
一、引言
隨著我國經濟的發展,現代物流已成為社會和企業的生產、供應是否能夠高效運作的關鍵。配送是將貨物從物流結點送達收貨人的過程,是物流的一個重要環節,直接與消費者或客戶溝通連接。配送需要按照客戶要求,按照需求貨物的種類、數量、時間等方面要求進行運送,是“配”和“送”的有機結合。配送的線路、車輛規劃是否合理將很大程度上影響配送的成本、效益、速度和服務質量。當前,物流網絡覆蓋范圍較大、客戶較多、時間要求精確對于配送提出了更高的要求,對于及時性、準確性更加苛刻。因此,采用科學、合理、高效的方法確定配送線路和車輛調度計劃,變得至關重要。
國內外許多研究對于配送線路安排問題(VRP)和配送車輛優化調度問題(VSP)都有了深入的探討,建立了相關的模型和算法。但將模型與日常配送系統的運作相結合更為關鍵,在構建計算機配送優化系統前,需要對于模型和系統進行試驗、確認,以保證系統模型對解決目標問題的匹配性和高效性。因此,需要建立一個合理的計算機模擬環境對系統模型進行驗證和確認,以及對系統未來運行狀況的模擬、評估。
物流配送車輛路徑問題的仿真研究,即是將對解決車輛線路安排、車輛調度問題與計算機系統仿真技術相結合,達到將系統模型與現實需求目標相匹配的目的。
本文將對物流配送規劃模型加以討論,并且以具有時間窗的整數規劃模型為例對其中模型的參數的計算機仿真生成和系統仿真方法進行針對性的探討。
二、配送車輛優化調度問題研究
(一)配送車輛優化調度問題研究概況
一般認為,不考慮時間要求,僅根據空間安排線路時稱為VRP(Vehicle Routing Problem)問題,當引入時間等約束時成為VSP(Vehicle Scheduling Problem)問題。由于Scheduling比Routing范圍大,因此一般統稱為車輛優化調度問題VSP。
VSP的算法國內外有大量的研究,主要分為精確算法和啟發式算法兩類。因為VSP問題是NP-困難問題,采用精確算法如:分支定界法、割平面法等運籌學算法時計算量隨需規劃的規模成指數增長,在現實中無法實現或很不經濟。專家們致力于研究近似的得出較優解得算法,即啟發式算法。該類研究成果很多主要包括:
1、構造算法(Constructive Algorithm)
包括:節約法(C-W)、插入法等
2、兩階段算法(Two Phase Algorithm)
包括:先路徑后分組法、先分組后路徑法等
3、亞啟發式算法(Met heuristics Algorithm)
包括:退火算法、遺傳算法和神經網絡算法等
本文重點討論系統仿真方法,對各模型算法不做詳細的討論,僅以具有時間窗的整數規劃模型為例針對性的給出系統仿真隨機數產生方法及仿真方法。其他模型及算法可根據其原理進行推廣。
(二)配送車輛優化調度問題的模型建立
建立的數學模型一般有整數規劃模型和集合劃分模型兩種,這里主要討論整數規劃模型。為了具有一定代表性和適用性,因此建立帶有時間窗的整數規劃模型為范例:
目標:車輛總運輸費用最低;
假設:使用的車輛全部相同,搬運作業時間相同,不能早于或晚于預約時間一定時間,搬運成本不計入運輸費用
增加采用硬時間窗約束,建立模型如下:
s.t.
其中:
N——區域中需求點集合,N={0,1,2,……,n};
——需求點i需求量;
——車輛k服務的需求點集;
——車輛k的容量;
——i到j的單位運輸費用;
——需求點i預約最早時間;
——需求點i預約最晚時間;
——車輛k抵達需求點i的時刻;
——由點i到j之的間隔時間,包括行程時間和搬運作業時間,即:,為ij間距,v為車速(取校內限速);
M——較大的正整數;
三、配送車輛優化調度模型的數據仿真
(一)仿真隨機數的生成
為了測試配送車輛優化調度模型的合理性和系統整體性能,需要進行計算機仿真。此時由于沒有真實的預約信息和用戶信息,需要對用戶的預約細節信息進行計算機生成,應采用隨機數產生的方法產生預約的用戶編號(位置)、每個用戶的預約量、預約時間,以便對模型進行參數的輸入和賦值,即對關鍵參數:、,進行仿真數據生成。
由于沒有系統中沒有實際的訂單,需要模擬預約生成的情況,而且客戶的分布、預約數量和時間要有一定得合理性,即符合系統預測的情況或歷史數據。鑒于本系統沒有歷史數據,只有預測的用戶分布和預約服務的情況,客戶預約情況都服從由調查結果和預測值得出的一定概率分布。
從理論上,服從某一分布的隨機數都可以通過對IID[0,1]均勻分布的隨機數進行適當的轉換得到,因此正確生成[0,1]上的均勻分布的隨機數就想得尤其重要。但計算機無法生成完全隨機的數字,需要借用一定方法進行隨機數的生成,方法大致可以分為三類:
1、專用的隨機數表
用已制作好的隨機數表進行提取。但由于本系統需要的隨機數量較大,且需要把隨機數表輸入系統,將占用大量的內存,所以不采用該方法。
2、物理方法
利用電子管、放射粒子計數器或晶體管噪聲發生器等物理隨機數發生器直接產生。考慮經濟性和延展性,本系統不可能采用該方法。