专利名称：一种基于第三方物流集配中心的运输调度方法及其调度系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种运输调度方法及其调度系统，它基于第三方物流集配中心实现。
背景技术：
随着市场竞争加剧，在加工-装配式供应链，如汽车、电子产品及家用电器制造领域，为了快速响应客户需求和保持行业竞争力，制造厂商通常会要求供应商对生产线实施准时制配送以支持准时制生产。为了满足零部件多批次、小批量的生产线准时制配送要求，在供应链运作的实践中逐渐出现了许多专注于物流集配服务的第三方物流集配中心。大型的第三方物流集配中心往往服务于同类行业的多家制造商。第三方物流集配中心是指由第三方物流进行运作，对大量不同供应商供应的物料及零部件统一进行库存管理，再根据各个制造商的生产计划将所需的物料及零部件小批量多批次地配送至各制造商的生产工位的物流节点。
在以往传统的第三方物流配送模式下，第三方物流企业根据每个制造商的订单要求分别安排运力，不存在订单被拆分配送的情况，但是由于订单货物数量与运力匹配不佳等问题，物流运力一定程度上被浪费，运输资源得不到充分的利用。而在基于第三方物流集配中心的物流运作模式下，第三方物流集配中心同时服务于同类行业的多家制造商，车辆以固定的频率和相对稳定的运力发往制造商所在的各个地区。在相同地区各制造商的配送订单可以共用车辆运输。车辆的出发、到达时间以及运力由第三方物流事先确定，各制造商的配送订单可以拆分/合并运输。在考虑运输成本，以及订单提早配送/延迟配送成本的情况下将订单与运输计划相匹配。这种新的物流运作模式充分利用了第三方物流的运输资源，降低了供应链的总体成本。
由于在加工-装配行业，上述基于第三方物流集配中心的物流运作模式尚处于发展阶段，与之相适应的运输调度方法和系统都还比较缺乏。目前已有运输调度方法主要运用于第三方物流根据一家制造商的配送订单制定调度计划的情况，运输工具的调度服从制造商的生产调度，即运输工具的出发时间完全由某一个订单的需求时间决定。参见Chen，Z.L.andVairaktarakis，GL.Integrated Scheduling of Production and DistributionOperations.Management Science[J]，2005，51(4)614-628。这些已有的运输调度方法并不能很好地适应基于第三方物流集配中心的物流运作模式的需要。
发明内容
本发明解决的技术问题是提出了一种基于第三方物流集配中心的运输调度方法，该方法可以满足第三方物流集配中心同时对同类行业的多家制造商进行准时制配送的运输调度要求，本发明还提供了实现该方法的运输调度系统。
本发明提供的基于第三方物流集配中心的运输调度方法，其步骤包括 第1步获取第三方物流集配中心的不同目的地车辆运力和出发、到达时间信息，以及制造商的物料及零部件配送订单信息； 第2步将所有的订单分成可拆分运输订单和不可拆分运输订单两部分； 第3步分别按照下述两种方式对可拆分运输订单和不可拆分运输订单进行处理； 可拆分订单处理方式包括下述过程(3.1.1)至(3.1.7) (3.1.1)将所有可拆分运输订单按目的地进行分类， 设i为可拆分运输订单的序号，1≤i≤N，f为配送可拆分运输订单的车辆的序号，1≤f≤M，N为可拆分运输订单总数，M为配送可拆分运输订单的车辆总数；每个订单i的订单量记为Qi，每辆车f的可用运力记为Capf；设A表示所有可拆分运输订单的目的地中的任一个，对发往不同目的地A的订单分别按照步骤(3.1.2)至(3.1.7)进行处理； (3.1.2)判断目的地A的计划内运力总和是否满足准备发往该目的地的配送订单总量的需求，如果是，直接进入步骤(3.1.3)，否则增加额外运力，使发往该目的地的运力总和满足准备发往该目的地的配送订单总量的需求，然后进入步骤(3.1.3)； (3.1.3)若到达目的地A的时间比订单要求到达时间早，订单i中单位数量物品持有成本记为PEif；若到达目的地A的时间比订单要求到达时间晚，订单i中单位数量物品迟到惩罚成本记为PLif，订单i由车辆f配送的运输成本按计划内运力与额外运力分为两种计划内运力的单位数量物品运输成本为NCf、额外运力的单位数量物品运输成本为SCf； 利用式(I)或式(II)逐一计算目的地A中每个订单i与每个车辆f运力相匹配的单位匹配成本cif， cif＝PEif+PLif+NCf式(I) cif＝PEif+PLif+SCf式(II) 利用逐一计算得到的单位匹配成本cif，构建目的地A的订单与车辆运力的单位匹配成本矩阵P (3.1.4)将矩阵P中所有元素cif均初始设置为“未标注”，当有订单与车辆运力相匹配后，在矩阵P中，被分配完毕的订单对应的行元素将被全部标注；类似地，被分配完运力的车辆所对应的列元素也将被全部标注； (3.1.5)在矩阵P中，选取未被标注的最小元素，设该最小元素对应的订单号为i1，车辆序号为f1，即订单i1与车辆f1的运力进行匹配，匹配量记为
表示订单i1中数量为
的物品由车辆f1运输，此时，将订单i1的订单量
改为车辆f1的可用运力
改为 (3.1.6)若更改后的表明其对应的订单已分配完毕，则标注矩阵P中第i1行的所有元素；若更改后的表明f1对应的车辆运力已分配完毕，则标注矩阵P中第f1列的所有元素； (3.1.7)若矩阵P中所有元素均被标注，即表示发往目的地的A的所有订单已全部分配完毕，由所有
构成的序列即为最优配送调度方案，转入步骤(5)；否则，转步骤(3.1.5)重复进行； 不可拆分订单处理方式包括下述过程(3.2.1)至(3.2.5) (3.2.1)将不可拆分订单按目的地进行分类，设i′为不可拆分运输订单的序号，1≤i′≤N′，f′为配送不可拆分运输订单的车辆的序号，1≤f′≤M′，N′为不可拆分运输订单总数，M′为配送不可拆分运输订单的车辆总数；每个订单i′的订单量记为Qi′，每辆车f′的可用运力记为Capf′；对发往不同目的地B的订单i′分别按照步骤(3.2.2)至(3.2.5)进行处理；其中B表示所有不可拆分运输订单的目的地中的任一个； (3.2.2)设i1′为不可拆分运输订单中未匹配的订单的序号，判断目的地B是否存在未匹配订单i1′的订单量
大于当前所有车辆f′的可用运力Capf′，若有，则增加可用运力大于其订单量的额外运力车辆，然后进入步骤(3.2.3)；若没有则直接进入步骤(3.2.3)； (3.2.3)计算每个未匹配的订单i1′由每一可用运力大于其订单量的车辆运输至目的地的总成本，该总成本等于其订单量乘以其单位匹配成本，单位匹配成本为按照步骤(3.1.3)中的式(I)或式(II)的方法逐一计算得到；取其中最小的总成本对应的车辆进行预匹配，设f1′为该最小的总成本所对应的车辆的序号，则将订单i1′预匹配给车辆f1′，记为 (3.2.4)对预匹配到每一车辆f′上的订单的订单量按从大到小排序，得到序列C，在序列C中取前j个订单，使序列C中第1个至第j个订单的订单量之和小于等于Capf′，且使序列C中第1个至第j+1个订单的订单量之和大于Capf′，取消序列C中第j个订单之后的各订单与车辆f′的预匹配关系，在车辆f′的可用运力中减去序列C中第1个至第j个订单的订单量之和作为其新的可用运力为Capf′；即将序列C中第1个至第j个订单确定匹配给车辆f′； (3.2.5)判断是否所有订单都已经匹配完毕，若所有订单都已经匹配完毕，则调度结束，所有确定匹配关系的
所构成的序列即为最优配送调度方案，进入步骤(4)；若还有订单未与车辆相匹配，则返回步骤(3.2.2)继续进行。
第4步输出调度结果，结束调度过程。
实现权利要求上述的运输调度方法的运输调度系统，其特征在于它包括订单数据输入模块、车辆运力信息输入模块、订单拆分分析模块、运输调度模块、以及调度结果输出模块；运输调度模块包括第一、第二匹配模块； 订单数据输入模块用于接收制造商的物料及零部件配送订单，并传送给订单拆分分析模块； 车辆运力信息输入模块用于接收第三方物流发往各个地点的车辆运力及出发、到达时间信息，并转送给运输调度模块； 订单拆分分析模块用于对来自订单数据输入模块的配送订单进行可拆分性分析，将可拆分订单输出到第一匹配模块，不可拆分订单输出到第二匹配模块； 运输调度模块用于进行待配送订单和第三方物流的车辆运力的匹配运算； 第一匹配模块接收来自订单拆分分析模块的可拆分订单信息及模块的车辆运力及出发到达时间信息，按照所述可拆分订单处理方式进行匹配运算； 第二匹配模块接收来自订单拆分分析模块的不可拆分订单信息及车辆运力信息输入模块的车辆运力及出发到达时间信息，按照所述不可拆分订单处理方式进行匹配运算； 第一、第二匹配模块的调度匹配结果输出到调度结果输出模块输出。
本发明针对一种新的物流模式-基于第三方物流集配中心的物流运作模式，根据实践中的切实需求，考虑配送订单的可拆分性，对可拆分订单进行拆分运输，充分利用了第三方物流的运输资源，在车辆运力、配送时间给定的情况下可以实现以较小成本满足订单需求的运输调度目标(理论上可以实现最小成本)，满足了这种新的物流运作模式中进行运输调度的要求。
图1为本发明提供的调度方法的结构示意图。
图2为本发明调度系统的结构示意图。
图3为本发明调度方法中可拆分运输订单与车辆运力匹配算法流程图。
图4为本发明调度方法中不可拆分运输订单与车辆运力匹配算法流程图。
具体实施例方式 下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
本运输调度方法及其调度系统适用于第三方物流集配中心的物流运作。其调度方法的总体流程图如图1所示，实现本发明方法的系统的结构如图2所示。本发明系统包括订单数据输入模块1、车辆运力信息输入模块2、订单拆分分析模块3、运输调度模块4、以及调度结果输出模块5。运输调度模块4包括可拆分订单与车辆运力匹配模块41、不可拆分订单与车辆运力匹配模块42。
大型的第三方物流集配中心往往服务于同类行业的多家制造商，根据各个制造商的生产计划将其所需的物料及零部件按一定的配送频率送至各制造商的生产工位。由于第三方物流集配中心服务于多家制造商，并不是专属服务于某一家制造商，所以其车辆运力的发车时间及发车频率往往相对稳定，第三方物流事先制定好运力计划后通过车辆运力信息输入模块2输入调度系统。各制造商将物料及零部件需求计划通过调度系统的订单数据输入模块1发送至集配中心，订单拆分分析模块3根据订单所要求配送的物品性质及数量决定对订单是否进行拆分运输。例如，体积小、价值高的物品，如芯片、光电子零部件等归为不可拆分运输的订单；体积大、价值相对较低的物品，如大型机械部件、消耗型原材料等归为可拆分运输的订单。
对于可拆分运输的订单，运输调度模块4中的第一匹配模块41首先判断发往每个目的地的车辆运力的总和是否满足发往该目的地的订单的订单量总和。若不满足，则需增加额外运力，一般而言，额外运力的单位数量物品运输成本要高于计划内运力的单位数量物品运输成本，然后按照发明内容步骤(3.1.3)中的式I和式II逐一计算每个订单与每一车辆相匹配的单位匹配成本cif，并构建每个目的地的订单与车辆运力的单位匹配成本矩阵P 若满足，则不增加额外运力，直接计算并构建单位匹配成本矩阵P。
初始时，矩阵P中所有元素cif均设置为“未标注”。在矩阵P中，选取未被标注的最小元素，表示该未被标注的最小元素的下标所对应序号的订单与车辆运力进行匹配，匹配量为车辆可用运力与订单量的较小值。更改匹配后的该订单的订单量为原订单量减去匹配量，更改车辆可用运力为原车辆运力减去匹配量，即为订单拆分匹配后的剩余订单量和车辆的剩余可用运力。例如，若矩阵P中的最小未标注元素为
第i1号订单的订单量为
第f1号车辆的可用运力为
则将第i1号订单中的数量为
的物品匹配到第f1号车辆上。然后更改第i1号订单的订单量为更改第f1号车辆的可用运力为显然，更改后的
必然至少有一个为零。若更改后的订单量
为零，则表示该订单已经全部匹配完毕，将其对应的行元素全部标注，该订单不再需要进行匹配。若更改后的车辆的可用运力
为零，则表示该车辆的运力已经全部匹配完毕，将其对应的列元素全部标注，该车辆不再需要进行匹配。而后，在矩阵P中重新选择最小未标注元素，继续对订单及车辆进行匹配，直到矩阵P中所有的元素都被标注，则表明所有的订单已经全部匹配到合适的车辆上。其算法流程如图3所示。可拆分运输订单的最后的匹配结果传递到调度结果输出模块5。
对于不可拆分运输的订单，运输调度模块4中的第二匹配模块42首先判断发往每个目的地的订单中是否存在未匹配订单的订单量大于每一发往该目的地的车辆的可用运力。若存在，则增加可用运力大于其订单量的额外运力车辆；若不存在，则不增加额外运力车辆。将每个订单的订单量与可用运力大于其订单量的车辆进行匹配的单位匹配成本相乘，得到每个订单与每一可用运力大于其订单量的车辆相匹配的总成本。对于不可拆分运输订单的匹配过程分为“预匹配”与“确定匹配”两个阶段。首先，对每个不可拆分运输的订单，选择其匹配总成本最小的车辆进行预匹配。在这个阶段后，每个订单都对应一个预匹配的车辆，每个车辆则对应若干预匹配订单。第二个阶段，分别对每一个车辆上预匹配的订单按订单量从大到小排序，每一车辆对应得到一个订单序列，在该序列中取前j个订单，使序列中第1个至第j个订单的订单量之和小于或等于对应车辆的运力，且使序列中第1个至第j+1个订单的订单量之和大于对应车辆的运力。取消该序列中第j个订单之后的各订单与对应车辆的预匹配关系，而第1个至第j个订单则确定匹配给对应的车辆。在“确定匹配”阶段之后，更改每一车辆的可用运力为原运力减去确定匹配订单的订单量之和作为其新的可用运力。例如，车辆f1′的可用运力为
其上有n个预匹配订单，按订单量从大到小排序，将排序后的订单量依次记为Q1′，Q′2，……，Qn′，则有Q1′＞Q′2＞…＞Qn′，若且则将订单量Q′1，Q′2，…，Q′j所对应的预匹配订单确定匹配给车辆f1′，并且取消订单量Q′j+1，Q′j+2，…，Qn′所对应的预匹配订单与车辆f1′的预匹配关系。然后更改车辆f1′的可用运力重新判断是否存在未匹配的订单的订单量大于每一车辆的可用运力。若是，则增加可用运力大于其订单量的额外运力车辆，然后重新对未匹配的订单进行“预匹配”及“确定匹配”；若不存在，则直接重新对未匹配的订单进行“预匹配”及“确定匹配”。算法流程如图4所示。直至所有订单都确定匹配完毕后，将不可拆分运输订单的最后的匹配结果传递到调度结果输出模块5。
调度结果输出模块5通过可视化的界面，将最终调度结果显示给第三方物流管理人员。
本发明不仅局限于上述具体实施方式
，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式
实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1、一种基于第三方物流集配中心的运输调度方法，其步骤包括
第1步获取第三方物流集配中心的不同目的地车辆运力和出发、到达时间信息，以及制造商的物料及零部件配送订单信息；
第2步将所有的订单分成可拆分运输订单和不可拆分运输订单两部分；
第3步分别按照下述两种方式对可拆分运输订单和不可拆分运输订单进行处理；
可拆分订单处理方式包括下述过程(3.1.1)至(3.1.7)
(3.1.1)将所有可拆分运输订单按目的地进行分类，
设i为可拆分运输订单的序号，1≤i≤N，f为配送可拆分运输订单的车辆的序号，1≤f≤M，N为可拆分运输订单总数，M为配送可拆分运输订单的车辆总数；每个订单i的订单量记为Qi，每辆车f的可用运力记为Capf；设A表示所有可拆分运输订单的目的地中的任一个，对发往不同目的地A的订单分别按照步骤(3.1.2)至(3.1.7)进行处理；
(3.1.2)判断目的地A的计划内运力总和是否满足准备发往该目的地的配送订单总量的需求，如果是，直接进入步骤(3.1.3)，否则增加额外运力，使发往该目的地的运力总和满足准备发往该目的地的配送订单总量的需求，然后进入步骤(3.1.3)；
(3.1.3)若到达目的地A的时间比订单要求到达时间早，订单i中单位数量物品持有成本记为PEif；若到达目的地A的时间比订单要求到达时间晚，订单i中单位数量物品迟到惩罚成本记为PLif，订单i由车辆f配送的运输成本按计划内运力与额外运力分为两种计划内运力的单位数量物品运输成本为NCf、额外运力的单位数量物品运输成本为SCf；
利用式(I)或式(II)逐一计算目的地A中每个订单i与每个车辆f运力相匹配的单位匹配成本cif，
cif＝PEif+PLif+NCf式(I)
cif＝PEif+OLif+SCf式(II)
利用逐一计算得到的单位匹配成本cif，构建目的地A的订单与车辆运力的单位匹配成本矩阵P
(3.1.4)将矩阵P中所有元素cif均初始设置为“未标注”，当有订单与车辆运力相匹配后，在矩阵P中，被分配完毕的订单对应的行元素将被全部标注；类似地，被分配完运力的车辆所对应的列元素也将被全部标注；
(3.1.5)在矩阵P中，选取未被标注的最小元素，设该最小元素对应的订单号为i1，车辆序号为f1，即订单i1与车辆f1的运力进行匹配，匹配量记为
表示订单i1中数量为
的物品由车辆f1运输，此时，将订单i1的订单量
改为车辆f1的可用运力
改为
(3.1.6)若更改后的表明其对应的订单已分配完毕，则标注矩阵P中第i1行的所有元素；若更改后的表明f1对应的车辆运力已分配完毕，则标注矩阵P中第f1列的所有元素；
(3.1.7)若矩阵P中所有元素均被标注，即表示发往目的地的A的所有订单已全部分配完毕，由所有
构成的序列即为最优配送调度方案，转入步骤(5)；否则，转步骤(3.1.5)重复进行；
不可拆分订单处理方式包括下述过程(3.2.1)至(3.2.5)
(3.2.1)将不可拆分订单按目的地进行分类，设i′为不可拆分运输订单的序号，1≤i′≤N′，f′为配送不可拆分运输订单的车辆的序号，1≤f′≤M′，N′为不可拆分运输订单总数，M′为配送不可拆分运输订单的车辆总数；每个订单i′的订单量记为Qi′，每辆车f′的可用运力记为Capf′；对发往不同目的地B的订单i′分别按照步骤(3.2.2)至(3.2.5)进行处理；其中B表示所有不可拆分运输订单的目的地中的任一个；
(3.2.2)设i′1为不可拆分运输订单中未匹配的订单的序号，判断目的地B是否存在未匹配订单i′1的订单量
大于当前所有车辆f′的可用运力Capf′，若有，则增加可用运力大于其订单量的额外运力车辆，然后进入步骤(3.2.3)；若没有则直接进入步骤(3.2.3)；
(3.2.3)计算每个未匹配的订单i′1由每一可用运力大于其订单量的车辆运输至目的地的总成本，该总成本等于其订单量乘以其单位匹配成本，单位匹配成本为按照步骤(3.1.3)中的式(I)或式(II)的方法逐一计算得到；取其中最小的总成本对应的车辆进行预匹配，设f′1为该最小的总成本所对应的车辆的序号，则将订单i′1预匹配给车辆f′1，记为
(3.2.4)对预匹配到每一车辆f′上的订单的订单量按从大到小排序，得到序列C，在序列C中取前j个订单，使序列C中第1个至第j个订单的订单量之和小于等于Capf′，且使序列C中第1个至第j+1个订单的订单量之和大于Capf′，取消序列C中第j个订单之后的各订单与车辆f′的预匹配关系，在车辆f′的可用运力中减去序列C中第1个至第j个订单的订单量之和作为其新的可用运力为Capf′；即将序列C中第1个至第j个订单确定匹配给车辆f′；
(3.2.5)判断是否所有订单都已经匹配完毕，若所有订单都已经匹配完毕，则调度结束，所有确定匹配关系的
所构成的序列即为最优配送调度方案，进入步骤(4)；若还有订单未与车辆相匹配，则返回步骤(3.2.2)继续进行。
第4步输出调度结果，结束调度过程。
2、实现权利要求1所述的运输调度方法的运输调度系统，其特征在于它包括订单数据输入模块(1)、车辆运力信息输入模块(2)、订单拆分分析模块(3)、运输调度模块(4)、以及调度结果输出模块(5)；运输调度模块(4)包括第一、第二匹配模块(41、42)；
订单数据输入模块(1)用于接收制造商的物料及零部件配送订单，并传送给订单拆分分析模块(3)；
车辆运力信息输入模块(2)用于接收第三方物流发往各个地点的车辆运力及出发、到达时间信息，并转送给运输调度模块(4)；
订单拆分分析模块(3)用于对来自订单数据输入模块(1)的配送订单进行可拆分性分析，将可拆分订单输出到第一匹配模块(41)，不可拆分订单输出到第二匹配模块(42)；
运输调度模块(4)用于进行待配送订单和第三方物流的车辆运力的匹配运算；
第一匹配模块(41)接收来自订单拆分分析模块(3)的可拆分订单信息及模块(2)的车辆运力及出发到达时间信息，按照所述可拆分订单处理方式进行匹配运算；
第二匹配模块(42)接收来自订单拆分分析模块(3)的不可拆分订单信息及车辆运力信息输入模块(2)的车辆运力及出发到达时间信息，按照所述不可拆分订单处理方式进行匹配运算；
第一、第二匹配模块(41、42)的调度匹配结果输出到调度结果输出模块(5)输出。
全文摘要
一种基于第三方物流集配中心的运输调度方法及其调度系统，是一种在车辆运力计划已确定的前提下，配送订单与车辆运力计划相匹配的优化调度方法及其调度系统。与现有的运输调度计划相比，考虑了订单的拆分运输问题，针对可拆分运输的订单和不可拆分运输的订单，分别采用了不同的匹配方法。对可拆分运输的订单和不可拆分运输的订单分别进行匹配，有利于形成更好的运输调度方案，降低配送成本。运输调度系统由订单数据输入模块、车辆运力信息输入模块、订单拆分分析模块、运输调度模块、以及调度结果输出模块组成。该系统实时接收制造商的配送订单信息，并根据集配中心输入的车辆运力计划，对配送订单与车辆运力自动进行优化匹配，形成运输调度方案。
文档编号G06Q10/00GK101604416SQ20091006322
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者马士华, 李昆鹏, 焜 黄 申请人:华中科技大学