整车物流分析及装载方案的优化问题

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1、整车物流分析及装载方案的优化问题1一、整车物流概述11.1整车物流运输基本概念11.2整车物流的分类11.3整车物流的特点2二、国内外整车物流运输现状22.1国内整车物流现状22.2国外整车物流现状22.3国内和国外整车物流对比3三、安吉物流公司整车物流概述错误!未定义书签。3.1安吉物流公司介绍错误!未定义书签。3.2安吉物流整车物流运作概况错误!未定义书签。3.3安吉整车物流现状分析错误!未定义书签。四、整车物流装载模型44.1整车物流运输装载问题概述.44.2整车物流运输装载问题分析.44.2.1问题的提出64.2.2问题的分析64.3数学模型建立64.3.1轿运车装载单种乘用车装载能力

2、计算64.3.2轿运车混装乘用车装载能力计算74.3.3轿运车装载乘用车方案的模型建立84.4模型实现及实际案例验证9五、模型评价及总结12整车物流分析及装载方案的优化问题研究孙军艳来旭东（陕西科技大学机电工程学院，陕西西安710021）摘要：简要介绍整车物流并分析国内外整车物流现状，解决轿运车装载方案优化问题。通 过轿运车装载乘用车的装载方案的不同，将装载率在99%以上的装载方案建立组合矩阵。以轿运车满载方案及运输乘用车的数量类型作为约束条件，使用穷举法建立在满足整车物 流公司订单条件下使用轿运车数量最少的数学模型，并使用java语言编程给出整车物流 装载方案的计算程序，达到提高运输效率，降

3、低成本的目的。关键词：整车物流；装载率；穷举法引言整车物流是指汽车在制造厂完成组装下线后开始，直到送达用户手中为止的一系列仓 储、运输、维护、检验、加工和其他各种增值服务过程，是实物流、信息流、资金流的统 一1。指在敏捷的汽车供应链环节中，以成品车作为物流运输对象一、整车物流概述1.1整车物流运输基本概念整车物流是指汽车在制造厂完成组装下线后开始，直到送达用户手中为止的一系列仓 储、运输、维护、检验、加工和其他各种增值服务过程，是实物流、信息流、资金流的统 整车物流是基于时间竞争的敏捷汽车供应链环境中，以整车作为物流服务对象，按照 客户订单对交货期、交货地点、品质保证等的要求进行快速响应和准时

4、配送。整车物流从 简单的商品车运输变化为以运输为主体，仓储、配送、末端增值服务为辅的新型物流。为 了适应信息化、自动化、网络化、智能化、柔性化的发展趋势，制造企业的整车物流部门 作为整车物流过程的一个环节，要时刻跟世界物流技术的发展动态，不断提高我国整车物 流的效率，增强市场竞争力，加快我国整车物流现代化的步伐。1.2整车物流的分类按照整车物流标的物设计和技术特性，整车物流可以分为：乘用车车辆物流、商用车 车辆物流、特种车辆车辆物流、工程车车辆物流等等。按照整车物流标的物车辆使用年限特性，整车物流可以分为：商品车车辆物流、二手车车 辆物流、古董车车辆物流等等。按照整车物流运输工具特性，整车物流

5、运输方式可分为：陆路运输、航空运输、水路 运输等等。其中陆路运输可分为公路运输和铁路运输；水运整车物流又可分为集装箱整车 物流运输、滚装船整车物流运输。整车物流在各国及汽车行业内都有不同的说法：日本称为“车画物流”、“完成车物 流，其实还有旧车物流叫做中古车物流；英美等国也称Finished vehicle logistics、“Vehicle logistics、“Vehicle transport。1.3整车物流的特点由于汽车商品与普通商品相比有其特殊性，因此，汽车整车物流也有其自身的特点。（1）需要专用的运输设备。汽车整车物流的运输工具是专用轿运车、火车专用车皮、 专用集装箱、滚装轮船等

6、。常见轿运车有单层车，双层车等，装载乘用车数量一般在6辆 至24辆之间。（2）商品价值高，仓储、运输安全要求高，全程可控性要求高。现在汽车售价在10 万到30万比例较大，按照轿运车装载十辆乘用车计算，一辆轿运车上的汽车总价值就可 达100万到300万。而运费收入未能与价值成比例关系，按照平均运价单车每公里0.9元 计算，运一次上海-北京，1600公里，10台车的总收入为15400元，如果不能有效的监控 运作过程、规避风险、降低质损率，那运费收入远远不能承担车辆事故的降价损失。（3）不需要专业搬运、储存设备。由于车辆是可自主移动的，故搬运、存储只需要 合格的驾驶员操作即可。（4）物流运作技术不复

7、杂，但对物流质量要求高。整车物流是根据各地销售上的订 货要求安排的，市场需求的波动比较大，并且由于供应链中“牛鞭效应”的存在，变化性 强，不可控。为了保证市场供应，必须保持有大量库存，或者准备大量临时的运力资源。二、国内外整车物流运输现状2.1国内整车物流现状首先，汽车生产厂对第三方物流的认知程度较低，大多数整车物流供应商都是汽车生 产厂的下属或相关企业，这些企业的基础物流设施缺乏系统化的统一建设，各自构成运输 网络，盲目增加运力，扩建仓库设施，造成部分设备及设施的利用率低下，部分设备或设 施又超负荷运作，导致了乘车物流基础设施不均衡，降低了整车物流的运作效率，从而导 致整车物流成本居高不下的

8、现象。随着我国经济的进一步发展，人民生活水平进一步提升，个性化需求的不断变化，汽 车生产厂从内部获取利润的机会越来越小，各个汽车品牌竞争也越来越激烈，产品需求也 不再是推动式由卖方主导，而变成拉动式生产。我国的汽车生产厂要想提高自身的核心竞 争力，除了挖掘企业潜在的力量源泉外，还从整条供应链上寻找利润点，其中最重要的就 是物流成本，而这对于经受着油价不断飙升的整车物流来说，真的是雪上加霜。再者，我国的整车物流信息化程度偏低，大部分整车物流供应商仍旧依赖于员工经验， 依靠手工操作，依照口头流程，造成差错率较高、信息传输较慢、管理效率较低；缺乏完 善的信息平台，无法与供应量上的其他企业实现信息共享

9、，形成相互壁垒，影响了整车物 流也的整体发展。再来看运输工具，在我国大环境下，运输工具的标准还滞留在几十年前的传统物流水 平，即没有与国际接轨，也滞后于相关技术的发展，缺乏行业标准，导致物流设备标准及 物流过程中的服务质量标准不统一，伴随着的恶性竞争是，运载车辆越来越长，运载量越 来越多，加上道路管理的各自为政，执法不严，导致现在轿运车普遍都不符合国家标准。 轿运车装载依靠人工经验，容易造成轿运车多余使用，造成资源的浪费。2.2国外整车物流现状国外的乘用车销售模式与中国有较大的区别，以日本丰田汽车为代表的汽车生产厂商， JIT理念深入至供应链中的各个节点，是一种拉动式的生产模式。这样，物流计划

10、是可实 施、可控制并且准确的，在汽车还未生产完毕时，结合长距离运输用铁路、航运，短距离 运输用公路的可持续总成本较低的运作思路，就已经能合理的设计出最优的运输方案，后续只要对执行过程进行跟踪，就简单很多，突发状况也就减少，更容易控制。在欧洲、北美等发达国家和地区，整车物流业拥有现代化的基础设施，发展相对成熟， 汽车生产厂对第三方物流的认知程度很高。第三方物流企业拥有高学历的物流管理人才以 及先进的整车物流管理理念和管理技术，能够为客户提供优质的运输、仓储等个性化增值 服务；能够对每一辆成品车自出厂到分销商甚至客户这一整个物流过程进行监控、大大降 低出错的可能性。国外的整车物流管理水平主要体现在

11、物流信息技术和IT技术的高度集成。供应商、生 产商、分销商、零售商、运输商以及仓储商等其他相关业务部门通过一套集成的IT系统 联系起来，使得供应链上所有企业实现信息共享，达到整条供应链效益的最大化。2.3国内和国外整车物流对比表2-1国内外整车物流对比国内整车物流国外先进整车物流汽车市场卖方市场占主导以客户的个性化需求拉 动的买方市场物流理念准时、保质保量完成商品 车的运输任务为客户提供一体化整车 物流服务，以客户需求为 导向，满足客户个性化需 求服务对象汽车生产冏、汽车经销冏汽车生产商、汽车经销 商、汽车租赁商、汽车进 口商、个体消费者以及其 他各种汽车业务经营企 业服务内容主要为运输、仓储

12、完善的物流服务以及供 应链解决方案物流过程可控性差，物流企业柔性 低，被动接受市场变化和 需求波动物流全程可视化，以良好 的柔性面对各种突发事件，对市场变化和需求波 动迅速反应业务流程与业务操作无标准、各个环节之间无 法有效衔接，信息传递效 率低下标准化、无缝衔接、高效 的信息传递技术支持运输、仓储管理、在途车 辆定位部分的信息技术先进的物流管理，先进的 物流信息系统，全程订单 跟踪，物流过可视化供应链中的定位整车物流销售的承运商与客户之间的伙伴关系， 汽车产业链中核心位置， 参与产品开发和市场预 测四、整车物流装载模型4.1整车物流运输装载问题概述整车物流装载指的是按照客户订单对轿运车快速配

13、送的全过程。轿运车的装载运输分配 问题是整车物流中的典型问题。由于整车物流配载涉及知识面广，技术要求高，实施难度 大，在我国正处于起步阶段，大部分整车物流企业的配载过程仍主要依靠人工操作，配载 方案的设定基本依赖于调度人员的经验，普遍存在以下问题：（1）缺少科学方法指导，有一定的盲目性。（2）工作强度大，效率低，适应性差。（3）对操作人员有较高要求，容易出现质量损坏。（4）运输工具运力浪费，经济性不高。乘用车生产厂家根据全国客户的购车订单，向物流公司下达运输乘用车到全国各地的 任务，物流公司则根据下达的任务制定运输计划并配送这批乘用车。为此，物流公司首先 要从他们当时可以调用的轿运车中选择若干

14、辆轿运车来，再结合乘用车生产厂家提供的订 单中乘用车具体尺寸及订单数量，给出每一辆轿运车的乘用车装载方案以保证运输任务的 完成。物流公司力求降低运输成本，在运输距离，运输价格确定的情况下，影响运输成本的 主要因素可以看成是轿运车的使用数量，由于运输乘用车型号的不同，在轿运车装载乘用 车时，不同的装载方案对应不同的轿运车空间使用率，如何装载乘用车才能使所需要的轿 运车数量最少成为一个待解决的问题。本文以安吉物流整车运输为背景，利用现有数据结合实际情况建立轿运车装载数学模 型，给出通用程序，根据客户的订单生成科学合理的乘用车装载方案，减少轿运车的使用 数量，来最大限度的降低物流公司的运输成本，增加

15、公司盈利水平。4.2整车物流运输装载问题分析图4-1 1-1型轿运车图4-2 1-2轿运车图4-3 2-2型轿运车上海汽车每年生产的各类乘用车会销往全国各地，而运输这些成品乘用车主要有安吉 物流运输公司完成。上汽公司根据全国客户的购车订单，向安吉物流公司下达运输乘用车 到全国各地的任务，安吉物流运输公司则根据下达的任务制定运输计划来配送这批乘用车。 如图1、图2、图3就是轿运车运送乘用车整车物流实施过程中的画面，其中，图1是1-1 型轿运车，即上层和下层都只能装载一列乘用车，图2是1-2型轿运车，即上层可以放置 两列乘用车，图3是2-2型轿运车，即上层和下层都可以放置两列乘用车。轿运车装载乘用

16、车的具体要求如下：（1）每种轿运车上、下层装载区域均可等价看成长方形，各列乘用车均纵向摆放， 相邻乘用车之间纵向及横向的安全车距均至少为0.1米，下层力争装满，上层两列力求对 称，以保证轿运车行驶平稳。（2）受层高限制，高度超过1.7米的乘用车只能装在1-1、1-2型下层。（3）在轿运车使用数量相同情况下，1-1型轿运车的使用成本较低，1-2型略高，但 物流公司1-2型轿运车拥有量小，为方便后续任务安排，每次1 -2型轿运车使用量不超过 1-1型轿运车使用量的20%。4.2. 1问题的提出安吉物流公司拥有的轿运车类型和规格如表4-1：表4-1轿运车型号和规格轿运车型号上下层长度（米）上层宽度（

17、米）下层宽度（米）1-1AZ111-2n匕2Z”安吉物流服务的汽车生产商众多，运输的乘用车类型和规格也形式多样，但在实际情 况中，每个生产商生产的成品车单独运输，所以运往同一个地点的乘用车类型不超过三种， 假设运输的乘用车型号如下表4-2：表4-2乘用车型号和规格乘用车型号长度（米）宽度（米）高度（米）I、HiI勺H2I%H3 1.7其中III型车表示高度大于1.7m的乘用车。4.2.2问题的分析整车物流的运输成本计算较为繁杂，由于影响整车物流的运输成本的高低首先是轿运 车的使用数量，这里简化为轿运车最小成本即满足订单要求时最小的轿运车使用数量。解 决该问题的实质就是最优解问题，首先根据乘用车

18、装载要求，设置约束条件，设置合理的 目标函数，建立数学模型。根据数学模型，利用计算机编程计算给出解决问题的通用算法 和程序，并且根据物流公司具体运输的乘用车类型及数量找到最优解，即车辆装载的最优 方案，以使轿运车使用总数量最少，成本最低。解决问题的具体思路如下：首先，考虑每一种轿运车单独装载某种乘用车时的最大数量，这有助于更好的制定最 佳装载方案。然后，在已知单型轿运车装载单种乘用车最大数量的前提下，使用穷举法， 通过计算机编程计算得到1-1型轿运车和1-2型轿运车混装三种乘用车的所有组合方式， 选择装载率较大即混合装载后轿运车剩余空间较小的装载方式。接着，在已知两种类型轿 运车的所有装载率大

19、的组合方式下，以下层力争装满，上层两列力求对称（保证轿运车行 驶平稳）、预计运输乘用车的数量以及轿运车调运要求最为约束条件，以轿运车总使用数 量最少为目标函数，建立整数线性规划优化模型，从所有的满载方式中选择合适的若干种 装载方案和采用此种装载方案的轿运车数量，最终结合具体实例运行程序，给出计算结果 报表，并验证程序的性能。4.3数学模型建立4.3.1轿运车装载单种乘用车装载能力计算首先，注意到装载要求中高度大于1.7m的I型乘用车只能放置在轿运车下层，则建立 数学公式分别计算1-1型和1-2型轿运车分别满载单种乘用车即乘用车I,乘用车II和乘 用车III的数量。Q“ imaxb.imaxJ

20、imax=(i + 1) x=(i + 1) x=(i + 1) xi = 1,2X1i虬 + .1JX1i 1虬+ o.1*.1lL3 + 1J其中，aimax及bimax表示1- I型轿运车分别满载乘用车I和II的数量；当i = 1时 表示1-1型轿运车，上下两层共两列Q + 1) = 2，i = 2时表示1-2型轿运车，上下两层一 列一共三列，故(i + 1) = 3； c. x表示1-I型轿运车下层满载乘用车III型车的数量；X” imax1i表示1-I型轿运车的装载区域的长度，即轿运车车厢长度。LL2、L3分别表示I、II、III 型乘用车的长度。4.3.2轿运车混装乘用车装载能力计

21、算穷举法，是指在一个有穷的可能的解的集合中，搜索出集合中的每一个元素，用问题 给定的解的检验条件去判断是否符合条件，若满足条件，该元素即为该问题的一个解，若 不满足问题解的检验条件，该元素就不是这一问题的解。穷举法是最简单，最常见也是最 容易想到的一种程序设计策略，该方法充分利用了计算机处理的高速特征，从本质上讲是 一种搜索算法。在已知单型轿运车满载每种乘用车数量的前提下，使用穷举法，通过计算机编程可以 分别得到1-1型和1-2型轿运车的满载三种乘用车的所有组合方式：用气，吃，31分别 表示混装时1-1型轿运车上层单列所装乘用I型车，II型车，III型车的数量，12，22， 气2表示下层数量。

22、则有如下方程组：%111+%212+%313乂11%11-1+%21-2+%31-3%11maX(L，稣 A)max(L1，L2,L3)%121+%222+%323乂1112-L1+22-L2+32-L3%11、+ %12。1皿%21+& v y似同理，y11，y21，y31分别表示混装时1 -1型轿运车上层单列所装乘用i型车，ii型车，III型车的数量，y12，y22，y32表示下层数量。则有如下方程组：*1+12+七1七3土1*1 -L1+21-L2+31-L3%11 maX（匕,吗 L3）*2 匕 +为22+七2孔3土1*2 匕+七2 匕+七2 七乏土1 maX（1，匕,七）*1 + *

23、2 1-max，21 +，22 ”1-max，31 +，32 C1-max将所得结果填入如下表格中，每一组结果表示一种装载方案，其中装载率一栏表示在该 装载方案下，所有装载车辆总长度（包括安全距离）占轿运车可装载区域总长度的百分比。 当满足上述方程组的解即装在方案过多时，会造成模型过于复杂，计算时间过长，故此时 选择装载率大于99%的装载方案作为备选装载方案，以便于程序运行。如下表4-3所示为 1-1型轿运车装载方案，同理可得1 -2型所有装载方案，此处不再赘述。表4-3 1-1型轿运车装载方案满载方式序号装载I型车数量装载II型车数量装载III型车数量装载率上层下层上层下层上层下层1%11X

24、”%21%22%31%32口4.3.3轿运车装载乘用车方案的模型建立在已知1-1型和1-2型轿运车的满载I、II、III型乘用车的所有组合方式的情况下， 以完成运输任务调用最少轿运车数量为目标函数，以预计运输乘用车的数量为约束条件， 综合1-1型和1-2型轿运车满足装载率大于99%的方案，计算满足运输各种乘用车数量条 件下每种装载方案的使用数量，即就是相同装载方案的轿运车数量；以在轿运车使用数量 相同情况下，每次运输1-2型轿运车使用量不超过1-1型轿运车使用量的20%为另一个约 束条件，建立如下的整数线性规划优化模型：设第i种运载方式使用1-1型轿运车lx辆，每辆车装载I、II、III型乘用

25、车分别为A】,、 A2q A3.辆；设第k种运载方式使用1 -2型轿运车辆，每辆车装载I、II、III型乘用车 分别为Bjk、B2k、B3k辆。由此所建立的数学模型如下：i=1 fc=1LA1ixi+LB1yk-n1i.1k1i1k1力提M3i1k120%以-力i1 k1其中，n1, n2, n3分别表示运输的I、II、III型乘用车的总数量，Q表示1-1型轿 运车装载方案数量，Q2表示1-2型轿运车装载方案数量。4.4模型实现及实际案例验证本文利用JAVA编程语言，MyEclipse开发工具编写通用程序，实现用户界面编程和上 述数学模型的实现及计算。现以具体实例验证计算数学模型及程序的可行性

26、。假设安吉物流公司要运送I型乘用车156辆，II型乘用车102辆及III型车39辆，物流 公司拥有的轿运车型号如表4-4,乘用车型号规格如表4-5,制定运输计划，计算所得此 次运输计划所需要的轿运车的最少数量以及每辆轿运车的装载方案。表4-4轿运车规格轿运车型号上下层长度（米）上层宽度（米）下层宽度（米）1-1192.72.71-224.33.52.7表4-5乘用车规格乘用车型号长度（米）宽度（米）高度（米）I4.611.71.51II3.6151.6051.394III4.631.7851.77程序实现的基本功能：1、登陆界面需要输入用户名和密码，如下图4-1所示图4-1登录界面2、登陆后转

27、换到主程序界面，如图4-2整车物流装载优化系统话选择车型：丰塑L iKi&K 刁姓童；车型传母在此显示E 我置，车型总点札此昱亦躅定图4-2主程序界面3、在此界面用户选择需要运载的乘用车类型，并输入各类型乘用车的运输数量，点击确 定之后进入内部计算过程，如图4-3。图4-3计算过程运行过程中内部计算数据如下:表4-4 1-1型轿运车满载方式及装载乘用车装载率满载方式序号装载I型车数量装载II型车数量装载III型车数量装载率上层下层上层下层上层下层144000099.16%243000199.21%343010096.54%442000299.26%542010196.59%642020093.

28、92%741000399.32%841010296.64%941020193.97%1041030091.30%1140000499.37%1240010396.70%1340020294.03%1440030191.36%1540050098.46%1634100096.54%1733100196.59%1833110093.92%19续表见附录表4-5 1-2型轿运车满载方式及装载乘用车装载率满载方式序号装载I型车数量装载II型车数量装载III型车数量装载率上层下层上层下层上层下层1105000096.91%2104000196.94%3104010095.55%4103000296.97

29、%5103010195.58%6103020094.18%7102000397.00%8102010295.60%9102020194.21%10102040097.91%11101000497.02%12101010395.63%13101020294.24%14101040197.94%15101050096.55%16100000597.05%17100010495.66%18100020394.27%19续表见附录4、最终运算结果如下图从表中可知，每种满载率大于99%的方案的使用数量，共使用1-1型轿运车26辆，1-2 型轿运车5辆，满足约束条件要求。五、模型评价及总结根据模型计算结果

30、，首先本模型逻辑清楚，算法简单易于理解，利用JAVA编程语言程 序有着良好的面向对象特征，良好的程序可拓展性和可维护性。其次，模型计算结果令人 满意，但由于采用基本穷举法进行计算，程序性能有待提高，在运输计划复杂时，应该尽 量采用启发式算法改进模型，以增加程序计算速度，降低算法复杂度。另外，本模型和程 序仅用于本次物流工程综合课程设计，并无其他商业用途，故程序结构也比较简单，界面 简洁，仅实现基本的运输装载计算过程，对其它运输问题解决方法还有待加强。通过本次物流工程综合课程设计，使我了解到我国和国外整车物流运输的基本情况， 并对我国整车物流装载问题进行分析，深入了解了安吉物流运输公司的运输问题，对它的 整车装载问题进行了数学建模求解，解决了安吉物流公司在运输时使用最少的轿运车来满 足乘用车运输要求的问题。在课程设计过程中，利用所学物流工程专业知识进行分析问题， 和将平时积累到的计算机技能如Java编程和数学建模经验加以运用，为课程设计的顺利完 成提供了最大的保障。最后，感谢孙老师每次答疑时孜孜不倦的教导，对我们进行监督指导，不断督促我们 前进，确保本次物流工程综合课程设计的顺利完成，谢谢老师！1参考文献1