CN112766547B - 一种基于成本最优的运输模型算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于成本最优的运输模型算法，包括以下步骤：构造取货路线的可行解：使用循环时间作为关键参数，计算出各个供应商在循环时间内相应零件以及可循环包装数量，进行供应商串联并更新所处取货路线的循环时间，更新循环时间后重新进行判断直到没有零件可以纳入到模型中；循环上述过程直至所有供应商都串联到各个取货路线中，构造取货路线的可行解；利用成本因素计算方法构造可行取货路线的运输成本模型：运输模式成本包括车辆成本、运输车辆司机成本、燃油成本、仓储成本、其他费用成本，分别对上述各运输模式成本建立运输模式成本模型，整合各运输模式成本模型后，获得运输成本模型；使用迭代算法对运输成本模型迭代求解。

Description

一种基于成本最优的运输模型算法
技术领域
本发明属于汽车物流技术领域，具体涉及一种基于成本最优的运输模型算法，是一种在库存能力约束前提下,基于拉动式看板要货方式的运输路线规划方法。
背景技术
主机厂消耗零件后会触发要货，运输车辆按照要货种类及数量，携带空器具前往厂家装货，在规定循环时间内完成取货工作。
物流行业日新月异，物流企业不断通过资源优化整合降低经营成本、提高核心竞争力。运输业务是现代物流服务中不可或缺的一部分，运输路线的设计和路线的选择往往能很大程度上影响运输的整体成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于成本最优的运输模型算法，以循环取货数学模型为基础，构建初始可行解并通过算法寻找近似最优解，解决路线设计问题，以达到降低成本的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于成本最优的运输模型算法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、构造取货路线的可行解：使用循环时间作为关键参数，计算出各个供应商在循环时间内相应零件以及可循环包装数量，在车辆可容纳零件的前提下进行供应商串联并更新所处取货路线的循环时间，更新循环时间后重新进行判断直到没有零件可以纳入到模型中；循环上述过程直至所有供应商都串联到各个取货路线中，构造取货路线的可行解；
步骤二、在步骤一构造的取货路线可行解基础上，利用成本因素计算方法构造可行取货路线的运输成本模型：运输模式成本包括车辆成本、运输车辆司机成本、燃油成本、仓储成本、其他费用成本，分别对上述各运输模式成本建立运输模式成本模型，整合各运输模式成本模型后，获得运输成本模型；
步骤三、使用迭代算法对运输成本模型迭代求解。
进一步地，所述步骤一中的循环时间是调度人员收集要货看板、单据人员打印单据、卡车司机进入卸货口、叉车司机空可循环包装装车、卡车司机在途驾驶、供应商处空满交换以及卸货口卸载零件的时长之和。
进一步地，所述步骤一中，供应商串联基于节约里程法：记录主机厂与各个供应商之间点对点的行驶时间，以及供应商到供应商之间点对点的行驶时间，计算两两供应商到主机厂的行驶时间减两两供应商之间的行驶时间并降序排列；排列由上向下依次连接路线。
进一步地，所述步骤二中，所述车辆成本C1＝车辆数×单台年折旧＝(车辆取货时长ts/全天标准工作时长)×单台年折旧＝ts*k1；
其中，常数k1＝单台年折旧/全天标准工作时长；
车辆取货时长
进一步地，所述步骤二中，所述人员成本C2＝车辆数×全天班次数×单位司机成本
＝(车辆取货时长ts/全天标准工作时长)×全天班次数×单位司机成本＝ts*k2
其中，常数k2＝全天班次数×单位司机成本/全天标准工作时长。
进一步地，所述步骤二中，所述燃油成本C3＝燃油消耗量×燃油单价＝行驶里程数×单位里程油耗×燃油单价＝在途耗时tc×o×单位里程油耗×燃油单价＝tc*k3，其中常数k3＝o×单位里程油耗×燃油单价；
其中，
进一步地，所述步骤二中，所述仓储成本C4＝(库存面积s1-原有规划面积)×新增单位面积边际成本+规划面积成本＝s1*k4+k5；
其中，常数k4＝新增单位面积边际成本；
常数k5＝规划面积成本-原有规划面积×新增单位面积边际成本。
进一步地，所述步骤二中，零件种类及零件高储值会影响仓储面积：
高储库存量＝2×零件所处路线的循环时间×产线节拍×单产品用量+k6
＝2×零件所处路线的循环时间×单产品用量×k7+k6
其中，常数k7＝产线节拍；
零件j的仓储面积＝【高储库存量/可循环包装容量/库内堆垛层数】×零件j可循环包装长×零件j可循环包装宽/叉车通道系数，叉车通道系数是指仓储面积与整体面积的比例；
对于零件j，可循环包装容量、库内堆垛层数、可循环包装尺寸以及叉车通道系数固定，则：
零件j的仓储面积＝【(2×零件所处路线的循环时间tj×单产品用量k1j×k7+k6)/可循环包装容量k2j/库内堆垛层数k3j】×零件j可循环包装长k4j×零件j可循环包装宽k5j/叉车通道系数
即，零件j的仓储面积＝【(2tj*k1j*k7+k6)/k2j/k3j】*k4j*k5j/k8
其中，常数k8＝叉车通道系数。
进一步地，所述步骤二中，构造可行取货路线中有m条路线，n种零件，则运输成本模型为：
其中：xi为路线i单趟耗时；yi为路线i趟次；zi为路线i单趟耗时；tj为零件j所处路线的循环时间；k1j为零件j单产品用量；k2j为零件j可循环包装容量；k3j为零件j库内堆垛层数；k4j为零件j可循环包装长；k5j为零件j可循环包装宽；k1为单台年折旧/全天标准工作时长；k2为班次数×单位司机成本/全天标准工作时长；k3为里程时间比例数×单位里程油耗×燃油单价；k6为生产波动值；k7为产线节拍；k8为叉车通道系数；k9为其他费用。
本发明具有以下优点：
本发明提供一种基于成本最优的运输模型算法，通过算法获得最优解，有效减少路线规划耗时，提高规划效率，减少车辆、人员投入，减少燃油损耗，从而降低运输成本。
附图说明
图1为本发明所述节约里程法示例图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步描述本发明的技术方案：
实施例
一种基于成本最优的运输模型算法，包括以下步骤：
一、构造取货路线的可行解
影响路线规划的因素较多，使用循环时间作为关键参数可以有效提高规划效率。循环时间是指调度人员收集要货看板、单据人员打印单据、卡车司机进入卸货口、叉车司机空可循环包装装车、卡车司机在途驾驶、供应商处空满交换以及卸货口卸载零件的时长之和。在途路程与在途时长正相关，对历史数据剔除异常、拟合后可以得到换算系数，使用时间表达里程。
使用路线循环时间计算出各个供应商在循环时间内相应零件以及可循环包装数量，在车辆可容纳零件的前提下进行供应商串联，串联会改变该条路线的循环时间，更新循环时间后再进行判断直到没有零件可以纳入到模型中。循环上述步骤直至所有供应商都串联到各个取货路线中，构造一种取货路线的解。
串联供应商基于节约里程法，记录主机厂与各个供应商之间点对点的行驶时间以及供应商到供应商之间点对点的行驶时间，计算两两供应商到主机厂的行驶时间减两两供应商之间的行驶时间并降序排列。排列由上向下依次连接路线。
如图1所示，点对点运输模式下，运输车辆由主机厂出发，前往供应商A取货后返回主机厂，再前往供应商B后返回，在途时长为2a+2b。将供应商A及供应商B串联至一条路线后，运输车辆由主机厂出发，前往供应商A后前往供应商B取货，之后返回主机厂，在途时长为a+c+b。两种运输方式差值为a+b-c，根据三角形两边之和大于第三边的定理，在车辆可容纳相应货物的前提下，串联供应商可以实现节约在途时间的效果。按此方法对取货体系中的供应商进行串联，可以达到路线加长，单趟耗时提高，路线趟次减小以及车辆在途时间减少的效果。
二、利用成本因素计算方法构造可行取货路线的运输成本模型
运输模式成本由车辆成本、运输车辆司机成本、燃油成本、仓储成本以及其它成本(相对较为固定或影响较小的费用，调度人员工资、过路费、保险、水电费用等)组成。
其中，车辆成本主要由投入运输车辆的车辆折旧产生，一般情况下，生产企业以班次作为轮换标准，各班次取货司机共用运输卡车；
车辆成本C1＝车辆数×单台年折旧＝(车辆取货时长ts/全天标准工作时长)×单台年折旧＝ts*k1(1)
其中，常数k1＝单台年折旧/全天标准工作时长。
车辆取货时长ts是指自主机厂出发取货、运输及返回主机厂卸货所需的取货作业完整作业时长，包括在途运输以及必要等待(如等待装卸货、等待下一次取货任务、等待单据人员打印单据等)。全天标准工作时长是指每天取货工作的标准工作时长，会影响卸货口装卸人员的工作时间。
人员成本由卡车司机工资以及五险一金等组成。
为避免疲劳驾驶，规定卡车司机每班次轮换一次；
人员成本C2＝车辆数×全天班次数×单位司机成本
＝(车辆取货时长ts/全天标准工作时长)×全天班次数×单位司机成本＝ts*k2(2)
其中，常数k2＝全天班次数×单位司机成本/全天标准工作时长。
燃油成本由卡车取货时在途行驶产生，燃油成本与行驶里程数以及油耗、油价有关；行驶里程数与取货在途耗时成正相关，剔除异常历史记录后拟合产生比例系数o，即行驶里程数＝在途耗时tc×比例系数o。
燃油成本C3＝燃油消耗量×燃油单价
＝行驶里程数×单位里程油耗×燃油单价
＝在途耗时tc×o×单位里程油耗×燃油单价＝tc*k3，其中常数k3＝o×单位里程油耗×燃油单价。(3)
其中，
初始情况下，工厂库区内有用于存放货物的规划仓储，调整路线后可能会增加仓储需求，增加需求面积会提高成本，在此使用单位面积边际成本来表示新增每平米需要多支出的费用。
仓储成本C4＝(库存面积s1-原有规划面积)×新增单位面积边际成本+规划面积成本＝s1*k4+k5。(4)
其中，常数k4＝新增单位面积边际成本；
常数k5＝规划面积成本-原有规划面积×新增单位面积边际成本。
零件种类及零件高储值会影响仓储面积。零件高储值是指仓储可容纳零件的最大量。工厂内零件高储值一般受零件所处路线的路线时长等因素影响。高储库存量＝单循环取货量+波动值+再筹措时间零件使用量，波动值相对固定，再筹措时间可近似为单循环取货量，故高储库存量可简化为路线单循环取货量的二倍与波动值的加和，即高储库存量＝单循环取货量×2+k6,常数k6＝波动值。对某一种零件而言：
单循环取货量＝零件所处路线的循环时间×产线节拍×单产品用量；
要在满足生产的同时极大的降低库存量：
高储库存量＝2×零件所处路线的循环时间×产线节拍×单产品用量+k6
＝2×零件所处路线的循环时间×单产品用量×k7+k6 (5)
其中，常数k7＝产线节拍。
零件j的仓储面积＝【高储库存量/可循环包装容量/库内堆垛层数】×零件j可循环包装长×零件j可循环包装宽/叉车通道系数，叉车通道系数是指仓储面积与整体面积的比例(整体面积中包含叉车作业预留面积)，对于零件j，可循环包装容量、库内堆垛层数、可循环包装尺寸以及叉车通道系数固定，联立公式(5)，则：
零件j的仓储面积＝【(2×零件所处路线的循环时间tj×单产品用量k1j×k7+k6)/可循环包装容量k2j/库内堆垛层数k3j】×零件j可循环包装长k4j×零件j可循环包装宽k5j/叉车通道系数
即，零件j的仓储面积＝【(2tj*k1j*k7+k6)/k2j/k3j】*k4j*k5j/k8
其中，常数k8＝叉车通道系数。
其它费用C5较固定，可简化为常数k9处理。
联立以上公式，路线模型中有m条路线，n种零件。
公式中符号与对应含义如下表1所示，约束条件同其它Milk Run模型。
表1模型代数及其含义
三、使用迭代算法对运输成本模型迭代求解。

Claims (3)

1.一种基于成本最优的运输模型算法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、构造取货路线的可行解：使用循环时间作为关键参数，计算出各个供应商在循环时间内相应零件以及可循环包装数量，在车辆可容纳零件的前提下进行供应商串联并更新所处取货路线的循环时间，更新循环时间后重新进行判断直到没有零件可以纳入到模型中；循环上述过程直至所有供应商都串联到各个取货路线中，构造取货路线的可行解；
步骤二、在步骤一构造的取货路线可行解基础上，利用成本因素计算方法构造可行取货路线的运输成本模型：运输模式成本包括车辆成本、运输车辆司机成本、燃油成本、仓储成本、其他费用成本，分别对上述各运输模式成本建立运输模式成本模型，整合各运输模式成本模型后，获得运输成本模型；
所述车辆成本C1＝车辆数×单台年折旧＝(车辆取货时长ts/全天标准工作时长)×单台年折旧＝ts*k1；
其中，常数k1＝单台年折旧/全天标准工作时长；
所述人员成本C2＝车辆数×全天班次数×单位司机成本
＝(车辆取货时长ts/全天标准工作时长)×全天班次数×单位司机成本＝ts*k2
其中，常数k2＝全天班次数×单位司机成本/全天标准工作时长；
所述燃油成本C3＝燃油消耗量×燃油单价＝行驶里程数×单位里程油耗×燃油单价＝在途耗时tc×o×单位里程油耗×燃油单价＝tc*k3，其中常数k3＝o×单位里程油耗×燃油单价；
其中，
所述仓储成本C4＝(库存面积s1-原有规划面积)×新增单位面积边际成本+规划面积成本＝s1*k4+k5；
其中，常数k4＝新增单位面积边际成本；
常数k5＝规划面积成本-原有规划面积×新增单位面积边际成本；
零件种类及零件高储值会影响仓储面积：
高储库存量＝2×零件所处路线的循环时间×产线节拍×单产品用量+k6
＝2×零件所处路线的循环时间×单产品用量×k7+k6
其中，常数k7＝产线节拍；
零件j的仓储面积＝【高储库存量/可循环包装容量/库内堆垛层数】×零件j可循环包装长×零件j可循环包装宽/叉车通道系数，叉车通道系数是指仓储面积与整体面积的比例；
对于零件j，可循环包装容量、库内堆垛层数、可循环包装尺寸以及叉车通道系数固定，则：
零件j的仓储面积＝【(2×零件所处路线的循环时间tj×单产品用量k1j×k7+k6)/可循环包装容量k2j/库内堆垛层数k3j】×零件j可循环包装长k4j×零件j可循环包装宽k5j/叉车通道系数
即，零件j的仓储面积＝【(2tj*k1j*k7+k6)/k2j/k3j】*k4j*k5j/k8
其中，常数k8＝叉车通道系数；
构造可行取货路线中有m条路线，n种零件，则运输成本模型为：
其中：xi为路线i单趟耗时；yi为路线i趟次；zi为路线i单趟耗时；tj为零件j所处路线的循环时间；k1j为零件j单产品用量；k2j为零件j可循环包装容量；k3j为零件j库内堆垛层数；k4j为零件j可循环包装长；k5j为零件j可循环包装宽；k1为单台年折旧/全天标准工作时长；k2为班次数×单位司机成本/全天标准工作时长；k3为里程时间比例数×单位里程油耗×燃油单价；k6为生产波动值；k7为产线节拍；k8为叉车通道系数；k9为其他费用；
步骤三、使用迭代算法对运输成本模型迭代求解。
2.如权利要求1所述的一种基于成本最优的运输模型算法，其特征在于，所述步骤一中的循环时间是调度人员收集要货看板、单据人员打印单据、卡车司机进入卸货口、叉车司机空可循环包装装车、卡车司机在途驾驶、供应商处空满交换以及卸货口卸载零件的时长之和。
3.如权利要求1所述的一种基于成本最优的运输模型算法，其特征在于，所述步骤一中，供应商串联基于节约里程法：记录主机厂与各个供应商之间点对点的行驶时间，以及供应商到供应商之间点对点的行驶时间，计算两两供应商到主机厂的行驶时间减两两供应商之间的行驶时间并降序排列；排列由上向下依次连接路线。
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