Ilog在物流管理系統(tǒng)中的對優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

1、Ilog在物流管理系統(tǒng)中對優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用物流是一個外延非常廣泛的概念。商品從生產(chǎn)到送至用戶手中，要經(jīng)過供應(yīng)商、制造商、倉庫配送商、承運商直至零售商等多重環(huán)節(jié)，從而形成一個物流供應(yīng)鏈。供應(yīng)鏈上的各個企業(yè)只有通過物流上的合作，才能提高效率，降低成本。在供應(yīng)鏈上流動的除了有形的物資外，還有大量的信息?，F(xiàn)代物流的關(guān)鍵是如何有效地利用信息，實現(xiàn)供應(yīng)鏈的有效管理，從而提高企業(yè)的核心競爭力。物流供應(yīng)鏈的兩層需求：基礎(chǔ)層次高級層次根據(jù)物流的運作模式和管理方式，物流供應(yīng)鏈上的企業(yè)對軟件技術(shù)有兩個層次的需求：一方面是基礎(chǔ)層次需求，即實現(xiàn)物流供應(yīng)鏈上的信息數(shù)字化和互連互通。目前在這個層次上，數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工

2、作流技術(shù)等被大量地應(yīng)用并且已相當成熟。另一方面是高級層次的需求，即實現(xiàn)對物流資源的優(yōu)化調(diào)度、利用以及對業(yè)務(wù)的靈活應(yīng)對。在這個層次上，我國的很多企業(yè)還在摸索之中，雖然有些大專院校和研究機構(gòu)在從事這方面的研究，但具體的應(yīng)用還處在起步階段。由于這個層次直接影響到企業(yè)的核心競爭力，它已經(jīng)不是可有可無的“奢侈”技術(shù)，其中優(yōu)化技術(shù)和業(yè)務(wù)規(guī)則技術(shù)是兩個至關(guān)重要的技術(shù)。一、優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化技術(shù)的角色定位：數(shù)學規(guī)劃約束規(guī)劃優(yōu)化技術(shù)是物流供應(yīng)鏈管理中的核心技術(shù)，它直接決定了物流的效率和企業(yè)運作成本。所謂優(yōu)化技術(shù)，通俗地講就是利用邏輯、分析、定量化的方法，根據(jù)預先設(shè)定的優(yōu)化目標（如最小化成本、最大化利潤等），在滿足各種

3、預設(shè)的約束條件下，對有限的昂貴資源進行最合理的統(tǒng)籌安排。所謂的昂貴資源可以各不相同：對于運輸企業(yè)，車（船、機）隊可能是昂貴資源；對于港口，碼頭和碼頭上的設(shè)備可能是昂貴資源；對于倉儲企業(yè)，堆場、貨架及其設(shè)備可能是昂貴資源；對于某些服務(wù)企業(yè)，時間和人才可能是昂貴資源。優(yōu)化技術(shù)涉及諸如運籌學、邏輯學和計算機科學等多種學科或?qū)I(yè)。它的研究對象大體可分為兩大類，一類是在現(xiàn)有的人、財、物等資源條件下，研究如何合理地計劃、安排，使得某個目標達到最大化，如產(chǎn)量、利潤目標等。另一類是在任務(wù)確定后，如何計劃、安排、使用最少的人、財、物等資源，去實現(xiàn)該任務(wù)，如使運作成本、費用最少等。這兩類問題從本質(zhì)上說是相同的，它

4、們都是在一組約束條件下，去實現(xiàn)某個目標的最優(yōu)(最大或最小)?，F(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)起源于1947年。它的第一個求解算法是線性規(guī)劃中的單純形算法(Primal Simplex Linear Programming)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)化算法不斷完善，求解能力不斷提高，優(yōu)化技術(shù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用條件日臻完善。它成為了現(xiàn)代物流管理的一種重要的手段。優(yōu)化技術(shù)包含兩種基本技術(shù)：一種是數(shù)學規(guī)劃（Mathematical ProgrammingMP）技術(shù)，它是利用經(jīng)證明的數(shù)學方法和模型來求解出最優(yōu)的可行解。數(shù)學規(guī)劃具有求解效率高、結(jié)果可靠的特點，適合求解具有線性特征的優(yōu)化問題。在物流行業(yè)中，中長期的計劃、供應(yīng)鏈設(shè)

5、計、倉儲位置規(guī)劃、預測等大多使用數(shù)學規(guī)劃的方式求解。另一種優(yōu)化技術(shù)是約束規(guī)劃（Constraint ProgrammingCP）技術(shù)，它脫胎于人工智能，通過在一組約束條件(或范圍)內(nèi)，利用高效的“搜索”機制迅速找到優(yōu)化的可行解。由于約束規(guī)劃不在乎求解問題是否具有線性特征，因此比較適合解決具體運作方面的優(yōu)化問題（具體運作問題，由于它涉及的約束條件非常復雜，呈現(xiàn)非線性的特征，有時人們無法用數(shù)學方式描述和求解），如排程調(diào)度、運輸工具路線優(yōu)化、資源優(yōu)化配置等。優(yōu)化技術(shù)軟件供應(yīng)商ILOG提供的優(yōu)化技術(shù)套裝組件中，包括了著名的數(shù)學規(guī)劃產(chǎn)品ILOG CPLEX和約束規(guī)劃產(chǎn)品ILOG Solver。此外，針對

6、物流行業(yè)的一些具體特色，在套件中還包含了一些垂直產(chǎn)品，如用于運載工具路徑優(yōu)化的產(chǎn)品ILOG Dispatcher，用于排程調(diào)度的優(yōu)化產(chǎn)品ILOG Scheduler等。目前，ILOG的各種優(yōu)化引擎已經(jīng)大量使用在很多世界著名的供應(yīng)鏈廠商的系統(tǒng)中，如Oracle，PeopleSoft，SAP，JD Edword等。應(yīng)用的范圍涵蓋倉儲管理、運輸管理、庫存管理、資源安排、生產(chǎn)計劃、分銷計劃、供應(yīng)計劃、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和需求預測等方面。業(yè)務(wù)規(guī)則管理嶄露頭角：實現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活性在物流管理中有些管理功能（如訂單管理、分銷管理、庫存管理等）會涉及到對大量業(yè)務(wù)規(guī)則和策略的應(yīng)用。傳統(tǒng)的處理規(guī)則的方式，由于把業(yè)務(wù)規(guī)則看成一個

7、過程，軟件工程師們需要把它們寫進程序代碼當中，當需求發(fā)生變化，更改了某些業(yè)務(wù)規(guī)則時，只能對相應(yīng)的程序代碼進行修改，并對系統(tǒng)進行重新測試和配置，從而導致系統(tǒng)的維護成本高昂，靈活性降低，應(yīng)用能力減弱。例如在分銷管理中經(jīng)常提到的“返利”計算，由于“返利”種類多樣而且多變，大量系統(tǒng)一直以來都無法很好應(yīng)對這種業(yè)務(wù)變化。為了能解決業(yè)務(wù)靈活性的問題，業(yè)務(wù)規(guī)則管理技術(shù)逐漸在物流管理系統(tǒng)中嶄露頭角。它徹底根除“業(yè)務(wù)規(guī)則的不斷變化，不停地修改程序代碼”這種企業(yè)和軟件開發(fā)者為之疲于奔命的弊病。業(yè)務(wù)規(guī)則管理技術(shù)的精髓在于：不再把業(yè)務(wù)規(guī)則當作一個事務(wù)的處理過程來處理，而是當作一種可管理的對象在系統(tǒng)之外的規(guī)則庫中被管理；

8、規(guī)則庫中的規(guī)則可以被業(yè)務(wù)人員來查詢、創(chuàng)建、修改和閱讀；利用嵌入到系統(tǒng)中的規(guī)則引擎，業(yè)務(wù)規(guī)則可以被實時加載；業(yè)務(wù)規(guī)則可以用通俗的規(guī)則語言，而不是技術(shù)腳本來表達。由于業(yè)務(wù)規(guī)則管理技術(shù)可以使業(yè)務(wù)人員直接接觸到規(guī)則、規(guī)則的定制和修改無需更改程序、規(guī)則之間的關(guān)系可以在程序外被定義、規(guī)則可以被實時加載激活、規(guī)則可以被有效管理（如權(quán)限、歷史記錄、查詢等），使得基于業(yè)務(wù)規(guī)則技術(shù)的系統(tǒng)具有非常強的靈活性，系統(tǒng)的維護成本也大大降低。業(yè)務(wù)規(guī)則管理技術(shù)與數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)相似，在管理系統(tǒng)中處于比較基礎(chǔ)的位置。實現(xiàn)了業(yè)務(wù)規(guī)則管理技術(shù)的系統(tǒng)被稱為業(yè)務(wù)規(guī)則管理系統(tǒng)（Business Rule Management System

9、BRMS），它基本包含這樣幾個部分：規(guī)則庫機制、規(guī)則語言機制、規(guī)則引擎和規(guī)則管理界面工具等幾個部分。目前，在國際上，BRMS的發(fā)展非常迅猛。隨著市場競爭的加劇，僅僅注重硬件設(shè)施改善和低價競爭的物流運作模式已經(jīng)不符合市場要求。在現(xiàn)代物流管理中，優(yōu)化技術(shù)可以幫助企業(yè)實現(xiàn)物流規(guī)劃和運作的效益最大化，業(yè)務(wù)規(guī)則技術(shù)可以幫助企業(yè)實現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活性。這兩大技術(shù)正是企業(yè)急需的核心競爭技術(shù)。BRMS構(gòu)架示意圖Ilog的應(yīng)用舉例（安利科技配送管理信息系統(tǒng)，DMS）需要優(yōu)化并且使用ILOG框架。 ILOG路線計劃及方案模塊安利科技認為線路計劃及方案系統(tǒng)是整個配送系統(tǒng)的重要功能。安利科技采用了世界著名的ILOG路線計劃

10、及Scheduling Delivery框架。1.配貨和發(fā)貨A) 過程發(fā)貨可以包含車輛的不同尺寸及噸位。目前所有的路線根據(jù)已存在的獨立的若干個庫房計劃產(chǎn)生。車輛和司機組成了一個低效的資源使用，使用ILOG的Dispatcher引擎，我們的目標是為所有的庫房提供一個統(tǒng)一的計劃。按照已知訂單，路線計算可以在日常運行，但是由于大量的意外事件動態(tài)重計劃也必須是可能的。要想到為每一個由于發(fā)貨或揀貨而允許司機停車考慮標準的時間緩沖。B)全球功能建議的實施將以解決通用的省市配送的運輸方案問題為目標。下列功能將被包含進所有的實施中：ü 數(shù)據(jù)庫存儲及靜態(tài)數(shù)據(jù)恢復和動態(tài)數(shù)據(jù)（訂單，發(fā)貨計劃等）此功能將也

11、能提供窗口輸入/修改數(shù)據(jù)。ü 掌握路線/區(qū)域定義ü 調(diào)度程序，它由重計劃的能力（改變訂單，用戶從跟蹤系統(tǒng)輸入反饋信息）ü 利用跟蹤系統(tǒng)反饋（延遲，送貨失敗，事故等）可視化的調(diào)度和微調(diào)。ü 地圖可視化接口引擎將包含兩種類型的約束：§ 硬約束：它們必須在解決方案中強制實現(xiàn)。§ 軟約束：它們必須在解決方案中盡可能實現(xiàn)，但是可以被違反。§ 一個硬約束的例子是大件的包裝不適合小型的車輛，這意味著使用大型的運輸工具。軟約束實際上是參數(shù)選擇，這將影響費用，它們被用來衡量解決方案的質(zhì)量。2.線路計劃模塊功能特性作為首要的模塊，RMP將提供下

12、列主要功能：Ø 資源信息處理：瀏覽，添加，修改，刪除車輛和司機的信息。Ø 路線的構(gòu)建和優(yōu)化（包含在框架中）Ø 處理位置和區(qū)域的用戶界面。Ø 與引擎結(jié)構(gòu)交互的用戶界面。（包含在框架中）Ø 用戶修改的確認功能。（包含在框架中）用戶界面RPM體系下圖描述了建議書RPM 的體系結(jié)構(gòu)：用戶界面其它窗口（訂單)業(yè)務(wù)對象優(yōu)化引擎圖形化數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫在此模塊中，四個主要的子模塊可以被確定：· 交互式圖形化視圖，· 商業(yè)對象模型，· 其它用戶接口組件（GUI）,· 優(yōu)化引擎。地理信息系統(tǒng)（GIS）形成了另一個模塊, 在此不作描

13、述，于GIS的交流將允許能夠從其數(shù)據(jù)信息庫得到距離和位置。ILOG揀貨和發(fā)貨框架的使用框架滿足這樣的約束：· 汽車運載能力：運載能力與汽車類型聯(lián)系。· 站點約束：· 交貨時間：指定最早最遲時間范圍或者一個客戶允許的延遲時間。· 發(fā)貨間隔：當有幾個送貨在一段時間到同一個卸貨地點，送貨必須至少根據(jù)在卸貨持續(xù)時間間隔進行。下列參數(shù)選擇必須要被考慮進去：· 車輛：司機通常有他們偏好的，或常用的卡車。· 車輛應(yīng)避免：一些司機不愿駕駛特定類型的卡車。· 工作負載平衡：本模塊將主要基于ILOG Delivery框架，其主要的功能如下圖所示

14、：數(shù)據(jù)流原理每一個模塊存在于兩個包中：一個前端包和優(yōu)化包，兩個包將都被連接到可視化數(shù)據(jù)系統(tǒng)。前端包負責數(shù)據(jù)維護如車輛信息，卸貨點等及每天可能發(fā)生變化的數(shù)據(jù)如司機的工作時間，車輛的容量等。引擎將根據(jù)從前-端包傳給它的數(shù)據(jù)回產(chǎn)生單日的運貨方案。數(shù)據(jù)流圖如下圖：GUI地圖 甘特圖 電子表格ILOG JViews GISILOG SolverILOG DispatcherILOG DB LinkOptimizing Rounds優(yōu)化邊界報告RDBMS 客戶訂單 每日資源配置調(diào)度Windows NT包含ILOG 產(chǎn)品如上圖所示，軟件的主要模塊將是一個優(yōu)化引擎和用戶界面或GUI.優(yōu)化引擎由ILOG Dis

15、patcher 和ILOG Solver構(gòu)成，通過ILOG DB Link訪問數(shù)據(jù)庫，這樣，引擎將由C編寫。GUI將使用ILOG Jviews各種的模塊來構(gòu)建。甘特圖，圖標表，這樣，用戶界面將被用JAVA來編寫，這樣可以方便的在網(wǎng)絡(luò)上移植。3.計劃模塊（簡稱SM）功能特性第二個模塊SM將提供下列功能：Ø 將路線分配給司機和車輛，并確保分配是公正的。Ø 動態(tài)調(diào)整路線的用戶界面。Ø 修改后動態(tài)的路線重計劃Ø 產(chǎn)生工作單。計劃顯示本功能處理調(diào)度的顯示并支持重計劃的編輯，它將由基本的甘特圖如顯示每輛車的發(fā)貨完成情況，允許重計劃的交互，當報告時顯示實際的發(fā)貨信息。

16、顯示面板的準確設(shè)計，與相關(guān)功能如排序，查找和屏幕功能，應(yīng)在規(guī)范編寫階段被定義。報告此功能處理打印需要的文檔與調(diào)度信息通信，當前的確定的所需的文檔為：· 每輛車的每日計劃調(diào)度單，提供每日發(fā)貨的詳細信息。· 每輛車每日實際調(diào)度單，提供發(fā)貨的實際完成的詳細信息。SM體系結(jié)構(gòu)甘特圖其它窗口（新訂單，司機調(diào)度）業(yè)務(wù)對象資源分配引擎圖形化數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫包含的ILOG產(chǎn)品為任務(wù)（揀貨和發(fā)貨）的資源(車輛和司機)分配將使用ILOG Scheduler及ILOG Solver，它們的約束將迫使在司機間工作負荷的公平分布，通過使用RPM,引擎的數(shù)據(jù)庫連接可以通過ILOG的DB Link來完成，并且

17、用戶界面可以通過ILOG Jviews容易的進行開發(fā)。Scheduling 計劃 /再計劃功能是系統(tǒng)的心臟。優(yōu)化引擎有 1 天的時間為車輛和驅(qū)動程序生產(chǎn)一項任務(wù), 覆蓋所有的路線，并滿足業(yè)務(wù)約束并且在司機中均衡的負載工作量。 再調(diào)度意味著在一部分改變后重新計算 , 它反映計算機不能改變?nèi)说臎Q定，或者解決過去的事件（在交貨日期間重計劃安排）。調(diào)度的哪一部分適合作編輯或凍結(jié)必須在說明階段被定義, 對引擎模型和GUI界面上的影響需要編輯計劃。4. 成功案例公司已經(jīng)為McDonald快餐店開發(fā)了一個揀貨和發(fā)貨的系統(tǒng)。不同的卡車通過不同的承載能力被使用。一些卡車專門運送冰凍食品或附件（面包，貨其它保鮮食品），但是一些卡車由于有獨立的冷凍和保險車廂允許混合運輸。系統(tǒng)要考慮的一些時間約束為：ü 發(fā)貨的時段。ü 為供應(yīng)商揀貨的時段。ü 由位置和時間決定的裝/卸貨時間。ü 運轉(zhuǎn)時間（日間時間，交通情況，天氣情況）ü 最大駕駛小時/最大工作小時其調(diào)度引擎支持各種類型的事件：交通阻塞，事故，新訂單，新路由。該系統(tǒng)為McDonald公司節(jié)約了至少20%的成本，極大的提高了工作效率，有效