一種基於第三方物流集配中心的運輸調度方法及其調度系統的製作方法
2023-07-31 05:39:06 2
專利名稱：一種基於第三方物流集配中心的運輸調度方法及其調度系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種運輸調度方法及其調度系統，它基於第三方物流集配中心實現。
背景技術：
隨著市場競爭加劇，在加工-裝配式供應鏈，如汽車、電子產品及家用電器製造領域，為了快速響應客戶需求和保持行業競爭力，製造廠商通常會要求供應商對生產線實施準時制配送以支持準時制生產。為了滿足零部件多批次、小批量的生產線準時制配送要求，在供應鏈運作的實踐中逐漸出現了許多專注於物流集配服務的第三方物流集配中心。大型的第三方物流集配中心往往服務於同類行業的多家製造商。第三方物流集配中心是指由第三方物流進行運作，對大量不同供應商供應的物料及零部件統一進行庫存管理，再根據各個製造商的生產計劃將所需的物料及零部件小批量多批次地配送至各製造商的生產工位的物流節點。
在以往傳統的第三方物流配送模式下，第三方物流企業根據每個製造商的訂單要求分別安排運力，不存在訂單被拆分配送的情況，但是由於訂單貨物數量與運力匹配不佳等問題，物流運力一定程度上被浪費，運輸資源得不到充分的利用。而在基於第三方物流集配中心的物流運作模式下，第三方物流集配中心同時服務於同類行業的多家製造商，車輛以固定的頻率和相對穩定的運力發往製造商所在的各個地區。在相同地區各製造商的配送訂單可以共用車輛運輸。車輛的出發、到達時間以及運力由第三方物流事先確定，各製造商的配送訂單可以拆分/合併運輸。在考慮運輸成本，以及訂單提早配送/延遲配送成本的情況下將訂單與運輸計劃相匹配。這種新的物流運作模式充分利用了第三方物流的運輸資源，降低了供應鏈的總體成本。
由於在加工-裝配行業，上述基於第三方物流集配中心的物流運作模式尚處於發展階段，與之相適應的運輸調度方法和系統都還比較缺乏。目前已有運輸調度方法主要運用於第三方物流根據一家製造商的配送訂單制定調度計劃的情況，運輸工具的調度服從製造商的生產調度，即運輸工具的出發時間完全由某一個訂單的需求時間決定。參見Chen，Z.L.andVairaktarakis，GL.Integrated Scheduling of Production and DistributionOperations.Management Science[J]，2005，51(4)614-628。這些已有的運輸調度方法並不能很好地適應基於第三方物流集配中心的物流運作模式的需要。
發明內容
本發明解決的技術問題是提出了一種基於第三方物流集配中心的運輸調度方法，該方法可以滿足第三方物流集配中心同時對同類行業的多家製造商進行準時制配送的運輸調度要求，本發明還提供了實現該方法的運輸調度系統。
本發明提供的基於第三方物流集配中心的運輸調度方法，其步驟包括 第1步獲取第三方物流集配中心的不同目的地車輛運力和出發、到達時間信息，以及製造商的物料及零部件配送訂單信息； 第2步將所有的訂單分成可拆分運輸訂單和不可拆分運輸訂單兩部分； 第3步分別按照下述兩種方式對可拆分運輸訂單和不可拆分運輸訂單進行處理； 可拆分訂單處理方式包括下述過程(3.1.1)至(3.1.7) (3.1.1)將所有可拆分運輸訂單按目的地進行分類， 設i為可拆分運輸訂單的序號，1≤i≤N，f為配送可拆分運輸訂單的車輛的序號，1≤f≤M，N為可拆分運輸訂單總數，M為配送可拆分運輸訂單的車輛總數；每個訂單i的訂單量記為Qi，每輛車f的可用運力記為Capf；設A表示所有可拆分運輸訂單的目的地中的任一個，對發往不同目的地A的訂單分別按照步驟(3.1.2)至(3.1.7)進行處理； (3.1.2)判斷目的地A的計劃內運力總和是否滿足準備發往該目的地的配送訂單總量的需求，如果是，直接進入步驟(3.1.3)，否則增加額外運力，使發往該目的地的運力總和滿足準備發往該目的地的配送訂單總量的需求，然後進入步驟(3.1.3)； (3.1.3)若到達目的地A的時間比訂單要求到達時間早，訂單i中單位數量物品持有成本記為PEif；若到達目的地A的時間比訂單要求到達時間晚，訂單i中單位數量物品遲到懲罰成本記為PLif，訂單i由車輛f配送的運輸成本按計劃內運力與額外運力分為兩種計劃內運力的單位數量物品運輸成本為NCf、額外運力的單位數量物品運輸成本為SCf； 利用式(I)或式(II)逐一計算目的地A中每個訂單i與每個車輛f運力相匹配的單位匹配成本cif， cif＝PEif+PLif+NCf式(I) cif＝PEif+PLif+SCf式(II) 利用逐一計算得到的單位匹配成本cif，構建目的地A的訂單與車輛運力的單位匹配成本矩陣P (3.1.4)將矩陣P中所有元素cif均初始設置為「未標註」，當有訂單與車輛運力相匹配後，在矩陣P中，被分配完畢的訂單對應的行元素將被全部標註；類似地，被分配完運力的車輛所對應的列元素也將被全部標註； (3.1.5)在矩陣P中，選取未被標註的最小元素，設該最小元素對應的訂單號為i1，車輛序號為f1，即訂單i1與車輛f1的運力進行匹配，匹配量記為
表示訂單i1中數量為
的物品由車輛f1運輸，此時，將訂單i1的訂單量
改為車輛f1的可用運力
改為 (3.1.6)若更改後的表明其對應的訂單已分配完畢，則標註矩陣P中第i1行的所有元素；若更改後的表明f1對應的車輛運力已分配完畢，則標註矩陣P中第f1列的所有元素； (3.1.7)若矩陣P中所有元素均被標註，即表示發往目的地的A的所有訂單已全部分配完畢，由所有
構成的序列即為最優配送調度方案，轉入步驟(5)；否則，轉步驟(3.1.5)重複進行； 不可拆分訂單處理方式包括下述過程(3.2.1)至(3.2.5) (3.2.1)將不可拆分訂單按目的地進行分類，設i′為不可拆分運輸訂單的序號，1≤i′≤N′，f′為配送不可拆分運輸訂單的車輛的序號，1≤f′≤M′，N′為不可拆分運輸訂單總數，M′為配送不可拆分運輸訂單的車輛總數；每個訂單i′的訂單量記為Qi′，每輛車f′的可用運力記為Capf′；對發往不同目的地B的訂單i′分別按照步驟(3.2.2)至(3.2.5)進行處理；其中B表示所有不可拆分運輸訂單的目的地中的任一個； (3.2.2)設i1′為不可拆分運輸訂單中未匹配的訂單的序號，判斷目的地B是否存在未匹配訂單i1′的訂單量
大於當前所有車輛f′的可用運力Capf′，若有，則增加可用運力大於其訂單量的額外運力車輛，然後進入步驟(3.2.3)；若沒有則直接進入步驟(3.2.3)； (3.2.3)計算每個未匹配的訂單i1′由每一可用運力大於其訂單量的車輛運輸至目的地的總成本，該總成本等於其訂單量乘以其單位匹配成本，單位匹配成本為按照步驟(3.1.3)中的式(I)或式(II)的方法逐一計算得到；取其中最小的總成本對應的車輛進行預匹配，設f1′為該最小的總成本所對應的車輛的序號，則將訂單i1′預匹配給車輛f1′，記為 (3.2.4)對預匹配到每一車輛f′上的訂單的訂單量按從大到小排序，得到序列C，在序列C中取前j個訂單，使序列C中第1個至第j個訂單的訂單量之和小於等於Capf′，且使序列C中第1個至第j+1個訂單的訂單量之和大於Capf′，取消序列C中第j個訂單之後的各訂單與車輛f′的預匹配關係，在車輛f′的可用運力中減去序列C中第1個至第j個訂單的訂單量之和作為其新的可用運力為Capf′；即將序列C中第1個至第j個訂單確定匹配給車輛f′； (3.2.5)判斷是否所有訂單都已經匹配完畢，若所有訂單都已經匹配完畢，則調度結束，所有確定匹配關係的
所構成的序列即為最優配送調度方案，進入步驟(4)；若還有訂單未與車輛相匹配，則返回步驟(3.2.2)繼續進行。
第4步輸出調度結果，結束調度過程。
實現權利要求上述的運輸調度方法的運輸調度系統，其特徵在於它包括訂單數據輸入模塊、車輛運力信息輸入模塊、訂單拆分分析模塊、運輸調度模塊、以及調度結果輸出模塊；運輸調度模塊包括第一、第二匹配模塊； 訂單數據輸入模塊用於接收製造商的物料及零部件配送訂單，並傳送給訂單拆分分析模塊； 車輛運力信息輸入模塊用於接收第三方物流發往各個地點的車輛運力及出發、到達時間信息，並轉送給運輸調度模塊； 訂單拆分分析模塊用於對來自訂單數據輸入模塊的配送訂單進行可拆分性分析，將可拆分訂單輸出到第一匹配模塊，不可拆分訂單輸出到第二匹配模塊； 運輸調度模塊用於進行待配送訂單和第三方物流的車輛運力的匹配運算； 第一匹配模塊接收來自訂單拆分分析模塊的可拆分訂單信息及模塊的車輛運力及出發到達時間信息，按照所述可拆分訂單處理方式進行匹配運算； 第二匹配模塊接收來自訂單拆分分析模塊的不可拆分訂單信息及車輛運力信息輸入模塊的車輛運力及出發到達時間信息，按照所述不可拆分訂單處理方式進行匹配運算； 第一、第二匹配模塊的調度匹配結果輸出到調度結果輸出模塊輸出。
本發明針對一種新的物流模式-基於第三方物流集配中心的物流運作模式，根據實踐中的切實需求，考慮配送訂單的可拆分性，對可拆分訂單進行拆分運輸，充分利用了第三方物流的運輸資源，在車輛運力、配送時間給定的情況下可以實現以較小成本滿足訂單需求的運輸調度目標(理論上可以實現最小成本)，滿足了這種新的物流運作模式中進行運輸調度的要求。
圖1為本發明提供的調度方法的結構示意圖。
圖2為本發明調度系統的結構示意圖。
圖3為本發明調度方法中可拆分運輸訂單與車輛運力匹配算法流程圖。
圖4為本發明調度方法中不可拆分運輸訂單與車輛運力匹配算法流程圖。
具體實施例方式 下面結合附圖和實例對本發明作進一步詳細的說明。
本運輸調度方法及其調度系統適用於第三方物流集配中心的物流運作。其調度方法的總體流程圖如圖1所示，實現本發明方法的系統的結構如圖2所示。本發明系統包括訂單數據輸入模塊1、車輛運力信息輸入模塊2、訂單拆分分析模塊3、運輸調度模塊4、以及調度結果輸出模塊5。運輸調度模塊4包括可拆分訂單與車輛運力匹配模塊41、不可拆分訂單與車輛運力匹配模塊42。
大型的第三方物流集配中心往往服務於同類行業的多家製造商，根據各個製造商的生產計劃將其所需的物料及零部件按一定的配送頻率送至各製造商的生產工位。由於第三方物流集配中心服務於多家製造商，並不是專屬服務於某一家製造商，所以其車輛運力的發車時間及發車頻率往往相對穩定，第三方物流事先制定好運力計劃後通過車輛運力信息輸入模塊2輸入調度系統。各製造商將物料及零部件需求計劃通過調度系統的訂單數據輸入模塊1發送至集配中心，訂單拆分分析模塊3根據訂單所要求配送的物品性質及數量決定對訂單是否進行拆分運輸。例如，體積小、價值高的物品，如晶片、光電子零部件等歸為不可拆分運輸的訂單；體積大、價值相對較低的物品，如大型機械部件、消耗型原材料等歸為可拆分運輸的訂單。
對於可拆分運輸的訂單，運輸調度模塊4中的第一匹配模塊41首先判斷發往每個目的地的車輛運力的總和是否滿足發往該目的地的訂單的訂單量總和。若不滿足，則需增加額外運力，一般而言，額外運力的單位數量物品運輸成本要高於計劃內運力的單位數量物品運輸成本，然後按照發明內容步驟(3.1.3)中的式I和式II逐一計算每個訂單與每一車輛相匹配的單位匹配成本cif，並構建每個目的地的訂單與車輛運力的單位匹配成本矩陣P 若滿足，則不增加額外運力，直接計算並構建單位匹配成本矩陣P。
初始時，矩陣P中所有元素cif均設置為「未標註」。在矩陣P中，選取未被標註的最小元素，表示該未被標註的最小元素的下標所對應序號的訂單與車輛運力進行匹配，匹配量為車輛可用運力與訂單量的較小值。更改匹配後的該訂單的訂單量為原訂單量減去匹配量，更改車輛可用運力為原車輛運力減去匹配量，即為訂單拆分匹配後的剩餘訂單量和車輛的剩餘可用運力。例如，若矩陣P中的最小未標註元素為
第i1號訂單的訂單量為
第f1號車輛的可用運力為
則將第i1號訂單中的數量為
的物品匹配到第f1號車輛上。然後更改第i1號訂單的訂單量為更改第f1號車輛的可用運力為顯然，更改後的
必然至少有一個為零。若更改後的訂單量
為零，則表示該訂單已經全部匹配完畢，將其對應的行元素全部標註，該訂單不再需要進行匹配。若更改後的車輛的可用運力
為零，則表示該車輛的運力已經全部匹配完畢，將其對應的列元素全部標註，該車輛不再需要進行匹配。而後，在矩陣P中重新選擇最小未標註元素，繼續對訂單及車輛進行匹配，直到矩陣P中所有的元素都被標註，則表明所有的訂單已經全部匹配到合適的車輛上。其算法流程如圖3所示。可拆分運輸訂單的最後的匹配結果傳遞到調度結果輸出模塊5。
對於不可拆分運輸的訂單，運輸調度模塊4中的第二匹配模塊42首先判斷發往每個目的地的訂單中是否存在未匹配訂單的訂單量大於每一發往該目的地的車輛的可用運力。若存在，則增加可用運力大於其訂單量的額外運力車輛；若不存在，則不增加額外運力車輛。將每個訂單的訂單量與可用運力大於其訂單量的車輛進行匹配的單位匹配成本相乘，得到每個訂單與每一可用運力大於其訂單量的車輛相匹配的總成本。對於不可拆分運輸訂單的匹配過程分為「預匹配」與「確定匹配」兩個階段。首先，對每個不可拆分運輸的訂單，選擇其匹配總成本最小的車輛進行預匹配。在這個階段後，每個訂單都對應一個預匹配的車輛，每個車輛則對應若干預匹配訂單。第二個階段，分別對每一個車輛上預匹配的訂單按訂單量從大到小排序，每一車輛對應得到一個訂單序列，在該序列中取前j個訂單，使序列中第1個至第j個訂單的訂單量之和小於或等於對應車輛的運力，且使序列中第1個至第j+1個訂單的訂單量之和大於對應車輛的運力。取消該序列中第j個訂單之後的各訂單與對應車輛的預匹配關係，而第1個至第j個訂單則確定匹配給對應的車輛。在「確定匹配」階段之後，更改每一車輛的可用運力為原運力減去確定匹配訂單的訂單量之和作為其新的可用運力。例如，車輛f1′的可用運力為
其上有n個預匹配訂單，按訂單量從大到小排序，將排序後的訂單量依次記為Q1′，Q′2，……，Qn′，則有Q1′＞Q′2＞…＞Qn′，若且則將訂單量Q′1，Q′2，…，Q′j所對應的預匹配訂單確定匹配給車輛f1′，並且取消訂單量Q′j+1，Q′j+2，…，Qn′所對應的預匹配訂單與車輛f1′的預匹配關係。然後更改車輛f1′的可用運力重新判斷是否存在未匹配的訂單的訂單量大於每一車輛的可用運力。若是，則增加可用運力大於其訂單量的額外運力車輛，然後重新對未匹配的訂單進行「預匹配」及「確定匹配」；若不存在，則直接重新對未匹配的訂單進行「預匹配」及「確定匹配」。算法流程如圖4所示。直至所有訂單都確定匹配完畢後，將不可拆分運輸訂單的最後的匹配結果傳遞到調度結果輸出模塊5。
調度結果輸出模塊5通過可視化的界面，將最終調度結果顯示給第三方物流管理人員。
本發明不僅局限於上述具體實施方式
，本領域一般技術人員根據本發明公開的內容，可以採用其它多種具體實施方式
實施本發明，因此，凡是採用本發明的設計結構和思路，做一些簡單的變化或更改的設計，都落入本發明保護的範圍。
權利要求
1、一種基於第三方物流集配中心的運輸調度方法，其步驟包括
第1步獲取第三方物流集配中心的不同目的地車輛運力和出發、到達時間信息，以及製造商的物料及零部件配送訂單信息；
第2步將所有的訂單分成可拆分運輸訂單和不可拆分運輸訂單兩部分；
第3步分別按照下述兩種方式對可拆分運輸訂單和不可拆分運輸訂單進行處理；
可拆分訂單處理方式包括下述過程(3.1.1)至(3.1.7)
(3.1.1)將所有可拆分運輸訂單按目的地進行分類，
設i為可拆分運輸訂單的序號，1≤i≤N，f為配送可拆分運輸訂單的車輛的序號，1≤f≤M，N為可拆分運輸訂單總數，M為配送可拆分運輸訂單的車輛總數；每個訂單i的訂單量記為Qi，每輛車f的可用運力記為Capf；設A表示所有可拆分運輸訂單的目的地中的任一個，對發往不同目的地A的訂單分別按照步驟(3.1.2)至(3.1.7)進行處理；
(3.1.2)判斷目的地A的計劃內運力總和是否滿足準備發往該目的地的配送訂單總量的需求，如果是，直接進入步驟(3.1.3)，否則增加額外運力，使發往該目的地的運力總和滿足準備發往該目的地的配送訂單總量的需求，然後進入步驟(3.1.3)；
(3.1.3)若到達目的地A的時間比訂單要求到達時間早，訂單i中單位數量物品持有成本記為PEif；若到達目的地A的時間比訂單要求到達時間晚，訂單i中單位數量物品遲到懲罰成本記為PLif，訂單i由車輛f配送的運輸成本按計劃內運力與額外運力分為兩種計劃內運力的單位數量物品運輸成本為NCf、額外運力的單位數量物品運輸成本為SCf；
利用式(I)或式(II)逐一計算目的地A中每個訂單i與每個車輛f運力相匹配的單位匹配成本cif，
cif＝PEif+PLif+NCf式(I)
cif＝PEif+OLif+SCf式(II)
利用逐一計算得到的單位匹配成本cif，構建目的地A的訂單與車輛運力的單位匹配成本矩陣P
(3.1.4)將矩陣P中所有元素cif均初始設置為「未標註」，當有訂單與車輛運力相匹配後，在矩陣P中，被分配完畢的訂單對應的行元素將被全部標註；類似地，被分配完運力的車輛所對應的列元素也將被全部標註；
(3.1.5)在矩陣P中，選取未被標註的最小元素，設該最小元素對應的訂單號為i1，車輛序號為f1，即訂單i1與車輛f1的運力進行匹配，匹配量記為
表示訂單i1中數量為
的物品由車輛f1運輸，此時，將訂單i1的訂單量
改為車輛f1的可用運力
改為
(3.1.6)若更改後的表明其對應的訂單已分配完畢，則標註矩陣P中第i1行的所有元素；若更改後的表明f1對應的車輛運力已分配完畢，則標註矩陣P中第f1列的所有元素；
(3.1.7)若矩陣P中所有元素均被標註，即表示發往目的地的A的所有訂單已全部分配完畢，由所有
構成的序列即為最優配送調度方案，轉入步驟(5)；否則，轉步驟(3.1.5)重複進行；
不可拆分訂單處理方式包括下述過程(3.2.1)至(3.2.5)
(3.2.1)將不可拆分訂單按目的地進行分類，設i′為不可拆分運輸訂單的序號，1≤i′≤N′，f′為配送不可拆分運輸訂單的車輛的序號，1≤f′≤M′，N′為不可拆分運輸訂單總數，M′為配送不可拆分運輸訂單的車輛總數；每個訂單i′的訂單量記為Qi′，每輛車f′的可用運力記為Capf′；對發往不同目的地B的訂單i′分別按照步驟(3.2.2)至(3.2.5)進行處理；其中B表示所有不可拆分運輸訂單的目的地中的任一個；
(3.2.2)設i′1為不可拆分運輸訂單中未匹配的訂單的序號，判斷目的地B是否存在未匹配訂單i′1的訂單量
大於當前所有車輛f′的可用運力Capf′，若有，則增加可用運力大於其訂單量的額外運力車輛，然後進入步驟(3.2.3)；若沒有則直接進入步驟(3.2.3)；
(3.2.3)計算每個未匹配的訂單i′1由每一可用運力大於其訂單量的車輛運輸至目的地的總成本，該總成本等於其訂單量乘以其單位匹配成本，單位匹配成本為按照步驟(3.1.3)中的式(I)或式(II)的方法逐一計算得到；取其中最小的總成本對應的車輛進行預匹配，設f′1為該最小的總成本所對應的車輛的序號，則將訂單i′1預匹配給車輛f′1，記為
(3.2.4)對預匹配到每一車輛f′上的訂單的訂單量按從大到小排序，得到序列C，在序列C中取前j個訂單，使序列C中第1個至第j個訂單的訂單量之和小於等於Capf′，且使序列C中第1個至第j+1個訂單的訂單量之和大於Capf′，取消序列C中第j個訂單之後的各訂單與車輛f′的預匹配關係，在車輛f′的可用運力中減去序列C中第1個至第j個訂單的訂單量之和作為其新的可用運力為Capf′；即將序列C中第1個至第j個訂單確定匹配給車輛f′；
(3.2.5)判斷是否所有訂單都已經匹配完畢，若所有訂單都已經匹配完畢，則調度結束，所有確定匹配關係的
所構成的序列即為最優配送調度方案，進入步驟(4)；若還有訂單未與車輛相匹配，則返回步驟(3.2.2)繼續進行。
第4步輸出調度結果，結束調度過程。
2、實現權利要求1所述的運輸調度方法的運輸調度系統，其特徵在於它包括訂單數據輸入模塊(1)、車輛運力信息輸入模塊(2)、訂單拆分分析模塊(3)、運輸調度模塊(4)、以及調度結果輸出模塊(5)；運輸調度模塊(4)包括第一、第二匹配模塊(41、42)；
訂單數據輸入模塊(1)用於接收製造商的物料及零部件配送訂單，並傳送給訂單拆分分析模塊(3)；
車輛運力信息輸入模塊(2)用於接收第三方物流發往各個地點的車輛運力及出發、到達時間信息，並轉送給運輸調度模塊(4)；
訂單拆分分析模塊(3)用於對來自訂單數據輸入模塊(1)的配送訂單進行可拆分性分析，將可拆分訂單輸出到第一匹配模塊(41)，不可拆分訂單輸出到第二匹配模塊(42)；
運輸調度模塊(4)用於進行待配送訂單和第三方物流的車輛運力的匹配運算；
第一匹配模塊(41)接收來自訂單拆分分析模塊(3)的可拆分訂單信息及模塊(2)的車輛運力及出發到達時間信息，按照所述可拆分訂單處理方式進行匹配運算；
第二匹配模塊(42)接收來自訂單拆分分析模塊(3)的不可拆分訂單信息及車輛運力信息輸入模塊(2)的車輛運力及出發到達時間信息，按照所述不可拆分訂單處理方式進行匹配運算；
第一、第二匹配模塊(41、42)的調度匹配結果輸出到調度結果輸出模塊(5)輸出。
全文摘要
一種基於第三方物流集配中心的運輸調度方法及其調度系統，是一種在車輛運力計劃已確定的前提下，配送訂單與車輛運力計劃相匹配的優化調度方法及其調度系統。與現有的運輸調度計劃相比，考慮了訂單的拆分運輸問題，針對可拆分運輸的訂單和不可拆分運輸的訂單，分別採用了不同的匹配方法。對可拆分運輸的訂單和不可拆分運輸的訂單分別進行匹配，有利於形成更好的運輸調度方案，降低配送成本。運輸調度系統由訂單數據輸入模塊、車輛運力信息輸入模塊、訂單拆分分析模塊、運輸調度模塊、以及調度結果輸出模塊組成。該系統實時接收製造商的配送訂單信息，並根據集配中心輸入的車輛運力計劃，對配送訂單與車輛運力自動進行優化匹配，形成運輸調度方案。
文檔編號G06Q10/00GK101604416SQ20091006322
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月21日 優先權日2009年7月21日
發明者馬士華, 李昆鵬, 焜 黃 申請人:華中科技大學