。整體路線建構之示意圖如圖 3.6 所示。
其中回頭車優先指派的路線有 H-A、H-B、H-C 與 H-D；空車回程利用指派路 線有 H-C(服務 C 的貨物且需要裝卸貨時間)-D(車輛回到所屬轉運中心)；加派 車輛路線為 H-A(服務 A 的貨物且需要裝卸貨時間)-H。
圖 3.6 軸心指派出去的路線建構示意圖 3.3.4 起始解起始解起始解起始解
將指派進入軸心的路線建構加上軸心指派出來的路線建構，就組合成為了 一個完整的起始解，如圖 3.7 所示。路線(1)表示各車輛從所屬轉運中心直接抵 達軸心，接著回到所屬轉運中心，如 A-H-A、B-H-B、C-H-C 與 D-H-D；路線 (2)表示抵達軸心之後，再去服務其他轉運中心，最後回到所屬轉運中心，如 D-H-C-D；路線(3)表示從軸心出發的加派車輛，到某一轉運站服務剩下的貨物，
最後回到軸心，如 H-A-H。
圖 3.7 MHASRP 之起始解示意圖 起始解建構模組的步驟如下：
當作軸心，開始建構起始解；若是則進入步驟 10。
步驟 2：各個轉運中心裝載需至軸心進行轉運的貨物，首先檢查是否有任一起 迄點對貨物流量超過車容量，若有則優先裝載此類貨物至剩下的貨物 量無法裝滿整車為止；若無則進入步驟 3。
步驟 3：此時所有貨物的起迄點對流量皆不超過車容量，首先以相同起迄點對 的貨物一起裝載至車輛上，裝完則換下一種起迄點對相同的貨物直至 裝滿車容量為止。若裝滿車容量時，此一起迄點對的貨物尚未裝完，
則分割剩下該起迄點對的貨物，留待裝載至下一車輛。除了軸心之外 的轉運中心皆需將所有貨物裝載完畢。
步驟 4：各轉運中心指派以裝載完畢之車輛前往軸心，並計算所有車輛的路線 時間，記錄最慢抵達軸心的車輛，並記錄其他較早抵達軸心車輛的停 等時間。
步驟 5：軸心開始進行轉運作業，將所有進入軸心的車輛與貨物加總至軸心(包 含軸心本身的貨物量)。
步驟 6：軸心檢查回頭車輛與貨物迄點有無相同之組合，若有則優先指派該回 頭車輛裝載貨物回程；若無則進入步驟 7。
步驟 7：若尚有車輛與貨物未指派，則檢查在最大工時限制下，任一車輛能否 從軸心運送貨物至貨物迄點的轉運中心並卸下貨物，最後回到車輛所 屬的轉運中心。若有則進行空車回程利用指派，若無則進入步驟 8。
步驟 8：若尚有車輛未指派，則變成空回程車輛直接回程；若尚有貨物未指派，
則軸心產生新的車輛(此車目前的工時為零)進行貨物的運送作業，車輛 運送至貨物迄點將貨物卸下之後回到軸心。
步驟 9：檢查所有車輛是否超時與是否尚有貨物未完成運輸作業，若有則表示 該軸心無可行解；若無則記錄此軸心的起始解。進入步驟 1。
步驟 10：完成起始解並結束。
起始解建構模組流程如圖 3.8 所示。
圖 3.8 起始解建構模組流程圖
3.4 改善 改善 改善 改善解 解 解 解模組 模組 模組 模組
本研究所採用的改善解模組可分為兩大類：(一)直達式路線替換模組；(二) 巡迴式路線合併模組。在執行(鄰域)搜尋改善模組時，決定接受哪一個鄰近解 來進行交換的準則，稱為「接受策略」(Acceptance strategy)，其策略一般有兩 種：（1）最佳改善策略（Best-improve），是從所有鄰域搜尋範圍之內的鄰解，
選擇一個改善最多的鄰解進行交換；及（2）首先改善策略（First-improve），在 所有鄰域搜尋範圍之內，只要有鄰解可以改善就進行交換。目前無法證明此兩 種策略之優劣，但從執行效率上使用「首先改善」選擇策略優於「最佳改善」
選擇策略。故本研究在改善解模組中，全部採用「首先改善」選擇策略。本研 究整個改善解模組之執行架構如圖 3.9 所示。至於各模組之詳細內容，則說明 如後。
圖 3.9 改善解模組流程 3.4.1 直達式路線替換模組直達式路線替換模組直達式路線替換模組直達式路線替換模組
由於軸輻式網路的設計，造成所有貨物都需要經過軸心進行轉運，再經由 別的車輛將貨物送達。而直達式路線主要是在兩個轉運中心之間往返，對於原 本需要透過轉運方式才能送達的貨物，改為車輛直達的方式運輸，能夠降低起 始解的時間成本與車輛數量。但插入直達路線必須要滿足三個條件，第一個條 件是直達車輛裝載的貨物必須與車輛直達的目的地是相同的；第二個條件是此 車輛必須是滿載貨物的情況；第三個條件是插入直達路線後必須要比原路線的 總作業時間成本低，才能夠替換成直達式路線。如圖 3.10 所示，依照直達前的 路線，B 要到 A 的貨物，必須 A 與 B 都發出車輛將貨物運往 H，透過 H 來進 行貨物交換的作業，再由回 A 的車輛將貨物運回 A，才能夠完成運輸作業；而 使用直達式的路線替換之後，即貨物的運輸路線不需要經過 H，可由直達後的 路線完成運輸作業。
圖 3.10 直達式路線替換示意圖
然而實際上改變的不僅僅只有路線，貨物流動的方向也隨著路線改變而改 變，原本需要進入 H 的貨物量以及從 H 出去的貨物量都已經改變，故直達路線 產生時必須要更新軸心的進出貨物量。隨著軸心貨物量的改變，由起始解軸心 指派的部分也需要重新規劃，此一舉動也會間接牽涉到車輛派遣路線，並且車 上的貨物也會隨之改變。為了方便說明將起始解的部分路線擷取出來說明，以 圖 3.11、3.12、3.13 與 3.14 為例。圖 3.11 中除了軸心 H 之外，另有兩個轉運中 心 A 與 B，產生的起始解路線共有兩種，路線(1)共有 4 條路線，路線(2)共有 1 條路線。此時開始檢查所有路線，看是否有滿足插入直達路線三個條件的路線，
在圖 3.12 中，此時找到一條滿足條件的路線，即車上貨物的目的地皆是 B 且此 車為滿載狀況，先將此路線記錄下來，準備開始替換路線。此階段將找到滿足 條件的直達路線進行替換，替換規則為原路線的總時間(包含車輛路線時間、裝 卸貨時間、停等時間與轉運作業時間)與替換之後的總時間(包括車輛路線時間 與裝卸貨時間)相比，若時間較少，則替換路線。如圖 3.13 所示，將原 A-H-A 的路線替換成 A-B-A 的路線。此一路線原本是在 H 裝卸貨，在替換之後變更為 在 B 裝卸貨，到達 B 之後將貨物卸下然後裝載回成的貨物回到 A，因此這是一 個同時裝卸貨的狀態。
H
B A
轉運中心：
路線(1)：
軸 心： H
路線(2)：
A B
圖 3.11 直達式替換路線分解圖(1)
圖 3.12 直達式替換路線分解圖(2)
H
B A
直達路線：
轉運中心：
路線(1)：
軸 心： H
路線(2)：
A B
圖 3.13 直達式替換路線分解圖(3)
由於直達路線造成貨物流向改變，所以在起始解部分就要找出受到貨物流 量改變而影響的轉運中心，重新指派車輛的裝卸貨與路線。以圖 3.14 為例，由 於直達路線的替換造成路線(2)調整為路線(1)，不僅僅是路線調整，此一路線車 輛上的貨物也會改變，主要是受到直達路線造成貨物流向改變。因此在處理直 達式路線替換模組時，除了將滿足條件的軸輻式路線替換成直達式路線之外，
還需要處理間接受到影響的起始解路線。
圖 3.14 直達式替換路線分解圖(4) 直達式路線替換模組的步驟如下：
步驟 1：檢查起始解是否有屬於情境 1 的車輛，若有找到該車輛則進入步驟 2，
若無則直接進入步驟 9。
步驟 2：計算路線替換的時間；起始解路線時間=車輛路線時間+等待最慢車輛 抵達的時間+轉運時間窗；直達式路線時間=車輛路線時間+裝卸貨時 間。
步驟 3：比較兩路線時間大小，若能改善(降低)時間則替換路線，進入步驟 4；
若無法改善成本則進入步驟 9。
步驟 4：該直達式車輛裝載該抵達轉運中心的回程貨物(即貨物目的地與車輛場 站相同者)，並駛回車輛所屬的場站。
步驟 5：由於原需進入軸心轉運的貨物量已經更改為直達路線，故需更新直達 路線起迄點對之轉運中心進入軸心車輛的裝載貨物量。
步驟 6：檢查到達軸心的最慢車輛是否改變，若改變則更新等待時間與轉運作 業起始時間。
步驟 7：更新軸心指派出去的車輛路線與貨物裝載資料。
步驟 8：檢查在車輛運輸全程中(包含去程與回程)有無空車，若有則刪除該車輛 趟次。
步驟 9：結束。
直達式路線替換模組流程如圖 3.15 所示。
圖 3.15 直達式路線替換模組流程圖 3.4.2 巡迴式路線合併模組巡迴式路線合併模組巡迴式路線合併模組巡迴式路線合併模組
在完成軸輻式與直達式路線之後，此一階段的巡迴式路線合併模組，主要 是合併兩車輛的服務量與路線，進而減少所需使用的車輛數。由於起始解使用 軸輻式網路，造成車輛去程與回程的貨物需要個別計算，因此在合併車輛時，
必須同時考量此兩車輛的去程貨物合併以及回程貨物合併的可行性。經由實際 訪談得知汽車路線貨運業者的營業所、中繼站或轉運站都具備讓貨物暫時放置 於該地點的功能，因此巡迴式路線合併模組另外一項特色則是可以沿途裝卸 貨，以提高車輛承載效率。起始解產生時，去回程加總最多只能載運二倍的車 容量，但是沿途裝卸貨的特色可提升車輛的承載效率。
本研究採取沿途停靠裝卸貨的策略時，有以下二項假設：
假設 1：
車輛行駛途中若遇到轉運中心(非軸心)則車上抵達此轉運中心迄點的貨物 先卸貨下車，便不需要進入轉運站進行轉運的動作，可節省到貨時間與車輛空 間。節省的空間便可以在此轉運中心裝載新的貨物之後繼續前往軸心進行轉運。
假設 2：
運中心再取貨，可節省車輛空間且此類貨物便不需要進入軸心進行轉運。
一般車輛合併的情況，需要兩車輛的載貨量皆不為滿載的條件，才能夠執 行合併的機制。但由以上兩點，本研究發現除了去回程皆散裝車的合併之外，
還可以考慮去程滿車回程散裝車合併去回程皆散裝車的策略。為了方便敘述本 研究將「去程滿車回程散裝車合併去回程皆散裝車」的策略設為代號 C1；而「去 回程皆散裝車合併去回程皆散裝車」的策略設為代號 C2。以圖 3.16 為例，巡 迴前的路線，A 與 B 都有一車輛路線來回 H，分別進入 H 進行轉運作業，再各 自回到 A 與 B。至於巡迴後的路線，則是從 A 發車，先抵達 B，且利用各轉運 中心皆可暫時放置貨物的特性，將車輛上目的地為 B 的貨物卸下，再將 B 的貨 物裝上車，此時 B-A(起點 B 終點 A)的貨物不需要上車，留待回程的時候再取 貨，車輛前往 H 進行貨物交換的作業，此時 H 所集中的貨物量會減少 A-B(再 進入 H 前已經服務完畢)與 B-A(還放在 B)的貨物，這些貨物量將從回程的貨物 量扣除，接著車輛離開 H 前往 B，將抵達 B 的貨物卸下並將 B-A 的貨物裝上 車，最後駛回 A。
圖 3.16 巡迴式路線合併示意圖 巡迴式路線合併模組的步驟如下：
步驟 1：先計算 C1 合併之後的時間成本與容量，並檢查去程與回程個別有無超 過最大工時與車容量上限的限制條件，若超過則進入步驟 4，若無則進 入步驟 2。
步驟 2：開始正式合併 C1，產生巡迴式路線。
步驟 3：更新進入軸心的貨物量與車輛指派，且刪除全程無載貨量的車輛。
步驟 4：檢查 C1 與 C2 是否皆執行過，若無則進入步驟 5，若皆執行過則進入 步驟 8。
步驟 5：先計算 C2 合併之後的時間成本與容量，並檢查有無超過最大工時與車 容量上限的限制條件，若超過則進入步驟 8，若無則進入步驟 6。
步驟 6：開始正式合併 C2，產生巡迴式路線。
步驟 7：更新進入軸心的貨物量與車輛指派，且刪除全程無載貨量的車輛。
步驟 8：結束。
巡迴式路線合併模組流程如圖 3.17 所示。
圖 3.17 巡迴式路線合併模組流程圖
第四章 第四章 第四章
第四章 實驗設計與測試結果分析 實驗設計與測試結果分析 實驗設計與測試結果分析 實驗設計與測試結果分析
為確認本研究提出之 MHASRP 的可行性及啟發式方法的解題績效，特進 行實證設計與例題測試分析。本章之 4.1 節說明測試例題之產生方式及其參數 整理，4.2 節說明測試實證之目的與內容，4.3 節彙整測試實證之結果並進行分 析，最後於 4.4 節說明本研究蒐集之實際個案案例之測試結果。
4.1 測試例題產生 測試例題產生 測試例題產生 測試例題產生
由於 MHASRP 為一新型態的問題，目前尚未有標竿例題可供選擇，故本 研究必須自行產生期測試例題。為使例題能更符合實務業界的情況，本研究根 據實際訪談多家國內汽車路線貨運業者，發現具有貨物轉運功能的站所並不 多，且業者在內部長途運輸網路上屬於直線型散佈，像是台北、台中與高雄等 相對位置。因此本研究在設計測試例題時，依據轉運中心的散佈位置設計為三 個類型，分為(a)有中心點型、(b)直線型與(c)圓型。圖 4.1 顯示出本研究所設計 之三種轉運中心散佈位置類型。在轉運中心數量方面，上述三種位置類型皆設 計了 5、6 與 7 個轉運中心數之題目規模。在車容量方面則設計有兩種組合：大 車容量 1000 單位與小車容量 250 單位。
0 10 20 30 40
0 20 40 60 80
(a)有中心點型
0 20 40 60 80
0 20 40 60
(b)直線型
0 20 40 60
0 20 40 60 80
(c)圓型
圖 4.1 轉運中心散佈位置類型
此外，由於不同方向的貨物量比例與大小對路線規劃也會有所影響，故在 貨物需求量方面也設計了四種類型：均勻小量、單一大量、去多回少與均勻大 量。其中均勻小量型表示該轉運中心對其他轉運中心的需求量低於大車容量 (1000)，且各需求量差異不大；單一大量型表示僅某一轉運中心點對的需求量高 於大車容量，其餘點對的需求量皆低於大車容量；去多回少型主要以均勻小量
型為基準，將某一轉運中心對其他轉運中心的需求量減少一半，而其他轉運中 心對此一轉運中心的需求量加倍，其餘點對的需求量則維持不變；均勻大量型 表示該轉運中心對其他轉運中心的需求量高於大車容量，且各需求量差異不大。
在上述：散佈位置、轉運中心數、車容量與貨物量之組合下，總共可以產 生72題測試例題，其組合方式如表4.1所示。其他參數設定方面，包括轉運作業 時間窗的長度假設為30分鐘、中途停靠站的裝卸貨時間為10分鐘、最大工時限 制為3小時(180分鐘)與車輛速度為60(公里/小時)。
表 4.1 測試例題組合表
題號 散佈位置 轉運中心數 車容量 貨物量 1 有中心點型 5 1000 單一大量型 2 有中心點型 6 1000 單一大量型 3 有中心點型 7 1000 單一大量型
4 直線型 5 1000 單一大量型
5 直線型 6 1000 單一大量型
6 直線型 7 1000 單一大量型
7 圓型 5 1000 單一大量型
8 圓型 6 1000 單一大量型
9 圓型 7 1000 單一大量型
10 有中心點型 5 1000 均勻小量型 11 有中心點型 6 1000 均勻小量型 12 有中心點型 7 1000 均勻小量型
13 直線型 5 1000 均勻小量型
14 直線型 6 1000 均勻小量型
15 直線型 7 1000 均勻小量型
16 圓型 5 1000 均勻小量型
17 圓型 6 1000 均勻小量型
18 圓型 7 1000 均勻小量型
19 有中心點型 5 1000 去多回少型 20 有中心點型 6 1000 去多回少型 21 有中心點型 7 1000 去多回少型
22 直線型 5 1000 去多回少型
23 直線型 6 1000 去多回少型
24 直線型 7 1000 去多回少型
25 圓型 5 1000 去多回少型
26 圓型 6 1000 去多回少型
27 圓型 7 1000 去多回少型
表 4.1 測試例題組合表(續)
題號 散佈位置 轉運中心數 車容量 貨物量 30 有中心點型 7 1000 均勻大量型
31 直線型 5 1000 均勻大量型
32 直線型 6 1000 均勻大量型
33 直線型 7 1000 均勻大量型
34 圓型 5 1000 均勻大量型
35 圓型 6 1000 均勻大量型
36 圓型 7 1000 均勻大量型
37 有中心點型 5 250 單一大量型 38 有中心點型 6 250 單一大量型 39 有中心點型 7 250 單一大量型
40 直線型 5 250 單一大量型
41 直線型 6 250 單一大量型
42 直線型 7 250 單一大量型
43 圓型 5 250 單一大量型
44 圓型 6 250 單一大量型
45 圓型 7 250 單一大量型
46 有中心點型 5 250 均勻小量型 47 有中心點型 6 250 均勻小量型 48 有中心點型 7 250 均勻小量型
49 直線型 5 250 均勻小量型
50 直線型 6 250 均勻小量型
51 直線型 7 250 均勻小量型
52 圓型 5 250 均勻小量型
53 圓型 6 250 均勻小量型
54 圓型 7 250 均勻小量型
55 有中心點型 5 250 去多回少型 56 有中心點型 6 250 去多回少型 57 有中心點型 7 250 去多回少型
58 直線型 5 250 去多回少型
59 直線型 6 250 去多回少型
60 直線型 7 250 去多回少型
61 圓型 5 250 去多回少型
62 圓型 6 250 去多回少型
63 圓型 7 250 去多回少型
64 有中心點型 5 250 均勻大量型
表 4.1 測試例題組合表(續)
題號 散佈位置 轉運中心數 車容量 貨物量 65 有中心點型 6 250 均勻大量型 66 有中心點型 7 250 均勻大量型
67 直線型 5 250 均勻大量型
68 直線型 6 250 均勻大量型
69 直線型 7 250 均勻大量型
70 圓型 5 250 均勻大量型
71 圓型 6 250 均勻大量型
72 圓型 7 250 均勻大量型
4.2 實驗設計 實驗設計 實驗設計 實驗設計
本研究針對方法與模組之組合方式，進行測試之實驗設計。整個測試過程 可分成以下三個實驗，整理如表4.2所示，表中各實驗內容，說明如後。
表 4.2 實驗設計
實驗名稱 實驗目的
實驗一 起始解與最終解之解題績效比較
實驗二 直達式路線替換模組與測試例題類型之組合分析 實驗三 巡迴式路線合併模組與測試例題類型之組合分析
一、實驗一：針對起始解與最終解之解題結果進行比較，共 72 題。由於本研究 第一目標為總車輛趟次最小，第二目標為總作業時間最小。總作業時間包 括車輛旅行時間、裝卸貨時間、貨物轉運時間與車輛停等時間。從起始解 經由改善解的改善時，以車輛趟次改善率為第一考量，總作業時間改善率 為第二考量。因此，為了追求最小車輛趟次可能必須增加作業時間成本，
而造成作業時間成本改善率為負值的狀況；然而，若因減少車輛趟次而造 成超過最大工時的限制，也是無法接受改善的。故若要改善車輛趟次必須 在最大工時的限制條件以內。其公式如下：
(4.1) - ×100%
= 起始解
最終解 改善率 起始解
二、實驗二：觀察直達式路線替換模組對起始解的績效，但直達式路線替換的 規則，必須是要有滿裝車的狀況出現，即需滿足單一點對需求量超過車容 量的例題才能夠產生，因此車容量 1000 與需求量均勻小量型、去多回少型 的組合例題無法產生滿裝車的狀況，故挑選題號 1-9 與 28-72 等共 54 題進 行測試比較。
三、實驗三：觀察巡迴式路線合併模組對直達式路線模組解的績效，主要是觀 察巡迴式路線合併轉運路線的可能性與總時間之影響，共 72 題進行測試比 較。
