基于系統(tǒng)動力學的鐵路貨運產(chǎn)品設計方法研究

曹 可，李 林，張 舵

（1.河北軌道運輸職業(yè)技術學院，河北 石家莊 050051；2.中國鐵路上海局集團有限公司 金華車務段，浙江 金華 321000；3.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031）

0 引 言

由于長期受運輸能力的限制，我國鐵路貨運產(chǎn)品結構一直以來相對比較簡單。在目前的市場背景下，國內(nèi)諸多專家學者對貨運產(chǎn)品的設計開發(fā)問題提出了自己的研究思路。有些文獻[1-5]以當前客貨分線、整體路網(wǎng)逐步形成為背景，對鐵路貨運產(chǎn)品開發(fā)問題進行研究，并提出以客戶需求為導向的鐵路貨運產(chǎn)品設計理論。有些文獻[6-8]以當前物流產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展為背景，探討了在靈活快捷的物流產(chǎn)業(yè)沖擊下應如何設計鐵路貨運產(chǎn)品以滿足市場要求。還有些文獻[9-12]在對貨運市場進行SWOT 分析的基礎上，提出了鐵路貨運產(chǎn)品的設計策略與產(chǎn)品定位。

然而已有研究成果在對貨運產(chǎn)品結構進行設計的時候，忽略了市場對于提高運輸效益和服務質(zhì)量的迫切要求。這也導致了設計出的貨運產(chǎn)品無法在多樣化運輸需求的新形勢下滿足市場的要求。因此，本文摒棄了以往開放式的產(chǎn)品設計思路，綜合考慮運輸能力、運輸需求、服務質(zhì)量以及運輸效益四個方面的因素對于貨運產(chǎn)品結構的影響情況，建立貨運產(chǎn)品結構設計的系統(tǒng)動力學模型流圖，通過對模型流圖結構的分析，得出貨運產(chǎn)品結構的設計方法。

1 鐵路貨運產(chǎn)品體系

目前鐵路貨運產(chǎn)品根據(jù)其產(chǎn)品特性及運輸時效性，可主要分為：高速鐵路快運產(chǎn)品、普通貨物列車貨運產(chǎn)品、貨運班列貨運產(chǎn)品、特種貨物定制產(chǎn)品及多式聯(lián)運貨運產(chǎn)品。

（1） 高速鐵路快運產(chǎn)品。高速鐵路快運產(chǎn)品是鐵路適應物流市場多元化運輸需求，滿足網(wǎng)絡經(jīng)濟崛起帶來的電商快遞需求增長的積極嘗試，依托現(xiàn)有高速鐵路線路及動車資源，滿足經(jīng)濟快遞、同城快遞服務需求，提供當日達、次晨達、次日達快遞服務。目前我國高速鐵路快運主要包括預留車廂運輸、確認車運輸、隨車運輸?shù)冗\輸形式，具有產(chǎn)品服務網(wǎng)絡覆蓋我國500多個城市，時效性媲美航空運輸，安全性強于公路運輸?shù)忍攸c。

（2） 普通貨物列車貨運產(chǎn)品。普通貨物列車貨運產(chǎn)品是為滿足鐵路貨運需求的傳統(tǒng)貨運產(chǎn)品，需要與公路運輸、航空運輸資源整合，主要提供三至四日達的標準快運或限時運輸服務等。主要包括：滿足大宗貨物直達運輸需求的直達貨物列車及直通貨物列車等；以及滿足零散貨運需求，開行區(qū)段貨物列車或摘掛貨物列車等運輸形式。普通貨物列車貨運產(chǎn)品大宗貨物直達貨運產(chǎn)品需要建立大客戶關系，具備對運力資源要求較高的特點；而零散貨運服務產(chǎn)品因其貨源分散，具備時效性要求較弱等特點。

（3） 貨運班列貨運產(chǎn)品。貨運班列貨運產(chǎn)品是滿足高附加值貨運，以開行鐵路貨運班列的運輸方式滿足“站到站”、“站到門”、“門到門”的物流需求。主要包括：使用專用貨車的快速貨物班列、客運化開行模式的五定班列、用于生鮮品運輸?shù)睦洳匕嗔小⒓b箱班列及滿足跨境電商物流服務的國際貨運班列等運輸形式。貨運班列貨運產(chǎn)品開行列車按客車要求編制列車運行圖，優(yōu)化路徑，正點率高，具備高效、快捷、客車化等特點。

（4） 特種貨物定制產(chǎn)品。我國鐵路特種貨物主要包括：危險品貨物、冷藏貨物、超長超重貨物、汽車、出口貨物以及過境貨物等，其運輸要求必修嚴格遵守《鐵路危險貨物運輸管理規(guī)則》的有關規(guī)定。特種貨物定制產(chǎn)品是滿足我國特殊貨物物流需求，為客戶（網(wǎng)絡電商、快遞企業(yè)、貨運代理、生產(chǎn)制造企業(yè)等） 量身定制的鐵路高等級貨運產(chǎn)品，需要根據(jù)貨物不同的性能，采取不同的運輸措施，目前主要包括：用于冷鏈運輸服務的冷藏貨物列車、超限貨物列車及小汽車班列等運輸形式。特種貨物定制產(chǎn)品單獨托運，重點看管，穩(wěn)固包裝，標志鮮明，全程做到監(jiān)裝監(jiān)卸，具備定制化等特點。

（5） 多式聯(lián)運貨運產(chǎn)品。多式聯(lián)運貨運產(chǎn)品是適應滿足貨運便捷高效穩(wěn)定要求，從而實現(xiàn)最大化提高貨運效率，整合鐵路、航空、公路運輸能力，實現(xiàn)多樣化市場需求與多元化運輸資源的無縫銜接。目前我國鐵路依靠電子商務平臺積極提供兩端延伸貨運服務，力爭實現(xiàn)電子運單一站式全程服務。

五類貨運產(chǎn)品的特點各不相同，具有不同的適用條件。在進行貨運產(chǎn)品結構設計時，不能單純以貨物品類為依據(jù)對每類貨運產(chǎn)品的開行數(shù)量進行判斷，需要在決策時綜合考慮多種影響因素，在合理分配運力資源的條件下充分滿足運輸需求。

2 鐵路貨運產(chǎn)品結構影響因素

進行鐵路貨運產(chǎn)品結構優(yōu)化主要工作是分析貨運產(chǎn)品結構與外部影響因素間的相互關系，實現(xiàn)產(chǎn)品體系內(nèi)各類貨運產(chǎn)品的數(shù)量優(yōu)化及品質(zhì)提升。鐵路貨運產(chǎn)品結構四個主要影響因素分別為：運輸需求、運力資源、服務質(zhì)量和運輸效益。

（1） 運輸需求。目前，鐵路貨運市場大宗貨物需求不斷遞增，同時網(wǎng)絡電商快遞需求加大，為適應物流市場發(fā)展，鐵路貨運產(chǎn)品需要發(fā)揮中長途運輸優(yōu)勢，滿足穩(wěn)定大客戶的重點運輸需求，優(yōu)化鐵路大宗貨物運輸這類成熟的貨運產(chǎn)品。同時，需要進一步開發(fā)適應快運需求變化的創(chuàng)新型貨運產(chǎn)品。

（2） 運力資源

①鐵路路網(wǎng)能力。隨著高速鐵路路網(wǎng)發(fā)展、既有線路站場技術改造和綜合交通樞紐建設推進，我國高速鐵路骨干運輸網(wǎng)基本形成，高鐵路網(wǎng)能力提升，為高速鐵路快運產(chǎn)品提供了更多可能性。同時，既有路網(wǎng)能力一定程度上也得到加強與釋放，貨運通道運輸格局發(fā)生變化，貨運產(chǎn)品的開行比例有所增加，尤其是貨運班列貨運產(chǎn)品增加，對貨運產(chǎn)品結構有了一定程度的優(yōu)化和改善。

②機車車輛能力。機車為列車動能來源，牽引力、速度等技術指標直接影響貨物運輸效率及能力。車輛為裝載貨物設備，其性能變化會嚴重影響貨運產(chǎn)品結構。機車車輛設備效能提升不僅加大了特種貨物定制產(chǎn)品開行數(shù)量，也會進一步完善貨運產(chǎn)品結構。

（3） 服務質(zhì)量。服務質(zhì)量是企業(yè)發(fā)展的核心競爭力，貨主選擇具體運輸產(chǎn)品時需要綜合考量經(jīng)濟、時效、便捷、安全、過程透明等因素。鐵路需要不斷優(yōu)化貨運產(chǎn)品結構，提升服務質(zhì)量，促進鐵路貨運的競爭力與吸引力。開辟、穩(wěn)定貨運市場，設計延伸性較強的增值服務及多式聯(lián)運產(chǎn)品，全面提升鐵路貨運產(chǎn)品的服務質(zhì)量。

（4） 運輸效益。構建鐵路運輸效益評價體系包含貨物發(fā)送量、貨運收入、貨主滿意度、貨運設備資源優(yōu)化配置、服務國家戰(zhàn)略社會影響、促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展程度、減少道路擁堵及事故損失等指標，分別從經(jīng)濟效益和社會效益兩大方面反映鐵路運輸效益。鐵路作為企業(yè)需要經(jīng)濟效益保障，同時也要最大程度追求社會效益。鐵路貨運服務需要為企業(yè)大客戶服務，確保運力運量，穩(wěn)定企業(yè)生產(chǎn)，同時需要合理降低成本、增加收益。貨運產(chǎn)品還需要考量服務國家戰(zhàn)略及區(qū)域經(jīng)濟、綠色環(huán)保、減少道路擁堵及事故等社會效益。

運力資源、運輸需求、服務質(zhì)量和運輸效益這四個方面的因素不僅相互影響，其內(nèi)部也有著復雜的邏輯關系，處理起來十分復雜。因此，本文引入系統(tǒng)動力學的理論對貨運產(chǎn)品結構的影響因素進行梳理。

3 系統(tǒng)動力學模型

系統(tǒng)動力學（System Dynamics, SD） 是由Forrester提出的一種以反饋控制理論為基礎的系統(tǒng)分析方法，可對社會經(jīng)濟問題進行定性和定量的分析。從原理上看，系統(tǒng)動力學的模型模擬是一種結構——功能模擬，通過模擬外部因素變化對內(nèi)部結構所產(chǎn)生的影響分析系統(tǒng)功能，主要用于研究信息反饋結構中各變量隨時間演變的規(guī)律，在處理具有多重反饋的復雜時變系統(tǒng)問題時可以在計算機輔助下抓住結構變化的因和果，有效解決問題。由于鐵路貨運產(chǎn)品結構影響因素眾多，反饋信息復雜，因此本文引用系統(tǒng)動力學理論對鐵路貨運產(chǎn)品結構設計進行模擬。由于各變量間的定量關系過于復雜，本文在構建系統(tǒng)動力學模型時僅展現(xiàn)出各變量之間的邏輯關系，借助Vensim 軟件的分析功能，提出貨運產(chǎn)品結構的設計方法。

3.1 因果關系分析。因果關系分析旨在理解整個系統(tǒng)的結構機制，借助因果關系可以對系統(tǒng)進行定性的分析，也是為構建系統(tǒng)動力學模型打下堅實的基礎。

某種鐵路貨運產(chǎn)品的開行數(shù)量與該種貨運產(chǎn)品對應的運輸需求、運力資源、貨運產(chǎn)品體系的服務質(zhì)量以及運輸效益這四個影響因素息息相關。為了方便表述，本模型用路網(wǎng)能力和機車車輛運輸能力這兩個水平變量來表示運力資源水平，用經(jīng)濟效益和社會效益這兩個水平變量來表示運輸效益水平，各水平變量之間的相互關系如圖1 所示。在本模型中，認為某種貨運產(chǎn)品的開行數(shù)量是由機車車輛運輸能力、路網(wǎng)能力、該貨運產(chǎn)品的運輸需求及其經(jīng)濟效益所直接決定的，該貨運產(chǎn)品開行數(shù)量的多少會帶來不同的社會效益，而貨運產(chǎn)品體系的服務質(zhì)量將影響運輸需求。

3.2 模型流圖設計。通過對貨運產(chǎn)品結構的影響因素進行分析，基于圖1，運用系統(tǒng)動力學原理，將各影響因素之間的邏輯關系利用模型流圖表示出來，如圖2 所示。

圖1 貨運產(chǎn)品結構設計因果關系圖

圖2 鐵路貨運產(chǎn)品設計系統(tǒng)動力學模型流圖

4 鐵路貨運產(chǎn)品設計方法

在貨運產(chǎn)品結構設計系統(tǒng)動力學流圖（圖2） 中，各影響因素間關系復雜，也正是由于這個原因，在以往對貨運產(chǎn)品進行設計時考慮的因素往往比較片面。而借助Vensim 軟件，可對圖2 中各影響因素的關系進行梳理，進而對貨運產(chǎn)品的設計提供理論依據(jù)。例如，當考慮貨運產(chǎn)品開行數(shù)量時，利用Vensim 軟件分析出所有包含貨運產(chǎn)品開行數(shù)量的反饋回路。

當設計貨運產(chǎn)品時，可根據(jù)回路所涉及到的影響因素的變化趨勢來判斷需要增多還是減少該類貨運產(chǎn)品。如當考慮“鐵路所占市場份額”影響時，可在所有回路中找出包含“鐵路所占市場份額”的反饋回路，如圖3、圖4 所示。

圖3 反饋回路（1）

圖4 反饋回路（2）

可以發(fā)現(xiàn)，這兩條反饋回路均為正反饋回路。也就是說，當鐵路所占市場份額增長時，應提高該類貨運產(chǎn)品的開行數(shù)量。同理，可以通過類似的循環(huán)回路分析針對提高服務質(zhì)量、加強社會效益等目標進行設計。

5 結 論

鐵路貨運產(chǎn)品設計是一個非常復雜的問題，目前尚缺乏有效的設計方法。本文對眾多影響因素進行了梳理，建立了鐵路貨運產(chǎn)品設計系統(tǒng)動力學模型流圖，通過分析流圖中的反饋回路對貨運產(chǎn)品進行設計。本文所提出的基于系統(tǒng)動力學的貨運產(chǎn)品設計方法直觀有效，具有較好地推廣性和實用性。但是，由于數(shù)據(jù)過于龐大，影響因素間關系過于復雜，此方法仍然不能實現(xiàn)對設計目標的定量求解，在接下來的工作中需要進一步完善。