考慮碳排放之混合機車車隊途程規劃

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姓名

李育穎(Yu-Ying Li) 查詢紙本館藏

畢業系所

工業管理研究所

論文名稱

考慮碳排放之混合機車車隊途程規劃
(Solving the Heterogeneous Motorcycle Fleet Routing Problem with Carbon Dioxide Emissions)

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摘要(中)

氣候變遷以及環境的衝擊下，二氧化碳減量的議題已經是全球所關注焦點。然而物流運輸的二氧化碳又是第三大宗的部分，故我國政府與企業共同推展綠色化政策，並採用碳稅的制度來限制碳的排放。我國的快遞業在市區物流運輸中佔有重要地位，顧客希望快速收到包裹，但又因為市區道路壅擠，所以只有機車才能達成如此機動性強的物流運輸。本研究探討如何藉由導入電動機車讓二氧化碳減量，並且降低途程成本。
以前至今，車隊途程規劃(VRP)一直是至今以來不斷討論研究的議題，透過最佳化途程規劃、總途程成本以及最小距離等等最佳化求解。隨著全球綠能化的風氣興起，綠色物流的議題也逐漸受到重視，將綠色加入途程規劃裡，考量碳排放限制讓總途程成本最小化。本研究希望在我國快遞業中導入電動機車，以達成綠色途程規劃。在現有環境下規劃組成混合機車車隊，並且在二氧化碳的碳稅限制下達到最小化二氧化碳量以及途程成本的兩個目標。接著利用禁忌搜尋演算法(Tabu Search)解決大規模的問題，並求得近似最佳解。本研究以城市機車物流快遞為背景，以三個情境進行分析。第一是以個案公司的制度為主，在固定車隊數量的限制下探討混合機車車隊的比例以及途程成本最小化。第二是探討最佳機車車隊數量讓途程成本最小化。第三是考慮機車的建置成本分析混合機車車隊比例讓途程成本最小化。然而藉由所有的分析可以得知，所有的結果皆傾向於車隊全是電動機車為最佳。目前台灣極力推動電動機車，且政府與業者合作，透過一些補助項目擴展電動機車的市場。由此研究可以發現物流快遞業者以電動機車取代傳統燃油機車，可以節省大量的燃油費用以及維護費用，並且減少大量碳排放量，徹底推動綠色運輸的願景。

摘要(英)

Under the impact of climate and environmental change, reduction of carbon dioxide (CO2) emissions has been a highly concerned issue around the world. And the third largest source of worldwide CO2 emission is caused by the logistics transportation. The green policies that our government and companies jointly take forward, they adopt carbon tax to reduce the carbon dioxide emissions. The urban express delivery logistics plays a role in our country. Because of the traffic congestion and customers wishing to receive their packages in time, maneuverable transportation of logistics can meet their requirements by using motorcycles. As a result, we hope that importing the electric motorcycles can reduce the CO2 emissions and the routing costs. This research is about how to reduce CO2 and cost of transportation by importing electric motorcycles.
The vehicle routing problem (VRP) has been studied for many years, which is used to optimize the routing, routing distances, and routing cost. Along with the rising of green logistic issues, more people are focusing on finding a green solution to the VRP. This research considers that introducing electric motorcycles into the express delivery business can help achieve the goal of green vehicles routing. To minimize carbon emissions and routing costs under the limitation of CO2 tax policy, this research proposes a Tabu search and tries to find out the best configuration for the motorcycle fleet as well as a good solution to a large VRP. This research analyzes three scenarios for city express delivery: The first is to find out the percentage of electric motorcycles in the fleet given a specific number of motorcycles; the second is to determine the optimal number of motorcycles. The third is to analyze the fixed cost of motorcycles. However, after considering of all the scenarios, this research finds out all results shows it is better to replace all fuel motorcycle into electric ones. To expand the market of electric motorcycles, our government is now devoting to cooperate with companies and also providing reimbursement policies for purchasing electric motorcycle. This research finds out that using electric motorcycle instead of fuel motorcycle can not only saves expense on fuel cost and maintenance cost, but also reduces carbon emissions.

關鍵字(中)

★ 永續能源發展
★ 二氧化碳排放
★ 綠色物流
★ 電動機車
★ 禁忌搜尋演算法

關鍵字(英)

★ Sustainable Energy development
★ Carbon Dioxide Emission
★ Green Logistics
★ Electric Vehicle
★ Tabu Search

論文目次

目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 VII
一、緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究架構與流程 3
二、文獻回顧 5
2-1 永續能源發展 5
2-1-1永續能源發展的內涵 5
2-1-2碳排放 6
2-1-3碳稅與碳交易 6
2-1-4我國碳排放之政策 8
2-2 綠色物流 9
2-2-1 綠色物流的定義 9
2-2-2 綠色運輸的定義 10
2-2-3 綠色運輸的現況 11
2-3 電動車 12
2-3-1 電動車與燃油車的比較 12
2-3-2 我國使用電動機車之現況 13
2-3-3 電動車運用於綠色運輸 14
2-4 途程規劃 15
2-4-1 綠色途程規劃(GREEN VEHICLE ROUTING PROBLEM) 15
2-4-2 混合車隊之綠色途程規劃 16
三、問題描述與研究方法 18
3-1 產業分析 18
3-1-1 電動機車介紹 18
3-1-2 物流快遞業介紹 22
3-2 問題描述 23
3-2-1 問題描述 23
3-2-2 基本假設 27
3-3 數學模型建立 28
3-4 禁忌搜尋演算法(TABU SEARCH) 30
3-4-1 禁忌搜尋演算法的流程 30
3-4-2 禁忌移動(TABU MOVE) 31
3-4-3 禁忌名單(TABU LIST)和免禁準則(ASPIRATION CRITERIA) 32
3-4-4 記憶架構 32
四、禁忌搜尋演算法之建構 34
4-1 交換策略 / 尋找鄰近解 38
4-2 禁忌名單(TABU LIST) 39
五、情境設計與結果分析 41
5-1 資料蒐集 41
5-2 基礎演算法驗證 43
5-2-1 參數分析 43
5-2-2 基礎模型驗證之結果 47
5-3 最佳機車車隊數量模型驗證 50
5-4 包含建置成本模型驗證 51
六、結論與未來發展 54
英文參考文獻 56
中文參考文獻 59
附錄 62

圖目錄
圖1.1研究流程圖(本研究繪製) 4
圖2.1相異車種路徑示意圖(Kwon等人，2013) 17
圖3.1電動機車之架構(財團法人研究測試中心，2011) 19
圖3.2電動機車TES測試規範(財團法人研究測試中心，2011) 19
圖3.3 TES電動機車測試流程(財團法人研究測試中心，2011) 19
圖3.4 E-Moving功能配備表(財團法人研究測試中心，2011) 20
圖3.5 Gogoro圖示(Blessthisstuff，2015) 21
圖3.6個案公司送貨流程圖(本研究整理) 24
圖3.7禁忌搜尋演算法之流程圖(本研究繪製) 31
圖3.8禁忌搜尋的移動的方式(SlideFinder，2015) 32
圖4.1禁忌搜尋演算法之流程圖(本研究繪製) 35
圖4.2本研究禁忌搜尋演算法之虛擬程式碼(本研究繪製) 38
圖5.1需求點分佈(本研究繪製) 42
圖5.2週期迭代次數分析圖(本研究繪製) 44
圖5.3禁忌名單長度的總成本與CPU時間比較分析折線圖(本研究繪製) 45
圖5.4禁忌名單長度的總成本與交換次數比較分析折線圖(本研究繪製) 45
圖5.5大迭代次數參數分析折線圖(本研究繪製) 46
圖5.6起始路徑圖(本研究繪製) 48
圖5.7最佳路徑圖(本研究繪製) 49

表目錄
表2.1碳稅與碳交易之比較(羅時芳，2008) 7
表2.2電動車與燃油車之差異(綠鑽電動車資訊網，2015) 13
表3.1本研究整理現有文獻的比較(本研究繪製) 25
表3.2本研究整理現有文獻的比較(續) (本研究繪製) 26
表3.3現有文獻的比較名詞解釋(本研究整理) 27
表5.1本研究基本資訊(本研究繪製) 42
表5.2週期迭代次數分析(本研究繪製) 43
表5.3禁忌名單參數分析(本研究繪製) 44
表5.4大迭代次數參數分析表(本研究繪製) 46
表5.5參數設定(本研究繪製) 46
表5.6八台燃油機車之結果分析(本研究繪製) 47
表5.7起始路徑圖(本研究繪製) 47
表5.8最佳路徑圖(本研究繪製) 48
表5.9混合機車車隊比例之分析結果(本研究繪製) 50
表5.10機車組合比例(4-4)的距離結果分析(本研究繪製) 50
表5.11車隊數量之分析結果表(本研究繪製) 51
表5.12燃油機車和電動機車的建置成本(本研究繪製) 52
表5.13加入建置成本分析之結果(本研究繪製) 52
表5.14投資電動機車回本計畫(本研究繪製) 53

參考文獻

英文參考文獻
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指導教授

王啟泰(Chi-Tai Wang)

審核日期

2016-7-25

推文