基于Trans CAD的定位路線問題解決方案

江 偉

（江蘇省交通技師學院車輛工程系 江蘇 鎮江 212006）

0 前言

Trans CAD擁有一套車輛路徑和物流程序模塊，能以表格和地圖的形式輸出Trans CAD軟件系統計算出的最優選址、最優路徑和車輛調度時刻表。Trans CAD的這些程序可以解決諸多復雜的物流問題。本文使用Trans CAD軟件系統解決物流系統LRP，目的是為了說明采用先進的信息技術能更高效、直觀地為現代物流規劃提供最優解決方案。

1 定位路線問題

定位路線問題(Location Routing Problem，LRP)是物流規劃中定位配給問題（LAP）和車輛路線（VRP）問題的集成，是物流系統優化的難題。LRP可描述為：給定一組符合實際情況的客戶點集合和備選設施點集合，從這些備選設施點中選出一組新的設施位置集合作為規劃設施點，同時還要確定出一套從各個設施到其服務客戶點的運輸路線，解決該問題的目的是使總費用最小。LRP通常作如下假定：（1）客戶位置和客戶需求量已知；（2）備選設施點位置已知；（3）貨物由一個或多個設施供應；（4）每個客戶只接收來自一個設施的一個車輛送來的貨物。

2 基于Trans CAD的LRP方案優化

2.1 在Trans CAD中創建LRP地圖

2.1.1 路網層及相關數據庫的建立

將DXF格式的路網文件導入Trans CAD中，選取我們所需要的CAD圖層，導入線地理文件。

為了防止輸出矩陣時也很可能會出現空白矩陣單元，需對路網中的所有路段節點都和緊鄰路段節點實現無間隔性連接的檢驗，斷開的節點需用地圖編輯工具來連接。

當路網層導入后，Trans CAD會自動生成與此圖層相關的一些屬性字段，再添加本文所需的屬性字段SPEED和TIME，再為每條記錄填充相應的字段值，這樣就建立了路網層數據庫。

2.1.2 設施點和客戶點圖層及數據庫的創建

以城市道路網作為底圖層，建立設施點層和客戶點層。本文假定A市共有9個設施點，其中有1個已存在設施點和8個備選設施點，選址階段需選出2個新建設施點。

（1）設施點圖層及設施數據庫的創建

新建地理文件Facility，添加到當前圖層窗口，設置屬性字段，再在圖層中添加設施點。本文將設施點分為原有設施點和備選設施點兩類，所以我們需要在地圖圖層中進行分類。在設施選擇集中新建原有設施點Exsisting和備選設施點Candidate兩個選擇集，再到設施點數據窗分別點選兩個選擇集。

（2）客戶點圖層及客戶數據庫的創建

客戶點圖層的建立方法同設施點圖層。本文假定有46個客戶點分布在城市路網中，客戶點層數據庫需增加的屬性字段有NAME，OPEN TIME， CLOSE TIME， FIXED SERVICE TIME， TIME PER UINT，DEMAND，NODE_ID。創建設施點層和客戶點層后，需將所有設施點、客戶點和路網節點連接起來，以實現設施點和客戶點在路網上的通達性，查找出基于現實路網的最短路徑。在Endpoints屬性表中為設施點和客戶點分別添加索引字段INDEX 01和INDEX 02，以便連接后自動生成節點ID和設施點ID、客戶點ID的對應關系。

3 網絡

創建網絡文件并使之成為當前激活的網絡。使用命令Networks/Paths>Multiple Paths創建的以時間為權值的最短路徑陣。本文數據輸入需要一個服務成本矩陣，所以需要在最小時間矩陣的基礎上創建一個服務成本矩陣COST。本文在選址階段的目標就是在保證設施到客戶的平均服務成本最小的前提下確定待建設施點的位置。每個候選設施向客戶提供物流服務都會產生相應的服務成本，本文構建服務成本公式[1]：C=F+P*t。式中，C—服務成本；F—固定投資成本；P—運營成本相關系數；T—車輛運營時間，單位：min。

本文給定固定投資成本為320/60，運營成本相關系數為80，因此服務成本公式為C=320/60+80*時間/60（以上數據僅供本文測試用），輸出服務成本矩陣。服務成本矩陣用于查找基于路網層的設施點到客戶點的最短路徑，該矩陣中的索引為路網節點層的ID，這與原設施點ID和客戶點ID不一致，因此必須使服務成本矩陣索引ID與設施點ID和客戶點ID相一致。

3.1 基于Trans CAD的物流設施選址與配送路線解決方案

3.1.1 物流設施選址

本文進行物流設施選址所需要的材料包括：（1）A市的城市道路網圖層；（2）包含所有備選設施點的點圖層；（3）包含所有客戶點的點圖層；（4）客戶點需求，表示客戶點重要程度的權重量；（5）成本矩陣。每個設施都有與之相關的固定投資成本和運營成本。我們可以以此來建立物流服務的成本矩陣，行代表候選點列代表客戶。

利用上述三個圖層來輸出作為選址程序基本輸入的服務成本矩陣，它包括所有設施點和客戶點，是通過計算候選點到客戶點的運行時間來創建最短時間矩陣，然后利用時間矩陣求出成本矩陣。

在設施定位對話框進行相應設置，打開設施選擇集對話框，就會看到Trans CAD自動生成了一個名為New Facilities的選擇集，它包含兩個點。設施數據窗中也會顯示出選擇集，最后Trans CAD生成一個設施選址結果圖。

3.1.2 車輛路線安排

本文需要解決的是受車輛類型、容量及成本約束、帶時間窗的車輛路線安排問題，需要事先準備好以下材料：（1）帶有服務時間限制的設施數據庫；（2）帶有營業時間、車輛固定服務時間限制的客戶數據庫；（3）基于路網的包含所有設施點到客戶間的距離和出行時間的路線矩陣文件；（4）各設施車輛信息數據庫。[2]

本文在設施選址的基礎上進行車輛路線安排。首先需要建立一個“規劃后設施”的選擇集以便后續程序調用，此選擇集包括已經存在的1個設施和2個新設施。

在VRPTW對話框進行相應設置并輸出路線矩陣，還可輸出一個文本形式的車輛行程安排記錄。點擊演示路線命令，地圖中就會增加路線圖層并產生一個stops表格，顯示設施點和客戶點的對應關系。

3.2 結果分析

本文規劃的三個設施中“F2”、“F8”為新規劃設施，“F5”為原有設施。對比設施定位結果和車輛路線安排結果可知，在設施定位模型中由設施“F5”為客戶“C10”提供配送服務，設施“F8”為客戶“C43、C44”服務，而在車輛路線模型中客戶“C10”是由設施“F2”服務的，客戶“C43、C44”由設施“F5”服務。為了實現物流設施定位和配送路線的整體優化，本文要使用輛路線編輯工具箱對車輛路線安排方案進行調整，將客戶點 “C10”添加到設施“F5”的配送路線Route 7中，再點擊重新計算站點順序按鈕，系統將自動調整該路線時間順序。另外，需為設施點“F8”和客戶點“C43”、“C44”創建新路線。[3]

3.3 A市物流設施選址與配送路線解決方案

圖1 A市物流系統LRP解決方案圖

在本文案例的解決方案中，從8個備選設施點選出“F2”、“F8”兩個規劃設施，這兩個設施和原有設施“F5”一起為46個客戶提供物流配送服務。一共形成12條配送路線。其中設施“F2”派出3輛車，形成Route 9、Route 10、Route 11 共 3 條配送路線。 設施“F5”派出 5 輛車，形成 Route 4、Route 5、Route 6、Route 7、Route8 共 5 條配送路線。 設施“F8”派出 4 輛車，形成 Route 1、Route 2、Route 3、Route 12 共 4 條配送路線。

Trans CAD路線系統顯示A市物流系統LRP解決方案（如圖1所示），還能為每一輛車制定了詳細的出行路徑和出行時間表。

4 結論

本文對基于Trans CAD軟件系統的物流系統LRP解決方案進行了研究，對如何運用Trans CAD中的物流模塊解決物流系統LRP進行了闡述，解決了基于Trans CAD的物流系統LRP，最后對方案結果進行分析，并用路線編輯工具對物流配送方案進行調整，為非計算機專業的人員提供了一個解決LRP的平臺。

［1］Caliper Corporation.Trans CAD 中文用戶手冊[M].America，2002：215-220.

［2］楊寧，尚新春，韋獻蘭，李海峰.利用Trans CAD軟件包解決基于時間窗的車輛路徑問題[J].交通與計算機，2007，1(25)：113-114.

［3］Caliper Corporation.Trans CAD 中文用戶手冊[S].America，2002：177-181.