基于TransCAD的物流配送VRP解决方案
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“十一五”纲要提出建设资源节约型社会的基本方针。物流作为现代服务业，为国民经济的健康发展和社会生活水平的日益提高提供重要的保障，如何建立资源节约型物流，实现最大物流、最小成本，成为当前物流业发展的一大热点。运输是物流系统中的关键环节，降低物流成本首要的是降低运输成本，而通过配送方案的规划，合理地选择运输路径，避免迂回运输，降低空驶率，提高车辆的利用率，实现运输距离最短、运输费用最小，是建立节约型物流的最有效途径。因此，物流配送过程中的车辆路径问题(Vehicle Routing Problem，VRP)成为现代物流活动中的一项关键技术。由于目前国内相关的系统化、集成化的计算机软件系统较为鲜见，迫切需要采用先进的信息技术，将相关的理论研究与实践相结合，为现代物流规划管理提供最优解决方案。TransCAD是目前世界上最为流行的运输规划软件系统，拥有丰富的路径和物流模型，为物流信息化管理与决策提供了良好的基础平台。
一、物流配送VRP问题简述
1．物流配送VRP问题的提出
在现实中经常存在这样一类问题：某一地区的货物，需要运送到多个不同的地区，如何确定费用最小的运输方案并且合理高效利用运输车辆?这个问题可以分几种情况进行分析，如果货物量大，车辆满载运行，则按最短路径行驶到达目的地，即可完成运输任务，车辆空驶返程，运输资源浪费较大，还需考虑回程运输问题。若货物量较少，车辆不能满载，利用率较低，则需要考虑用一辆车完成多项任务。总之，这种将各分散的需要点有序地组织起来、联合送货，同时考虑返程货物运输的方式就是配送运输的基本特点，也是车辆路径问题(VRP)需要解决的，如图1所示。
2．物流配送VRP问题的研究
车辆路径问题(VRP)，又称运输调度问题(Vehicle Routingand Scheduling Problem)。经典的VRP可描述为：有多个货物需求点，已知每个需求点的需求量及位置，至多用m辆汽车从配送中心(或中心仓库)送货，每辆汽车载重量一定，安排汽车路线，要求每条路线不超过车辆载重量，目标是使运距最短或者运输费用最少。VRP包括两部分内容，其一是行车路线的设计，其二是出行时间表的安排。
由于VRP问题具有应用的广泛性和社会经济的重大价值性，一直受国内外学者的普遍关注，针对实践中的具体问题，在经典VRP问题的基础上不断发展和演变，形成多种形态的VRP问题，如多配送中心的车辆路径问题(Multiple-de－pot Vehicle Routing Problems，MDVRP)、带能力约束的车辆路径问题(Capacitated Vehicle Rout-ing Problems，CVRP)、带时间窗的车辆路径问题(Vehicle RoutingProblems with Time Windows，VRPTW)、追求最佳服务时间的车辆路径问题(Vehicle RoutingProblems with Defined Time，VRPDT)、多种车型的车辆路径问题(Fleet Size and mix VehicleRouting Problems，FSVRP)、考虑回程运输的路径问题(VehicleROuting Problems withBackhauls，VRPB)、动态需求路径问题(Dynamic Vehicle RoutingProblems，DVRP)等。
二、TransCAD中VRP的解决方案
TransCAD(Routing andLogistics)中的Vehicle Routing模型，提供了丰富的VRP解决方案，由简单的经典VRP问题。到多配送中心的VRP、带时间窗的VRP、回程运输VRP、收，发货混合型的VRP等等，几乎涵盖了当今VRP问题中的大部分内容。(注在以下分析中，配送中心为货物发送的起始地点，零售点是货物的需求地点。)
1．TransCAD中VRP考虑的因素
(1)多配送中心问题(Multiple-aepot problem)。在经典的VRP问题中，一般假定只有一个配送中心。在TransCAD中，考虑了两个以上的配送中心向多个零售点配送货物，零售点可以向任何一个配送中心提出货物请求。
(2)带时间窗VRP(VRP withTime Window，VRPTW)。这是在经典的VRP基础上增加了对配送过程中的时间约束。在TransCAD中，对时间窗分为几类：一类，配送中心的服务时间约束，如配送中心全天24小时提供服务，也可以通过对开始服务时间和结束服务时间进行约束，设定配送中心的服务时间日程；二类，零售点的接收货物的时间约束。零售点可以向配送中心提出特殊的配送时间要求，如要求在某一具体时间段内送达货物；三类，零售点的卸货时间约束，在TmnsCAD中卸货时间划分为两部分，其中一部分为固定时间，如办理验货手序所花费的时间，另一部分是随着卸货量的多少变化的时间；四类，车辆出行的全程时间约束，要求车辆在一定时间范围内完成所有的送货任务。这些时间约束都具有一定的实际应用价值。
(3)考虑回程运输VRP(VRPwith Backhauls，VRPB)。当车辆完成所有零售点的运货任务之后，安排车辆访问回程货物地点。这样可以大大降低返程空驶率，减少运输资源的浪费。
(4)收、发货混合型VRP(VRPmixed pickup and delivery)。这主要是考虑各个零售点实际需求，允许零售点既可以接收货物，同时又可以发送货物。在整个配送过程中，送货和收货可以同时进行，从而更加充分地提高车辆的使用效率。
(5)开放型VRP(Open-endedVRP，OVRP)。上述VRP方案中。都要求车辆从配送中心出发。将货物发送到各个零售点，最后又返回到该配送中心，形成一个闭合环型的车辆路径。而开放型OVRP。则不再要求车辆返回到始发的配送中心，车辆在完成最后一项送货任务时可以终止，形成非闭合环型的车辆路径。这在实际中也较普遍，如配送中心租用社会车辆，车辆完成配送任务后，可以不返回到配送中心。
2．TransCAD中VRP功能实现
假定有两个配送中心，25个零售点，其空间分布如图2所示。
已知配送中心的服务时间、车辆类型，以及每类车型的载重量、车辆数目和租用费用，并且已知每个零售点的货物需求量、收货时间。通过TransCAD中VehicleRouting模型运算，得到多配送中
心、带时间窗的VRP解决方案。
分析结果一：
在整个设计方案中，一共形成5条车辆路径。其中“配送中心一”派送3辆车，形成路径编号为3、4、5的3条路径；“配送中心二”派送2辆车，形成路径编号为1、2的2条路径。车辆路径设计方案如图3所示。
“配送中心一”配送货物量为139个单位，行驶总距离是24．2个单位，车辆出行总时间是10：54；“配送中心二”配送货物量为95个单位，行驶总距离是14．1个单位，车辆出行总时间是16：42。两个配送中心共同完成配送货物量为234个单位，满足所有零售点的运输需求。车辆路径配送方案相关指标统计见表1所示。
分析结果二：
模型为每一辆车制订了详细的出行路径和出行时间表。下面对路径编号为No．1的路径进行具体分析。车辆2：56pm从“配送中心二”出发，顺序经过Stop 14、Stop 12、Stop 11、Stop 7、Stop 16，最后返回到“配送中心二”，满足每个零售点的收货时间要求(在此定义为营业时间)和货物需求量，如Stop14的营业时间3：00pro～12：00pm，需要4个单位的货物，而配送车辆在3：00pm到达，3：50pm离开，送达4个单位的货物，满足Stop 14的配送需求。依次可见，按照车辆出行方案，配送车辆可以满足各个零售点的配送需求。路径No．1车辆出行方案如明细表2所示。TransCAD生成车辆出行时间方案如图4所示。
分析结果三：
为了进一步说明VRP配送对运输系统的优化功能。将VRP配送方案与“点对点”运输进行对比分析。所谓“点对点”运输，即在不采用配送方案的情况，每个零售点都有一辆车从其中同一个配送中心出发来送货，然后直接返回到该配送中心，并假定车辆在配送中心与零售点两点之间的往返距离相同，车速相同。并且选择出行时间和出行距离作为评价指标，其中出行时间包括车辆旅行时间和服务时间(车辆在零售点验货、装卸等花费的时间)，服务时间不受运输方案的影响。在此，将VRP配送分别与“配送中心一”点对点运输、“配送中心二”点对点运输进行评价分析。分析结果见表3。数据表明，VRP配送的旅行时间占点对点运输的32．1％和37．5％，节约近60％～70％的时间，同时减少了近三分之二的出行距离。由此可见，VRP配送是节约型物流最有效的途径。
三、结束语
通过以上分析不难看出，基于transcad的物流配送vrp方案，可以行之有效地解决“最大物流、最小成本”这一热点问题。此外，TransCAD还提供了较为丰富的相关的物流模型，对我国的现代物流核心技术的信息化研发具有宝贵的借鉴意义。
在物流业发达的国家和地区，之所以能够用更少的成本运送更多的货物，提供效率更高、质量更优的服务，关键一点在于大量先进的信息化平台的运用。随着全球经济一体化以及我国工业化、城市化进程的加快、科学技术的发展，系统化、网络化、集成化的物流信息管理平台，必将在我国的物流业中得到更为广泛的应用。在这个过程中，引进并吸收国外先进的信息技术，必将促进我国物流信息化、现代化的发展。