王天予，李洋，王秋霏

（東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

達(dá)國家于20世紀(jì)40年代開始采用甩掛運輸?shù)呢涍\方式。發(fā)展至今，甩掛運輸已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家的主流運輸方式，大型的貨運企業(yè)更是無一例外的采用甩掛運輸，牽引車及掛車的拖掛比例高達(dá)1:3，充分體現(xiàn)了甩掛運輸?shù)倪\力優(yōu)勢[1-4]。而目前我國甩掛運輸牽扯車及掛車的拖掛比例僅為1:1.2[5]。

近年來，國家大力倡導(dǎo)推進甩掛運輸?shù)陌l(fā)展，推行了一系列相關(guān)的政策改革，為甩掛運輸?shù)陌l(fā)展?fàn)I造了良好的外部環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。但在企業(yè)實施甩掛運輸貨運組織方式的過程中依然面臨諸多問題，如：甩掛運輸車輛資源的合理配置技術(shù)、甩掛車輛調(diào)度規(guī)則的制定及拖掛比例的優(yōu)化等。

目前國外學(xué)者對甩掛運輸?shù)难芯慷嗉杏谒燔囕v性能、甩掛運輸路徑優(yōu)化等方面。Pflug,H.-Chr通過模型模擬了車輛性能指標(biāo)對牽引車及掛車組合使用的動力輸出的影響[6]。Shih-Wei Lin等通過模擬退火啟發(fā)式算法優(yōu)化甩掛運輸路線以使運輸成本最優(yōu)[7-8]。Stephan Scheuerer主要運用啟發(fā)式算法研究了甩掛運輸車輛的最優(yōu)路徑、停車點、解耦和脫鉤的次數(shù)[9]。K.C.Tan通過引入某一物流公司的實例，采用混合多目標(biāo)進化算法確定開展甩掛運輸?shù)淖顑?yōu)路徑和最少的牽引車數(shù)量[10]。

國內(nèi)對于甩掛運輸研究多集中于甩掛運輸?shù)倪\營組織模式、甩掛運輸?shù)慕?jīng)濟效益以及甩掛運輸在發(fā)展過程中存在的問題等幾個方面[11-14]。黃麗華通過分析目前制約福建省甩掛運輸發(fā)展的多重因素，提出了推動甩掛運輸發(fā)展的相關(guān)政策建議[11]。吳宇等人結(jié)合我國對運輸業(yè)所提出的節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，闡述了甩掛運輸這一新型貨運組織方式的特點及意義[12]。成耀榮等人提出了一種改進的掛車運輸節(jié)點之間裝卸載調(diào)度算法模型，通過聚類分組解決車輛路徑中裝貨和卸貨中掛車運輸交換的問題，但其模型以擁有充足掛車作為前提[13]。而對于企業(yè)在實際開展甩掛運輸所面臨的難題，如甩掛運輸方式作業(yè)流程管理、車輛拖掛配比等問題的整體性研究沒有涉及。

由于甩掛運輸在我國的發(fā)展起步較晚且應(yīng)用較少，使得企業(yè)缺少可供參考的經(jīng)驗方法，因此在具體實施甩掛運輸?shù)倪^程中，只是力圖通過采用優(yōu)化理論來實現(xiàn)物流系統(tǒng)的可靠性、合理性、協(xié)調(diào)性和最優(yōu)化[5]，缺少對決策過程的協(xié)調(diào)和監(jiān)管，基于此，本文選擇仿真技術(shù)作為研究手段，通過參數(shù)控制，仿真甩掛運輸流程、優(yōu)化車輛資源配置，為企業(yè)選擇一種可控的過程性管理方法。制定甩掛貨運站場的調(diào)度規(guī)則，利用Flexsim仿真技術(shù)，對甩掛貨運站場的實際運作流程進行仿真模擬，以期望根據(jù)貨運站場集散量合理地分配牽引車及掛車的數(shù)量，從而實現(xiàn)甩掛站場物流資源的合理配置。

2 甩掛運輸?shù)墓ぷ髟?/h2>

甩掛運輸(Drop and Pull Transport)是指一輛牽引車可同時配置多輛掛車，在運輸過程中由牽引車拖帶掛車行至目的地后，將拖帶掛車卸下，繼續(xù)拖帶已完成裝載或卸貨的掛車前往新的目的地，以提高車輛運輸?shù)闹苻D(zhuǎn)率且方便貨主裝貨的運輸方式[15]。甩掛運輸這種“停掛不停車”運輸特點利用牽引車與掛車的靈活分離與組合，縮短了裝卸過程牽引車的等待時間，提高牽引車的利用率。其原理如圖1所示[16-17]。

圖1 甩掛運輸組織原理圖

甩掛運輸?shù)膶嵸|(zhì)，就是利用牽引車拖帶掛車在途行駛時間，來完成被甩下的掛車的裝車和卸貨作業(yè)任務(wù)。甩掛運輸使得牽引車不間斷的進行運輸作業(yè)，從而最大限度地利用牽引能力，提高運輸效能。

3 基于Flexsim的甩掛運輸流程仿真

基于Flexsim對甩掛站場運作流程進行仿真，首先確定仿真目標(biāo)、收集仿真數(shù)據(jù)、進行系統(tǒng)分析，然后形成仿真方案、運行仿真模型、輸出仿真報告、進行仿真優(yōu)化、形成可供實施的仿真方案，并最終得到甩掛運輸車輛合理的購置數(shù)量。

3.1 數(shù)據(jù)收集

某汽車物流企業(yè)從事為汽車制造企業(yè)提供第三方的物流服務(wù)。經(jīng)過前期的市場調(diào)查，結(jié)合企業(yè)的運輸網(wǎng)絡(luò)，對適合設(shè)置甩掛運輸中轉(zhuǎn)站場的城市進行甄選。其中，鄭州作為國家重要的交通樞紐，承接了全國范圍內(nèi)7個工廠的貨運量并擁有32個用戶。在該企業(yè)的公路運輸網(wǎng)絡(luò)中尤為重要。故選取鄭州甩掛站場作為仿真對象。仿真目標(biāo)即根據(jù)甩掛貨運站場的調(diào)度規(guī)則，仿真模擬該汽車物流企業(yè)的運作流程，得到牽引車與掛車的合理配置數(shù)量。

依據(jù)對甩掛站場的優(yōu)選分析，結(jié)合各工廠的供應(yīng)量及用戶需求量，對鄭州甩掛中轉(zhuǎn)站場的平均月貨運集散量進行統(tǒng)計，見表1。

表1 鄭州甩掛中轉(zhuǎn)站場平均月集散量輛

3.2 系統(tǒng)分析

本文中所建立的仿真模型包含商品車按訂單生產(chǎn)出廠直至運送到客戶的全部流程，因此應(yīng)對整個成品車輛的運輸作業(yè)流程進行分析。

3.2.1 系統(tǒng)建模。該企業(yè)的整車物流運輸運用“兩級分撥發(fā)運體系”，即成品車輛從工廠運輸至甩掛站場的過程被稱為“一次運輸”，成品車輛從甩掛站場運輸至經(jīng)銷商的過程被稱為“二次運輸”，作業(yè)流程如圖2所示。

汽車生產(chǎn)工廠按照客戶訂單進行批量性生產(chǎn)，成品車輛存放于工廠暫存區(qū)，等待裝車運輸。牽引車拖帶空掛車行至工廠進行裝車操作。牽扯車拖帶滿載掛車行至甩掛站場進行卸車操作。此為“兩級分撥發(fā)運體系”中的“一次運輸”。按照客戶對不同工廠的訂單需求，在甩掛站場進行裝車操作。牽引車拖帶滿載掛車行至客戶進行卸車操作。牽引車拖帶空載掛車返回甩掛站場。此為“兩級分撥發(fā)運體系”中的“二次運輸”。牽引車由甩掛站場車輛調(diào)度中心進行統(tǒng)一調(diào)度，以任務(wù)需求作為驅(qū)動因素。

3.2.2 甩掛車輛的調(diào)度規(guī)則。甩掛車輛在實際運輸過程中能夠高效的運輸，其實質(zhì)是對牽引車和掛車的有效調(diào)度，制定鄭州甩掛站場的調(diào)度規(guī)則如下：

（1）各甩掛站場相對獨立，牽引車和掛車由甩掛站場統(tǒng)一調(diào)配、管理。

當(dāng)然，通過職業(yè)院校技能大賽，也反映出了我們在教學(xué)中的一些薄弱環(huán)節(jié)。如教學(xué)投入不足，教學(xué)實習(xí)和實訓(xùn)設(shè)備不夠完善，選手不能適應(yīng)競賽中采用的現(xiàn)代企業(yè)新設(shè)備、新技術(shù)、新流程，或在規(guī)定時間內(nèi)完成不了比賽任務(wù)；基礎(chǔ)理論課教學(xué)與專業(yè)技能訓(xùn)練沒有有機結(jié)合。應(yīng)大力推行教學(xué)做一體化模式，使車間與教室合二為一，理論與實踐有機融合，努力培養(yǎng)更多高素質(zhì)、技能型專業(yè)人才和實踐應(yīng)用型能工巧匠。

（2）不同工廠及不同品牌的車輛允許拼裝運輸配送。

（3）配送活動以任務(wù)的需求作為驅(qū)動。牽引車作為甩掛運輸?shù)闹饕獎恿敵?，其配送任?wù)主要有：工廠有成品車輛等待裝車配送、甩掛站場有滿載掛車等待運輸、客戶有空載掛車等待運回甩掛站場。

3.3 仿真模型構(gòu)建

圖2 該汽車物流企業(yè)作業(yè)流程圖

將該汽車物流企業(yè)的作業(yè)流程劃分為生產(chǎn)中心、甩掛站場和客戶三部分，建立仿真模型。在制定的甩掛車輛的調(diào)度規(guī)則下，對牽引車和掛車的數(shù)量按一定的比例和數(shù)量進行初設(shè)，觀察模型的運行狀況。當(dāng)運力不足的情況下，分別增加牽引車或掛車的數(shù)量。當(dāng)運力過剩的情況下，適當(dāng)減少牽引車或掛車的數(shù)量。最終通過運行狀態(tài)良好的仿真模型，得到滿足當(dāng)前甩掛站場集散量所需要配置的牽引車及掛車數(shù)量。調(diào)度規(guī)則的制定、甩掛站場集散量、客戶的地理分布等因素都將影響仿真的最終結(jié)果。本文旨在提供一種運用仿真優(yōu)化技術(shù)分析合理配置牽引車及掛車數(shù)量的方法和思路。企業(yè)可依據(jù)自身的實際運營情況進行仿真優(yōu)化分析。

3.3.1 生產(chǎn)中心作業(yè)流程仿真。生產(chǎn)中心的主要業(yè)務(wù)包括成品車輛的生產(chǎn)及成品車輛的運輸配送業(yè)務(wù)。建立的Flexsim模型由發(fā)生器、暫存區(qū)和合成器組成。其中，發(fā)生器的參數(shù)按照7個工廠生產(chǎn)成品車的數(shù)量(見表1)進行設(shè)置。合成器表示生產(chǎn)中心的裝車通道（裝車能力），依據(jù)該企業(yè)的實際貨運情況掛車的裝載量為12輛成品車，故合成器的合成模式設(shè)置為打包，數(shù)量設(shè)置為12。

3.3.2 甩掛站場作業(yè)流程仿真。甩掛中轉(zhuǎn)站場的主要業(yè)務(wù)包括對工廠運輸來的成品車輛進行卸車作業(yè)、對本掛車進行合理調(diào)度、按客戶訂單對成品車輛進行運輸配送業(yè)務(wù)。根據(jù)業(yè)務(wù)種類的不同將甩掛中轉(zhuǎn)站場劃分為三個功能區(qū)，分別為：缺貨作業(yè)區(qū)、車輛調(diào)度處、客戶訂單處理處。建立的Flexsim模型由暫存區(qū)、分解器、發(fā)生器、任務(wù)分配器、任務(wù)執(zhí)行器、合成器組成。其中分解器表示甩掛站場的卸車通道（卸車能力）、合成器表示甩掛站場的裝車通道（裝車能力）、發(fā)生器用于產(chǎn)生拖掛運輸車輛、任務(wù)執(zhí)行器代表牽引車輛。

圖3 仿真模型實體關(guān)聯(lián)示意圖

在甩掛中轉(zhuǎn)站場需要對牽引車（任務(wù)執(zhí)行器）和掛車（發(fā)生器產(chǎn)生的實體）按一定的比例和數(shù)量進行初設(shè)。綜合考慮國內(nèi)外甩掛運輸不同發(fā)展水平下的拖掛比例，以及本案例涉及烏魯木齊、拉薩、?？诘乳L運輸距離客戶的情況，初設(shè)拖掛比例為1:2，其中牽引車20輛，掛車40輛。依據(jù)模型的運行狀態(tài)，還將進一步對牽引車和掛車的數(shù)量進行調(diào)整。所以初設(shè)的本掛車比例及數(shù)量不會影響仿真模型的最終結(jié)果，只會在一定程度上影響仿真模擬運行次數(shù)。初設(shè)牽引車及掛車的數(shù)量和比例越接近最終結(jié)果，需要進一步調(diào)整本掛車數(shù)量進行仿真模擬運行的次數(shù)越少。

相關(guān)實體的參數(shù)設(shè)置如下：發(fā)生器（掛車）產(chǎn)生的實體數(shù)量設(shè)置為40、暫存區(qū)（訂單處理中心）臨時實體流采用拉入策略、任務(wù)執(zhí)行器（牽引車）數(shù)量設(shè)置為20。

3.3.3 客戶中心作業(yè)流程仿真?？蛻糁行牡闹饕獦I(yè)務(wù)有成品車輛的卸車作業(yè)及成品車輛的銷售。建立客戶中心的Flexsim模型由分解器、暫存區(qū)和吸收器組成。其中分解器表示客戶中心的卸車通道（卸車能力）。

通過上述對甩掛運輸作業(yè)流程三部分的分析，建立仿真模型，其各實體間關(guān)聯(lián)示意圖如圖3所示。

通過模型中各實體端口的關(guān)聯(lián)、參數(shù)的設(shè)置、仿真程序的編寫，實現(xiàn)成品車輛“兩階段多產(chǎn)品”的配送過程，將初步建立的模型與實際的地理分布相結(jié)合，形成了覆蓋全國的運輸配送網(wǎng)絡(luò)仿真模型。

3.4 甩掛車輛運力分析及優(yōu)化

通過上述過程建立的仿真模型能夠按制定的調(diào)度規(guī)則良好的運行，需要進一步考慮初設(shè)的牽引車和掛車的數(shù)量是否能夠滿足當(dāng)前甩掛中轉(zhuǎn)站場的運力需求。由于Flexsim是實時的仿真軟件，在仿真過程中，可對每一個實體如：工廠、訂單處理中心、任務(wù)執(zhí)行器等輸出標(biāo)準(zhǔn)報告及狀態(tài)報告，檢測其當(dāng)前的狀態(tài)，也可以在仿真結(jié)束后輸出匯總報告。其中，標(biāo)準(zhǔn)報告的輸出變量主要包括當(dāng)前容量（stats content）、最小容量（states contentmin）、平均容量（states contentavg）、輸入（states input）、輸出（states output）等變量。狀態(tài)報告的輸出標(biāo)量主要包括對象的空閑時間（idle）、加工時間（processing）、阻塞（blocked）、空載運行時間（travel empty）、裝載運行時間（travel loaded）、裝載時間（loading）、卸載時間（unloading）等變量。通過對變量的分析，可調(diào)整牽引車及掛車數(shù)量，使其最終滿足甩掛站場的運力需求。

3.4.1 牽引車輛運力分析。牽引車的運力可通過任務(wù)執(zhí)行器的狀態(tài)變量來評價。主要的評價指標(biāo)有空閑時間（idle）、空載偏移時間（offset travel empty）、裝載偏移時間（offset travel loaded）、應(yīng)用時間（utilize）。通過任務(wù)執(zhí)行器的屬性統(tǒng)計得到牽引車運行狀態(tài)，如圖4所示。牽引車的閑置率僅在10%左右，運輸率高達(dá)80%以上。說明牽引車輛的利用率較優(yōu)且數(shù)量能夠滿足該甩掛站場的貨運需求。企業(yè)可以依據(jù)實際情況調(diào)整牽引車的數(shù)量，使空閑率和利用率滿足企業(yè)需求。

圖4 任務(wù)執(zhí)行器狀態(tài)變量餅狀圖

3.4.2 拖掛車輛運力分析。拖掛車輛在所建立的仿真模型中是甩掛站場發(fā)生器所產(chǎn)生的臨時實體，?？坑谒熘行目諕焱？刻?。掛車的運力分析可通過統(tǒng)計甩掛站場空掛?？刻帲〞捍鎱^(qū)）的數(shù)量曲線圖來實現(xiàn)，數(shù)量曲線圖可通過仿真系統(tǒng)輸出，如圖5所示?？諕焱？刻幍淖钚∪萘繛?4，即在拖掛車輛最大利用的情況下依然有14輛掛車剩余且處于空閑狀態(tài)。說明掛車?yán)寐瘦^低，運力過剩，應(yīng)減少掛車數(shù)量。重新設(shè)置發(fā)生器產(chǎn)生臨時實體（掛車）的參數(shù)，考慮到模型運行為理想狀態(tài)，將參數(shù)設(shè)置為30，其中4輛可供企業(yè)機動處置。

通過對甩掛車輛的運力分析，逐一逐次調(diào)整牽引車及掛車的數(shù)量，直至運力滿足企業(yè)甩掛中轉(zhuǎn)站場的貨運需求，實現(xiàn)牽引車及掛車數(shù)量的合理配置。通過上述分析，該汽車物流企業(yè)鄭州甩掛站場應(yīng)考慮配置20輛牽引車輛和30輛拖掛車輛。

圖5 甩掛站場空掛?？刻幍臄?shù)量曲線圖

4 結(jié)語

甩掛運輸車輛資源配置數(shù)量及拖掛比例已經(jīng)成為甩掛運輸?shù)囊粋€熱點問題，其合理性直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。本文結(jié)合甩掛運輸?shù)墓ぷ髟?，分析了某汽車物流企業(yè)整車運輸?shù)淖鳂I(yè)流程，制定了具體的甩掛車輛調(diào)度規(guī)則，重點構(gòu)建了生產(chǎn)中心、甩掛站場和客戶等核心作業(yè)流程仿真模型，通過對甩掛運輸車輛運力的分析及優(yōu)化，得到了該企業(yè)甩掛站場牽引車及掛車數(shù)量的合理配置。結(jié)果表明，甩掛站場的集散量、調(diào)度規(guī)則的制定等多重因素都將影響仿真結(jié)果。論文研究方法能夠針對企業(yè)的實際貨運需求、運營情況進行建模仿真及優(yōu)化分析，可以科學(xué)合理地解決企業(yè)在開展甩掛運輸業(yè)務(wù)初期所面臨的牽引車及掛車購置數(shù)量的難題，進一步優(yōu)化了該類企業(yè)甩掛運輸?shù)奈锪髻Y源配置，促進了甩掛運輸?shù)拈L遠(yuǎn)發(fā)展。