區(qū)域托盤調度模型研究

高琪琪 任建偉

摘要：全文經(jīng)過對現(xiàn)有托盤共用模型加以研究，結合實際，提出分層調度的概念，將托盤共用系統(tǒng)全局調度分為整體調度與區(qū)域調度。其中，整體調度為總調度中心對區(qū)域間托盤流動進行的調度規(guī)劃，區(qū)域調度為區(qū)域調度站對各服務站進行調度規(guī)劃。并著眼于區(qū)域調度，根據(jù)實際情況確立目標函數(shù)與約束條件，構建區(qū)域托盤調度模型，促進區(qū)域托盤調度向著科學合理的方向進行。同時佐以算例，對理論的具體可行性加以檢驗。

關鍵詞：區(qū)域調度；托盤；區(qū)域托盤調度模型；粒子群算法

1引言

當前，我國仍處在托盤應用的發(fā)展階段，各類有關托盤的嘗試層出不窮，關于共用托盤的研究也愈加科學，全國各地都對托盤標準化、模型構建、托盤相關教育等進行了不同程度研究。

關于托盤標準化、模型構建、托盤相關教育等方面的研究日趨完善，各省市也加強了本地托盤共用發(fā)展研究。

2006年，鄭成武提出促進天津濱海新區(qū)托盤標準化的幾點建議[1]。

2008年李太平、李俊龍、陳月紅提出江蘇省率先發(fā)展托盤租賃業(yè)的幾點建議[2]。

2009年至今，章雪巖、張錦、馬力、任建偉等優(yōu)秀學者結合我國實際情況率先提出了托盤共用系統(tǒng)的概念模型[3]，改進了托盤回收模型[4]，研究了托盤回收隨機規(guī)劃模型[5]，詳細描述了托盤共用系統(tǒng)如何通過配與回收兩階段調度托盤并給出了相應的模型與算法[6]，并一步步優(yōu)化了托盤共用系統(tǒng)。

2011年，楊喜成根據(jù)德國托盤培訓的所見所聞發(fā)表了對我國托盤方面培訓的幾點感想與建議[7]。

2016年，何彥東、林云、王旭、周福禮將托盤共用系統(tǒng)網(wǎng)絡細分為托盤制造/維修—調度/再調度—回收三個過程，提出了不確定環(huán)境下托盤調度多目標優(yōu)化模型[8]。

在各類愈加科學的理論體系中，大多都是全局統(tǒng)一規(guī)劃調度。但隨著現(xiàn)代化物流的推進與托盤業(yè)的進一步發(fā)展，在中國遼闊的疆域內(nèi)最終將形成一個龐大的調度體系，在這個調度體系內(nèi)，全局統(tǒng)一規(guī)劃有利于整體平衡，但也不利于適應地方特色，同時易產(chǎn)生規(guī)劃不到的細節(jié)死角。

本文提出了區(qū)域托盤調度這一概念，并著眼于區(qū)域規(guī)劃，提出了區(qū)域托盤調度模型研究。在整體中劃分區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)設立區(qū)域調度站。簡單來說就是將全局調度分為兩個層面。在第一個層面內(nèi)由中心掌控全局，對不同區(qū)域間托盤進行調度，在第二個層面以區(qū)域調度站為調度中心研究區(qū)域調度優(yōu)化。

2研究對象

2.1 租賃系統(tǒng)

無論以哪種系統(tǒng)或借鑒哪種系統(tǒng)，整個系統(tǒng)中托盤實際運行的部分只有調度部分。本文將調度分為整體調度與區(qū)域調度。原因有三，一是我國疆域遼闊，在一個較為完善的托盤共用系統(tǒng)中不分級直接調度的信息采集量，需控因素量是巨大的，也容易因地域特征難以細化造成不必要的損失與浪費；二是我國商品種類豐富，且由于歷史及地理等地區(qū)差異明顯，物流是一種衍生需求，自然會因地區(qū)商品屬性而對托盤產(chǎn)生周期性不同的需求。因此在整體調度下采用區(qū)域調度的形式，結合地區(qū)情況進行調度，毫無疑問更加適合我國國情。三是這種形式，在龐大而全面的托盤共用體系未建成前同樣具有應用意義。在這個時期，由于各區(qū)域發(fā)展不均衡甚至部分區(qū)域并沒有相應的托盤共用體系，距離較遠的各區(qū)域間調度被弱化，以區(qū)域內(nèi)調度為主。方便集中力量，分區(qū)發(fā)展，逐步連接成為一個龐大的托盤共用整體。

2.2區(qū)域調度站

區(qū)域調度站是針對本地域服務站各項工作進行規(guī)劃調度的組織。它的設立有利于對本地特性的具體細化研究，有利于結合本地實際情況進行區(qū)域內(nèi)部科學調度，同時，也有利于區(qū)域外部不同區(qū)域間根據(jù)各自周期性進行托盤量的分區(qū)調整。

它的具體職能大體分為三方面：一是對本區(qū)域商品物流特性（包括物流周期性、商品運輸特殊需求等）與本區(qū)域道路結構進行細化具體研究；二是根據(jù)上述研究對本區(qū)域內(nèi)部托盤進行科學合理調度；三是參與整體調度，實現(xiàn)整體內(nèi)不同區(qū)域間的托盤科學調度。

2.3區(qū)域托盤調度系統(tǒng)

區(qū)域托盤調度系統(tǒng)是在協(xié)議簽訂后的單純調度系統(tǒng)，以開放式托盤租賃系統(tǒng)為例[9]，區(qū)域托盤調度系統(tǒng)存在于達成協(xié)議并由總調度中心在區(qū)域間進行調度后，由送收盤到入庫的過程。其詳細流程大致為集單分單、接收區(qū)域訂單、區(qū)域托盤調度規(guī)劃、托盤配送、托盤接收、托盤使用、還盤申請、就近還盤、定損驗收、最終入庫。

2.4本章小結

本章針對研究對象，由廣到窄，由深到細的進行了闡述。對租賃系統(tǒng)、區(qū)域托盤調度站、區(qū)域托盤調度系統(tǒng)進行了具體介紹。同時通過對實際情況的研究分析提出了區(qū)域調度的概念并闡述了區(qū)域調度在不破壞統(tǒng)一調度的情況下極大滿足區(qū)域自身特征的優(yōu)勢。

3模型構建

3.1 基本假設

按實際情況模型構建的基本假定如下：○1區(qū)域托盤調度均采用標準盤。○2承租商當期托盤保有量、各服務站需回收的托盤量、服務站的庫存能力等均確定。○3承租商單期所需運輸托盤總數(shù)目必須在起租數(shù)量之上。○4承租商承擔使用過程中托盤的損壞費用，該部分費用在押金的基礎上多退少補，即押金與損壞費用均不計入各服務站運營成本。○5承租商在歸還托盤時依據(jù)就近原則，提前遞交申請由服務站回收。○6也就是說，托盤回收時，托盤的運向哪個服務站無需區(qū)域調度站進行調度。○7單位裝卸成本、單位制造（外購）成本、單位庫存成本均確定。○8本期運入服務站的托盤可直接進行調度分配。

3.2標量

i （ i = 1， 2， … ， I） ， j （ j =0， 1， 2， … ， J） 分別表示服務站與承租商。

t（ t =〖 t〗_1， t_2， … ， t_n ） 表示運營周期，模型中其時間設置如下。

3.3決策變量

K_i^t表示t期服務站i的期末庫存托盤量。

N_j^t表示t期承租商j的托盤保有量。

X_ij^（tt^'' ） 表示服務站i于t期出發(fā)，于t^''期到達承租商j的托盤量。

G_i^t表示由整體共用系統(tǒng)內(nèi)區(qū)域共用系統(tǒng)外服務站調入服務站i的托盤量，也就是說，這一部分的托盤量無需制造（外購）費用。

H_i^t表示t期到達服務站i并投入使用的制造（外購）托盤量。

3.4參數(shù)

C_ij^ ，C_ji^ 分別表示將托盤從服務站i運到承租商j，從承租商j運到服務站i的單位運輸成本。

X_ji^（t^' t）表示承租商于t^'期出發(fā)，于t期到達服務站i的托盤量。

C_ki^ 表示托盤存儲在服務站i的單位庫存成本。

C_ij^'，C_ji^'分別表示將托盤從服務站i運到承租商j，從承租商j運到服務站i的單位裝卸成本。

MA_ij^ ，MA_ji^ 分別表示將托盤從服務站i運到承租商j，從承租商j運到服務站i的運輸線路運輸能力。

L_i^ 表示服務站i的裝卸能力。

C_hi表示服務站i的制造（外購）托盤單位成本。

X_0表示單期托盤起租量。

公式（2）到公式（9）分別依據(jù)實際，對供給、保有、庫存、起租、運輸能力[10]、裝卸能力與取值進行了約束。

3.6本章小結

本章通過對標量、決策變量、參數(shù)的設定，目標函數(shù)的定義，針對實際情況設立各項約束構建了科學合理的單期區(qū)域托盤調度模型。

4算例

4.1算例設置

設區(qū)域調度站的調度系統(tǒng)中有2個服務站（i=a，b）和2個承租商（j=c，d），單期決策，單次托盤起租量為5。參數(shù)設置如表2、表3所示，假定時間并不影響運輸與庫存能力。

采用2001年，Clerc的帶壓縮因子的PSO即CPSO[11]進行計算，利用C語言編程得到最優(yōu)解為1101，最優(yōu)化調度為由a向c運送38個托盤，a到d運送35個托盤，b到c運送17個托盤，b到d運送16個托盤。

4.2本章小結

本章根據(jù)前文所構建的模型，擬建算例，并利用帶壓縮因子的PSO即GPSO對算例加以運算，得到最優(yōu)位置，確定了模型的可行性。

5結論

各國托盤共用系統(tǒng)的成功都在結合自身特性的情況下經(jīng)過了漫長而艱苦的歷程。我國的托盤共用系統(tǒng)建設剛起步，各方面水平均無法與“先進”二字相提并論，但正因如此，我國的托盤共用系統(tǒng)建設才有更豐富的可能性。而對現(xiàn)實提出發(fā)展的可能性是相當多論文的目標，本文亦如是。

簡而言之，本文主要結論有二：

一是對現(xiàn)有托盤共用模型加以研究，結合實際，提出區(qū)域調度的概念，將托盤共用系統(tǒng)全局調度分為整體調度與區(qū)域調度。其中，整體調度為總調度中心對區(qū)域間托盤流動進行的調度規(guī)劃，區(qū)域調度為區(qū)域調度站對各服務站進行調度規(guī)劃。這樣既保證了托盤的統(tǒng)一調度與規(guī)劃，同時滿足了不同區(qū)域的不同特性，有利于因地制宜時刻保障托盤共用系統(tǒng)的活力與有機性。

二是著眼于區(qū)域調度，根據(jù)實際情況確立目標函數(shù)與約束條件，構建區(qū)域托盤調度模型，促進區(qū)域托盤調度向著科學合理的方向進行，并佐以算例，利用粒子群算法，對其具體可行性加以驗證。

托盤共用系統(tǒng)是一個龐大的體系，在這個體系下有著這個種各樣細小的分支。本文對其中一個極小的分支進行研究，但仍舊有著可繼續(xù)發(fā)展的余地。包括在分層調度概念下的整體調度、不確定條件下的區(qū)域調度、分期調度等均有待于更進一步的研究。

參考文獻

[1]鄭成武.天津濱海新區(qū)托盤標準化研究[J].中國市場，2008（23）：96-97.

[2]李太平，李俊龍，陳月紅.江蘇省率先發(fā)展物流租賃服務業(yè)的戰(zhàn)略思考[J].物流科技，2006（12）：109-111.

[3]章雪巖，任建偉. 托盤共用系統(tǒng)概念模型研究[J]. 中國市場，2009（45）：24-26.

[4]任建偉，章雪巖. 基于改進托盤共用系統(tǒng)的托盤回收模型[J]. 西南交通大學學報，2010（3）：482-485.

[5]任建偉，章雪巖. 托盤共用系統(tǒng)托盤回收隨機規(guī)劃模型研究[J]. 控制與決策，2010（8）：1211-1214.

[6]任建偉，章雪巖. 托盤共用系統(tǒng)調度兩階段隨機機會約束規(guī)劃模型研究[J]. 控制與決策，2011（9）：1353-1357.

[7]楊喜成.走進德國物流專業(yè)職業(yè)教育“課堂”[J].中國市場，2011（49）：218-219.

[8]何彥東，林云，王旭，周福禮. 不確定環(huán)境下托盤調度多目標優(yōu)化模型[J]. 系統(tǒng)工程，2016（11）：119-124.

[9]高君梅. 開放式租賃的托盤共用系統(tǒng)研究[D].成都：西南交通大學，2015.

[10]任建偉. 托盤共用系統(tǒng)調度優(yōu)化研究[D]. 成都：西南交通大學，2012.

[11]秦全德. 粒子群算法研究及應用[D].廣州：華南理工大學，2011.

[作者簡介]：高琪琪（1995-），女，漢族，河北獻縣人，就讀于內(nèi)蒙古大學交通學院；通訊作者：任建偉（1982—），男，漢族，山西壽陽人，供職于內(nèi)蒙古大學交通學院，副教授，博士，研究方向：托盤共用。