令 G =( V,E )表示一个完全无向图, V ={0,1,2,……, n }表示图中点的集合, E ={( i,j ), i,j∈V ; i ≠ j }表示图中边的集合。点0表示仓库,在仓库有一定数目的容积均为Q的车辆等待运输任务, H ={1,2,……, K }代表车辆的集合,车辆的数目为 K 。 N ={1,2,……, n }代表客户点的集合。每个客户有一个对应的订单,每个订单的大小(产品需求量)为 q i ,订单的可得时间为 r i ,其代表订单的生产(拣选与打包)完成时间。 t ij 为非负数,表示每条边 e =( i,j )的成本,其值等于点 i 到点 j 的行驶时间。当一系列订单被装载到同一辆车时,该车辆最早可以离开的时间为订单中最大的可得时间,该时间被称为车辆可得时间。目标函数为最小化所有车辆路径完成时间之和,每辆车的路径完成时间等于其车辆行驶时间与车辆可得时间之和。约束条件如下:
(1)每个订单只能被安排到一辆车中,且该订单不可以被分批次运输;
(2)每个订单的可得时间不能被违反,即每辆车在其所有订单装载后才可以离开仓库;
(3)每辆车必须从仓库出发,至少访问一个客户后返回仓库;
(4)每辆车装载的产品总数量不得超出其容积。
模型中使用的所有变量与参数说明如下:
(1)变量
x ijk 假如车辆 k 访问边( i,j )则其值等于1;否则其值等于0,∀( i,j )∈E。
y ik 假如车辆 k 装载客户 i 的订单则其值等于1;否则其值等于0,∀ i∈N 。
A k i 车辆 k 到达访问客户 i 的时间。
(2)参数
i,j 客户编号,其值属于 N ={1,2,……, n };
k 车辆编号,其值属于 H ={1,2,……, K };
t ij 客户 i 与客户 j 之间的行驶时间;
q i 客户 i 的订单的大小;
r i 客户 i 的订单的可得时间;
该问题的数学模型如下:
式(4-1)表示目标函数,最小化所有车辆路径完成时间之和,其值等于总的车辆行驶时间与总的车辆可得时间之和;式(4-2)表示每个订单必须由一辆车运输送达客户;式(4-3)表示流量守恒约束;式(4-4)表示每辆车的容积不能被违反;式(4-5)表示消除子循环约束;式(4-6)表示每辆车在其最大可得时间的订单装载后才可以离开仓库;式(4-7)表示如果车辆访问一个客户,则该客户的订单必须被装载;式(4-8)和(4-9)为0-1变量约束。
若令所有订单的可得时间为零,则该问题转化为一个纯粹的有容积限制的车辆路径问题(CVRP),CVRP已经被公认为是NP难题,则本章研究的问题亦为NP难题。精确算法难以解决较大规模的算例,故下面提出一种启发式算法来解决该问题。