成品油配送多車艙車輛指派及路徑優(yōu)化問題研究

王勇

（中國石油運輸有限公司重慶分公司，重慶400010）

0 引言

石油是工業(yè)的血液，是關(guān)系到國家民生、安全穩(wěn)定的重要戰(zhàn)略物資，也是我國經(jīng)濟賴以生存的重要資源，在經(jīng)濟發(fā)展中有著不可替代的作用。隨著經(jīng)濟的增長和機動車行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)的機動車數(shù)量不斷地增加，在提高人民生活質(zhì)量的同時，也為城市交通帶來了壓力，使得成品油的需求量不斷增長。再加之我國相關(guān)政策的改變，社會各界對成品油配送行業(yè)也有了更高的要求。因此，為充分滿足人們在日常生活中對油量的需求，保障加油站在日常銷售中不會出現(xiàn)油量短缺，相關(guān)配送企業(yè)需要頻繁地進行成品油配送工作，成品油的配送成為當(dāng)前有待解決的問題。

1 成品油配送現(xiàn)狀

成品油是指開采出的原油經(jīng)過分餾、裂化、精煉等過程加工后獲得到的產(chǎn)品。成品油可以分為石油燃料、石油焦、石油瀝青、石蠟、石油溶劑、潤滑劑、化工原料等多個類別。在成品油的各類產(chǎn)品中，產(chǎn)量最多的是石油燃料，大約占成品油產(chǎn)品總產(chǎn)量的90%，而石油燃料又分為汽油、柴油、煤油、航空燃料等。在我國的《成品油市場管理辦法》中，以“汽油、煤油、柴油及其他符合國家產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、具有相同用途的乙醇汽油和生物柴油等替代燃料”作為成品油的定義，因此，人們又將石油燃料稱為狹義的成品油。成品油配送是油品供應(yīng)鏈中的最后一個環(huán)節(jié)，相比于其他產(chǎn)品，成品油配送一般具有下述特征：

1.1 高風(fēng)險性，且不同的產(chǎn)品間是相互排斥的

成品油是極易發(fā)生燃燒和爆炸的特殊商品，若在配送的過程中發(fā)生泄露或爆炸，將嚴(yán)重威脅到相關(guān)工作人員的生命安全。此外，成品油是一種石油加工產(chǎn)品，不能同時裝載不同類型的產(chǎn)品，因此，在配送成品油的過程中，必須滿足在成品油車輛中專門配送艙位的要求。

1.2 運輸距離長

由于對安全方面的考慮，成品油加工廠與油庫大多集中在遠(yuǎn)離城區(qū)的地方，在成品油配送時，通常需要長距離行駛。

1.3 運輸工具標(biāo)準(zhǔn)化與專用化

目前，國內(nèi)仍較多地使用中小型單艙配送車，每輛車僅能配送一種成品油，且配送量較少。當(dāng)成品油需求量較大時，車輛需多次運送，對成品油的配送效率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，我國的成品油配送車輛正在逐步發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化的大容量多艙配送車輛。

近年來，在市場經(jīng)濟的快速發(fā)展的背景下，我國對于成品油的需求持續(xù)增長，成品油的消耗量也是逐年遞增。但由于我國經(jīng)濟發(fā)展由高速轉(zhuǎn)為高質(zhì)量的發(fā)展，且乘用車的銷量逐漸下降，隨著新能源汽車相關(guān)技術(shù)不斷成熟，越來越多的人熟知并選擇新能源汽車。這些因素不可避免地對成品油產(chǎn)生了一些影響，也使得成品油配送企業(yè)急切需要找到提升配送能力的方法。

成品油市場的配送模式與管理機制隨著成品油行業(yè)的發(fā)展而不斷進步，從最開始的需要按照行政區(qū)劃分，設(shè)置相關(guān)的分公司來專門負(fù)責(zé)該區(qū)域內(nèi)的成品油配送，到以市場需求為基礎(chǔ)，對油庫布局進行調(diào)整，再到成品油配送路線優(yōu)化，成品油配送的每個環(huán)節(jié)都在不斷地優(yōu)化。

目前，成品油的配送方式主要分為兩類：一種是主動配送模式，加油站的油量庫存信息與配送中心共享，成品油配送企業(yè)根據(jù)油量庫存信息進行統(tǒng)一配送；另一種是被動配送模式，通常由加油站或終端客戶根據(jù)銷售和油品庫存情況進行估算，然后向配送企業(yè)發(fā)出配送計劃，配送企業(yè)依次進行被動配送。其中，被動配送模式是當(dāng)今成品油配送的主要方式。采用被動配送模式，加油站可以根據(jù)油量庫存情況進行合理規(guī)劃，但不利于配送企業(yè)提高整體配送效率。此外，由于每個加油站和終端客戶的需求不同，配送企業(yè)通常需要根據(jù)客戶的需求對配送計劃進行調(diào)整，更容易導(dǎo)致配送質(zhì)量不高、數(shù)量不均衡、配送比例過低的情況。

2 成品油配送路徑探究

2.1 成品油配送問題

成品油配送問題，最早在1981年由布朗和格雷夫斯人提出，隨后其他國內(nèi)外多名學(xué)者對此問題進行了深入的研究探討。國內(nèi)學(xué)者的研究成果主要集中在成品油配送中單車艙車輛的調(diào)度問題上，如分別利用改進C-W算法與遺傳算法，對多車型成品油單車艙車輛配送問題進行了優(yōu)化求解。此外，還有一部分學(xué)者探究了成品油在配送過程中的時間窗問題，并利用一種啟發(fā)式方法，對調(diào)配運輸任務(wù)進行了合理的安排；對成品油庫存與運輸?shù)穆?lián)合優(yōu)化問題進行研究，并取得了良好的效果；還有學(xué)者提出了一種交互式求解算法，對成品油配送車輛路徑問題進行了有效求解。

2.2 成品油配送系統(tǒng)優(yōu)化

成品油配送系統(tǒng)優(yōu)化是指利用先進的信息技術(shù)和管理方法，對相關(guān)系統(tǒng)進行科學(xué)合理的改進，實現(xiàn)物流與業(yè)務(wù)流程的分離，以達到優(yōu)化成品油配送系統(tǒng)和降低產(chǎn)品運輸成本的目的，是提高分銷企業(yè)經(jīng)濟效益的有效途徑。目前，在國內(nèi)學(xué)者關(guān)于成品油配送問題的研究中，以配送系統(tǒng)的優(yōu)化為切入點的研究不在少數(shù)，將配送系統(tǒng)與具體的油品銷售公司結(jié)合起來展開。

還有部分學(xué)者從供應(yīng)鏈視角對成品油配送系統(tǒng)展開研究，具體可以分為以下幾點：首先，分析了我國石油西部地區(qū)成品油配送系統(tǒng)中存在的問題，并有針對性地提出將調(diào)度系統(tǒng)、設(shè)施布局、配送網(wǎng)絡(luò)一體化下的優(yōu)化策略。其次，對我國石油的成品油配送系統(tǒng)進行了分析，并從成品油輸送效率、節(jié)點配置、輸送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、應(yīng)急處置能力四個方面提出相應(yīng)的改進意見。最后，將成品油配送渠道分為四個等級，零級是指成品油由原油加工工廠直接運輸?shù)娇蛻羰种校灰患壥侵冈图庸すS通過銷售企業(yè)或中間商將成品油轉(zhuǎn)交給客戶；二級是指原油加工工廠按先后順序通過相關(guān)銷售企業(yè)與中間商，才能向客戶交付其所需要的成品油；三級是指在二級的基礎(chǔ)上，在中間商與客戶之間還存在加油站。各等級的渠道都有不同的配送網(wǎng)絡(luò)和形式，配送企業(yè)需要結(jié)合自身企業(yè)的發(fā)展情況選擇合適的配送渠道和方式。

除此之外，從物聯(lián)網(wǎng)、組織結(jié)構(gòu)等角度也有相應(yīng)的研究成果。對配送區(qū)域進行動態(tài)優(yōu)化，實現(xiàn)配送信息的實時交互和配送資源的動態(tài)規(guī)劃。成品油二次配送分為四類：成品油供過于求，當(dāng)供應(yīng)高于需求時，應(yīng)檢查庫存成本。當(dāng)供應(yīng)高于需求時，應(yīng)考慮儲存時間，使用表格運算法和較短路線法分別解決運輸量和配送成本；一些學(xué)者從項目組織的角度總結(jié)了中國東北地區(qū)成品油分銷的現(xiàn)狀，并從四個方面分析和討論了優(yōu)化中國東北石油分布的優(yōu)化方案，項目組織框架、儲運結(jié)構(gòu)的整合和優(yōu)化，配送路徑優(yōu)化與配送信息系統(tǒng)建設(shè)。

2.3 成品油多車艙車輛配送路徑優(yōu)化

與成品油單車艙車輛配送相比，引入多車艙配送在一定程度上增加了成品油配送的難度和范圍。目前，針對多車艙車輛配送的研究主要集中在國外。外國學(xué)者科爾尼耶等人針對小規(guī)模問題設(shè)計了一種精確算法。科爾尼耶針對多周期、車輛數(shù)有限的配送問題，將單車配送服務(wù)加油站的上限設(shè)置為2，并以此設(shè)計了多種啟發(fā)式算法。在2009年發(fā)表的文章中，科爾尼耶等人進一步研究了帶有時間窗的加油站配送問題，并設(shè)計了相應(yīng)的求解算法。2012年，科爾尼耶等人又將問題轉(zhuǎn)化為帶時間窗的多倉庫配送，將配送公司的最大利益作為優(yōu)化的首要目標(biāo)，設(shè)計了基于兩階段路徑優(yōu)化的啟發(fā)式算法，結(jié)果顯示，當(dāng)最大油庫數(shù)量為6 時，該算法能提高配送企業(yè)4%的經(jīng)濟收益，且對于單個油庫的問題，啟發(fā)式算法的性能甚至比同類已發(fā)布的其他算法更好。除科爾尼耶等人外，其他的學(xué)者也針對成品油多車艙車輛配送進行了多角度的研究。

2.3.1 周期性多車艙車輛配送成品油

特里基等人通過對相關(guān)研究的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，盡管多周期配送問題涉及更多影響決策變量的因素，但多周期優(yōu)化比單周期配送具有更大的成本優(yōu)勢。特里基等人在成品油分銷部門引入了聯(lián)合拍賣機制，提出了一種允許配送企業(yè)同時承接多次數(shù)多成品油任務(wù)的配送模式。而希奈等人專注于座艙車輛的規(guī)則分布模型與傳統(tǒng)的分布路線周期分析之間的關(guān)系?；诩佑驼臼欠駥Χ嘀芷诘姆?wù)次數(shù)限制，推導(dǎo)了一系列具有多周期和服務(wù)約束的多艙室配送周期問題，并綜合求解上述問題的精確算法和啟發(fā)式算法[1]。

2.3.2 有容量約束的多車艙車輛配送成品油

針對容量約束的多車艙車輛配送問題，在單輛車配送的前提下，一些學(xué)者提出了兩種啟發(fā)式算法來求解車輛配置和多配置模式下的調(diào)度模型，并證明該車輛的多配置模式比車輛配置模式具有更多的優(yōu)勢。其他學(xué)者引入時間窗和多行程約束，設(shè)計了啟發(fā)式算法結(jié)合救援算法來解決上述問題，并開發(fā)了一套適合石油開采規(guī)劃的決策支持系統(tǒng)。國內(nèi)一些學(xué)者建立了多車輛優(yōu)化模型和有容量限制的多艙室配送問題，并采用基于C-W 節(jié)約算法和并行鄰域搜索算法的車輛裝載策略對配送方案進行了優(yōu)化。通過試驗，證明多車艙車輛在油品配送方面具有優(yōu)越性。

3 成品油多車艙車輛配送探究

3.1 多車艙車輛配送研究

在現(xiàn)代物流和經(jīng)濟市場的快速發(fā)展的背景下，多車艙車輛配送得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的單車艙配送不同，為了提高貨物的裝載量，具有排斥性的不同產(chǎn)品實現(xiàn)同時裝載運輸，從而降低了相關(guān)企業(yè)的運輸成本，大幅度地提高了配送企業(yè)的運送效率。在這樣的配送模式中，所有的車艙都共用相同的動力系統(tǒng)，貨物可以單獨裝載在不同的車艙或可移動的封閉容器中，在食品配送、石化產(chǎn)品配送等多個領(lǐng)域得到了有效地利用。

埃爾·法拉希與其他學(xué)者在2008年第一次對多車艙車輛路徑問題進行了定義與描述。首先，通過構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型對多車艙車輛路徑問題的具體形式進行了描述，即針對客戶不同的產(chǎn)品需求可以用多個配送車輛來滿足，同樣的產(chǎn)品的需求不能分開配送。之后，埃爾·法拉希與其他學(xué)者還提出了一種“分解-組裝”戰(zhàn)略，將包括多種產(chǎn)品需求在內(nèi)的多種車輛路徑問題轉(zhuǎn)換成多個車輛路徑問題，通過節(jié)約算法做出初始解，同時又分別設(shè)計了以路徑重組為基礎(chǔ)的禁忌搜索算法與文化基因算法進行了再次優(yōu)化。最后，采用等分和隨機分割兩種方式將傳統(tǒng)的車輛路徑問題運算例變更為可利用的多車艙車輛路徑問題算例，并通過數(shù)值實驗表明了禁忌搜索的計算耗時相對較長，但與文化基因算法相比尋優(yōu)能力要強很多，在此之后，其他的一些相關(guān)學(xué)者也對該問題進行了進一步的討論研究[2]。

3.2 帶容量約束的多車艙車輛

在現(xiàn)有的研究中，考慮集貨運出的帶容量約束的多車艙車輛主要來自生活中針對城市生活垃圾的多車艙車輛回收路徑的優(yōu)化，里德等人研究出了蟻群系統(tǒng)算法，以算法中螞蟻路徑構(gòu)造作為前提，通過局部信息素更新策略引導(dǎo)算法尋優(yōu)，證明了多車艙回收效率要高于單車艙回收。針對同種問題，在成品油配送中，部分國外學(xué)者對蟻群算法進行了改進，并采用多種局部搜索算法來實現(xiàn)路徑的優(yōu)化。結(jié)果表明，改進的蟻群算法的平均優(yōu)化率為5%。隨后，基于穆爾德曼斯等人以埃爾·法拉希提出的求解步驟，將局部引導(dǎo)搜索算法與鄰域表識別策略相結(jié)合，使用改進的節(jié)約算法構(gòu)建這類問題的初始解，并使用鄰域搜索算法進行優(yōu)化。結(jié)果證明，與埃爾·法拉希的算法相比，該算法具有更快的運行速度和更高的求解質(zhì)量，并且當(dāng)車輛體積和負(fù)載類型增加時，使用多艙車輛具有更大的成本優(yōu)勢。

3.3 艙容可變的多車艙車輛

與其他類型問題相比，艙容可變的多車艙車輛配送路徑問題的特點是，基于恒定的車輛總?cè)萘浚噹麛?shù)量和容量可能會根據(jù)成品油配送的需求而變化。因此，此類問題不僅對配送路徑與裝載方案進行優(yōu)化外，還需對艙位的分割方案進行合理優(yōu)化。國外學(xué)者德里希斯等人以客戶訂單為問題求解對象建立模型，并采用多種算法組合求解問題，驗證了組合算法的有效性。與穆爾德曼斯以及埃爾·法拉希的算法相比，組合算法的尋優(yōu)能力更強。

亨克等與德里希斯的研究不同，為保證艙位裝載的有效性，引入艙口容量限制，設(shè)計了尋求解決方案的變鄰域搜索算法，證明了多艙口車輛的工作能夠有效減少配送企業(yè)成本的支出。在近期，亨克又設(shè)計出了解決該問題的分支定界算法，在很大程度上減少了計算的時間成本，提高了相關(guān)效率。

4 結(jié)語

對成品油多車艙車輛配送及路徑優(yōu)化是合理定制成品油配送計劃的關(guān)鍵，對于相關(guān)配送企業(yè)的發(fā)展來說有著十分重要的意義。在對成品油配送進行方案策劃時，相關(guān)人員需要對配送過程中運輸?shù)漠a(chǎn)品、車輛類型、時間距離等多方面進行考慮。相關(guān)企業(yè)對此問題應(yīng)保持極高的重視程度，并結(jié)合實際情況對成品油多車艙車輛配送及路徑進行有效創(chuàng)新，不僅關(guān)乎企業(yè)自身工作效率的提升，還關(guān)系到我國成品油配送行業(yè)的發(fā)展，有利于促進我國社會經(jīng)濟的快速進步。