KR100613858B1 - 물류 워크플로우용 차량 배차 방법 - Google Patents

물류 워크플로우용 차량 배차 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 물류 워크플로우용 차량 배차 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 물류정보시스템에서 각 지역에서 발생된 화물의 수송 수요와 수송수단인 차량을 소유한 수송업체간의 효율적인 연결을 통해 물류비용과 시간을 절약할 수 있는 매칭(Matching) 서비스를 구현하기 위한 물류 워크플로우용 차량 배차 방법을 제공하고자 함.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 물류정보 시스템에서의 물류 워크플로우용 차량 배차 방법에 있어서, 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 차고와 공급지가 동일 지점에 있다고 가정하여 단일차고, 단일화물종류, 단일차량종류, 복수 수요지를 기본모형으로 모델링하는 기본모형 모델링 단계; 상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부가, 화물의 수요 및 공급 정보와 차량의 위치 및 용량 정보를 바탕으로, 상기 모델링된 기본모형에 대하여, 모든 두 지점간의 절약값을 계산하여 절약행렬을 만들고, 절약행렬의 값을 크기 순서로 정렬하여, 절약행렬의 값이 큰 지점의 쌍들로부터 차량 및 화물, 지점의 제약조건을 만족시키는 두 지점을 하나의 경로에 포함시켜 차량/화물의 배송 경로를 구성하는 배송 경로 생성 단계; 및 상기 차량/화물의 각 배송 경로별로 물량에 따라, 상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 모든 경로에 차량을 배정하여, 차량과 화물을 매칭시켜 수송문제로 변환한 다음, 최소비용문제의 해법(네트워크 단체법)을 이용하여 해를 구한 후, 현실적으로 불가능한 해를 제거하여, 차량적재용량에 맞추어 최적의 차량을 배차하는 차량 배차 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 물류정보 서비스 등에 이용됨.
물류정보 서비스, 배차, 경로, 차량/화물, 최적해

Description

물류 워크플로우용 차량 배차 방법{Method of vehicle assignment for logistic workflow}
도 1 은 본 발명이 적용되는 물류정보시스템의 구성 예시도.
도 2 는 본 발명에 이용되는 차량/화물 배차 문제의 상황을 나타낸 일실시예 설명도.
도 3 은 본 발명에 따른 물류 워크플로우용 차량 배차 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 4 는 본 발명에 이용되는 기본 모형의 개념 예시도.
도 5a 내지 5d 는 본 발명에 이용되는 두 개의 지점을 연결하여 하나의 경로를 만들기 위한 개념 예시도.
도 6a 및 6b 는 본 발명에 이용되는 최소비용문제에 대한 일실시 예시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 화물주 12 : 운송업자
13 : 물류센터
본 발명은 물류정보시스템에서 각 지역에서 발생된 화물의 수송 수요와 수송수단인 차량을 소유한 수송업체간의 효율적인 연결을 통해 물류비용과 시간을 절약할 수 있는 매칭(Matching) 서비스를 구현할 수 있는 물류 워크플로우용 차량 배차 방법에 관한 것이다.
차량경로문제란, 복수외판원 문제에 차량수용 능력(vehicle capacity), 최대운행시간 등의 여러 제약조건을 첨가한 일반화된 문제이다. 즉, 차량을 이용하여 고객에 대해 서비스를 수행하기 위한 차량경로를 결정하는 제반 문제를 다룬다. 이러한 차량경로문제에 대한 응용사례를 살펴보면, 대리점에서의 제품배달, 신문배달, 철도운행, 대중교통 차량운행, 비행기 운행, 순찰차운행, 통학버스 운행, 쓰레기 수거차 운행, 기타 산업에서의 트럭운행 등 매우 다양하다. 이러한 문제들의 목적은 비용최소화(즉, 배분비용, 차량 및 창고구입비용 등)이거나 서비스 개선(즉, 분배시간 단축 등)에 있다.
"Bodin", "Schrage" 등이 분류한 문제들의 특성요인에는 차량기지수, 차량수, 차종, 수요형태, 수요지 위치, 네트워크의 방향성, 차량적재용량, 차량최대 운행시간, 특정지점에의 도착시간, 비용, 목적함수 등이 있다.
기본적인 차량경로문제는 적재용량이 같은 여러 대의 차량들이 본점을 출발하여 수요량이 미리 알려진 각 지점에 제품을 배달하고 다시 본점으로 돌아올 때까지의 총 운행거리를 최소화하기 위한 차량경로를 찾는 문제이다. 이 문제에 전술한 특성요인들을 조합함에 따라 외판원 문제(TSP : Traveling Salesman Problem), 복수 외판원문제(Multiple Traveling Salesman Problem), 복수차고 차량경로문제(Multi-depot Vehicle Routing Problem), 차량수 및 차량조달방법 결정문제(Fleet Size and Mix Problem), 확률적 차량경로 문제(Stochastic Vehicle Routing Problem), 우체부문제(Chinese Postman Problem) 등이 파생된다. 또한, 분지한계법을 이용한 문제, 총 운행거리를 최소화하면서 적정차량대수를 산출하기 위한 문제, "Laporte" 등이 다루었던 비대칭 차량경로문제(VRP) 등이 존재하며, 이러한 문제를 풀면서 차량경로수도 함께 구할 수 있는 수리모형에 입각한 최적해법을 구하는 문제 등이 존재한다.
이에, 물류정보시스템에서 각 지역에서 발생된 화물의 수송수요와 수송수단인 차량을 소유한 수송업체간의 효율적인 연결을 통해 물류비용과 시간을 절약할 수 있는 매칭서비스 구현 방안이 필수적으로 요구된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 물류정보시스템에서 각 지역에서 발생된 화물의 수송 수요와 수송수단인 차량을 소유한 수송업체간의 효율적인 연결을 통해 물류비용과 시간을 절약할 수 있는 매칭(Matching) 서비스를 구현하기 위한 물류 워크플로우용 차량 배차 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 물류정보 시스템에서의 물류 워크플로우용 차량 배차 방법에 있어서, 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 차고와 공급지가 동일 지점에 있다고 가정하여 단일차고, 단일화물종류, 단일차량종류, 복수 수요지를 기본모형으로 모델링하는 기본모형 모델링 단계; 상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부가, 화물의 수요 및 공급 정보와 차량의 위치 및 용량 정보를 바탕으로, 상기 모델링된 기본모형에 대하여, 모든 두 지점간의 절약값을 계산하여 절약행렬을 만들고, 절약행렬의 값을 크기 순서로 정렬하여, 절약행렬의 값이 큰 지점의 쌍들로부터 차량 및 화물, 지점의 제약조건을 만족시키는 두 지점을 하나의 경로에 포함시켜 차량/화물의 배송 경로를 구성하는 배송 경로 생성 단계; 및 상기 차량/화물의 각 배송 경로별로 물량에 따라, 상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 모든 경로에 차량을 배정하여, 차량과 화물을 매칭시켜 수송문제로 변환한 다음, 최소비용문제의 해법(네트워크 단체법)을 이용하여 해를 구한 후, 현실적으로 불가능한 해를 제거하여, 차량적재용량에 맞추어 최적의 차량을 배차하는 차량 배차 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은, 물류정보 시스템에서의 물류 워크플로우용 차량 배차 방법에 있어서, 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 차고와 공급지가 복수 지점에 있다고 가정하여 복수차고, 복수화물종류, 복수차량종류, 복수 수요지를 확장모형으로 모델링하는 확장모형 모델링 단계; 상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부가, 화물의 수요 및 공급 정보와 차량의 위치 및 용량 정보를 입력받아, 이를 바탕으로 차량을 차고지별로 정렬하고 화물을 공급지별로 정렬한 후, 공급지와 가까운 순서로 차고지를 정렬하고, 각 공급지에 대해 화물정보를 저장하는 단계; 상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부가, 상기 모델링된 확장모형에 대하여, 모든 두 지점간의 절약값을 계산하여 절약행렬을 만들고, 절약행렬의 값을 크기 순서로 정렬하여 절약행렬의 값이 큰 지점의 쌍들로부터 차량 및 화물, 지점의 제약조건을 만족시키는 두 지점을 하나의 경로에 포함시켜 차량/화물의 배송 경로를 구성하는 배송 경로 생성 단계; 및 상기 차량/화물의 각 배송 경로별로 물량에 따라, 상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 모든 경로에 차량을 배정하여, 차량과 화물을 매칭시켜 수송문제로 변환한 다음, 최소비용문제의 해법(네트워크 단체법)을 이용하여 해를 구한 후, 현실적으로 불가능한 해를 제거하여, 차량적재용량에 맞추어 최적의 차량을 배차하는 차량 배차 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 전국 각 지역에서 발생된 화물의 수송 수요와 수송 수단인 차량을 소유한 수송업체간의 효율적인 연결을 통해 물류비용과 시간을 절약할 수 있는 매칭(matching) 서비스를 구현하고자 한다.
이를 위해, 본 발명은 데이터베이스(DB)에 그 정보가 저장된 화물의 수요량, 공급량과 차량의 위치 및 용량 등을 알고 있을 때 투입차량을 최소화하고 공차율을 최소화하는 화물차량의 배차 경로를 빠른 시간내에 찾아준다.
본 발명에서는 복수 개의 공급지에서 복수 개의 수요지로 공급되는 복수 개의 화물들의 배송 경로를 찾기 위한 방법을 제시하다. 먼저, 제안된 매칭 방법을 이용하여 초기해를 구한 다음, 절약행렬을 이용한 차량배차 방법을 수행한다.
본 발명을 활용하면, 물류 산업에서 발생하는 운송시간과 운송비용을 감소시키고 공차율을 줄임으로써 각 기업의 물류비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 배차계 획을 빠르고 정확하게 자동 생성해줌으로써 관련 기업들의 경영합리화에 도움을 준다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 물류정보시스템의 구성 예시도이다.
본 발명의 목표는 전국 각 지역에서 발생된 화물의 수송 수요와 수송 수단인 차량을 소유한 수송업체간의 효율적인 연결을 통해 물류비용과 시간을 절약할 수 있는 매칭서비스(matching service)를 구현하는데 있다.
매칭 서비스는 일종의 차량 및 화물의 배차·수송계획을 수립하는 것으로서, 화물의 수요와 공급 및 차량의 위치 및 용량 등을 알고 있을 때 운송시간, 운송비용 및 공차율을 최소화하는 화물차의 배차시스템의 개발에 의해 구현될 수 있다.
본 발명에서 제시하는 차량/화물 배차·배송 계획 프로그램과 전체 물류정보시스템과의 관계가 도 1에 도시되었다.
도 1을 참조하면, 화물주(11)와 운송업자(12)는 물류센터(13)에서 제공하는 다양한 사용자 인터페이스 프로그램을 통해 서비스를 받게 된다.
여기서, 화물주(11)가 운송을 요구한 화물과 운송업자(12)의 차량과의 연결을 맞는 부분이 차량/화물 배차·배송 계획 시스템이다.
차량/화물 배차·배송 계획 시스템은 각 화물을 수송하는데 적합한 차량을 선정하고 이 차량의 적절한 수송계획을 세워 화물의 운송비용을 줄이고 운송업자(12)의 효율적인 수송계획을 수립하게 된다.
본 발명에서 제시하고자 하는 차량/화물 배차 문제의 상황이 도 2에 도시되었다.
도 2에 도시된 바와 같이, 문제상황은 우선 복수 개의 공급지에서 복수 개의 화물이 복수 개의 수요지로 배달되어야 한다. 이때, 단일 화물은 각각 공급지와 수요지를 하나씩 갖는다. 이 화물을 배송할 수 있는 차량은 복수 개의 차고지로부터 출발한다. 배송 계획의 목적은 투입되는 차량을 최소화하면서 배송가격을 최소화시키는 것이다.
본 발명의 차량/화물의 배차 및 배송 방법이 갖는 입력정보와 출력정보는 하기의 [표 1] 및 [표 2]와 같다.
분류 세부 입력자료 설명
고정자료 거리정보 각 지점간의 거리 또는 (출발시간대별) 운송시간
차량의 모든 종류
화물의 모든 종류
화물과 차량의 적합성 각 화물을 운반할 수 있는 차량의 종류 각 차량이 운반할 수 있는 화물의 종류
각 지점의 근무시간 차량에 화물을 상/하차할 수 있는 허용시간
변동자료 화물정보 화주, 종류, 화물의 공급지 및 수요지, 화물의 양, 화물이 도착해야 할 시간, 상/하차시간, 화물의 등급
차량정보 차주, 위치, 종류, 용량, 출발가능시간의 상한, 희망출발지, 희망도착지, 희망가격
분류 세부 출력자료 설명
화물에 관련된 출력 화물의 출발지 및 도착지
수송의 출발시간 및 도착시간 화물의 출발지 출발시간과 도착지 도착시간
운반하는 차량
차량에 관련된 출력 운반할 화물
출발지 및 출발지의 출발시간
차량의 경유지
각 경유지의 출발/도착시간 도착지 도착시간 포함
각 경유지에서 하차할 화물 도착지에 하차할 화물 포함
각 경유지간 이동거리
도 2에 제시된 차량/화물 배차 문제를 풀기 위한 본 발명에 따른 물류 워크플로우용 차량 배차 방법을 살펴보면 도 3과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 자료가 입력되면(301), 차량을 차고지별로 정렬하고(302), 화물을 공급지별로 정렬한다(303).
발견적 기법에 의한 차량경로 방법을 살펴보면, 우선 공급지와 가까운 순서로 차고지를 정렬하고(304) 각 공급지에 대해 화물정보를 저장한다(305). 그리고, 절약값을 계산하고 절약목록을 만든다(306).
이후, 절약행렬을 내림차순으로 정렬한 후에(307), 미리 차량을 수요지에 할당하고(308) 남은 수요지에 대해서는 단독경로를 배정한다(309).
다음으로, 절약행렬을 보고 경로들을 연결하고(310) 남은 모든 지점에 대해 새로운 경로를 생성한다(311).
마지막으로, 해를 출력하기 위해 경로를 저장한 후에(312) 해를 출력한다(313).
이제, 상기 [표 1]과 [표 2]에서 기술한 차량 및 화물에 대한 제약조건을 만족하면서 최소비용 해를 내는 작업을 두 가지 단계로 나누어서 보다 상세히 설명한다.
본 실시예에서는 제약조건을 단순화시킨 모형에서부터 해법을 제시한 후 이를 확장시키기로 한다.
먼저, 단일차고, 단일화물종류, 단일차량종류, 복수 수요지에 대한 경우를 기본모형으로 한 다음, 이에 대한 해법을 고려한 후 이를 확장하도록 한다.
기본모형의 문제상황은 하기의 [표 3]과 같다.
내용 비고
차량 단일차고 복수의 차량 운반화물의 종류에 제한이 없음 출발시간 제약이 있음 공급지에 차고가 있다고 생각할 수 있음
화물/수요지 단일 화물주, 단일 공급지 단일 화물 합적 가능 운반차량의 종류에 제한이 없음 화물발생 및 도착시간에 대한 제약 같이 실은 다음 여러 수요지로 배달함
목적 투입 차량의 최소화 차량의 총 이동거리 최소화 절약기법을 사용하여 투입차량 대수를 줄인다
기본모형의 해법의 핵심은 절약개념을 기초로 하여 차량의 경로를 만들어간다. 그러면 절약개념에 대해 살펴보자.
도 4에 도시된 바와 같이, 출발지점 1에서 차량을 지점 i와 지점 j에 대해 각각 1대의 차량을 배차하고, 다시 차량이 출발지점으로 돌아온다고 가정을 하면, 이 때의 차량의 이동거리는 "d1i+di1+dij+dj1"이다.
하지만, 만약 지점 i와 지점 j를 1대의 차량을 배차하여 운송한다면, 이때의 총 이동거리는 "d1i+dij+dj1"이다.
차량을 2대 배차했을 때의 총 이동거리 "d1i+di1+dij+dj1"와 지점 i와 지점 j를 1대의 차량이 돌아오는 경우의 총 이동거리 "d1i+dij+dj1"의 차이가 지점 i와 지점 j의 절약값이 된다. 이 절약값의 의미는 i와 j를 같은 경로로 합치면, "di1+dj1-d ij"만큼의 거리가 단축되어지고, 이동차량의 수도 줄어든다. 따라서, 기본해법에서는 각 지점사이의 절약행렬의 값을 큰 순서대로 정렬을 한 다음, 절약행렬의 값이 큰 지점의 쌍들로부터 차량 및 화물, 지점의 제약조건을 만족시키면 이 두 지점을 하나의 경로에 포함시킨다.
두 개의 지점을 연결하여 하나의 경로를 만들기 위해서는 두 개의 지점이 다음의 네 가지 경우중에 하나에 속해 있어야 한다. 현재까지 만들어진 경로들의 집합을 Rk라고 하자.
첫번째로, 연결된 두 개의 지점 모두가 기존경로에 포함되어 있지 않은 경우를 살펴보면, 도 5a에 도시된 바와 같이 연결될 두 개의 지점이 기존의 어떠한 경로에도 포함되어 있지 않을 경우에는 그 두 개의 i와 j가 새로운 경로 L의 최초 및 최종배달처가 된다.
두번째로, 지점 i만이 기존경로에 포함되어 있을 경우를 살펴보면, 도 5b에 도시된 바와 같이 지점 i만이 기존경로 L1에 포함되어 있을 때 그 경로에서 지점 i 가 최종 배달처로 있을 경우에만 지점 j와 연결이 가능하다. 그러면, 지점 j가 경로 L1의 최종배달처가 된다.
세번째로, 지점 j만이 기존경로에 포함되어 있을 경우를 살펴보면, 도 5c에 도시된 바와 같이 지점 j만이 기존경로 L1에 포함되어 있을 때 지점 j가 그 경로에서 최초 배달처로 있을 경우에만 지점 i와 연결이 가능하다. 그러면, 지점 i가 경로 L1의 최초배달처가 된다.
네번째로, 두 대의 지점 모두가 기존경로에 포함되어 있을 경우를 살펴보면, 도 5d에 도시된 바와 같이 지점 i가 기존경로 L1에 지점 j가 기존경로 L2에 포함되어 있을 때, 지점 i가 경로 L1에서 최종 배달처로 있고, 지점 j가 경로 L2에서 최초 배달처로 있을 경우에만 지점 i와 지점 j가 연결 가능하다. 이때, 경로 2개가 1개로 줄어들게 된다.
전술한 바와 같이 지점 i와 j가 위의 네 가지 형태에 해당될 경우에만 연결가능성이 있다. 그러한 경우중에서 제반제약조건, 즉 차량 및 화물의 도착요구시각, 지점의 근무시간 등 차량, 화물 및 지점의 모든 제약조건을 만족하게 되면 두 개 지점의 연결을 확정짓게 된다.
기본모형의 해법은 다음과 같다.
첫째, 모든 두 지점간의 절약을 하기의 [수학식 1]에 의거해 계산하여 절약행렬을 만든다.
Sij = di1 + d1j -dij(여기서, dij는 지점 i에서 지점 j까지의 거리),
i = 2, N
j = 2, N
상기 [수학식 1]에서, N-1은 수요지의 총수(이때, 지점 '1'은 공급지를 의미함)이다.
둘째, 절약이 양수인 것 중에서 크기 순서로 열거하고, 그러한 절약을 만드는 두 개의 지점을 출발지점과 도착지점으로 구분하여 기록한 절약목록을 만든다. 절약목록내에 있는 절약사항의 총 개수를 NK로 둔다.
셋째, 배달지점의 수요량 Qi가 현재 이용 가능한 차량의 최대적재용량보다 크면, 그 지점에 한 대 이상의 차를 별도로 배차하고, 나머지 물량을 그 지점의 소요량 Qi'로 한다.
넷째, K=0으로 둔다.
다섯째, K = K+1
만약, K>NK이면(즉, 절약목록을 다 읽으면), 하기의 아홉번째 과정으로 넘어간다.
현재 절약이 가장 큰 두 개의 지점을 절약목록에서 읽어들인다. 상기 세번째 과정을 수행한 후 하기의 여섯번째 과정으로 넘어간다.
여섯째, 두 개의 지점을 묶어도 주어진 제약조건을 모두 만족시킬 수 있으면, 묶는다. 그리고, 각 지점이 어느 경로에 포함되어 있는지 표시한다.
일곱째, 상기 다섯번째 과정과 여섯번째 과정을 되풀이하여 모든 경로를 구한다.
여덟번째, 모든 배달지점이 어떤 경로 중에 포함되어 있는가 점검한다. 이때, 만약 경로에 포함되어 있지 않는 지점이 있으면, 그 지점으로 하여금 단독으로 하나의 새로운 경로를 구성하도록 한다. 단, 그 지점에 대해서는 상기 세번째 과정을 거치게 한다.
모든 배달지점이 어떤 경로중에 모두 포함되어 있다면, 하기의 아홉번째 과정으로 넘어간다.
아홉번째, 각 경로별로 물량에 따라 차량적재용량에 맞추어 적당한 차량을 배정한다. 모든 경로에 차량배정이 완료되면 끝난다. 만일, 차량배정이 불가능한 경로들이 있으면, 그러한 경로들을 없앤다. 또한, 여덟번째 과정에서 단일지점에 단독으로 배차된 경로도 없앤다. 그리고, 없어진 경로들에 포함되어 지점들로 하여금 새로운 경로를 형성하도록 하기 위해서 네번째 과정으로 넘어간다.
이제, 확장 모형에 대해 보다 상세히 살펴보기로 한다.
확장모형에서는 기본모형에서 복수차고, 복수공급지, 차량의 희망출발지, 희망도착지 제약조건들이 첨가되어진다.
기본 모형에서는 단일 공급지이고 단일차고이기 때문에 차고와 공급지가 같은 지점에 있다고 가정할 수 있었다. 그러나, 차고와 공급지가 복수가 되면 각 공급지에서 차량을 선택할 때 어떤 차고에 있는 차량을 선택할 것인지를 결정하여야 한다. 차고지를 선택하는 기준으로 가장 먼저 생각할 수 있는 것은 거리이다. 즉 공급지에서 가까운 거리에 있는 차고지를 우선적으로 선택하는 것이다.
한편, 차량의 희망출발지가 주어져 있는 경우에는 희망출발지를 차고지라고 볼 수 있기 때문에 특별히 차고지에 대한 정보를 입력받지 않아도 된다. 확장모형의 문제상황을 도식화하면 상기의 도 2와 같다.
확장모형에 대한 해법은 다음과 같다.
첫째, 공급지 p=1을 선택한다.
둘째, 지점 p에서 가까운 거리 순서로 각 차고를 정렬한다.
셋째, 정렬된 차고를 참조하여 희망출발지에 따라 차량들의 순서를 정한다.
넷째, 기본 모형을 수행한다. 이때, 차량을 선택하는 기준은 상기 세번째 과정에서 정해진 차량의 순서를 이용한다.
다섯번째, 공급지 p = p+1을 선택한다. 선택할 공급지가 없으면 종료한 후에 상기 두번째 과정으로 넘어간다.
확장모형의 해법을 도식화하면 상기의 도 3과 같다.
한편, 최소 비용 초기화 문제에 대해 보다 상세히 설명한다.
현실적으로 비용을 최소화시키는 차량배차를 구하는 것은 어렵기 때문에 본 발명에서는 차량 배차의 초기해를 구할 때만 비용을 고려한다. 즉, 기본 모형의 해법에서는 각 화물에 대해서 초기 차량을 배정할 때의 기준은 차량의 용량이 큰 것이었는데 이를 비용이 작은 차량을 우선적으로 배정하는 것이다.
전체 비용을 최소화하는 차량과 화물을 매칭시키는 문제를 수송문제(최소비용문제의 특수한 경우)로 변형한다. 즉, 공급점들은 차량들이 되고 수요점들은 화 물이 되는데, 화물의 출발지와 도착지가 차량의 희망출발지와 희망 도착지와 같게 되고 또 운반가능 조건(시간 제약, 운반 가능한 차량과 화물의 조합 여부)에 맞게 되면, 이 사이에 호가 존재하게 되고 이 호의 비용은 "차량이 제시한 가격 + 화물의 등급에 해당하는 비용"이 된다.
이와 같이, 수송문제로 변환한 다음, 일반적인 최소비용문제의 해법(네트워크 단체법)을 이용하여 해를 구한다.
그런데, 이 해를 그대로 사용할 수는 없다. 왜냐하면, 차량의 희망 출발지와 희망도착지가 여러 개인 경우, 한 차량이 여러 개의 화물을 수송하는 해가 나올 수 있는데, 이는 실제로 불가능할 수 있기 때문이다. 따라서, 해를 분석해서 이러한 매칭들은 제거해야 한다. 그러면, 차량이 할당되지 않은 화물이 있게 되는데, 이는 경험적인 방법에 의해서 차량을 할당한다. 즉, 화물로 들어오는 호들에 연결되어진 차량들에 대해, 호에 흐르는 흐름량이 많은 차량들을 우선적으로 할당한다.
차량과 화물이 존재하는 경우 최소비용문제로 전환했을 경우에는 다섯 가지의 경우(즉, 공급량이 수요량보다 많은 경우, 수요량이 공급량보다 많은 경우, 공급량과 수요량이 균형을 이루었으나 수요노드 개별적으로 수요량을 충족하지 못할 경우, 공급량과 수요량이 균형을 이루었으나 공급노드 개별적으로 공급량을 다 보내지 못할 경우, 그리고 공급량과 수요량이 모두 균형을 이루고, 각 공급노드와 수요노드에 대해 공급량과 수요량을 충족시킬 수 있는 경우)가 발생한다.
위의 다섯 가지 문제들 중 다섯 번째 문제를 제외한 다른 문제들은 비가능 문제가 된다. 따라서, 이러한 비가능 문제들을 가능해가 존재하는 문제들로 전환하는 방법이 필요하다. 위의 다섯 가지 유형을 모두 다루면서 가능해 문제로 만들기 위해서는, 가공급지와 가수요지를 첨가해야 한다.
예를 들면, 하기의 [표 4] 및 [표 5]와 같이 차량과 화물이 있다고 가정하자.
차량에 대한 정보
차량의 번호 차량의 용량 희망 출발지 희망 도착지
1 10 1 2
2 20 2 3
3 30 3 4
4 40 2 3
화물에 대한 정보
화물의 번호 화물의 수송량 희망 출발지 희망 도착지
1 10 1 2
2 50 2 3
3 30 2 3
4 10 3 4
상기 [표 4] 및 [표 5]의 차량과 화물에 대한 정보를 가지고 최소비용문제의 네트워크를 만들면 도 6a에 도시된 바와 같은 네트워크가 된다.
도 6a를 참조하면, 공급노드의 총량은 80이고, 수요노드의 총량은 100이므로 균형이 맞지 않은 문제가 된다.
균형문제를 만들기 위해 용량 20인 가공급지를 만든다고 하더라도 어느 수요노드와 연결시킬 것인가가 문제가 된다. 또한, 수요노드별로 보더라도, 수요량 50 을 갖고 있는 노드는, 이와 연결된 공급 노드의 공급량을 합하더라도, 40이므로 충족이 불가능하게 된다. 따라서, 이러한 경우는 수요노드의 총 수요량을 공급용량으로 갖는 가공급지를 만들어주면 된다.
공급량 30을 갖는 공급노드의 경우를 보자. 이 마디와 연결된 마디는 수요량 10을 갖는 마디인데, 이 마디에 10을 할당하여주고 난 뒤에는 잔여공급량 20이 남게 된다. 이러한 잔여량 20을 처리하기 위해, 가수요지를 만들어 주어야 한다. 가수요지의 수요량은 모든 공급마디의 잔여공급량을 계산하여 이를 합산하여 구할 수도 있지만, 전체적인 문제도 균형을 이루어야 하므로, 모든 공급마디의 공급량을 합한 값으로 하고, 모든 공급마디와 호를 연결하여 준다. 이렇게 되면, 가공급마디도 모든 수요량을 합산하여 계산하였으므로 전체적인 문제도 균형문제가 되고, 모든 공급마디도 잔여공급량을 가수요지로 보낼 수 있게 되기 때문에 어떠한 문제라도 가능문제로 바뀌게 된다. 즉, 도 6b와 같은 네트워크로 바뀌게 된다.
이렇게 매칭(matching)을 하고 나면, 하나의 공급마디와 여러 개의 수요마디가 연결되는 경우가 발생한다. 공급 마디를 차량으로 보고, 수요마디를 화물로 생각하면, 화물의 희망 출발지와 도착지 그리고 차량의 희망 출발지와 희망 도착지에 따라 매칭(matching) 가능한 것만 결과가 나오게 된다. 그러나, 화물마다 희망 출발지와 희망 도착지가 다르기 때문에 차량이 여러 화물에 매칭이 가능하다는 결론이 나와도 실제로는 불가능한 경우가 발생하게 된다. 따라서, 이런 경우는 차량에 배정된 여러 화물중에서 가장 운송량이 많은 화물을 우선적으로 배정하여 주고, 이 화물의 희망 출발지와 희망 도착지가 일치되는 화물들은 배차가 가능하게 하여 준다.
위와 같은 식으로 배정을 하면, 배정되어지지 않은 차량과 배정받지 않은 화물, 그리고 모든 수요량을 충족받지 못한 화물들이 나오게 된다. 이러한 경우는 배정되어지지 않은 챠량과 잔여 수요량이 남은 화물, 그리고 배정받지 못한 화물들을 하나씩 희망 출발지와 희망 도착지, 그리고 화물들의 희망 도착지끼리의 이동시간을 고려하여 흐름량이 많은 호서부터 하나씩 배정을 하는 방식을 취한다.
이제, 가능호를 만드는 방법에 대해 살펴보기로 한다.
최소비용문제를 풀기 위해서는 시작 마디, 종점 마디 그리고 호의 비용, 호의 하한, 호의 상한이 정보로 들어가게 된다. 여기서, 모든 공급 마디와 수요 마디에 대하여 호를 만들어주면, 호의 개수가 엄청나게 많아지게 된다. 즉, 차량과 화물의 희망 출발지와 희망도착지가 일치하지 않아도 호를 만들어주게 되는 것이므로, 메모리상에서의 비효율성이 나타나게 된다. 따라서, 차량의 희망 출발지와 희망 도착지 그리고 화물의 희망 출발지와 희망 도착지가 일치되는 차량-화물의 쌍들을 중심으로 호를 만들게 되는데 단계별로 나타내보면 다음과 같다.
첫째, 차량의 희망 출발지와 화물의 희망 출발지가 같은 쌍을 선택한다.
둘째, "차량의 이용가능한시간 + 희망 출발지와 희망 도착지간의 이동시간"과 "화물의 희망 도착지에의 요구 도착시간"을 비교하여 본다.
만약, "차량의 이용가능한시간 + 희망 출발지와 희망 도착지간의 이동시간" < "화물의 희망 도착지에의 요구 도착시간"인 경우, 희망 도착지의 요구 도착시간보다 빨리 도착하는 것이므로 하기의 세번째 과정으로 넘어간다.
한편, "차량의 이용가능한 시간 + 희망 출발지와 희망 도착지간의 이동시간" > "화물의 희망 도착지에의 요구 도착시간"인 경우, 요구 도착시간보다 늦게 도착하므로 호를 만들지 않는다.
셋째, 화물의 희망 도착지의 도착 요구시간이 도착지의 근무 시작시간보다 늦는가를 본다. 만약, 늦으면 하기의 네번째 과정으로 넘어간다. 한편, 빠른 경우는 도착지의 근무 시작시간보다 빨리 도착하는 것이 되므로 호를 만들지 않는다.
넷째, 차량의 이용가능시간이 화물의 발생시간보다 빠른 경우는 차량의 이용가능시간을 화물의 발생시간으로 보고 이 시간부터 화물의 도착지점까지의 시간을 고려하여 화물의 희망 도착지의 근무 마감시간 이전에 화물이 도착할 수 있는가를 본다. 이전에 도착할 수 있으면, 차량에 제시한 가격으로 호의 비용을 산정하고 아니면, 호를 만들지 않는다.
위와 같이 차량과 화물에 대한 정보들을 최소비용문제로 전환한 다음 문제를 풀면 비용을 고려하여 차량과 화물에 대한 매칭 결과를 얻을 수 있다. 이 매칭결과는 기본모형의 초기해가 된다.
최소비용 문제를 푸는 초기화 방법을 합친 매칭 방법은 다음과 같다.
첫째, 화물 종류 q = 1을 선택한다.
둘째, 화물 종류 q를 수송할 수 있는 차량들을 선택한다.
셋째, 선택된 화물과 차량에 대한 차량 배차 및 화물 배송 문제를 수송문제(최소비용문제)로 변형한다. 이때, 수송문제는 다음과 같이 구성된다.
공급점은 차량이고 수요점은 화물이다. 그리고, 차량의 희망 출발지와 희망 도착지가 화물의 출발지와 도착지에 일치하는 경우 호가 있게 되고, 그 비용은 "차량이 제시한 가격 + 화물의 등급에 해당하는 비용"이 된다.
넷째, 수송문제를 푼다.
다섯재, 비가능한 매칭을 제거한다.
여섯째, 차량이 할당되지 않은 각 화물에 대해서, 이 화물을 수송할 수 있는 차량들중 최소의 비용을 갖는 차량과 매칭시킨다.
일곱째, 화물 종류 q = q+1을 선택한다. 선택할 화물 종류가 없으면 종료한다.
이상과 같은 방법을 통해 구한 해는 기본 모형의 초기해가 된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 물류 서비스에서 운송시간과 운송비용을 감소시키고 공차율을 줄임으로써 각 기업의 물류비용의 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 화물과 차량의 효율적 결합으로 화주와 차주의 이익이 증대되고 배차계획을 자동적으로 빠르게 또 정확하게 수립해 줌으로써 관련 기업들의 경영의 합리화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 실제 생활에서 일어나는 차량배차문제에 대한 수리적 모형을 만들 수도 있고, 또 이의 해법을 개발하는 데 도움을 줄 수 있다. 그리고, 차량배차문제를 해결하는 기술을 유사산업에서 발생하는 문제, 예를 들면 항공기 일정계획, 선박 일정 계획 등에 응용할 수 있고, 본 발명에서 제안하는 차량배차모형을 이용하여 보다 복잡하고 새로운 차량배차모형 해법을 개발하는데 이용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 물류정보 시스템에서의 물류 워크플로우용 차량 배차 방법에 있어서,
    차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 차고와 공급지가 동일 지점에 있다고 가정하여 단일차고, 단일화물종류, 단일차량종류, 복수 수요지를 기본모형으로 모델링하는 기본모형 모델링 단계;
    상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부가, 화물의 수요 및 공급 정보와 차량의 위치 및 용량 정보를 바탕으로, 상기 모델링된 기본모형에 대하여, 모든 두 지점간의 절약값을 계산하여 절약행렬을 만들고, 절약행렬의 값을 크기 순서로 정렬하여, 절약행렬의 값이 큰 지점의 쌍들로부터 차량 및 화물, 지점의 제약조건을 만족시키는 두 지점을 하나의 경로에 포함시켜 차량/화물의 배송 경로를 구성하는 배송 경로 생성 단계; 및
    상기 차량/화물의 각 배송 경로별로 물량에 따라, 상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 모든 경로에 차량을 배정하여, 차량과 화물을 매칭시켜 수송문제로 변환한 다음, 최소비용문제의 해법(네트워크 단체법)을 이용하여 해를 구한 후, 현실적으로 불가능한 해를 제거하여, 차량적재용량에 맞추어 최적의 차량을 배차하는 차량 배차 단계
    를 포함하는 물류 워크플로우용 차량 배차 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본모형에서는 단일공급지이고 단일차고이기 때문에 차고와 공급지가 같은 지점에 있는 것을 가정하는 것을 특징으로 하는 물류 워크플로우용 차량 배차 방법.
  3. 물류정보 시스템에서의 물류 워크플로우용 차량 배차 방법에 있어서,
    차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 차고와 공급지가 복수 지점에 있다고 가정하여 복수차고, 복수화물종류, 복수차량종류, 복수 수요지를 확장모형으로 모델링하는 확장모형 모델링 단계;
    상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부가, 화물의 수요 및 공급 정보와 차량의 위치 및 용량 정보를 입력받아, 이를 바탕으로 차량을 차고지별로 정렬하고 화물을 공급지별로 정렬한 후, 공급지와 가까운 순서로 차고지를 정렬하고, 각 공급지에 대해 화물정보를 저장하는 단계;
    상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부가, 상기 모델링된 확장모형에 대하여, 모든 두 지점간의 절약값을 계산하여 절약행렬을 만들고, 절약행렬의 값을 크기 순서로 정렬하여 절약행렬의 값이 큰 지점의 쌍들로부터 차량 및 화물, 지점의 제약조건을 만족시키는 두 지점을 하나의 경로에 포함시켜 차량/화물의 배송 경로를 구성하는 배송 경로 생성 단계; 및
    상기 차량/화물의 각 배송 경로별로 물량에 따라, 상기 차량/화물 배차ㆍ배송 계획부에서 모든 경로에 차량을 배정하여, 차량과 화물을 매칭시켜 수송문제로 변환한 다음, 최소비용문제의 해법(네트워크 단체법)을 이용하여 해를 구한 후, 현실적으로 불가능한 해를 제거하여, 차량적재용량에 맞추어 최적의 차량을 배차하는 차량 배차 단계
    를 포함하는 물류 워크플로우용 차량 배차 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 확장모형은, 단일차고, 단일화물종류, 단일차량종류, 복수 수요지를 제약조건으로 하는 기본모형에, 복수차고, 복수공급지, 차량의 희망 출발지, 희망 도착지 제약조건들이 부가되며,
    차고와 공급지가 복수가 되면, 각 공급지에서 차량을 선택할 때 어떤 차고에 있는 차량을 선택할 것인지를 결정함에 있어서, 차고지를 선택하는 기준으로 공급지에서 가장 가까운 거리에 있는 차고지를 우선적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 물류 워크플로우용 차량 배차 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절약개념의 기본해법에서는,
    각 지점 사이의 절약행렬의 값을 큰 순서대로 정렬을 한 다음, 절약행렬의 값이 큰 지점의 쌍들로부터 차량 및 화물, 지점의 절약조건을 만족시키면 이 두 지점을 하나의 경로에 포함시키는 것을 특징으로 하는 물류 워크플로우용 차량 배차 방법.
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