汽车制造厂零部件入厂物流循环取货运输路线规划和优化算法的研究.pdf

上海交通大学硕士学位论文汽车制造厂零部件入厂物流循环取货运输路线规划和优化算法 的研究 申请学位级别：硕士专业：工业工程与物流管理上海交通大学硕士学位论文摘要汽车制造厂零部件入厂物流循环取货运输路线 规划和优化算法的研究摘要本文研究汽车制造企业零部件入厂物流的循环取货路径规划模型及 其优化算法。循环取货是一个优化的物流系统网络，其特点是多频次、小批量、定时性，每天固定的时刻，卡车从制造企业工厂或者集货、配 送中心出发，按事先设计好的路线到各供应商取货，最后返回。这种取 货方式不仅能弥补传统运输的缺陷，降低运输成本，为整个供应链提供 一个更有效的库存控制，还能降低周转箱数量，更好地控制供应商质量 等。这对于拥有众多供应商的汽车制造企业实行JIT生产，有着重大的 意义。作者在分析汽车零部件入厂物流和JIT供应中的矛盾冲突后，引入 了循环取货方式，结合循环取货的应用现状和国内外研究状况，对循环 取货的原理、优缺点、运作方法等进行了分析研究。决定循环取货成本 的关键是取货路径的安排调度，一个有效的路径设计能够有效地控制小 批量、高频次取货的费用。这种具有多频次特征的路径优化，目前国内 第I页上海交通大学硕士学位论文摘要外研究还有限。作者根据调研所得到的汽车入厂物流的实际情况，基于 循环物流的特征，提出并建立循环取货的路径规划模型，定性分析、简 化各约束条件，转化为CFR(Common frequency routing problem)问题，即 在最大库存水平的限制下，排定出取货的路径及其运行频次。相对于传 统的路径规划问题，这个模型增加了库存约束和多频次运输的特征，更 符合实际的应用情况。作者构造了禁忌搜索算法进行模型求解，并设计了数值试验进行验 证，结果表明了禁忌搜索算法的良好寻优性。同时根据问题的关键影响 因子：库存水平限制，设计了一系列的数据，探究了库存限制与运输成 本之间的关系，为企业决策实施的JIT水平提供依据。进一步，利用某 汽车企业的实际数据进行测试，以检验本文提出的方法的性能，并与实 际中手工排定的结果进行比较。本文希望该研究能为汽车企业循环物流的实际运作提供良好的建议 和支持。论文中的模型和算法，运用到实际规划中，为循环取货的调度 提供理论原型。关键词：循环取货，汽车物流，JIT供应，车辆路径规划，禁忌搜索算法第U页上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTSTUDY ON MILK-RUN ROUTING MODELS ANDOPTIMIZATION ALGORITHMS FOR PARTS INBOUNDLOGISTICS IN AUTOMOBILE MANUFACTURINGABSTRACTThis paper studies Milk-run routing models and optimization algorithms in parts pickup system for automobile manufacturers.Milk-run is a kind of optimized logistics network,which is characterized by multi-frequency,low-volume,and timing.Trucks leave from manufacturing plant or RDC on time,picking up parts at supplier and going to the next supplier along designed routes.Milk-run trucks return to RDC or plant after having visited all the suppliers.Such pickup mode can not only make up for shortcomings of traditional transportation,reducing transportation cost and providing a more efficient inventory control,but also reduce the number of containers and control quality of suppliers better.This is very important for the implement of JIT production in an automobile manufacturing plant which has a large number of suppliers.By analyzing conflicts between inventory cost and transportation cost while implementing JIT supply in an auto assembly plant,Milk-run pickup system is proposed and introduced.Combined with the application and research of Milk-run,the principle,advantages and disadvantages,operation methods are studied.Routing for a Milk-run system is a very important job,for the routing has a major impact on costs,but research is limited at present.第in页上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTAn optimization-based approach is developed for routing a Milk-run supply system,which requires for high-frequency,small quantity deliveries.The mathematical model formulated is called common frequency routing problem(CFR),defining routes among suppliers and frequencies that they are run,under the restriction of maximum space for parts storage.Common frequency routing provides parts supply system with picking up large quantities of products in small batches while keeping a reasonable transportation cost.In contrast to the traditional routing problem,CFR introduces inventory constraints and equal-sized split loads,which are more appropriate for real problems.In solving the model,a tabu search heuristic has been developed,which is suitable for realistic-sized problems.The utility of the approach is demonstrated through a computational experiment.At the same time,computational experiments are designed to test the relationship between logistics costs and performance of JIT supply based on inventory level which is a key impact factor.Finally,a Milk-run routing system has been studied in detail and used as a case study for the model.Compared to solving the problem manually,this model gives a better solution.This paper aims to provide decision support and suggestions for real Milk-run operation in automobile manufactures.The mathematical models and algorithms this paper proposed can also be used to provide theory support for the vehicle routing in Milk-run scheduling.KEY WORDS:Milk-run,automobile parts supply logistics,vehicle routing,tabu search第iv页上海交通大学 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:日期:年 月 日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在一年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密口。（请在以上方框内打“J”）学位论文作者签名:指导教师签名:年 月 日日期:日期:年 月 日上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景1.1.1 汽车零部件入厂物流从企业系统活动结构上分类，企业系统活动的基本结构是投入一一转换一一产 出，物流活动伴随着该结构模式运行，是渗透到各项经营活动之中的活动。对于汽 车制造企业而言，相对于投入的就是入厂物流（即采购供应物流）；相对于转换的就 是企业内储存搬运输送物流（即生产物流）；相对于产出的就是销售物流（即整车和 备件的储存及运输物流）。汽车零部件物流是具有极高专业性和复杂性的物流领域。随着汽车工业的迅速 发展，零部件入厂的效率和成本问题日益引起关注。零部件入厂规划得好不仅可以 降低物流成本、提高供应链的敏捷度，更重要的是可以大幅度地缩短产品生命周期、提高市场的反应速度和柔性，因而它是汽车制造企业增强供应链竞争能力的重要环 节。在整个结构中，整车厂处于供应链的主导位置，它根据对市场的预测，制定出 自己的产品计划，再依据既定的生产计划进行采购和供应，并与供应商进行信息共 享、互相支持。从全球各大汽车厂商的实践中，大致可以总结出如下的几种零部件 入厂物流运作模式川：供应商直接送货模式（Direct Shipping）o各个零部件供应商分别根据汽车厂 的订单需求把零部件送到装配厂，这是最传统，也是最简单的供应模式，如图1-1 所示。宜送的主要优势在于无需中间仓库、操作和协调上简单易行，如果某个供皮 商每次的最佳供货量恰好与卡车的最大装载量相接近，那么直送是行之有效的。但 对于小批量的供应商，如果为了充分利用卡车进行大批量运送，必会导致库存水平 的提高，相反，如果使用非满载运输，将会导致运输费用的大幅上升，而且，供应 商的单独直接送货将导致很高的接收成本。第1页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论供应商 整车厂图1-1供应商直接送货模式Fig 1-1 supplier direct shipping(2)通过循环路线的直接取货(Milk-nm)。循环取货路线是一辆卡车从多个供应 商处取零部件送至装配厂时所经过的线路，如图1-2所示。选择了这种取货模式，供 应链管理者就必须对每条取货路线进行规划。如果有规律地进行经常性、小批量的 取货，且供应商之间的空间距离比较地接近，循环取货可以更充分地利用卡车，从 而使运输成本大大降低。循环取货在许多国际著名的企业中得到了成功的应用。比 如丰田公司位于肯德基州的装配厂就采用循环取货方式从多个供应商处提取零部 件。供应商 整车厂图1-2循环取货模式Fig 1-2 the Milk-run(3)通过配送中心的取货模式(Cross Docking)o这种模式是先将来自大量供应 商的零部件集中到一个配送中心，在配送中心进行拆包装，重组合，然后再向总装 厂供货，如图1-3所示，供应商到配送中心有直送和循环取货两种方式。在这一运输 体系中，配送中心是供应商和总装厂之间的中间环节，发挥两种不同的作用：一是 进行暂时的零部件保管；另一方面又起着转运点的作用。当供应商与总装厂之间的 第2页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论距离比较远时，运费占取货成本的大部分，配送中心可以使供应链获得了规模经济 效益。一般这种集货工作是由外包的第三方物流公司来完成的。其优点是可以更好 地控制工厂零部件的内向物流，大大减少取货车辆在工厂门外的拥堵。图1-3通过配送中心的取货模式Fig 1-3 pickup model through distribution center(4)供应商园区。这种模式是在汽车总厂附近建立供应商园区，主要的汽车零部 件供应商集中在园区内，根据总装厂的生产计划安排，在很短的时间内将自己的零 配件或者组装好的组装件，送到装配线上的需求点，如图1-4所示。坐落在福建的东 南汽车城，配套零部件厂的产品覆盖了车用灯具、锁具、制冷设备、电子等等，依 据方便运输的原则，根据零部件的体积和重量，由远及近，顺序排列，最近的运输 距离甚至只有几十米，零部件不需要包装，不需要装车，每天利用长长的小拖车就 将货送到了整车厂的流水线上，即用即送，即送即用，而且整车厂也不需要库存，东南汽车基本上可以做到零库存。随着汽车厂产量不断攀升，产品不断增加，产地不断展开，物流供应的诸多问 题，如零部件高库存、运输高损耗，信息化不足，运输车队管理混乱等问题日渐严 重。物流的难点主要表现在：(1)汽车零部件入厂物流涉及的零部件种类很多，一部轿车由上万个零部件组 成。零部件供应商数目众多，统筹调度难度大，这是入厂物流操作难度大的主要原 因；(2)随着客户需求的日益个性化，按订单生产已经成为汽车制造厂的必须选择，这就一方面要求满足准时准确的零部件入厂(即JIT供应)，另一方面还要求零 部件按照车辆的生产顺序进行排序配送，以便能够尽可能地降低生产线边的库存，第3页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论并且还要保证不能缺货，任何时候都不允许因缺货而停线。(3)近几年汽车制造企业竞争压力巨大，物流成本是重要的控制对象，而零部件 入厂物流是成本可节约空间较大的一块，需重点研究突破。中国汽车业要在当前的环境取得更长远的发展，必须增强供应链的市场竞争。汽车零部件入厂物流越来越受到企业界、理论界的关注。本文也正是对这一课题进 行研究探讨。1.1.2供应链管理 及JIT供应近年来，供应链管理在国内外越来越受到企业的重视，随着企业在降低原材料 成本、提高生产率等过程中可挖掘的利润空间的不断减少，现代物流作为企业降低 运作成本、提高市场竞争力的一条重要途径，一度被誉为“第三利润源泉”山。供应链成本管理将成为这些企业获得竞争优势的新的突破点。止匕外，随着客户需求 的日趋个性化和多样化，企业要提高顾客服务水平，必须要通过多品种、小批量、短周期的产品生产和快速的产品配送来响应客户的服务要求，这一过程中，供应链 贯穿始终，紧密联系着企业、供应商和客户，已经占有越来越重要的地位。实践证 明，先进合理的供应链模式可以有效地降低生产成本、提高生产效率、增加利润及 更好地服务顾客，最终极大地提高了企业的竞争力。为了提高市场竞争力，各个企业都在积极地寻找供应链成本降低的方法。其中 也涌现出了许多新的理论和思想，包括精益生产，JIT供应(Just In Time),六西格 玛理论等等。JIT是1953年日本丰田公司的副总裁大野耐一在综合单件生产和批量 生产的特点和优点时提出的，JIT生产方式的基本思想是“将必要的零件以必要的数 量在必要的时间送到生产线，并且只将所需要的零件、只以所需要的数量，只在正 好需要的时间送到生产”，也就是追求一种无库存，或者库存非常小的生产系统。对于拥有大量供应商的汽车制造企业，既要防止生产延误，又要尽可能地降低 库存，一直以来都在推行精益生产，实施“直送工位”的JIT供应，这势必导致小批 量、高频次的零部件配送，在仓储成本、物料积压时间减少的同时，运输成本快速 增长，实际的供应链成本仍居高不下。表面的零库存，不经济的运输构成了 JIT供应 的现实矛盾。根据国外先进汽车企业的经验叩1。，将入厂物流外包给第三方物 流企业，以循环取货(Milk-nm)模式设计优化的运输路线进行零部件配送，可以有 效地降低运输费用和包装费用，从而降低整个供应链的成本。第4页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论1.1.3国内外汽车物流运输现状比较1.1.3.1 国外汽车物流运输现状世界各大汽车制造厂商十分重视其物流的管理，千方百计降低成本、拓展利润 空间。在欧美，第三方物流供应商加入汽车供应链已成为主流，80%以上的汽车制造 企业已把汽车物流外包，而主要掌握研发设计和营销这两个高附加值环节。丰田汽车是精益生产模式的起源和最佳实践者。在丰田的入厂物流中，取消了 仓库的概念，例如丰田公司只设置“场”临时堆料，原材料和零配件只在此堆放几 个小时，短的只要几分钟，就被领用。在看板制度下，许多零件是等到下一个制造 过程需要的几个小时才上线生产。为使物流跟上生产的步伐不造成缺货或生产延误,丰田公司采用了全新的“拉出方式”，即在需要时由后工序的人员去前工序领取加工 品的“领取方式”，此种方式存在于整个生产范围（包括企业外部的零部件、原材料的 供给）。这种方式使主动权掌握在本企业手中，使得在需要时得到物流的实时服务。另外，丰田的零配件厂商大多位于同一个工业园区，这样不仅降低了运输成本，使 运送途中的损耗降低到最低程度，而且降低了所需的库存量。同时丰田会提供一定 的资金、技术援助以推广实时生产和实时物流的概念和方式。福特汽车采用Milk-run方式，把物流外包给第三方物流商TNT,其送货时间压 缩至3天，运输滞留时间减少80%,过度存货压缩了 50%,仅1999年就为福特工厂 净节约费3000万美元I。通用汽车公司通过采用业务外包策略，把运输和物流业务外包给第三方物流公 司，而通用汽车公司则集中力量用于其核心业务上：制造轿车和卡车，裁减了一些 不必要的物流职能部门，减少了整条供应链上的库存，并且在供应链运作中保持了 高效的反应能力口叫戴-克汽车将其入厂物流逐步外包给CTI公司，在七年发展后于1999年整合资 源,建造了由CTI公司完全负责的“集成化物流中心”（IIC,Integraetd Logistics Center）,将原来分散的多个物流中心的业务都集中到了一起，从而使车辆运输与装载利用率 尽可能地优化，并寻找使工厂的库存成本与物流公司的运输成本之和最优的批量，最终带来了戴-克与CTI双赢的结果口。接受汽车制造厂供应物流外包的第三方物流采用循环取货模式（Milk-nm）设计 优化的路线进行零部件配送，有效地解决了库存减少与运输成本升高之间的矛盾。TNT在北美为福特汽车（Ford）提供的循环取货物流服务，送货时间压缩至3天,运输滞留时间减少80%,过度存货压缩了 50%,而Exel作为福特欧洲（F0E）的物流 第5页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论外包商，为其量身定做循环取货计划，并不断根据需求和生产变化优化路线，提高 装载率。1.1.3.2 国内汽车物流运输现状我国高速增长的汽车工业刚刚触及汽车供应链管理的边缘，供应渠道复杂，流 通效率不高，价格居高不下。有数据显示，我国汽车商品车运输空返率为39%,车 辆运输成本是欧美国家的3倍，在欧美国家汽车制造企业的物流成本占销售额的比 例是8%左右，日本甚至可以达到5%,而我国汽车生产企业的物流成本却普遍在15%以上口引。分析我国汽车零部件工业的基础，大部分汽车零部件生产企业是从属于汽车制 造厂的“分厂”剥离出来的，具有生产分散、规模小、集中度低、品种单一、技术 落后等特点。我国现行的主体汽车物流模式是供产销一体化的自营物流，制造企业 既是汽车车产活动的组织者、实施操作者，又是企业物流活动的组织者与实施者。在这种汽车物流模式下，制造商对采购物流、制造物流及分销物流拥有完全的控制 权，能够掌握第一手客户信息，有利于改善客户服务和对整个物流进行协调与控制。但是，随着物流业务的不断扩大，自营物流不但加重了制造商的资金负担，而且也 不能充分发挥分工的经济优势，会降低汽车产品的总体物流效率。同时，自营物流 居于整车生产企业自身，往往只从整车生产企业的利益出发。整车生产厂主宰整个 物流系统的同时，为了实现零库存，要求零配件生产、供应商按其生产节奏和生产 需求量进行供货，实施“直送工位”的JIT（及时供货）配送。零配件生产、供应企业 需要通过自建仓库、租用整车生产厂仓库或社会仓库资源等方式，构造自身的仓储 系统，相当于把成品仓库前移至整车厂的生产线旁。对我国与欧美，日本的汽车物 流特点进行了一定的分析比较，如表1-1所示：表1-1国内外汽车物流运输现状比较欧美日本国内主体汽车 物流模式80%以上的汽车物流 外包，企业集中精力 于核心业务选择第三方物流企业来 实现其精益物流供产销一体化的自营物流零部件供 应商特点拥有一批世界一流的 零部件跨国大企业，形成了庞大的汽车零 部件生产体系。日本汽车零部件供应链 是金子塔型的多层转包 分工体系，供应关系稳 定，协作、研发能力强大多是由汽车制造厂分离出 的，具有生产分散、规模小、集中度低、研发能力弱等特点第三方物 流企业发展较成熟，精益物流的精密计划者 和实施者国内的物流集团公司还难以满 足汽车供应链的发展，管理成第6页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论本高，信息化程度较低，服务 水平有待加强供应链内 管理水平很高精益思想得到全面推广较低，许多还是照搬国外的做 法供应链信 息化程度高度集成化的信息技 术，实现了数据的快 速、准确传递高度集成化的信息技术国内汽车供应链信息交互严重 制约着汽车供应链的发展，另 一方面，供应链中存在着信息 化程度低的众多厂商，信息的 交互易出现断层。使用第三 方物流的 比例57%80%18%物流成本 占销售额 比例口38%10%约5%13 15%物流标准采用标准化和专业化 的物料容器具，不仅 能实现搬运技术和仓 储技术的机械化，运 输装卸的合理化，同 时对产品的质量保证 也至关重要高标准化和专业化的物 料容器具，目前整个汽车物流行业中存在 多种标准、多套体系。仓储、装载方面都造成物流资源的浪 费。面对如此形势，对于汽车制造企业来说，整合企业资源，积极发展第三方物流 是一项意义重大的举措。目前国内大的汽车制造商有：长安汽车集团、一汽大众、东风二汽、上海汽车集团、上海通用等等，这些大型汽车制造集团的零部件运输多 数都外包给第三方物流公司，与第三方物流公司紧密合作，实行零部件的准时制配 送，供应链运输的信息化加强，库存已经很大程度上降低了，但是供应链的运输还 存在不少问题，运输资源的浪费现象还比较普遍。另外，我国还有规模一般的汽车 制造企业：力帆、吉利等一些目前规模较小的民营或是合资制造企业，他们的供应 链运输较大一部分是自己做，一部分是与其他运输或是物流公司合作的，这种企业 的供应链运输的信息化程度也不太高，库存还占用企业很大一部分资金，而且运输 资源的浪费现象比较明显。长安汽车集团主要是把自己的零部件运输业务外包给长 安民生物流公司，长安民生物流为长安汽车集团进行绝大部分的零部件生产配送，第7页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论此外，长安民生还做长安福特汽车公司的国内零部件运输配送。循环取货在国内还属于新事物，不过应用循环取货的案例也正在增加，2003年 3月上海通用汽车创造性地实施了以多频次、小批量和定时性，采用闭环运作模式为 特色的“循环取货”项目。项目实施以来，零件库存量降低了 30%,仓库面积节省了 lOOOOn?,总运输车次降低20%,综合物流成本下降30%,均衡资源利用率提高了 10%14o止匕外，为了进一步满足精益生产的需求，上海通用汽车从2003年开始研制实施 了“空箱管理中心，项目。空箱管理中心作为一项循环的系统工程通过对各工厂、循 环取货、供应商、第三方物流服务商等区域的料箱、料架进行一体化管理，以拉动 的原则对空箱进行统一调配，这可以缩短料箱、料架的周转速度，加快响应效力。此外，该项目的实施还大幅度地减少了料箱、料架的投入成本。以上海通用汽车某 一变速箱项目为例，上海通用汽车采用一体化的采购策略后，单车可以减少包装费 用7.73元，5年可以节约大约1千3百多万元。上海通用汽车还自主开发了 DD/JIT 系统，大力推广即时化供货。DD/JIT系统是由工厂向供应商直接拉动的物料系统，供应商通过网络从DD/JIT系统中获得订单需求和需求时间，并按时交货。DD实现 供应商和工厂间的直接拉动，提高了响应的速度；而排序物料通过JIT直接送货，实 现线旁零库存。2003年7月，上海大众与安吉天地签下了汽车零部件入厂物流合同口”安吉天 地为上海大众的三个汽车装配厂和两个发动机生产提供所有零部件入厂物流服务。安吉大地将上海大众所有供应厂家进行集成，按照地理位置、供货频率和体积进行 综合规划，采取了循环取货的运输方法，实现了“高频少量”的运输模式，大幅减 少了车辆数及驾驶员数，减少工厂收货区卸货车辆，从而降低了总成本。安吉天地 为循环取货过程的顺利实施采取了一系列措施，包括统一运输车辆和料箱的规格以 提高车辆利用率和装载率，开发了先进的零部件入厂运输管理IT系统为上海大众提 供车辆配载优化、运输路径优化等技术支持，提高运输及仓储资源的利用率，降低 成本。但是除了上海通用，上海大众通过安吉天地为其实行循环取货而较为成功地实 现了运输成本的降低以外，国内其它尝试者如北京吉普等的成效却并没有预计中的 显著。这说明中国的汽车企业还需要经过一定发展才能实现循环取货的推广。重庆长安民生物流公司现拥有和管理20个专业的汽车零部件仓储配送中心，总 面积超过20万平方米，汽车零部件JIT配送能力超过80万辆/年、发动机零部件JIT 第8页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论配送能力超过100万台；目前已与全国500多家汽车原材料厂商、零部件供应商及 主机厂建立了长期合作关系口叫 首先其根据生产厂家的JIT生产的需求，对他的庞 大的配套厂家及其零部件进行了详细分析，对供应商及零部件进行分类管理，设立 零部件物流配送中心，理顺零部件采购、配送操作流程，并持续改进。同时，有效 地整合了分散的中储仓库，通过集并运输及循环取货（Milk-Run）,使配套厂家仓储 运输成本大大降低，均衡生产得到有效保证，保证了生产厂家产能的进一步提升。2004年，北京吉普汽车有限公司与中远物流有限公司签署了循环取货物流服务 协议，以期降低采购成本口力。根据计划，采用循环取货方式，可以节省10%的运输 成本，而且可以降低库存，以前需要保持至少半个月到20天的库存，现在只需要维 持2天的库存就可以，库存面积减少了 80%。然而在实际运作中，由于北京吉普在 生产过程中经常出现突发事件，生产计划调整无序，而其与供应商的协同合作程度 不高，供应商的生产和供货计划跟不上，导致零部件不能及时到位，所以虽然名为 循环取货，其实最后也只是干线运输而已。1.2 课题研究的目的和意义汽车行业竞争加剧，内部竞争转化为供应链的竞争。随着汽车工业市场竞争的 加剧，汽车制造企业纷纷寻找新的方式来保持竞争优势，拓展利润空间，竞争的重 点也由外部价格和服务的竞争转向对内部成本的控制，特别地，物流供应链成本被 喻为第三方利润源，引起了世界各大汽车制造商的关注，而其中汽车零部件入厂物 流占整个供应链运作成本的很大一部分，是整个供应链运作成本降低的关键之一，因而也成为了目前各大汽车集团公司物流整合的重点。目前很多企业实行的JIT供应都遇到了现实的矛盾冲突。汽车制造厂要保持零 部件的库存水平降至最低，要求供应商小批量、多频次的供货，使得供应商常常无 法装满整车，同时供应商单独送货还会产生空车返回的费用，运输成本大大上升。为了有效解决这个矛盾，较为有效的循环取货的入厂物流模式被提出并加以应用。由于国内供应物流发展水平和一些客观条件的影响，循环取货这种优化的取货 安排在国内的应用范围比较窄，仅有几家汽车厂商引入此业务，并且大多数效果没 有预期的理想，但随着精益思想和JIT理念的普及，国内越来越多的企业开始重视供 应物流系统的优化，汽车制造业循环取货运输模式的应用将越来越普及。通过调研发 现，作者发现在实际的循环取货运作中，汽车产业高标准的物流需求与物流企业低 水平的管理运作的矛盾日益突出。现行的第三方物流企业的业务相当大的部分是局 第9页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论限在整车物流服务上，提高零部件入厂物流的供应链最优化整合水平还是必须的。如何基于我国的实际情况，有效结合第三方物流企业，降低汽车制造企业的零部件 入厂物流成本，促进汽车制造业循环取货模式的成功应用，更好地推动我国汽车制 造企业的发展，已成为了一项具有很重要意义的研究内容。本文正是基于上述背景，将对汽车制造企业的零部件入厂Milk-run的关键问题 路径规划进行一个系统的研究，希望能为企业及第三方物流的循环取货的实际 运作提供一些可行的指导和建议，进而实现物流运作成本的降低和企业市场竞争力 的提高。文中建立的模型，以及快速、高效的启发式算法可有效应用到实际问题中，从而为循环取货的规划和实施提供了很好的算法基础。本课题得到了上海汽车工业教育基金会和上海通用汽车公司的支持。1.3 循环取货在国内外的研究情况循环取货在供应链优化方面有着独特的潜在效率，它所进行的小批量高频次取 货在保持较低库存水平的同时，又能够限制运输成本的大幅度上升，但是它协调的 复杂性也是巨大的，实施过程中，对供应链、信息技术水平，合作伙伴等方面都有 着它独特的要求，目前，国内外的许多学者对Milk-nm展开了研究。汽车制造业实 施循环取货物流成川研究主要集中在以下两个方面：(1)在运作方法和运行模型的理论研究方面。针对运作方法，研究集中于借助现 代IT/IS技术，构建物流信息系统体系结构，包括：系统的设计、开发、测试，并开展 实验设计和实验结果分析。针对运行模型，研究主要集中于提出调度和配送模型、理 论上进行证明、实验设计和仿真。(2)在汽车制造业循环取货的应用分析方面，研究集中于循环取货的规划及实施,路线设计和运输车辆参数的确定等。主要采用实际案例分析的方法探讨循环取货方 式在JIT模式中的应用问题。分析了运作过程中出现的问题及其原因，探讨这种方式 的使用范围和运作条件。循环取货物流应用作为一项系统工程，要解决和研究的问题 较多、较全。研究的问题涉及到库存、成本分析、运输路线、合作伙伴、包装管理、物流信息系统等方面。1.3.1 国外相关研究现状国外对循环取货的应用研究较广，循环取货方法在国外汽车上游供应链中已得 到了广泛的应用。Howlge&Meimczyk(2003)根据对欧洲主要汽车厂商的调研结果指第10页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论出，随着MTO(Make To Order)生产方式的大范围推厂和客尸要求的日益提班 汽车 企业必须对原有的物流模式进行改变，以缩短供货周期，加快整个物流的周转效率。文中，作者描述了典型的入厂物流运作模式(图1-4所示)，以及为应对MTO模式,企业可以采取的战略框架。日需求国际 取货路径安排计划 取货和存放2436小时的集货拖车最长等 待时间2天供应商直送 物 流运输预先通告信息流图1一4汽车企业入厂物流的一般运作模式Fig 1-4 the inbound logistics processes-a supplier collection schemeKeith以两个案例说明了入厂物流对供应链的重要作用，以及忽视入厂物流对企 业可能产生的不良后果。第一个例子是通过引入Exel的一体化供应链管理系统，British Home Stores根据门店的需求，采用循环取货的方式从供应商处集货，然后送 入没有库存的中转仓库进行分拣、再包装等，最后直接到门店;第二个是关于 Woolworths的例子，通过对入厂物流的重新重视和管理，该公司的运输成本降低了 20%,采购提前期大大缩短，而且在降低配送成本的同时提高了服务水平。Harrosin(2001)通过对戴姆勒一克莱斯勒、福特一沃尔沃、雷诺尼桑、通用-菲 亚特等汽车公司的总结和分析，提炼出主要的入厂物流运作模式有:(1)供应商送货，运输费用、成本、保险等均包括在产品价格中;(2)主机厂自行从供应商处取货，然后 送到联合中心，用拖车送到主机厂;(3)由第三方物流供应商把从供应商处取的货送到 中转仓库，然后按照主机厂的要求进行喂料;(4)链式物流，主要适用于挂车进行的远 第n页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论距离运输;(5)供应商园区，即在主机厂附近建立供应商仓库;(6)组件运输，即供应商 不是提供单件产品，而是在工厂组合生产后运输到主机厂w o2000年Luiz Fernando Pesce发文网分析了过去“拉式”生产系统的弊端，并配 合多幅图片介绍了循环取货的原理及其在梅赛德斯-奔驰的应用情况，指出Milk-run 的实施可以减少80%多的库存，由过去的12.5天库存减少到1大，现场仓库面积省 去近100%,以及节约了拆装、搬运的劳动力，从而达到短循环周期，实现真正的物 料平顺流动。最后指出，开展Milk-run的理念是首先要确定需要循环取货的零部件，并计算好新的库存水平，其次是要取得供应商的认同，再就是取货路径的规划和车 辆的调度。Keng Hoo Chuah和JonC.YinglingW建立了 JIT供货系统的数值理论模型，通 过模型能够计算出库存成本关系曲线，从而找出企业的最隹库存点。在参考文献18 中作者运用其建立的数值模型进行实例的运算，通过不同的变量组合形成不同的案 例，从而探讨出循环取货实际运作中各个变量对库存和运输成本关系曲线的影响，指出运输成本起初随着库存水平的降低而缓慢增加，当库存进一步降低到某一点时,成本将快速上升。后来Keng Hoo Chuah(2004年)在他的博士论文20中探讨了 JIT 供货系统的物流、供应链以及生产控制问题，设计了取货路径规划模型，称为GFR 问题(general frequency routing),是在带时间窗车辆路径问题(VRPTW)的基础上增加 更多的约束形成，并采川禁忌搜索算法对问题进行了求解。为了分析供应商的数量、集中度、取货时间窗限制，车辆装载量，供应商需求差异性等不同因素对系统总物 流成本的影响，设计了一系列的仿真模型进行研究，但文中没有对循环取货的运作 方法展开论述。文献21(2008年)的研究主题也是精益生产系统中的GFR问题，采用两阶段算法进行路径优化和调度的研究。路径规划采用嵌套式禁忌搜索启发式，在路线设计好后，调度主要用二元整数规划完成供应商的