基于CBR技術(shù)的建筑物流企業(yè)運(yùn)輸方案研究

文/ 石振龍 高勇軒

1.北華大學(xué) ； 2.建華物流有限公司

一、引言

物流行業(yè)的十四五規(guī)劃提出，要推進(jìn)物流降本增效[1]。作為物流行業(yè)的熱門領(lǐng)域，近年來建筑物流實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。由于建筑施工行業(yè)的規(guī)范性程度不高，使得與之相關(guān)的建筑物流行業(yè)也沒有形成規(guī)范的體系，且與智能化融合發(fā)展較差，多數(shù)建筑物流企業(yè)制定運(yùn)輸方案計(jì)劃仍然是憑借經(jīng)驗(yàn)，人工制定運(yùn)輸方案與計(jì)劃效率低下且缺乏科學(xué)性與準(zhǔn)確性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究大多是對(duì)物流配送路徑、成本和時(shí)效方面的優(yōu)化研究。張潛[2]等將客戶按照優(yōu)先級(jí)綜合聚類分析法進(jìn)行分類，然后用改進(jìn)遺傳算法求解多個(gè)目標(biāo)的車輛路徑優(yōu)化；謝天保[3]等為了降低物流成本，通過引入?yún)f(xié)同概念至供應(yīng)鏈物流網(wǎng)中再建立供應(yīng)鏈物流成本優(yōu)化模型；王超[4]等將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法使用在物流企業(yè)運(yùn)作中，通過仿真提出優(yōu)化建議；楊東援[5]等以3PL的視角研究了區(qū)域時(shí)效性物流運(yùn)輸?shù)木W(wǎng)路結(jié)構(gòu)；孫林巖[6]等針對(duì)聯(lián)運(yùn)物流方式，以時(shí)間和容量約束為條件，構(gòu)建了多式聯(lián)運(yùn)方式選擇的0-1整數(shù)規(guī)劃模型。

針對(duì)建筑物流企業(yè)的運(yùn)輸方案計(jì)劃研究還較少，文中以JH物流有限公司為例，梳理過往運(yùn)輸案例中貨物屬性和運(yùn)輸需求等因素作為特征屬性用XML形式表示，通過建立案例庫，將目標(biāo)案例與案例庫中案例進(jìn)行相似度計(jì)算得到最相似有效的運(yùn)輸方案，為決策者提供輔助決策。通過CBR技術(shù)避免了制定運(yùn)輸方案完全憑借主觀因素判斷，并且能快速得出相似方案，協(xié)助相關(guān)人員做出判斷，更加科學(xué)準(zhǔn)確，同時(shí)也將節(jié)省人力與時(shí)間成本，幫助企業(yè)降本增效。

二、建筑物流企業(yè)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)的多數(shù)建筑物流公司基本是大型建筑企業(yè)全資成立的物流子公司，為施工企業(yè)提供物資采購供應(yīng)服務(wù)[7]。這些建筑物流企業(yè)通常需要幫助施工企業(yè)采購施工相關(guān)的物資包括水泥、金屬等建材和相關(guān)施工設(shè)備，同時(shí)還要與材料供應(yīng)商、施工方等上下游相關(guān)人員接洽，來確定物資數(shù)量和運(yùn)輸時(shí)間等問題。這個(gè)過程極為復(fù)雜，且隨著企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理的多元化，上下游企業(yè)之間的合同制定也出現(xiàn)了多樣的形式，使得建筑物流企業(yè)并沒有形成一個(gè)規(guī)范化的體系流程。

JH物流有限公司是JH建材集團(tuán)全資成立的子公司，主要從事管樁、預(yù)制板、樓梯和梁柱等PC建材和大宗商品的汽運(yùn)與水運(yùn)。2020年被中國(guó)物流與采購聯(lián)合會(huì)評(píng)為中國(guó)物流企業(yè)50強(qiáng)，中國(guó)民營(yíng)物流企業(yè)排行前30名，2020年物流業(yè)務(wù)收入約為50億元。全國(guó)范圍內(nèi)員工超3000人，年貨運(yùn)量超1億噸，當(dāng)前擁有運(yùn)輸車輛2000余臺(tái)，可控外協(xié)車輛15000多輛[8]。JH物流有限公司物流運(yùn)營(yíng)部將人員崗位主要分為銷售、客服、運(yùn)力和調(diào)度4類，其中銷售負(fù)責(zé)尋找運(yùn)輸業(yè)務(wù)聯(lián)系客戶，客服負(fù)責(zé)在途跟蹤、聯(lián)系司機(jī)和匯款等內(nèi)容，運(yùn)力負(fù)責(zé)保障運(yùn)力資源，調(diào)度主要負(fù)責(zé)對(duì)運(yùn)輸方案進(jìn)行制定與安排車輛活動(dòng)。通過實(shí)習(xí)和調(diào)研了解到，JH物流雖然有一套成熟的運(yùn)營(yíng)體系，但是在制定汽運(yùn)運(yùn)輸計(jì)劃環(huán)節(jié)中，全憑人工經(jīng)驗(yàn)制定運(yùn)輸方案和計(jì)劃。這個(gè)過程需要對(duì)客戶、貨物、以往相似案例等方面進(jìn)行深入了解，還要考慮制定的運(yùn)輸計(jì)劃合理性，這個(gè)過程占用了大量人員與時(shí)間成本，并且運(yùn)輸方案受人為主導(dǎo)，并不利于企業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

三、基于CBR的運(yùn)輸方案選擇

案例推理技術(shù)（Case-based Reasoning）是人工智能發(fā)展較為成熟的一個(gè)分支，它是一種基于過去的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)歷的推理，CBR技術(shù)多用在應(yīng)急領(lǐng)域，解決應(yīng)急需求預(yù)測(cè)等問題，建立案例庫后可以在短時(shí)間生成解決方案，代替人工提高效率的同時(shí)避免了完全由主觀判斷。建筑物流領(lǐng)域運(yùn)輸工程構(gòu)件需要高度的時(shí)效性，但是運(yùn)輸企業(yè)通常都是接到運(yùn)輸需求后由人工制定方案計(jì)劃。往往上游客戶發(fā)布物資運(yùn)輸需求，在短時(shí)間內(nèi)下游施工方就需要這些物資進(jìn)行下一項(xiàng)施工，這就要求運(yùn)輸企業(yè)必須保證貨物能準(zhǔn)時(shí)到達(dá)。相關(guān)人員既要接洽上下游聯(lián)系人，又要在短時(shí)間做出決定，這對(duì)人員的要求非常高，并不利于管理。因此將CBR技術(shù)應(yīng)用在建筑物流運(yùn)輸方案中，既能滿足建筑物流企業(yè)快速生成高效相似方案的要求，又能協(xié)助相關(guān)人員做出判斷，提高企業(yè)的運(yùn)輸效率，節(jié)省人工成本，加強(qiáng)公司管理。

1.CBR技術(shù)

CBR是人工智能領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的推理方法，其核心本質(zhì)為基于記憶的推理決策[9]。當(dāng)目標(biāo)問題出現(xiàn)時(shí)，決策者根據(jù)問題特點(diǎn)進(jìn)行分類，通過回想之前發(fā)生的相似案例，依據(jù)之前解決相似問題的方法和教訓(xùn)運(yùn)用在目標(biāo)問題上，來制定方案解決目標(biāo)問題。將CBR技術(shù)運(yùn)用在建筑物流企業(yè)運(yùn)輸計(jì)劃中，參照以往的運(yùn)輸計(jì)劃生成目標(biāo)運(yùn)輸計(jì)劃，具有一定的可行性。

CBR的流程主要包括信息的檢索、重用、修正和保存[10]，如圖1所示。

圖1 CBR技術(shù)流程

2.案例庫的構(gòu)建

建筑物流行業(yè)不同于傳統(tǒng)物流行業(yè)，往往運(yùn)輸工程構(gòu)件等貨物都是整車運(yùn)輸，且某些特定貨物需要工廠特定的托盤或固定裝置保障貨物不受損。在回程時(shí)這些輔助工具通常被要求帶回工廠，運(yùn)輸車輛基本就很難在回程拉貨，為保證貨物的時(shí)效性和運(yùn)輸次數(shù)返程基本上都是空載。JH物流擁有自有車輛2000多輛，協(xié)議車輛15000輛，與相關(guān)項(xiàng)目的本地車源也會(huì)有合作，通常情況下對(duì)車源的要求是能保證的。因此，在制定方案計(jì)劃時(shí)通常只需要考慮貨物的自身屬性和運(yùn)輸需求等因素，如圖2。

圖2 運(yùn)輸計(jì)劃影響因素

對(duì)于案例的選擇，由于運(yùn)輸?shù)貐^(qū)、運(yùn)輸距離不同，同一批貨物的運(yùn)輸價(jià)格也不一定相同，且多數(shù)貨物每天的運(yùn)輸價(jià)格也在波動(dòng)。限于文章篇幅有限，因此選取JH物流有限公司2020年11月部分有代表性的運(yùn)輸項(xiàng)目作為案例庫案例。

為了運(yùn)輸案例能規(guī)范化表達(dá)，引入可擴(kuò)展標(biāo)示語言（XML）。XML文檔能清晰地表達(dá)復(fù)雜的語言結(jié)構(gòu)，容易理解和便于數(shù)據(jù)傳輸[11]。XML文檔由起始標(biāo)簽、文本內(nèi)容和結(jié)束標(biāo)簽組成，對(duì)數(shù)據(jù)的描述是由文本內(nèi)容表示，其語法結(jié)構(gòu)為：“”表示。以年齡24歲為例，可表示為：。結(jié)合相關(guān)內(nèi)容可得基于XML的運(yùn)輸計(jì)劃案例庫，見表1。Xi為影響運(yùn)輸計(jì)劃的特征屬性編號(hào)，Yi為具體的運(yùn)輸計(jì)劃配置。其中X1、X2、X6、X7、X8、Y1、Y5為枚舉型，見表2，X3、X4、X5、X9、Y1、Y2、Y3、Y4、Y6為數(shù)據(jù)型。其中Case1-Case11為不同的運(yùn)輸計(jì)劃案例，分別為運(yùn)輸氧化鋁、生鐵、DRCP、鋼棒、PC構(gòu)件、加氣塊、鋼結(jié)構(gòu)、樓梯模具、管模、輪胎、線材。

表1 基于XML的案例庫信息

表2 基于XML的枚舉型特征屬性信息

四、相似度計(jì)算

1.權(quán)重賦值

對(duì)于案例特征屬性權(quán)重的賦值是計(jì)算相似度的關(guān)鍵基礎(chǔ)，只有賦予了合理的權(quán)重值才能使相似度的計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，接近源案例。層次分析法能按照因素之間的關(guān)聯(lián)性和隸屬關(guān)系將因素分為不同層次的聚集組合，最終能把問題歸結(jié)為相對(duì)重要的權(quán)重值排序[12]。因此，使用層次分析法來確定各個(gè)特征屬性的權(quán)重值。通過JH公司實(shí)地調(diào)研和相關(guān)專家給予意見后，對(duì)X1至X9兩兩比較得到判斷矩陣（1）。

對(duì)列向量進(jìn)行歸一化處理，再求行向量和并作歸一化處理得到矩陣（2）。

由檢驗(yàn)結(jié)果可知，計(jì)算結(jié)果有一定可行性，所以X1至X9的權(quán)重值為0.043、0.047、0.113、0.206、0.128、0.117、0.078、0.078、0.19。

2.案例相似度計(jì)算

對(duì)于枚舉型特征屬性的相似度計(jì)算，用XML層次結(jié)構(gòu)表示案例庫中案例與目標(biāo)案例。當(dāng)對(duì)應(yīng)的某個(gè)特征屬性值X、Y相同，相似度的值取1，否則取0。相似度計(jì)算公式如（3）。

對(duì)于數(shù)值型特征屬性的相似度計(jì)算，采用漢明距離反函數(shù)的方法。設(shè)案例庫中第n個(gè)特征屬性是數(shù)值型特征屬性，與目標(biāo)案例所對(duì)應(yīng)的數(shù)值型特征屬性值分別為X、Y。其相似度計(jì)算公式如（4）。其中Xmaxn與Xminn分別為第n個(gè)數(shù)值型特征屬性中數(shù)值最大值與最小值。

案例相似度的計(jì)算結(jié)果為各個(gè)特征屬性相似度的值與特征屬性權(quán)重值的乘積f，如公式（5）。為了鑒別案例是否具有參考價(jià)值，需要設(shè)定一個(gè)閥值來進(jìn)行判斷，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律閥值θ選取0.75。當(dāng)案例相似度結(jié)果大于θ時(shí)，案例有參考借鑒意義。

經(jīng)計(jì)算案例相似度的結(jié)果見表3。

表3 相似度計(jì)算結(jié)果

根據(jù)實(shí)際情況而言，當(dāng)貨物的長(zhǎng)、寬度大于選擇車輛時(shí)，方案是不可取的，且貨物高度與車輛后部高度相加大于國(guó)家限高4m，貨物重量嚴(yán)重超載等情況也是不能進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)的。所以相似案例出現(xiàn)上述情況時(shí)，應(yīng)將方案終止，選擇其他適合的方案。由相似度結(jié)果可知，本次目標(biāo)案例在車輛狀況、人員配置等條件相似的情況下可參照Case5的方案配置并結(jié)合本次目標(biāo)案例特點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)輸計(jì)劃制定。選取長(zhǎng)度13m、寬度2.5m、載重33噸、車箱要求為平板的車輛，一車裝載兩個(gè)此型號(hào)的pc構(gòu)件，根據(jù)上游客戶當(dāng)次的貨物數(shù)量，來決定車輛數(shù)量。通過Case5與上下游價(jià)格博弈的差值和市場(chǎng)行情，來制定本次運(yùn)輸車輛價(jià)格。由于是短途運(yùn)輸，在自有車輛不緊缺的情況下，選取企業(yè)自有車輛或協(xié)議車輛，將企業(yè)盈利最大化。在車輛計(jì)劃排滿時(shí)，可通過企業(yè)的無車承運(yùn)平臺(tái)，發(fā)布該車型的需求，安排運(yùn)輸計(jì)劃。若此項(xiàng)目貨物數(shù)量多且穩(wěn)定，則公司應(yīng)根據(jù)上述配置車輛尋找符合要求的承運(yùn)商或自有車輛安排長(zhǎng)期運(yùn)輸任務(wù)。

五、結(jié)論

運(yùn)用CBR技術(shù)在建筑物流運(yùn)輸計(jì)劃中，將運(yùn)輸上游客戶提供的貨物信息與實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況中出現(xiàn)的因素作為案例的特征屬性，通過對(duì)比這些特征屬性的相似度，來判斷此項(xiàng)目與以往哪些項(xiàng)目有相似之處，以相似案例的運(yùn)輸計(jì)劃作為參考，結(jié)合本次案例特點(diǎn)進(jìn)行方案計(jì)劃配置，為相關(guān)人員提供輔助決策，提高了效率，節(jié)省了人員與時(shí)間成本，有助于企業(yè)降本增效，通過案例證明了該方法具有可行性。在企業(yè)與上游合作業(yè)務(wù)時(shí)，也可以利用已存儲(chǔ)的案例庫來展示企業(yè)豐富的經(jīng)驗(yàn)、規(guī)范的管理模式與雄厚的實(shí)力，增加與上游企業(yè)的合作機(jī)會(huì)。

但是文章中仍存在不足之處，在特征屬性的選擇上并未將外部環(huán)境因素考慮在內(nèi)，例如天氣情況、路面狀況和不可抗力因素等。對(duì)于運(yùn)輸線路的選擇也一起考慮在內(nèi)，當(dāng)然只局限于目的地與始發(fā)地。由于建筑物流企業(yè)通常以運(yùn)輸價(jià)格作為判定運(yùn)輸計(jì)劃好壞的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于路線沒有特定要求，只需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成運(yùn)輸計(jì)劃，所以文中并未對(duì)運(yùn)輸線路作為特征因素進(jìn)行考慮。針對(duì)運(yùn)輸方案中未涉及的其他問題可邀請(qǐng)專家做進(jìn)一步的修正，確保案例庫實(shí)時(shí)更新，加強(qiáng)方案匹配的能力。

建筑物流企業(yè)的今后發(fā)展可以依托大數(shù)據(jù)，利用建筑信息模型建造技術(shù)等相關(guān)方法提高行業(yè)信息化水平。除了對(duì)貨車貨物的位置進(jìn)行跟蹤，貨物的裝卸等方面還可以通過建模進(jìn)行可視化管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)輸過程的每個(gè)環(huán)節(jié)，減少管理環(huán)節(jié)不必要的人員成本和及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，確保運(yùn)輸方案計(jì)劃安全有效實(shí)施，為企業(yè)降本增效。