劉啟鋼

(中國鐵道科學(xué)研究院 運輸及經(jīng)濟研究所，北京　100081)

中國鐵路總公司實施貨運組織改革，提出“門到門”全程物流服務(wù)，以推動鐵路貨運加快向現(xiàn)代物流轉(zhuǎn)變[1]。“門到門”全程物流服務(wù)需要協(xié)同運輸、倉儲、裝卸、配送等多種資源，對物流服務(wù)方案設(shè)計提出了更為嚴(yán)苛的要求。近幾年學(xué)者們對鐵路物流服務(wù)方案設(shè)計進(jìn)行了探索研究，研究成果主要集中在干線運輸服務(wù)領(lǐng)域[2-6]，尚未解決全程物流服務(wù)措施的配置問題。

本文在已有研究成果[7-12]的基礎(chǔ)上，研究鐵路全程物流服務(wù)措施配置方案的優(yōu)化。根據(jù)全程物流作業(yè)特征，將“門到門”全程物流作業(yè)過程劃分為11個作業(yè)環(huán)節(jié)；基于公理化設(shè)計理論，提出“物流環(huán)節(jié)—服務(wù)措施—參數(shù)屬性”的鐵路物流服務(wù)措施配置機理；基于專家打分法，對每個作業(yè)環(huán)節(jié)的備選服務(wù)措施配置方案進(jìn)行打分；采用多屬性群體決策粒計算方法，從備選服務(wù)措施配置方案中選取單環(huán)節(jié)最優(yōu)服務(wù)配置措施；在此基礎(chǔ)上，以全程作業(yè)時間最短為優(yōu)化目標(biāo)，建立多環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置方案優(yōu)化的線性規(guī)劃模型，給出全程物流服務(wù)措施配置方案。最后以1批上海至北京的貨物“門到門”全程物流服務(wù)為例，驗證全程物流服務(wù)措施配置方法的有效性和合理性。

1　多屬性群體決策粒計算方法

1.1　基本模型

定義如下參數(shù)：Gr為幾何空間，r為幾何空間維度；論域U為決策對象集，U={ui，i=1，2，…，n}，ui為決策對象，n為決策對象的數(shù)量，d為2個決策對象之間的距離。則多屬性群體決策粒計算模型可表達(dá)為

ξ={Gr，U，d}

(1)

本文取r=3，即研究三維空間下的多屬性群體決策粒計算模型；其中，橫軸為成本C，縱軸為時間T，豎軸為服務(wù)質(zhì)量S，則有r={T,C,S}；假設(shè)有u1，u2，u3，…，u10共10個決策對象，其粒計算模型如圖1所示。

1.2　參數(shù)定義

在三維多屬性群體決策粒計算模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)三維幾何空間的基本特征，定義如下參數(shù)。

決策對象的歐氏幾何距離：2個決策對象之間的歐氏幾何距離d(ui，uj)為

圖1　三維空間下多屬性群體決策粒計算模型示意圖

d(ui，uj)=

(2)

空間粒子：論域U中存在ξi′={ui′，i′=1，2，…，n′}，?ui′，uj′，有d(ui′，uj′)≤d，則稱ξi′為論域U在劃分距離d下的粒子，ui′和n′為粒子ξi′中包含的決策對象及其數(shù)量。

如圖1中，ξ1，ξ2，ξ3，ξ4，ξ5為論域U下劃分的5個粒子，其中粒子ξ1包括決策對象u1，u2和u3；粒子ξ2包括決策對象u2，u6和u8；粒子ξ3包括決策對象u4和u5；粒子ξ4包括決策對象u7和u9；粒子ξ5包括決策對象u10。

(3)

(4)

距離的偏差：Δ1為論域U的形心與所有粒子ξi′的形心之間的距離偏差，Δ2為粒子ξi′的形心與其內(nèi)部決策對象之間的距離偏差，分別為

(5)

(6)

令Zd為在粒子劃分距離d下粒子內(nèi)部決策偏差與論域內(nèi)部偏差之和，則有

Zd=Δ1+Δ2

(7)

最優(yōu)粒子：令不同劃分距離下的粒子為Zd，當(dāng)max(Zd)時則對應(yīng)的粒子為最優(yōu)粒子。

(8)

(9)

(10)

2　物流服務(wù)措施配置方法

2.1　物流作業(yè)環(huán)節(jié)劃分

如圖2所示，可在“門到門”全程物流作業(yè)過程中抽象出發(fā)貨人A、發(fā)貨端集貨中心或車站B、收貨端疏貨中心或車站C、收貨人D這4個關(guān)鍵作業(yè)節(jié)點；再進(jìn)一步將全程物流服務(wù)過程劃分為11個作業(yè)環(huán)節(jié)，分別為發(fā)貨端裝車(A裝車，本文假設(shè)汽車和火車裝車環(huán)節(jié)一致)、發(fā)貨端接取(AB接取)、發(fā)貨端集貨中心卸車(B卸車)、發(fā)貨端集貨中心倉儲(B倉儲)、發(fā)貨端集貨中心裝車(B裝車)、干線運輸(BC干線運輸)、到達(dá)端疏貨中心卸車(C卸車)、到達(dá)端疏貨中心倉儲(C倉儲)、到達(dá)端疏貨中心裝車(C裝車)、到達(dá)端送達(dá)(CD送達(dá))、收貨端卸車(D卸車)。這里給出的11個作業(yè)環(huán)節(jié)為“門到門”全程物流服務(wù)的所有作業(yè)環(huán)節(jié)，在實際應(yīng)用時，可根據(jù)客戶實際需求省略或合并部分環(huán)節(jié)。

圖2　全程物流作業(yè)環(huán)節(jié)劃分

2.2　物流服務(wù)措施配置機理

按照公理化設(shè)計理論[14]，通過遞階分析，可將內(nèi)部設(shè)計過程透明化、將復(fù)雜問題模板化，適用于本文物流作業(yè)環(huán)節(jié)的劃分。基于公理化設(shè)計理論，提出如圖3所示的“物流環(huán)節(jié)—服務(wù)措施—參數(shù)屬性”的鐵路物流措施配置機理。圖3中，“門到門”全程物流共分為11個作業(yè)環(huán)節(jié)fl，令F為所有作業(yè)環(huán)節(jié)的集合，則有F={fl，l=1，2，…，11}。針對每個作業(yè)環(huán)節(jié)，提出對應(yīng)的備選服務(wù)措施Al={alm，m=1，2，…，M}，M為某作業(yè)環(huán)節(jié)所有備選措施的總數(shù)。針對每個備選措施，提出對應(yīng)的參數(shù)集合P={pr，r=T，C，S}。

圖3　鐵路物流服務(wù)措施配置機理

2.3　單環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施的配置

真對作業(yè)環(huán)節(jié)fl，邀請多位相關(guān)專家對該作業(yè)環(huán)節(jié)的每個備選服務(wù)措施a1m進(jìn)行打分，獲得專家打分表；針對每個備選服務(wù)措施，將打分表中的1個分值作為1個決策對象，采用多屬性群體決策粒計算方法進(jìn)行粒子劃分、權(quán)重計算和綜合評分計算；從所有備選服務(wù)措施中選取綜合評分最高的備選服務(wù)措施作為該環(huán)節(jié)的最優(yōu)服務(wù)措施。

1)備選服務(wù)措施的專家打分

表1　作業(yè)環(huán)節(jié)fl的專家打分表

根據(jù)打分表選取最優(yōu)的備選措施時，可采用的傳統(tǒng)方法主要有層次分析法、灰色系統(tǒng)理論等，但這些方法在確定權(quán)重時具有較強的主觀性，可能導(dǎo)致評價結(jié)果與現(xiàn)實不符。為此，本文采用多屬性群體決策粒計算方法，計算每個備選服務(wù)措施的綜合評分。

2)粒子劃分及最優(yōu)粒子的確定

首先從pT的維度，對備選措施al1的專家打分進(jìn)行排序，并根據(jù)多屬性粒計算方法進(jìn)行粒子劃分，獲取備選措施al1的最優(yōu)粒子；然后通過程序循環(huán)計算其他備選服務(wù)措施alm的最優(yōu)粒子；最后通過循環(huán)前兩步計算工作，再分別從pC和pS維度找出對應(yīng)的最優(yōu)粒子。具體步驟如下。

Step1：對備選措施al1，將專家從pT維度給出的打分結(jié)果按從小到大的順序進(jìn)行排序，構(gòu)造專家打分序列。

Step3：將相鄰決策對象間的距離由小到大排序，構(gòu)造決策對象距離序列D*={dy，1≤y≤G-1}， ?2≤y≤G-2，dy-1≤dy≤dy+1。

Step4：令d+d1，若dy≤d，則形成粒子劃分距離為d=d1的空間粒子。

Step5：令d=d2，重復(fù)Step4的工作，形成粒子劃分距離為d=d2的空間粒子；依次循環(huán)至d+dG-1，形成所有的空間粒子。

Step6：計算不同劃分距離下的粒子Zd，當(dāng)max(Zd)時對應(yīng)的粒子即為最優(yōu)粒子。

Step7：循環(huán)Step1—Step6，計算其他備選服務(wù)措施alm的最優(yōu)粒子；當(dāng)m>M時，轉(zhuǎn)Step8。

Step8：循環(huán)Step1—Step7，分別計算參數(shù)pC和pS對應(yīng)的最優(yōu)粒子。

3)粒子權(quán)重和綜合評分的計算

Step1：對備選服務(wù)措施al1，根據(jù)式(4)計算最優(yōu)粒子形心的坐標(biāo)。

Step2：根據(jù)式(8)計算最優(yōu)粒子的權(quán)重。

Step3：根據(jù)式(9)計算最優(yōu)粒子形心的坐標(biāo)。

Step4：根據(jù)式(10)計算最優(yōu)粒子的綜合評分。

Step5：循環(huán)Step1—Step4，依次計算備選服務(wù)措施al2，…，alM的綜合評分。

4)單環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置方案

在所有綜合評分(d(al1，0)，…，d(alm，0)，…，d(alM，0))中，最大分值所對應(yīng)的備選服務(wù)措施al*即為作業(yè)環(huán)節(jié)fl的最優(yōu)服務(wù)措施。

2.4　多環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置及全程物流服務(wù)時間計算

采用2.3節(jié)的計算方法，依次確定f1，…，fL各作業(yè)環(huán)節(jié)的最優(yōu)服務(wù)措施；在此基礎(chǔ)上，以全程物流作業(yè)時間最短為優(yōu)化目標(biāo)，對作業(yè)總成本、服務(wù)質(zhì)量不做約束，構(gòu)建如式(11)所示的多環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置優(yōu)化整數(shù)規(guī)劃模型，并采用分支定界算法對其進(jìn)行求解。

(11)

3　實例分析

3.1　實例描述

假設(shè)某個客戶需要定期通過鐵路將1批貨物從上海的A倉庫運送到北京的B倉庫。距離上海A倉庫較近的鐵路貨場為閔行車站的貨場，距離北京B倉庫較近的鐵路貨場為黃村車站的貨場；A倉庫和B倉庫均位于城市的非貨車限行區(qū)域，接取送達(dá)距離均為10 km；完成客戶需求的受理時間為17:00；閔行車站可用于裝車的車輛有P65棚車、25 t行李車，從閔行車站開往黃村車站的X102次貨運列車的開車時間為22:18，終到時間為次日10:18，列車運行時間為12 h，根據(jù)經(jīng)驗運到時限為15～20 h。

貨物屬性：1批普通件裝貨物(礦泉水)總重10 t。礦泉水每箱重18 kg，箱體規(guī)格為31.5 cm×29.5 cm×33.5 cm；采用托盤集裝，1個托盤的規(guī)格為1.23 m×1.08 m×1.68 m。故1個托盤1層可碼放12箱，最高可碼放5層，則可碼放60箱，即1.08 t。客戶已經(jīng)將貨物通過托盤進(jìn)行集裝化，堆垛數(shù)量為10個。

倉庫A和倉庫B均有2組裝卸人員，每組各10人，并有5輛合力H2000系列CPCD30型3 t柴油叉車，5輛合力CPD15—J3型電動平衡叉車，20臺額定起重量為2 t的SYP—11K20型手動液壓車。

黃村和閔行車站貨場均有：10輛額定載重1.4 t的廂式貨車，貨廂尺寸為4.10 m×1.88 m×1.90 m；5輛東風(fēng)嘉龍CNG倉柵式貨車，額定載重10.0 t，貨廂尺寸為6.74 m×2.294 m，倉柵高0.55 m；5輛福田歐曼VT6系倉柵式貨車，額定載重19.5 t，貨廂尺寸為9.53 m×2.40 m，倉柵高0.80 m；10輛解放J6L中卡廂式載貨車，額定載重8.0 t，貨廂尺寸為7.70 m×2.42 m×2.60 m。

黃村和閔行車站貨場內(nèi)的裝卸條件均為：2組裝卸人員，每組10人；5輛額定起重量為1.75 t的柴油叉車；5輛額定起重量為1.5 t的電動叉車；5輛額定載重3 t的液壓車；龍門吊、正面吊等裝卸設(shè)備。

黃村與閔行車站的貨場均擁有普通平庫、雨棚、集裝箱堆場和散貨堆場等倉儲設(shè)備。

3.2　物流作業(yè)環(huán)節(jié)劃分

根據(jù)物流服務(wù)過程劃分，可將該全程物流需求分解為：A裝車f1、A-閔行站運輸f2、閔行站卸車f3、閔行站暫存f4、閔行站裝車f5、閔行站—黃村站運輸f6、黃村站卸車f7、黃村站暫存f8、黃村站裝車f9、黃村站—B運輸f10、B卸車f11共11個環(huán)節(jié)，對每個作業(yè)環(huán)節(jié)給出其備選服務(wù)措施集。

3.3　物流作業(yè)環(huán)節(jié)的作業(yè)方式及其作業(yè)時間

在環(huán)節(jié)f1：采用1臺柴油叉車卸車，作業(yè)時間為1.7 h；采用1臺柴油叉車裝車，作業(yè)時間為1.5 h；采用1臺地牛裝車，作業(yè)時間3.0 h；采用雙組人工裝卸，作業(yè)時間4.0 h；采用單組人工裝卸，作業(yè)時間4.5 h。

在環(huán)節(jié)f2：采用東風(fēng)倉柵式貨車運輸，運輸時間為0.5 h；采用東風(fēng)廂式貨車運輸，運輸時間為0.4 h。

在環(huán)節(jié)f3：采用2臺電動叉車卸車，作業(yè)時間為0.3 h；采用2臺柴油叉車卸車，作業(yè)時間為0.3 h。

在環(huán)節(jié)f4：采用單區(qū)、單層倉儲，作業(yè)時間為1.1 h；采用多區(qū)、單層倉儲，作業(yè)時間為1.1 h；采用單區(qū)、雙層倉儲，作業(yè)時間為1.2 h；采用多區(qū)、雙層倉儲，作業(yè)時間為1.2 h。

在環(huán)節(jié)f5：采用1臺電動叉車裝車，作業(yè)時間為0.7 h；采用3臺電動叉車裝車，作業(yè)時間為0.3 h。

在環(huán)節(jié)f6：采用P65棚車運輸，運輸時間為14 h；采用25 t行李車運輸，運輸時間為16 h。

在環(huán)節(jié)f7：采用3臺柴油叉車卸車，作業(yè)時間為0.3 h；采用1臺電動叉車卸車，作業(yè)時間為0.5 h。

在環(huán)節(jié)f8：采用單區(qū)、單層存儲方式，存儲時間為2 h；采用多區(qū)、單層存儲方式，存儲時間為5.3 h。

在環(huán)節(jié)f9：采用2臺柴油叉車，作業(yè)時間為0.3 h；采用2臺電動叉車，作業(yè)時間為0.3 h。

在環(huán)節(jié)f10：采用東風(fēng)倉柵式貨車運輸，運輸時間為0.4 h；采用福田歐曼系重卡運輸，運輸時間為0.4 h。

在環(huán)節(jié)f11：采用2臺電動叉車卸車，作業(yè)時間為0.3 h；采用2臺柴油叉車卸車，作業(yè)時間為0.3 h。

3.4　單環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置

1)單環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置過程

以環(huán)節(jié)f1為例，邀請10位專家按照9個等級對5個備選措施進(jìn)行評價。評價等級包括：非常低(VL)、介于非常低到低之間(VLL)、低(L)、較低(ML)、中等(M)、較高(MH)、高(H)，介于高與非常高之間(HVH)，非常高(VH)[15]。將專家給出的評價等級按照表2轉(zhuǎn)化為得分，形成專家打分表；表3中僅給出了備選服務(wù)措施a11的專家打分表。

表2　評價等級與得分的關(guān)系表

表3　專家打分表(以備選服務(wù)措施a11為例)

在專家打分表的基礎(chǔ)上，采用第2.3節(jié)給出的單環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置方法，分別計算5個備選服務(wù)措施的綜合評分，然后從中選取綜合評分最高的服務(wù)措施作為該環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置方案，具體計算步驟如下。

Step1：首先以備選措施a11為研究對象，對10位專家的打分進(jìn)行排序。

Step2：根據(jù)式(2)計算d1=0.20下的粒劃分，以u11為起點搜索d(1，k)≤0.20的對象，可尋找到對象u14；再以剩余的對象為起點搜索，依次搜索得d1=0.20條件下的空間粒子序列。

(u16，u19)， (u17，u110)， (u18，u19)}

Step3：令d2=0.28，d3=0.35，d4=0.40，d5=0.45，d6=0.49，d7=0.57，d8=0.60，d9=0.63，按照Step2的方法，分別計算不同粒子劃分下的空間粒子序列。

Step8：循環(huán)Step1—Step7，分別對其他4個備選服務(wù)措施計算綜合評分，可得環(huán)節(jié)f1的所有備選服務(wù)措施的綜合評分序列(0.58，0.76，0.59，0.58，0.75)，綜合評分最高的0.76對應(yīng)的備選措施a12，即為裝車環(huán)節(jié)f1的最優(yōu)服務(wù)措施配置方案。該方案具體為：采用單組機械裝卸組織方式，即采用2臺柴油叉車，作業(yè)時間為1.5 h。

2)其他環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置方案

按照環(huán)節(jié)f1的最優(yōu)服務(wù)措施配置方法和作業(yè)時間確定方法，依次確定其余10個作業(yè)環(huán)節(jié)的最優(yōu)服務(wù)措施配置方案及其所用時間，結(jié)果如下。

環(huán)節(jié)f2(A—閔行站運輸)：采用單車運輸組織方式，即采用1臺東風(fēng)廂式貨車；運輸時間為0.4 h。

環(huán)節(jié)f3(閔行站卸車)：采用雙組機械裝卸組織方式，即采用2臺電動叉車；作業(yè)時間為0.3 h。

環(huán)節(jié)f4(閔行站暫存)：采用單區(qū)、單層存儲組織方式，作業(yè)時間為1.1 h。

環(huán)節(jié)f5(閔行站裝車)：采用單組機械裝卸組織方式，即采用1臺電動叉車；作業(yè)時間為0.7 h。

環(huán)節(jié)f6(閔行站—黃村站運輸)：運用整車組織方式，即采用1輛25 t行李車；作業(yè)時間為16.0 h。

環(huán)節(jié)f7(黃村站卸車)：采用單組機械裝卸組織方式，即采用3臺柴油叉車；作業(yè)時間為0.3 h。

環(huán)節(jié)f8(黃村站暫存)：采用單區(qū)、單層存儲組織方式，即采用普通平庫；作業(yè)時間為2.0 h。

環(huán)節(jié)f9(黃村站裝車)：采用雙組機械裝卸組織方式，即采用2臺柴油叉車；作業(yè)時間為0.3 h。

環(huán)節(jié)f10(黃村站—B運輸)：采用單車運輸組織方式，即采用1臺東風(fēng)倉柵式載貨車；運輸時間為0.4 h。

環(huán)節(jié)f11(B卸車)：采用雙組機械裝卸組織方式，即采用2臺電動叉車；作業(yè)時間為0.3 h。

3.5　多環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施集成

在本案例中客戶要求全程物流作業(yè)時間最短，而對服務(wù)質(zhì)量和作業(yè)成本不進(jìn)行要求，因此全程物流服務(wù)措施配置方案為各單環(huán)節(jié)最優(yōu)服務(wù)措施配置方案的集成；采用式(11)優(yōu)化得到的全程物流作業(yè)時間等于各單環(huán)節(jié)最優(yōu)服務(wù)措施配置方案的作業(yè)時間之和。具體：發(fā)送端物流作業(yè)時間為4.0 h，閔行站到黃村站的鐵路運輸時間為16.0 h，收貨端物流作業(yè)時間為3.3 h；即全程物流服務(wù)總時間為23.3 h。

4　結(jié)　語

根據(jù)鐵路全程物流作業(yè)特征，將“門到門”全程物流服務(wù)過程劃分為多個單作業(yè)環(huán)節(jié)；基于公理化設(shè)計理論，提出“物流環(huán)節(jié)—服務(wù)措施—參數(shù)屬性”的鐵路物流服務(wù)措施配置機理。針對每個作業(yè)環(huán)節(jié)，采用專家打分法獲得備選服務(wù)措施配置方案打分表；針對打分表，采用多屬性群體決策粒計算方法計算每個備選服務(wù)措施配置方案的綜合評分。在此基礎(chǔ)上，以全程作業(yè)時間最短為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建多環(huán)節(jié)物流服務(wù)措施配置方案集成優(yōu)化的線性規(guī)劃模型，得出全程物流服務(wù)措施配置方案。最后以閔行至黃村的件裝貨物門到門物流服務(wù)為例進(jìn)行全程物流服務(wù)措施優(yōu)化配置，驗證了本文方法的合理性和有效性。

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