基于地下物流的城市物流服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)仿真優(yōu)化

倪洪亮, 侯龍龍*, 胡萬(wàn)杰, 陳志龍

(1.北京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)部, 北京 100124; 2.陸軍工程大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院, 南京 210007)

2021年上半年國(guó)內(nèi)網(wǎng)上零售額達(dá)到6.11萬(wàn)億元,同比增長(zhǎng)23.2%[1],其中,快遞業(yè)上半年業(yè)務(wù)量達(dá)到583.3億件,同期增長(zhǎng)超過(guò)40%[2]。作為物流運(yùn)輸?shù)哪┒谁h(huán)節(jié),城市物流需求的激增對(duì)城市發(fā)展和環(huán)境造成了巨大壓力。一方面,城市道路承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足準(zhǔn)時(shí)配送的要求,擁堵、貨運(yùn)限行等問(wèn)題已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)流通的主要“瓶頸”[3];另一方面,城市物流的污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重,車(chē)輛尾氣排放在城市霧霾成因中占比超過(guò)30%,其中貨運(yùn)車(chē)輛的貢獻(xiàn)率超過(guò)70%[4]。因此,現(xiàn)階段的物流服務(wù)供應(yīng)方式難以支撐未來(lái)城市“低碳、智能、高效”發(fā)展的戰(zhàn)略要求。作為繼海、空、公、鐵之后的第五代新型物流及供應(yīng)系統(tǒng),地下物流系統(tǒng)(underground logistics systems, ULS)被廣泛認(rèn)為是改善城市環(huán)境和交通擁堵,提升城市物流服務(wù)供應(yīng)績(jī)效,釋放城市土地資源,促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要措施[5]。

基于ULS構(gòu)建一種城市物流服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)以符合智慧型和可持續(xù)發(fā)展型城市的要求成為必然。在成本和運(yùn)輸效率方面,為了解決交通擁擠堵塞問(wèn)題,目前各大城市主要推廣“分時(shí)間段”“分路段”限制通行的粗放、簡(jiǎn)單化的城市貨運(yùn)管理方案。由此而引發(fā)的物流成本上升、運(yùn)行效率低下等成為各物流企業(yè)不得不面對(duì)的難題[8]。根據(jù)關(guān)于ULS成本和效率的研究顯示,地下物流系統(tǒng)的綜合成本約為地上道路運(yùn)輸?shù)?4.3%[9],運(yùn)輸時(shí)間減少83%[10]。Shahooei等[11]認(rèn)為運(yùn)行車(chē)頭時(shí)距、裝卸時(shí)間、運(yùn)行速度和路線(xiàn)長(zhǎng)度等因素會(huì)對(duì)地下物流系統(tǒng)運(yùn)行效率產(chǎn)生重要影響,另外,ULS的收益與每天的發(fā)車(chē)次數(shù)直接相關(guān); Shahooei等[12]認(rèn)為裝卸平臺(tái)及其內(nèi)部操作員和裝卸工具的數(shù)量對(duì)ULS運(yùn)營(yíng)效率產(chǎn)生影響。李莉等[13]認(rèn)為訂單處理分級(jí)處理可提升配送效率。

在城市物流可持續(xù)發(fā)展方面,Dong等[14]認(rèn)為運(yùn)營(yíng)ULS在環(huán)境效益以及社會(huì)效益方面均有良好的表現(xiàn),環(huán)境效益主要體現(xiàn)在減少地面卡車(chē)的數(shù)量,從而減少?gòu)U氣排放;社會(huì)效益方面,可緩解交通擁堵,改善道路安全,減少土地使用,甚至提高區(qū)域活力和價(jià)值;Chen等[15]在上海洋山港ULS研究中得出相較于原物流供應(yīng)系統(tǒng),基于ULS的城市貨運(yùn)方式最高能使碳排放量減少91.40%。

現(xiàn)有文獻(xiàn)結(jié)合地下物流的特征研究了ULS運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題。Chen等[16]強(qiáng)調(diào)發(fā)車(chē)間隔是影響ULS運(yùn)營(yíng)和調(diào)度的重要因素;Hu等[17]提出一種結(jié)合非支配分選和染色體重組策略的改進(jìn)多目標(biāo)協(xié)同進(jìn)化算法,為提高ULS運(yùn)輸效率以及合理分配運(yùn)能提供了參考;曾艾婧等[18]基于數(shù)字孿生技術(shù)建立與現(xiàn)實(shí)物流配送完全映射的3D模型模擬現(xiàn)有物流配送展開(kāi)優(yōu)化研究。從文獻(xiàn)的數(shù)量來(lái)看,關(guān)于ULS運(yùn)營(yíng)方面的研究目前還處于初始階段,而且多是對(duì)地下物流自身運(yùn)營(yíng)的研究。

盡管ULS憑借其獨(dú)特的運(yùn)輸方式具有傳統(tǒng)城市物流服務(wù)提供商難以企及的服務(wù)能力,但是,無(wú)論是從發(fā)展的角度還是從市場(chǎng)資源配置的角度來(lái)看,ULS作為城市交通方式的補(bǔ)充方案需要與原城市物流供應(yīng)參與者進(jìn)行互動(dòng)合作。故現(xiàn)將ULS的運(yùn)營(yíng)商定位成從事城市物流服務(wù)的關(guān)鍵參與者。在文獻(xiàn)[19]的基礎(chǔ)上,選取實(shí)際城市案例,對(duì)基于ULS的城市物流服務(wù)模式進(jìn)行設(shè)計(jì),重點(diǎn)針對(duì)各參與方在新型供應(yīng)系統(tǒng)中的資源配置與運(yùn)營(yíng)組織方式提供仿真解決方案,得到系統(tǒng)優(yōu)化策略,以期為解決城市物流問(wèn)題獻(xiàn)策。

1 城市物流服務(wù)供應(yīng)流程建模

1.1 案例介紹

選擇研究團(tuán)隊(duì)前期已發(fā)表的案例[20]Alpha市的ULS網(wǎng)絡(luò)為背景(圖1)。該網(wǎng)絡(luò)分為地面、地下兩層,由2個(gè)物流園區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)園區(qū))、9個(gè)地下物流綜合服務(wù)站點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)服務(wù)站)和35個(gè)需求點(diǎn)構(gòu)成。其中,園區(qū)位于地圖邊界,視為入城貨物的發(fā)出點(diǎn)和出城貨物的目的地;服務(wù)站定義為地下運(yùn)輸與地面配送的交接點(diǎn),站內(nèi)配備有終端云柜、上、下貨區(qū)和垂直運(yùn)輸系統(tǒng)等物流設(shè)施。Alpha市的貨運(yùn)流量包含3個(gè)方面:園區(qū)至需求點(diǎn)的正向流量;需求點(diǎn)至園區(qū)的逆向流量;需求點(diǎn)之間的同城流量。

圖1 Alpha市ULS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃Fig.1 ULS network planning of Alpha City

1.2 服務(wù)模式及訂單排隊(duì)原則

城市物流服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)提供出城、入城和同城業(yè)務(wù)的專(zhuān)列A/B兩種服務(wù)模式。假設(shè)所有入城貨物均在園區(qū)處聚集,可設(shè)置貨運(yùn)訂單生成模塊來(lái)模擬入城業(yè)務(wù)的客戶(hù)需求場(chǎng)景。在訂單生成模塊,根據(jù)訂單內(nèi)部包含的貨物數(shù)量等級(jí)分為大、中、小3種類(lèi)型的訂單。

專(zhuān)列A模式聚焦于城市居民對(duì)于配送高效性需求以及生產(chǎn)制造企業(yè)對(duì)于“準(zhǔn)時(shí)到貨(just-in-time)”和“精益生產(chǎn)(lean production)”的需求。此模式下,“散戶(hù)屬性”是中小型訂單的共同特征,該屬性下的訂單通過(guò)優(yōu)先級(jí)的設(shè)置確定排隊(duì)順序,大型訂單則具有“專(zhuān)列屬性”。

園區(qū)裝貨的排隊(duì)原則設(shè)置如下:優(yōu)先安排“專(zhuān)列屬性”的大型訂單進(jìn)入U(xiǎn)LS機(jī)車(chē)車(chē)廂,當(dāng)車(chē)廂剩余容量小于隊(duì)列最前端的具有“專(zhuān)列屬性”的訂單貨物量時(shí),安排“散戶(hù)屬性”訂單的貨物按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)入車(chē)廂,直至補(bǔ)滿(mǎn)機(jī)車(chē)。當(dāng)車(chē)廂剩余貨運(yùn)容量也小于隊(duì)列最前端的具有“散戶(hù)屬性”的某個(gè)訂單貨物量時(shí),機(jī)車(chē)出發(fā)。

在專(zhuān)列B模式下,“專(zhuān)列屬性”訂單與“散戶(hù)屬性”訂單分階段產(chǎn)生。該模式的服務(wù)場(chǎng)景是針對(duì)送達(dá)時(shí)效不敏感的大型訂單客戶(hù),其訂單排隊(duì)原則是:首先,“散戶(hù)屬性”訂單按照優(yōu)先級(jí)依次進(jìn)入機(jī)車(chē);其次,“專(zhuān)列屬性”訂單貨物裝車(chē)時(shí)不再涉及“散戶(hù)屬性”訂單補(bǔ)滿(mǎn)機(jī)車(chē),當(dāng)車(chē)廂剩余貨運(yùn)容量小于隊(duì)列最前端的具有“專(zhuān)列屬性”的訂單貨物量時(shí),ULS機(jī)車(chē)即可發(fā)運(yùn)。專(zhuān)列A、B模式皆遵循一個(gè)訂單內(nèi)的所有貨物必須在同一輛機(jī)車(chē)上的訂單式服務(wù)原則。

從貨運(yùn)的角度來(lái)看,總體的運(yùn)營(yíng)流程如圖2所示。

圖2 基于ULS的城市物流服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)流程Fig.2 Operation process of urban logistics service supply system based on ULS

1.2.1 入城業(yè)務(wù)

首先,訂單產(chǎn)生及排隊(duì)環(huán)節(jié)。訂單在生成后會(huì)出現(xiàn)延遲處理的現(xiàn)象,需求管理部門(mén)則根據(jù)排隊(duì)原則控制訂單裝車(chē)次序,并將實(shí)時(shí)的訂單排隊(duì)情況發(fā)送至信息中心;其次,ULS機(jī)車(chē)發(fā)車(chē)前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)。供應(yīng)管理部門(mén)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)各服務(wù)站的剩余服務(wù)能力容量,并傳遞給信息中心,為ULS機(jī)車(chē)發(fā)車(chē)提供決策依據(jù),而環(huán)境監(jiān)測(cè)部則進(jìn)行全流程碳排放記錄,并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)。

最后,ULS運(yùn)輸及地面配送環(huán)節(jié)。當(dāng)所有發(fā)車(chē)條件滿(mǎn)足后,ULS機(jī)車(chē)從園區(qū)開(kāi)出,途徑服務(wù)站時(shí),所屬訂單進(jìn)入站點(diǎn)下貨區(qū),同時(shí),該站點(diǎn)上貨區(qū)存在的同向運(yùn)輸?shù)挠唵芜M(jìn)入U(xiǎn)LS機(jī)車(chē),隨機(jī)車(chē)到達(dá)其所屬站點(diǎn),并在站點(diǎn)的下貨區(qū)根據(jù)訂單屬性進(jìn)行分流,一部分訂單進(jìn)入服務(wù)站的終端云柜,另一部分則通過(guò)垂直運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)入地上堆場(chǎng)等待,當(dāng)訂單滿(mǎn)足配送車(chē)輛發(fā)車(chē)需求時(shí),裝車(chē)并運(yùn)至所屬需求點(diǎn)。

1.2.2 出城及同城業(yè)務(wù)

首先,訂單在需求點(diǎn)產(chǎn)生,由于出城和同城的訂單量較少,故按照先產(chǎn)生先出發(fā)的原則進(jìn)行排隊(duì)和裝車(chē),隨后經(jīng)配送車(chē)輛送達(dá)至服務(wù)站的上貨區(qū),等待ULS機(jī)車(chē)靠站,同時(shí)服務(wù)站向信息中心更新服務(wù)需求信息;其次,當(dāng)機(jī)車(chē)靠站時(shí),訂單根據(jù)自身歸屬點(diǎn)進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的機(jī)車(chē)。即定義ULS機(jī)車(chē)從園區(qū)發(fā)往中轉(zhuǎn)站點(diǎn)為正向運(yùn)輸,則待出城的貨物需搭載返向運(yùn)輸?shù)臋C(jī)車(chē),而同城訂單則根據(jù)出發(fā)站點(diǎn)和歸屬站點(diǎn)的相對(duì)位置選擇進(jìn)入相對(duì)應(yīng)機(jī)車(chē);最后,訂單隨ULS機(jī)車(chē)到達(dá)對(duì)應(yīng)的服務(wù)站或園區(qū)。

另外,無(wú)論入城、同城還是出城業(yè)務(wù),基于規(guī)范運(yùn)作流程的考慮,流通加工服務(wù)流程的位置需要在園區(qū)和服務(wù)站兩者之間進(jìn)行抉擇,于是這成為系統(tǒng)優(yōu)化的一部分內(nèi)容。就運(yùn)作流程而言,當(dāng)流通加工布置在園區(qū)時(shí)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)情景1),訂單產(chǎn)生后根據(jù)訂單屬性選擇裝車(chē)前排隊(duì)或進(jìn)入流通加工排隊(duì);當(dāng)流通加工布置在服務(wù)站時(shí)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)情景2),訂單進(jìn)入站點(diǎn)下貨區(qū)后,根據(jù)訂單屬性選擇進(jìn)入流通加工流程或進(jìn)入電梯的排隊(duì)隊(duì)列。

1.3 供應(yīng)系統(tǒng)服務(wù)績(jī)效指標(biāo)

1.3.1 客戶(hù)滿(mǎn)意度

在城市物流供應(yīng)過(guò)程中,服務(wù)效率是影響滿(mǎn)意度的重要原因。因此客戶(hù)滿(mǎn)意度將從以下幾個(gè)指標(biāo)中量化統(tǒng)計(jì)。

(1)

(2)

式中:Tc為單位訂單處理時(shí)間;Da為總訂單數(shù)量;Ta為總運(yùn)營(yíng)時(shí)間;Ao為準(zhǔn)時(shí)率;Ds為小于等于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的訂單量。

另外,根據(jù)美國(guó)心理學(xué)家亞當(dāng)斯提出的公平理論,當(dāng)個(gè)體獲得收益時(shí),他們并不會(huì)只關(guān)心所獲得收益的絕對(duì)量,而是將自己所獲收益與所付出的努力之比值與他人相比來(lái)判定其所獲收益是否公平。因此,需要增加各訂單類(lèi)型之間時(shí)效的對(duì)比。

散戶(hù)訂單滿(mǎn)意度:

(3)

式(3)中:Rs為散戶(hù)滿(mǎn)意度;Tp1c為優(yōu)先級(jí)1單位訂單處理時(shí)間;Tp2c為優(yōu)先級(jí)2單位訂單處理時(shí)間。

配送車(chē)輛等待時(shí)間:

(4)

式(4)中:Taw為平均發(fā)車(chē)等待時(shí)間;Twdv為配送車(chē)輛等待總時(shí)間;Tnd為發(fā)車(chē)次數(shù)。

該指標(biāo)主要用于觀察配送服務(wù)、倉(cāng)儲(chǔ)、流通加工服務(wù)供應(yīng)商以及ULS運(yùn)營(yíng)商的資源配置方式和數(shù)量是否合拍。

1.3.2 碳排放量

該指標(biāo)用于測(cè)量供應(yīng)系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的影響,如式(5)所示。

(5)

式(5)中:ei為第i種運(yùn)輸方式的碳排放量;di為第i種運(yùn)輸方式的距離。

1.3.3 供應(yīng)系統(tǒng)中各參與方的成本

1)配送服務(wù)成本

Cd=RAdDISd+(DEPd+WAGd)NUMdTd

(6)

式(6)中:Cd為配送服務(wù)成本;RAd為服務(wù)費(fèi)率;DISd為線(xiàn)路里程;DEPd為單位車(chē)輛折舊費(fèi);WAGd為司機(jī)工資;NUMd為配置數(shù)量,含NUM的代數(shù)皆為數(shù)量相關(guān)參數(shù);Td為服務(wù)完成時(shí)間。

2)倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)成本

Cscp=RAscpMUPscpTss+RAscpNUMPscpTscp+

DEPscpT

(7)

式(7)中:Cscp為流通加工服務(wù)成本;RAscp為站點(diǎn)單位貨物處理費(fèi)率;DEPscp為設(shè)施折舊費(fèi)率;T為時(shí)間相關(guān)參數(shù)。

3)流通加工服務(wù)成本

Cpcp=RApcpNUMPpcp+DEPpcpNUMpcpT

(8)

式(8)中:Cpcp為流通加工服務(wù)成本;RApcp為站點(diǎn)單位貨物處理費(fèi)率;DEPpcp為設(shè)施折舊費(fèi)率。

4)ULS運(yùn)營(yíng)成本

Cu=UECuDISuNUMTu+(DEPuNUMu+

WAGuNUMWu)T

(9)

式(9)中:Cu為ULS運(yùn)營(yíng)成本;UECu為單位機(jī)車(chē)能耗;DISu為線(xiàn)路里程;NUMTu為發(fā)車(chē)次數(shù);DEPu為單位機(jī)車(chē)的折舊費(fèi)率;WAGu為各站點(diǎn)配置人員工資。

2 仿真模型構(gòu)建

供應(yīng)系統(tǒng)仿真模型的架構(gòu)依據(jù)Alpha市的軸輻式網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)如圖3所示。描述的服務(wù)供應(yīng)流程、相關(guān)的行為原則和假設(shè)以及各指標(biāo)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)在仿真模型中通過(guò)設(shè)計(jì)流程模塊、智能體、離散事件來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于其他模塊的設(shè)置需要依托各智能體來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)實(shí)體的行為特征,將從各智能體Agent設(shè)計(jì)的視角來(lái)說(shuō)明仿真模型的功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

圖3 供應(yīng)系統(tǒng)仿真模型結(jié)構(gòu)Fig.3 Supply system simulation model structure

2.1 園區(qū)Agent模型

園區(qū)智能體的流程模塊設(shè)計(jì)如圖4所示,首先order A Source控件模擬生成入城業(yè)務(wù)需求訂單,利用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)提到的訂單分類(lèi)和排隊(duì)原則,通過(guò)調(diào)用Order智能體生成相應(yīng)的訂單。另外,調(diào)整3個(gè)order A Source發(fā)生器的觸發(fā)時(shí)間屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)列A和專(zhuān)列B兩種服務(wù)模式的分類(lèi);其次service控件的設(shè)置是為了實(shí)現(xiàn)情景1下的流通加工服務(wù)功能,通過(guò)調(diào)整process Capacity和num F參數(shù)來(lái)控制其服務(wù)能力,并且這些參數(shù)與成本形成關(guān)聯(lián),為模型優(yōu)化打下基礎(chǔ);最后,delay控件是基于園區(qū)提供倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)而設(shè)置,與其服務(wù)成本有關(guān)的服務(wù)時(shí)間數(shù)據(jù)也在此處進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖4 園區(qū)智能體的流程模塊Fig.4 Process module of park agent

Select Output控件主要是根據(jù)需求數(shù)據(jù)控制各類(lèi)訂單的分流及其數(shù)量?；贏lpha市案例規(guī)劃的貨運(yùn)服務(wù)需求量置于附件中,在模型中,可通過(guò)initial Limit函數(shù)調(diào)用。另外,信息中心根據(jù)各站點(diǎn)實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)安排訂單裝載的設(shè)計(jì),主要通過(guò)ULS機(jī)車(chē)發(fā)車(chē)控件generate Train Event調(diào)用capacity Download Zone參數(shù)和volumn Down Zone變量來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 服務(wù)站Agent模型

服務(wù)站是城市物流服務(wù)系統(tǒng)的中間節(jié)點(diǎn),向上負(fù)責(zé)承接并發(fā)送園區(qū)及其他站點(diǎn)到達(dá)的貨運(yùn)訂單,向下負(fù)責(zé)匯集各個(gè)需求點(diǎn)發(fā)出的貨運(yùn)訂單,并在此統(tǒng)一裝車(chē)發(fā)送。服務(wù)站模型流程如圖5所示,select Output為流通加工配置方式控件,設(shè)置目的是方便流通加工服務(wù)設(shè)施配置方式的優(yōu)化,默認(rèn)狀態(tài)下為false,即情景2狀態(tài)。Select Output1是用來(lái)判斷訂單貨物是否需要進(jìn)行流通加工,service2代表倉(cāng)儲(chǔ)和流通加工服務(wù),select Output2用于控制進(jìn)入批處理和垂直電梯等待區(qū)的隊(duì)列數(shù)量,將超過(guò)隊(duì)列容量的訂單貨物暫存在堆場(chǎng)delay中,select Output3用于判斷訂單進(jìn)入配送環(huán)節(jié)或終端云柜。正如上文中提到的服務(wù)站是地面配送的接駁點(diǎn),因此服務(wù)站Agent需要調(diào)用配送車(chē)輛智能體Truck和Electric Tricycle。車(chē)輛調(diào)用函數(shù)take Away和車(chē)輛智能體控制事件的詳細(xì)情況見(jiàn)附件。

圖5 服務(wù)站智能體的流程模塊Fig.5 Process module of service station agent

2.3 需求點(diǎn)Agent模型

需求點(diǎn)模型流程如圖6所示,與園區(qū)智能體類(lèi)似,兩個(gè)order Source控件用于生成不同類(lèi)型的訂單(觸發(fā)代碼見(jiàn)附件)。Select Output、select Output1用于控制兩種訂單產(chǎn)生的貨運(yùn)訂單業(yè)務(wù)量,當(dāng)達(dá)到設(shè)置的需求量時(shí),表示停止接收客戶(hù)發(fā)出的訂單。另外,需求點(diǎn)到達(dá)服務(wù)站的發(fā)車(chē)邏輯依然遵循單位訂單內(nèi)的所有貨物必須由同一組配送車(chē)輛運(yùn)達(dá)的服務(wù)原則。

圖6 需求點(diǎn)智能體的流程模塊Fig.6 Process module of demand point agent

3 仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 模型參數(shù)與初始化

仿真實(shí)驗(yàn)背景是根據(jù)Alpha市規(guī)劃案例中一定的貨物量情況[20],模擬某一天城市物流服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)提供服務(wù)的狀況,4:00—24:00為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間,零點(diǎn)到四點(diǎn)為系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間。在貨物種類(lèi)方面,模型采用平均質(zhì)量3.5 kg和平均體積0.021 m3(275 mm×275 mm×275 mm)的標(biāo)準(zhǔn)包裹進(jìn)行計(jì)算。在不確定環(huán)節(jié),如每個(gè)訂單包含的貨物量、訂單歸屬需求點(diǎn)等環(huán)節(jié)加入隨機(jī)模塊。最后,各流程時(shí)間,如ULS運(yùn)行速度、發(fā)車(chē)間隔、配送速度等來(lái)自專(zhuān)家咨詢(xún)和企業(yè)調(diào)研,以求盡可能真實(shí)地體現(xiàn)現(xiàn)實(shí)狀況。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首先將circulation Process參數(shù)設(shè)置為true,即在情景1狀態(tài)下,系統(tǒng)顯示臺(tái)如圖7(a)所示。當(dāng)模型運(yùn)行到4:26時(shí)發(fā)出第一班ULS機(jī)車(chē),ULS運(yùn)營(yíng)成本開(kāi)始明顯上升,如圖7(b)所示。從時(shí)間來(lái)看,符合25 min的發(fā)車(chē)間隔設(shè)置,并且園區(qū)流通加工能力能夠滿(mǎn)足的發(fā)車(chē)間隔需求。當(dāng)模型運(yùn)行5:17時(shí),模型中出現(xiàn)首批到達(dá)需求點(diǎn)的訂單,如圖7(c)所示。但是當(dāng)模型運(yùn)行到7:56時(shí),訂單準(zhǔn)時(shí)率斷崖式下跌,如圖7(d)所示,這可能與機(jī)車(chē)、配送車(chē)輛發(fā)車(chē)間隔過(guò)大或者配送車(chē)輛較少有關(guān)。在模型運(yùn)行到23:22,最后一組回程的卡車(chē)到達(dá)目的地,到此基于ULS的城市物流服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)一天的運(yùn)營(yíng)結(jié)束。雖然系統(tǒng)能夠在最大運(yùn)營(yíng)時(shí)間內(nèi)完成總作業(yè)量,但是訂單準(zhǔn)時(shí)率僅為17%,需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,具體數(shù)據(jù)如圖7(e)所示。由于為初次實(shí)驗(yàn),成本狀況需對(duì)比后再做分析,另外配送車(chē)輛平均等待時(shí)間為5.36 min,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷較為良好。

圖7 不同情景下ULS仿真結(jié)果展示Fig.7 Display of ULS simulation results in different scenarios

其次,將Circulation Process參數(shù)設(shè)置為False,即在情景2狀態(tài)下,具體數(shù)據(jù)如圖7(f)所示,相較于情景1,總運(yùn)營(yíng)成本有所增加,尤其是流通加工成本,但是ULS運(yùn)營(yíng)成本得到減少。并且流通加工成本的上升主要是由服務(wù)費(fèi)率變化導(dǎo)致的,不能充分說(shuō)明問(wèn)題,所以需要進(jìn)行多次仿真實(shí)驗(yàn)。

步驟1以準(zhǔn)時(shí)率為優(yōu)化目標(biāo),確定第一輪最優(yōu)發(fā)車(chē)間隔。在各服務(wù)供應(yīng)商初始服務(wù)能力條件下,經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)確定ULS機(jī)車(chē)最優(yōu)發(fā)車(chē)間隔為10 min,反復(fù)試驗(yàn)結(jié)果不變。

步驟2在此發(fā)車(chē)間隔條件下,首先調(diào)整流通加工服務(wù)供應(yīng)商的能力,確定該狀態(tài)下園區(qū)、服務(wù)站的流通加工能力分別為4 000和2 300。其次通過(guò)調(diào)整配送車(chē)輛數(shù)量和發(fā)車(chē)間隔尋求合適的配送服務(wù)能力。

步驟3重復(fù)以上步驟進(jìn)一步尋找相對(duì)最優(yōu)的資源配置方案,由于實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)過(guò)多,統(tǒng)計(jì)圖僅展示關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)中各方案的輸出結(jié)果。另外,由于流通加工產(chǎn)生的費(fèi)用一般不計(jì)入城市物流服務(wù)成本,而在此處設(shè)置是出于服務(wù)流程完整性的考慮,故在總成本對(duì)比時(shí)排除此項(xiàng)。再者,由于模型中考慮配送外包的存在,有部分貨物在服務(wù)站結(jié)束流程,為了體現(xiàn)供應(yīng)系統(tǒng)相對(duì)真實(shí)的成本狀況,故在統(tǒng)計(jì)時(shí)將配送成本放大兩倍處理。

多次實(shí)驗(yàn)確定專(zhuān)列A模式下的最優(yōu)配置方案如下:ULS機(jī)車(chē)和配送車(chē)輛發(fā)車(chē)間隔分別設(shè)置為5 min和15 min,當(dāng)在情景1時(shí),服務(wù)站配置卡車(chē)12輛和三輪車(chē)11輛;當(dāng)情景2時(shí),配置14輛卡車(chē)和11輛三輪車(chē)。單位貨物的服務(wù)成本分別達(dá)到0.205 4元和0.196 6元,輸出結(jié)果如圖8(a)和圖8(b)的專(zhuān)列A(T)9、專(zhuān)列A(F)9所示。

圖8 不同情景下ULS專(zhuān)列A和專(zhuān)列B各方案結(jié)果Fig.8 Results of ULS special train A and B programs under different scenario

專(zhuān)列B模式方面,首先根據(jù)貨運(yùn)量確定入城業(yè)務(wù)的訂單產(chǎn)生速度,由于該模式將散戶(hù)訂單和專(zhuān)列訂單分階段產(chǎn)生,所以根據(jù)各類(lèi)訂單貨運(yùn)量的比例,設(shè)置4:00—10:20為散戶(hù)訂單服務(wù)階段,10:20之后為專(zhuān)列訂單服務(wù)階段。

優(yōu)化依然從ULS機(jī)車(chē)發(fā)車(chē)間隔開(kāi)始,其次是流通加工服務(wù)能力和配送服務(wù)能力,依次進(jìn)行反復(fù)仿真實(shí)驗(yàn)。從仿真的效果來(lái)看,由于兩種服務(wù)模式都采用訂單式運(yùn)輸且盡量滿(mǎn)載的服務(wù)原則,所以專(zhuān)列A模式的最優(yōu)方案中流通加工服務(wù)能力、配送車(chē)輛的發(fā)車(chē)間隔設(shè)置在此處依然為相對(duì)最優(yōu)配置,但是專(zhuān)列B模式對(duì)ULS機(jī)車(chē)的發(fā)車(chē)間隔以及服務(wù)站配送車(chē)輛的配置數(shù)量降低了要求。其最優(yōu)配置為:當(dāng)情景1(T)時(shí),ULS機(jī)車(chē)的發(fā)車(chē)間隔設(shè)置為8 min,配送工具數(shù)量為卡車(chē)14輛三輪車(chē)9輛;當(dāng)情景2(F)時(shí),發(fā)車(chē)間隔為7 min,配送車(chē)輛分別為12輛和6輛。輸出結(jié)果如圖8(c)和圖8(d)的專(zhuān)列B(T)8和專(zhuān)列B(F)7。

4 比較分析與優(yōu)化建議

從優(yōu)化效果的角度選取最優(yōu)配置方案與臨近關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)方案進(jìn)行對(duì)比分析,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、表2所示。首先,就專(zhuān)列A模式而言,前者較后者兩種情景下的準(zhǔn)時(shí)率升高, 并且,配送成本、ULS運(yùn)營(yíng)成本、倉(cāng)儲(chǔ)成本以及碳排放等都得到降低;但是,散戶(hù)滿(mǎn)意度也出現(xiàn)降低情況。從結(jié)果來(lái)看,一方面,隨著流通加工、配送服務(wù)能力的提升,ULS的服務(wù)能力將成為系統(tǒng)服務(wù)能力的瓶頸,適時(shí)增加此項(xiàng)能力不僅能夠提升供應(yīng)系統(tǒng)效率,而且有助于降低運(yùn)營(yíng)成本;另一方面,由于系統(tǒng)效率的提升,訂單在園區(qū)和服務(wù)站滯留時(shí)間以及機(jī)車(chē)使用時(shí)間的縮短,引起ULS成本和倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)成本的降低。

表1 專(zhuān)列A模式對(duì)照試驗(yàn)Table 1 Special train mode A control test

表2 專(zhuān)列B模式對(duì)照試驗(yàn)Table 2 Special train mode B control test

再者,隨著系統(tǒng)供應(yīng)能力的大幅提升,優(yōu)先級(jí)2類(lèi)訂單的時(shí)效提升程度相對(duì)更快,這會(huì)降低優(yōu)先級(jí)1類(lèi)訂單的滿(mǎn)意度。因此,在未來(lái)服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)整過(guò)程中應(yīng)當(dāng)關(guān)注此項(xiàng)指標(biāo)的變化,當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí),可以采取以下措施:①提高優(yōu)先級(jí)2類(lèi)訂單價(jià)格或者降低優(yōu)先級(jí)1類(lèi)訂單價(jià)格;②增加優(yōu)先級(jí)隊(duì)列更新時(shí)間來(lái)降低優(yōu)先級(jí)2類(lèi)訂單因系統(tǒng)服務(wù)能力大幅提升而獲益的程度。

在流通加工服務(wù)資源配置方面,情景2相較于情景1,碳排放量和主要成本都相對(duì)較低,但是流通加工的服務(wù)成本增長(zhǎng)較多。所以該項(xiàng)服務(wù)資源的放置問(wèn)題主要取決于其在服務(wù)站的成本能否實(shí)質(zhì)性的降低,但是這一點(diǎn)需要在系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中結(jié)合實(shí)際進(jìn)行判斷?？刹扇〉膬?yōu)化措施如下:①ULS運(yùn)營(yíng)商幫助流通加工服務(wù)供應(yīng)商實(shí)質(zhì)性地降低包括地下空間租金在內(nèi)的成本;②提升該服務(wù)供應(yīng)商對(duì)于降低成本的積極性。

專(zhuān)列B模式下,當(dāng)適用于情景1的最優(yōu)配置方案應(yīng)用在情景2時(shí),輸出的成本和服務(wù)質(zhì)量結(jié)果差強(qiáng)人意,反過(guò)來(lái)也同樣成立。另外,該模式下,盡管情景2在散戶(hù)滿(mǎn)意度方面有所優(yōu)勢(shì),但是前者在其余統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的表現(xiàn)上更勝一籌。而且,散戶(hù)滿(mǎn)意度問(wèn)題可以利用所述的優(yōu)化建議解決。因此,如果沒(méi)有特殊需求,在規(guī)劃條件下,優(yōu)先考慮將流通加工服務(wù)設(shè)施放置到園區(qū)。

兩種模式對(duì)比來(lái)看,雖然專(zhuān)列B模式較專(zhuān)列A模式成本稍有上升,但是兩種模式下的相對(duì)最優(yōu)配置輸出的服務(wù)質(zhì)量及成本狀況相差不大,并且它們反映了不同的現(xiàn)實(shí)城市物流服務(wù)需求。所以,二者都可以在該服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中依據(jù)方案應(yīng)用,并根據(jù)未來(lái)運(yùn)行中的實(shí)際服務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行靈活調(diào)整,不必在二者之間選擇其一。當(dāng)然,如果在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)兩種模式之間調(diào)整成本過(guò)高或者操作復(fù)雜等問(wèn)題時(shí),可以考慮通過(guò)價(jià)格激勵(lì)等手段刺激消費(fèi)者向其中一種模式靠攏,也可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整流程等手段維持兩種運(yùn)營(yíng)模式的系統(tǒng)靈活性。

5 結(jié)論

利用any Logic仿真軟件建立了基于專(zhuān)列A和B兩種服務(wù)模式的全流程ULS城市物流服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)仿真模型,詳細(xì)論述了仿真模型的建模過(guò)程、內(nèi)部邏輯。通過(guò)仿真記錄分析了仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。

依據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)中各方案的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)輸出結(jié)果得出兩種模式下不同服務(wù)情景中相對(duì)最優(yōu)的資源配置方案以及各配置方案下的ULS城市物流服務(wù)供應(yīng)系統(tǒng)中服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)行成本的表現(xiàn)情況,希望可為ULS更好地融入城市物流體系提供決策優(yōu)化支持。