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

Ilog在物流管理系統(tǒng)中對(duì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用物流是一個(gè)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(yùn)商直至零售商等多重環(huán)節(jié)，從而形成一個(gè)物流供應(yīng)鏈。供應(yīng)鏈上的各個(gè)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(dòng)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(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的有效管理，從而提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

物流供應(yīng)鏈的兩層需求：

基礎(chǔ)層次＋高級(jí)層次

根據(jù)物流的運(yùn)作模式和管理方式，物流供應(yīng)鏈上的企業(yè)對(duì)軟件技術(shù)有兩個(gè)層次的需求：一方面是基礎(chǔ)層次需求，即實(shí)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(gè)層次上，數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工作流技術(shù)等被大量地應(yīng)用并且已相當(dāng)成熟。另一方面是高級(jí)層次的需求，即實(shí)現(xiàn)對(duì)物流資源的優(yōu)化調(diào)度、利用以及對(duì)業(yè)務(wù)的靈活應(yīng)對(duì)。在這個(gè)層次上，我國(guó)的很多企業(yè)還在摸索之中，雖然有些大專院校和研究機(jī)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(gè)層次直接影響到企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)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(gè)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(xué)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(yùn)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(yù)先設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)（如最小化成本、最大化利潤(rùn)等），在滿足各種預(yù)設(shè)的約束條件下，對(duì)有限的昂貴資源進(jìn)行最合理的統(tǒng)籌安排。所謂的昂貴資源可以各不相同：對(duì)于運(yùn)輸企業(yè)，車（船、機(jī)）隊(duì)可能是昂貴資源；對(duì)于港口，碼頭和碼頭上的設(shè)備可能是昂貴資源；對(duì)于倉儲(chǔ)企業(yè)，堆場(chǎng)、貨架及其設(shè)備可能是昂貴資源；對(duì)于某些服務(wù)企業(yè)，時(shí)間和人才可能是昂貴資源。

優(yōu)化技術(shù)涉及諸如運(yùn)籌學(xué)、邏輯學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科或?qū)I(yè)。它的研究對(duì)象大體可分為兩大類，一類是在現(xiàn)有的人、財(cái)、物等資源條件下，研究如何合理地計(jì)劃、安排，使得某個(gè)目標(biāo)達(dá)到最大化，如產(chǎn)量、利潤(rùn)目標(biāo)等。另一類是在任務(wù)確定后，如何計(jì)劃、安排、使用最少的人、財(cái)、物等資源，去實(shí)現(xiàn)該任務(wù)，如使運(yùn)作成本、費(fèi)用最少等。這兩類問題從本質(zhì)上說是相同的，它們都是在一組約束條件下，去實(shí)現(xiàn)某個(gè)目標(biāo)的最優(yōu)(最大或最小)。

現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)起源于1947年。它的第一個(gè)求解算法是線性規(guī)劃中的單純形算法(PrimalSimplexLinearProgramming)。隨著計(jì)算機(jī)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(xué)規(guī)劃（MathematicalProgramming——MP）技術(shù)，它是利用經(jīng)證明的數(shù)學(xué)方法和模型來求解出最優(yōu)的可行解。數(shù)學(xué)規(guī)劃具有求解效率高、結(jié)果可靠的特點(diǎn)，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(zhǎng)期的計(jì)劃、供應(yīng)鏈設(shè)計(jì)、倉儲(chǔ)位置規(guī)劃、預(yù)測(cè)等大多使用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方式求解。另一種優(yōu)化技術(shù)是約束規(guī)劃（ConstraintProgramming——CP）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(jī)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(yùn)作方面的優(yōu)化問題（具體運(yùn)作問題，由于它涉及的約束條件非常復(fù)雜，呈現(xiàn)非線性的特征，有時(shí)人們無法用數(shù)學(xué)方式描述和求解），如排程調(diào)度、運(yùn)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(xué)規(guī)劃產(chǎn)品——ILOGCPLEX和約束規(guī)劃產(chǎn)品——ILOGSolver。此外，針對(duì)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(yùn)載工具路徑優(yōu)化的產(chǎn)品——ILOGDispatcher，用于排程調(diào)度的優(yōu)化產(chǎn)品——ILOGScheduler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，JDEdword等。應(yīng)用的范圍涵蓋倉儲(chǔ)管理、運(yùn)輸管理、庫存管理、資源安排、生產(chǎn)計(jì)劃、分銷計(jì)劃、供應(yīng)計(jì)劃、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和需求預(yù)測(cè)等方面。

業(yè)務(wù)規(guī)則管理嶄露頭角：實(shí)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(huì)涉及到對(duì)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(gè)過程，軟件工程師們需要把它們寫進(jìn)程序代碼當(dāng)中，當(dāng)需求發(fā)生變化，更改了某些業(yè)務(wù)規(guī)則時(shí)，只能對(duì)相應(yīng)的程序代碼進(jìn)行修改，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新測(cè)試和配置，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的維護(hù)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(jì)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(duì)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(dāng)作一個(gè)事務(wù)的處理過程來處理，而是當(dāng)作一種可管理的對(duì)象在系統(tǒng)之外的規(guī)則庫中被管理；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(shí)時(shí)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(dá)。

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(shí)時(shí)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(qiáng)的靈活性，系統(tǒng)的維護(hù)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(shí)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)（BusinessRuleManagementSystem——BRMS），它基本包含這樣幾個(gè)部分：規(guī)則庫機(jī)制、規(guī)則語言機(jī)制、規(guī)則引擎和規(guī)則管理界面工具等幾個(gè)部分。目前，在國(guó)際上，BRMS的發(fā)展非常迅猛。

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，僅僅注重硬件設(shè)施改善和低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的物流運(yùn)作模式已經(jīng)不符合市場(chǎng)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(shí)現(xiàn)物流規(guī)劃和運(yùn)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)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(jì)劃及方案模塊安利科技認(rèn)為線路計(jì)劃及方案系統(tǒng)是整個(gè)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(jì)劃及SchedulingDelivery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(dú)立的若干個(gè)庫房計(jì)劃產(chǎn)生。車輛和司機(jī)組成了一個(gè)低效的資源使用，使用ILOG的Dispatcher引擎，我們的目標(biāo)是為所有的庫房提供一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)劃。按照已知訂單，路線計(jì)算可以在日常運(yùn)行，但是由于大量的意外事件動(dòng)態(tài)重計(jì)劃也必須是可能的。要想到為每一個(gè)由于發(fā)貨或揀貨而允許司機(jī)停車考慮標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間緩沖。B) 全球功能建議的實(shí)施將以解決通用的省市配送的運(yùn)輸方案問題為目標(biāo)。下列功能將被包含進(jìn)所有的實(shí)施中：數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)及靜態(tài)數(shù)據(jù)恢復(fù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（訂單，發(fā)貨計(jì)劃等）此功能將也能提供窗口輸入/修改數(shù)據(jù)。掌握路線/區(qū)域定義調(diào)度程序，它由重計(jì)劃的能力（改變訂單，用戶從跟蹤系統(tǒng)輸入反饋信息）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)。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(qiáng)制實(shí)現(xiàn)。軟約束：它們必須在解決方案中盡可能實(shí)現(xiàn)，但是可以被違反。一個(gè)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(yùn)輸工具。軟約束實(shí)際上是參數(shù)選擇，這將影響費(fèi)用，它們被用來衡量解決方案的質(zhì)量。2. 線路計(jì)劃模塊功能特性作為首要的模塊，RMP將提供下列主要功能：資源信息處理：瀏覽，添加，修改，刪除車輛和司機(jī)的信息。路線的構(gòu)建和優(yōu)化（包含在框架中）處理位置和區(qū)域的用戶界面。與引擎結(jié)構(gòu)交互的用戶界面。（包含在框架中）用戶修改的確認(rèn)功能。（包含在框架中）用戶界面用戶界面RPM體系下圖描述了建議書RPM的體系結(jié)構(gòu)：用戶界面用戶界面其它窗口（訂單…)業(yè)務(wù)對(duì)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(gè)主要的子模塊可以被確定：交互式圖形化視圖，商業(yè)對(duì)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(gè)模塊,在此不作描述，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(yùn)載能力：運(yùn)載能力與汽車類型聯(lián)系。站點(diǎn)約束：交貨時(shí)間：指定最早－最遲時(shí)間范圍或者一個(gè)客戶允許的延遲時(shí)間。發(fā)貨間隔：當(dāng)有幾個(gè)送貨在一段時(shí)間到同一個(gè)卸貨地點(diǎn)，送貨必須至少根據(jù)在卸貨持續(xù)時(shí)間間隔進(jìn)行。下列參數(shù)選擇必須要被考慮進(jìn)去：車輛：司機(jī)通常有他們偏好的，或常用的卡車。車輛應(yīng)避免：一些司機(jī)不愿駕駛特定類型的卡車。工作負(fù)載平衡：本模塊將主要基于ILOGDelivery框架，其主要的功能如下圖所示：

數(shù)據(jù)流原理每一個(gè)模塊存在于兩個(gè)包中：一個(gè)前－端包和優(yōu)化包，兩個(gè)包將都被連接到可視化數(shù)據(jù)系統(tǒng)。前－端包負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)維護(hù)如車輛信息，卸貨點(diǎn)等及每天可能發(fā)生變化的數(shù)據(jù)如司機(jī)的工作時(shí)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(yùn)貨方案。數(shù)據(jù)流圖如下圖：GUI

GUI

地圖–甘特圖–電子表格ILOGJViews

GISILOGSolverILOGDispatcherILOGDBLinkOptimizingRounds優(yōu)化邊界報(bào)告RDBMS客戶訂單每日資源配置調(diào)度WindowsNT包含ILOG產(chǎn)品如上圖所示，軟件的主要模塊將是一個(gè)優(yōu)化引擎和用戶界面或GUI.優(yōu)化引擎由ILOGDispatcher和ILOGSolver構(gòu)成，通過ILOGDBLink訪問數(shù)據(jù)庫，這樣，引擎將由C＋＋編寫。GUI將使用ILOGJviews各種的模塊來構(gòu)建。甘特圖，圖標(biāo)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(jì)劃模塊（簡(jiǎn)稱SM）功能特性第二個(gè)模塊SM將提供下列功能：將路線分配給司機(jī)和車輛，并確保分配是公正的。動(dòng)態(tài)調(diào)整路線的用戶界面。修改后動(dòng)態(tài)的路線重計(jì)劃產(chǎn)生工作單。計(jì)劃顯示本功能處理調(diào)度的顯示并支持重計(jì)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(jì)劃的交互，當(dāng)報(bào)告時(shí)顯示實(shí)際的發(fā)貨信息。顯示面板的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，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(bào)告此功能處理打印需要的文檔與調(diào)度信息通信，當(dāng)前的確定的所需的文檔為：每輛車的每日計(jì)劃調(diào)度單，提供每日發(fā)貨的詳細(xì)信息。每輛車每日實(shí)際調(diào)度單，提供發(fā)貨的實(shí)際完成的詳細(xì)信息。SM體系結(jié)構(gòu)甘特圖甘特圖其它窗口（新訂單，司機(jī)調(diào)度）業(yè)務(wù)對(duì)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(jī))分配將使用ILOGScheduler及ILOGSolver，它們的約束將迫使在司機(jī)間工作負(fù)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DBLink來完成，并且用戶界面可以通過ILOGJviews容易的進(jìn)行開發(fā)。Scheduling計(jì)劃/再計(jì)劃功能是系統(tǒng)的心臟。優(yōu)化引擎有1天的時(shí)間為車輛和驅(qū)動(dòng)程序生產(chǎn)一項(xiàng)任務(wù),覆蓋所有的路線，并滿足業(yè)務(wù)約束并且在司機(jī)中均衡的負(fù)載工作量。再調(diào)度意味著在一部分改變后重新計(jì)算,它反映計(jì)算機(jī)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(jì)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(duì)引擎模型和GUI界面上的影響需要編輯計(jì)劃。成功案例公司已經(jīng)為McDonald快餐店開發(fā)了一個(gè)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(yùn)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(dú)立的冷凍和保險(xiǎn)車廂允許混合運(yùn)輸。系統(tǒng)要考慮的一些時(shí)間約束為：發(fā)貨的時(shí)段。為供應(yīng)商揀貨的時(shí)段。由位置和時(shí)間決定的裝/卸貨時(shí)間。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間（日間時(shí)間，交通情況，天氣情況）最大駕駛小時(shí)/最大工作小時(shí)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，有效的