多目標應急物流雙向配送的關聯反饋模型仿真

譚 印,朱蕓蕓,蘇雯潔,魏銘辛

(1. 桂林電子科技大學(北海校區)計算機工程學院,廣西 北海 536000;2. 桂林電子科技大學(北海校區),廣西 北海 536000)

1 引言

針對嚴重的突發事件,應急物流的雙向配送是一種必不可少的特殊物流活動[1,2]。但因環境的復雜及應急物流規劃的不成熟,導致應急物流配送效果還存有欠缺。因而如何在自然災害及突發事故中有效、合理地配送應急物流[3],是保證人們能夠及時獲取應急物資,保障人們生命安全的重要問題,為此需要對應急物流雙向配送展開詳細分析。

王勇[4]等人提出基于時間窗和溫度控制的生鮮商品物流配送優化方法,該方法通過構建物流成本模型及損失模型,獲取車輛對物流運送時的運輸成本、懲罰成本及損失系數等,考慮到客戶空間未知條件,全局搜索物流配送,并將該方法與其它算法進行對比分析,根據最終敏感度分析結果,獲取最佳物流配送方案,實現物流配送,該方法構建的模型不夠完善,存在配送平均耗時高的問題。李存兵[5]等人提出基于精英自適應遺傳聚類算法的煙草物流配送優化研究方法,該方法為了能夠有效完成物流配送,首先構建了物流系統配送優化模型,與聚類算法相結合,將其初始解用作遺傳算法中的初始種群,根據物流配送時間方差,提出精英自適應遺傳聚類算法,利用該算法對物流進行配送,使物流配送區域均勻,能夠更加快速、有效地實現配送,該方法構建的模型不夠穩定,存在總線路較長的問題。吳亮然[6]等人提出基于車輛配送線路的區域協同配送方法,該方法首先建立車輛物流配送網絡,根據周邊區域信息設定車輛配送線路,并及時調整該路線,從而得出物流最佳配送線路。以此為基礎取得物流訂單分布情況,采用遺傳算法對不同區域的物流開展區域協同配送,從而實現物流的整體配送,該方法獲取的配送線路距離較長,導致該方法存在配送效率低的問題。

為了解決上述方法中存在的問題,提出基于關聯反饋的多目標應急物流雙向配送方法。

2 多目標應急物流雙向配送效率影響因素分析

2.1 路段可通行性分析

車輛的應急物流配送系統具備延遲性及反饋性,針對這一動態特性分析影響車輛多目標應急物流雙向配送的主要因素[7],為多目標應急物流雙向配送奠定重要信息基礎。多目標應急物流雙向配送關鍵因素主要有:物資配送管理、庫存管理、延遲管理等。應急物資向受災地區配送時,往往會因為自然環境的影響導致運輸路徑不合理,影響應急物流的配送效率,所以應急物資配送時,選取最優、最短的配送路徑是應急物流雙向配送的首要原則。

考慮到上述影響因素,同時,考慮受災區域所受災害的程度不同,將運輸路徑主要分成以下類型[8]:

1)理想型運輸路段

理想型運輸路段通常僅受到較少的災害影響或完全沒有受到影響,是多種路徑中應急物流運輸耗時最短、運輸相對安全的一條路段,是災害地區應急物流配送的首要選擇。

2)可行性運輸路段

當受災程度嚴重,不存有理想型運輸路段時,就選取可行性運輸路段。該路段的長度相較于理想型運輸路段來說較長,受到的損壞較大或路段長度較長,是災害地區應急物流配送的次要選擇。

3)不可運輸路段

此條路段在多目標應急物流雙向配送中不可選擇,因為該路段受到災害影響而破壞嚴重,車輛不能在該路段運行。或由于路段的損毀,對該路段修復的時間不能滿足時間窗限制,是災害地區應急物流配送中不可選取的一條路段。

2.2 道路運行影響因素權重

通過道路可通行性分析可知,道路可通行的難易度程度決定著道路通行難易系數,其難易系數與車輛運輸速度、運行時間成反比。為了能夠有效分析影響車輛運輸速度的多種因素,需要對道路運行難易度系數進行確定。因而利用ANP理論[9,10]構建基于關聯反饋的結構模型,從路段長度、損毀程度、安全因素三個方面確定多目標應急物流雙向配送影響因素的相應權重。

1)構建模型

以深入解析道路通行難易度影響因素為主,得知災害區域的道路會受到九個主要因素影響。為了能夠有效地分析道路通行難易度影響指標,以ANP理論為主,建立關聯反饋結構模型,從而顯示出災難區域道路通信難易程度。建立的關聯反饋結構模型如圖1所示。

圖1 關聯反饋結構模型

2)構建矩陣

根據圖1建立的模型,對各個結構層次的多種因素重要性進行比較,組建矩陣,如表1所示。

表1 影響因素等級劃分及標度

根據表1,分別對比道路通行難易度P、路段損毀度R1、安全因素R2、道路條件R3的重要性,從而構建出判斷矩陣。

(1)

式中,PR標記為P的判斷矩陣,R1T標記為路段損毀度的判斷矩陣,R2T標記為安全因素判斷矩陣,R3T標記為道路條件判斷矩陣。

3)計算道路通行難易權向量及一致性檢驗

計算判斷矩陣PR的重要性權值及標度

WP-R=(0.2493,0.5862,0.1524)T,CR=0.04210.1

(2)

式中,WP-R標記為矩陣PR的權值,CR代表標度,T代表時刻。

計算判斷矩陣RT的重要性權重及標度

(3)

4)基于上述計算結果,獲取對象層對目標層造成的重要性影響權值wi。

通過上述獲取結果計算多目標應急物流雙向配送路徑的當量長度[11,12]。計算的雙向路段通行難易度系數為

(4)

式中,φ表述雙向配送道路難易度系數,mi標記為對i個影響因素無量綱化后的值。

而在多目標應急物流配送過程中,可通行道路較多,設置所有可通行路段為pi,在pi中包含n條路徑,那么當前多目標應急物流雙向配送路徑當量長度Li即為

(5)

式中,k標記為路徑條數,Ek標記為第k條路段。

通過確立多目標應急物流雙向配送效率關鍵因素,考慮多影響因素的應急物流配送路段相對長度,構建基于ANP理論的關聯反饋結構模型,利用該模型分析多目標應急物流雙向配送難易程度,從中取得多影響因素權重系數,并計算出多目標應急物流雙向配送道路難易度系數,獲取配送路徑當量長度。

3 多目標應急物流雙向配送

根據上述獲取的多目標應急物流雙向配送路徑當量長度,建立應急物流配送數學模型,實現多目標應急物流雙向配送。構建應急物流模型有助于出現突發事件后,物流能夠有序運作。應急物流系統[13]在運作時首先要保證物資的充足,并在充分考慮多影響因素后利用建立的應急物流模型制定多種合理的配送方案,以此使得物資可以及時配送,而制定的配送方案則需要實行應急評估,以此總結出配送方案實現完美配送,并根據配送結果適當進行調整,從中得出最佳應急物流配送方案。建立的應急物流響應模型如圖2所示。

圖2 應急物流響應模型

將上述獲取的多目標應急物流雙向配送路徑當量長度設定為約束條件,制定出最佳車輛雙向配送路徑方案[14,15],使多目標應急物流雙向配送在緊急情況中依然保持最優狀態。那么約束及假設條件如下所示:

1)車輛應在應急物流中心駛出,應急物流配送完成后返回至應急物流中心,完成雙向配送;

2)配送的應急物流中心只有一個;

3)配送點的應急物資應選擇一輛車一次性雙向配送完成,在每個配送點都適用;

4)多目標應急物流雙向配送路徑當量長度的總需求量不得超過車載的最大限容量。

滿足上述設定的約束條件后,設置A={a1,a2,…,an}為全部配送點的集合,a0為應急物流中心。假設應急物流中心有K輛物流運輸車,其極限載重為Q,需要配送量為gi(i=0,1,…,n);若從配送點i到j有車輛運輸,當uij=1時,滿足條件;反之則uij=0。基于上述設定條件,建立配送模型。

目標函數

(6)

式中,minE標記為最短配送路徑,k標記為運輸車數量,Aij標記為配送距離。通過式(6)取得多目標應急物流雙向配送最短路徑距離。

約束條件:

(7)

式中,i、j均標記為車輛配送點,n標記為常數。

(8)

式(7)與(8)均代表車輛配送時只有唯一一輛配送車運送應急物資。

(9)

該表達式代表車輛在運輸期間,途經之處必須是此車設定的配送點,指定的配送點只能由指定的車輛配送。

(10)

該表達式代表車輛在物流中心的往返情況。

(11)

該表達式定義配送途中車輛總需求量要低于極限載重。

基于以上設置的目標函數及約束條件,完成多目標應急物流雙向配送模型的構建,實現多目標應急物流雙向配送。

4 實驗與分析

為了驗證基于關聯反饋的多目標應急物流雙向配送方法的整體有效性,需要對該方法開展實驗對比測試。采用基于關聯反饋的多目標應急物流雙向配送方法(方法1)、基于時間窗和溫度控制的生鮮商品物流配送優化方法(方法2)和基于車輛配送線路的區域協同配送方法(方法3)實行對比測試。

為了證明多目標應急物流雙向配送方法的配送效果,設定某地區有3個應急物流中心,在每個應急物流中心中包含的車輛數均為10輛,應急物流中心的坐標為:(12,75)、(52,72)、(25,24),而需要配送的物資坐標為:(17,52)、(22,45)、(13,9)、(18,90)和(20,39)。

根據以上坐標,采用方法1、方法2和方法3分別對需要配送的應急物流進行配送,并獲取三種方法的總配送線路長度,依據總線路長度對比三種方法的配送路徑是否為最短路徑,證明三種方法的配送效果是否最優。具體測試結果如圖3所示。

圖3 配送總線路長度對比測試

應急物流中心與配送點之間的總線路長度為25km,根據圖3中的數據發現,三種方法針對5個不同目的地進行物流配送。方法1在整體配送過程中,配送的線路長度始終低于20km,而方法2與方法3的線路配送長度均高于20km,由此可見方法1的配送總線路長度最短,說明方法1制定的配送方案最好,配送效果最佳。

由于應急物流向受災地區配送時,會因為自然災害的影響導致路面受到損壞或損毀,致使應急物流配送消耗時間過長,影響應急物流配送效率。因而為了證明方法1、方法2和方法3在配送應急物流時的配送性能,分別利用三種方法對多目標應急物流開展配送耗時測試,具體測試結果如圖4所示。

圖4 平均耗時對比測試

從圖4可以看出,在路徑當量長度一致的情況下,理想路段中方法1與方法2和方法3相比耗時較低;由于可行性路段受到的損壞相較于理想路段破損較大,所以車輛在該路段行駛時消耗的時間較長,三種方法的平均耗時有所提升,但對比后方法1的平均耗時仍然最短。

綜上所述,方法1在任意路段中的平均耗時都要低于其余兩種方法,這是因為方法1確立了多目標應急物流雙向配送效率關鍵因素,為多目標應急物流雙向配送提供了信息基礎,以此提升了方法1的配送效率,降低了方法1的配送耗時。

5 結束語

由于自然災害的影響導致一些區域環境受災環境復雜,致使應急物流雙向配送效率差,針對這一問題,提出基于關聯反饋的多目標應急物流雙向配送方法。該方法首先分析了多目標應急物流雙向配送影響因素,并通過構建關聯反饋模型獲取道路運行影響因素權重,從中取得配送路徑當量長度,根據獲取結果構建應急物流配送數學模型,依據該模型制定合理的配送方案,從而實現多目標應急物流雙向配送。該方法在應急物流合理配送規劃方面還不夠完善,日后會加強這方面研究。