整车物流分析及装载方案的优化问题

目录
整车物流分析及装载方案的优化问题 (1)
一、整车物流概述 (1)
1.1整车物流运输基本概念 (1)
1.2整车物流的分类 (1)
1.3 整车物流的特点 (2)
二、国内外整车物流运输现状 (2)
2.1 国内整车物流现状 (2)
2.2 国外整车物流现状 (2)
2.3 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 (4)
4.1 整车物流运输装载问题概述 (4)
4.2 整车物流运输装载问题分析 (4)
4.2.1 问题的提出 (6)
4.2.2 问题的分析 (6)
4.3 数学模型建立 (6)
4.3.1 轿运车装载单种乘用车装载能力计算 (6)
4.3.2 轿运车混装乘用车装载能力计算 (7)
4.3.3 轿运车装载乘用车方案的模型建立 (8)
4.4 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“车両物流”、“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。

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，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
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 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 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Ⅲ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。

轿运车型号
上下层长度（米） 上层宽度（米） 下层宽度（米） 1-1
X 11
Y 11
Z 11
121212乘用车型号
长度（米） 宽度（米） 高度（米） Ⅰ
L 1 B 1 H 1 Ⅱ
L 2
B 2
H 2
333≥1.7
{ a i−max =(i +1)×[
X 1i L 1+0.1]b i−max =(i +1)×[X 1i L 2+0.1]c i−max =(i +1)×[X 1i L 3+0.1]i =1,2
其中，a i−max 及b i−max 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(i +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 i−max 表示1- i 型轿运车下层满载乘用车III 型车的数量；X 1i 表示1- i 型轿运车的装载区域的长度，即轿运车车厢长度。

L 1、L 2、L 3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x 11，x 21，x 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，x 12，x 22，x 32表示下层数量。

则有如下方程组：
{
x 11·L 1+x 21·L 2+x 31·L 3≤X 11x 11·L 1+x 21·L 2+x 31·L 3≥X 11−max
(L 1,L 2,L 3)x 12·L 1+x 22·L 2+x 32·L 3≤X 11x 12·L 1+x 22·L 2+x 32·L 3≥X 11−max (L 1,L 2,L 3)x 11+x 12≤a 1−max x 21+x 22≤b 1−max x 31+x 32≤c 1−max
同理，y 11，y 21，y 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，y 12，y 22，y 32表示下层数量。

则有如下方程组：
{y11·L1+y21·L2+y31·L3≤X11
y11·L1+y21·L2+y31·L3≥X11−max (L1,L2,L3)
y12·L1+y22·L2+y32·L3≤X11
y12·L1+y22·L2+y32·L3≥X11−max(L1,L2,L3)
y11+y12≤a1−max
y21+y22≤b1−max
y31+y32≤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μ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
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 x i辆，每辆车装载I、II、III型乘用车分别为A1i、A2i、A3i辆；设第k种运载方式使用1-2型轿运车y k辆，每辆车装载I、II、III型乘用车分别为B1k、B2k、B3k辆。

由此所建立的数学模型如下：
minf(x i，y k)=∑x i
Q1
i=1+∑y k
Q2
k=1
{
∑A 1i x i Q 1i=1+∑B 1k y k Q 2k=1≥n 1
∑A 2i x i Q 1i=1+∑B k2y k Q 2k=1≥n 2∑A 3i x i Q 1i=1+∑B 3k y k Q 2k=1≥n 320%·∑x i Q 1i=1−∑y k Q 2k=1≥0
其中，n 1，n 2，n 3分别表示运输的I 、II 、III 型乘用车的总数量，Q 1表示1-1型轿运车装载方案数量，Q 2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。

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 表4-5 乘用车规格 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
轿运车型号
上下层长度（米） 上层宽度（米） 下层宽度（米） 1-1
19 2.7 2.7 乘用车型号
长度（米） 宽度（米） 高度（米） Ⅰ
4.61 1.7 1.51 Ⅱ
3.615 1.605 1.394
图4-1 登录界面
2、登陆后转换到主程序界面，如图4-2
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：
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，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。