港口物流鏈調(diào)度優(yōu)化策略研究①

浙江商業(yè)職業(yè)技術學院 丁榮濤

隨著全球化運輸需求不斷增長，港口物流成為推動供應鏈整體效率改善和性能提升的重要節(jié)點，集裝箱運輸作為港口物流中利潤率最高并且增長最快的業(yè)務也被倍受關注。港口物流鏈模式作為一種新型的現(xiàn)代港口物流系統(tǒng)的信息資源配置中心，可以進一步優(yōu)化與配置物流資源，通過合理安排船舶到港時間、泊位岸線的利用效率以及裝卸設備的協(xié)同作業(yè)?，F(xiàn)代港口物流鏈即港口全程物流鏈，是根據(jù)客戶需求，由現(xiàn)代港口物流鏈上的主導節(jié)點港口，負責管理現(xiàn)代港口物流鏈起點至終點的全程物流鏈的運作，組織和協(xié)調(diào)現(xiàn)代港口物流鏈上下游的各個節(jié)點——生產(chǎn)商、經(jīng)銷商、鐵路、港口、航運、公路、海關、檢驗檢疫等單位相互協(xié)作配合和各種運輸方式的有機銜接。

浙江省處于連接國際航道和國內(nèi)支線的良好位置，內(nèi)河航道通航通過連接長江流域各省，間接腹地擴大至浙贛、宣杭、皖北鐵路沿線地區(qū)和江蘇、安徽、上海、湖北和江西等省市。全省共有5個主要港口，杭州港屬于內(nèi)河港口，溫州港、嘉興港、臺州港、寧波—舟山港四個港口屬于沿海港口，沿海港口正積極打造以寧波—舟山港為主線，溫州臺州和嘉興港為兩翼的現(xiàn)代港口體系。與國內(nèi)外主要港口相比，目前我省5個主要港口都較好地完成了口岸電子信息化工程，但各港口，特別是內(nèi)河港口，港口和臨港物流設施（物流園區(qū)、物流中心等）的規(guī)劃建設與經(jīng)營基本上是相互割裂，各自獨立運作，缺乏跨組織的流程協(xié)同和信息共享機制，所以導致耗能大、效率低、成本高、協(xié)調(diào)困難等一系列問題。建立多式聯(lián)運作業(yè)調(diào)度優(yōu)化下的港口物流鏈控制系統(tǒng)就是希望通過省內(nèi)各港口建立的合作伙伴關系，根據(jù)各物流企業(yè)的市場份額和物流能力，采用實時響應的優(yōu)化調(diào)度策略，使資源組織的速度和規(guī)模滿足企業(yè)的物流業(yè)務需求。

1 分析港口物流鏈的適應性與影響因素

1.1 對港口物流鏈物流系統(tǒng)的復雜適應性進行分析，提出基于多Agent交互的港口物流鏈物流系統(tǒng)動態(tài)協(xié)作模型

傳統(tǒng)的港口已擴展到了包括業(yè)務相關的海運、陸運物流網(wǎng)絡，不僅需考慮物流鏈節(jié)點作業(yè)調(diào)度問題，同時要考慮物流在網(wǎng)絡中的運輸過程中的銜接問題，以港口為關鍵節(jié)點的多式聯(lián)運物流系統(tǒng)屬于復雜適應系統(tǒng)。以往港口物流鏈系統(tǒng)研究領域只專注于節(jié)點內(nèi)部物流作業(yè)局限性。港口物流鏈是一個調(diào)轉(zhuǎn)混合排隊非線性開放系統(tǒng)，節(jié)點和節(jié)點間屬性橫向協(xié)作和縱向協(xié)作模式，可采用離散事件仿真建模方法進行仿真建模求解，克服了數(shù)學解析方法對此類問題求解的困難。

1.2 分析港口物流鏈物流任務分配的影響因素，提出基于能力約束的物流資源調(diào)度仿真優(yōu)化模型

依據(jù)協(xié)作共贏、快速反應等現(xiàn)代物流管理中的核心理念，不僅考慮港口物流鏈是一種動態(tài)性的網(wǎng)絡型經(jīng)濟組織物流鏈作業(yè)需求問題，同時考慮了物流節(jié)點的運輸能力匹配問題，突破以往港口物流鏈資源調(diào)度不同領域調(diào)度優(yōu)化約束目標的不一致。港口物流鏈調(diào)度是一個非線性開放系統(tǒng)，從求解方法上看，運用遺傳算法的基本原理，采用二進制編碼、大種群尺度和較小交叉概率等方法，對該模型的算法進行了設計，提高了調(diào)度運算結(jié)果的有效性。

2 港口物流鏈調(diào)度優(yōu)化策略

2.1 港口物流鏈物流需求與資源分配協(xié)作行為基本模式

根據(jù)角度和方向不同，資源分配協(xié)作又可分為橫向協(xié)作和縱向協(xié)作，橫向協(xié)作通過物流鏈各節(jié)點分攤成本和分享收益來來滿足物流需求，實現(xiàn)物流鏈的實時響應；縱向協(xié)作通過物流鏈各節(jié)點分攤成本和分享收益來降低成本，擁有成本優(yōu)勢。在協(xié)作過程中，合作與競爭不可避免，分析物流需求與資源分配協(xié)作過程中資源的競爭與合作行為，從運輸層、企業(yè)層和業(yè)務層三個層次建立基于CAS理論的物流需求與資源協(xié)作的概念模型。CAS理論的引入，不僅可以從行業(yè)的宏觀角度來進行分析；還可以考慮物流鏈節(jié)點企業(yè)個體的影響，將企業(yè)的自學習能力和主動適應環(huán)境的特性考慮進去，包括企業(yè)與企業(yè)、企業(yè)與環(huán)境之間的交互以及市場競爭環(huán)境的激烈復雜性和隨機因素等。在多變的外界環(huán)境影響下，企業(yè)為了獲得更大的市場占有率或經(jīng)營多元化，內(nèi)部資源配置行為受到影響，對于每一個參與協(xié)作博弈的企業(yè)，它們都有兩個選擇（參加，不參加），通過預測節(jié)點間物流任務的需求和自身能力約束，可以較準確地判斷和選擇來制定自己的分配策略。

2.2 建模港口物流鏈多式聯(lián)運過程

綜合考慮區(qū)域制造企業(yè)集裝箱需求量及港口聯(lián)盟企業(yè)集裝箱轉(zhuǎn)運能力的實際情況，針對物流鏈海河路多式聯(lián)運（船舶、集卡）資源的共性與差異，將離散事件系統(tǒng)建模思想應用于各物流配送節(jié)點作業(yè)流程的仿真和資源優(yōu)化配置研究中，采用智能Agent的模式來描述，通過建立多主體的CAS模型，盡可能地發(fā)揮港口及第三方物流企業(yè)的物流服務能力，并對在運集裝箱轉(zhuǎn)運數(shù)量進行控制，使得港口集裝箱裝卸總量滿足區(qū)域制造企業(yè)所需集裝箱在時間、重量上的要求，確定集裝箱物流平衡方案。

2.3 港口物流鏈集群模式下的多級成本核算與控制方法

企業(yè)調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)目前傳統(tǒng)的物流成本管理體制使得物流鏈內(nèi)的各企業(yè)成本管理視角局限于內(nèi)部流程的成本降低，忽略了外部環(huán)境的變化對內(nèi)部的物流成本變動的影響。港口作為物流鏈中的關鍵環(huán)節(jié)，在與其他各環(huán)節(jié)物流分包商之間的利益競爭再分配的同時，必須有效地組織、控制自有集疏運網(wǎng)絡，建立能實現(xiàn)物流系統(tǒng)效益全局最優(yōu)化的綜合全面的預算方法。課題將圍繞物流鏈不同環(huán)節(jié)的諸多制造企業(yè)、沿海和內(nèi)河港口、第三方物流企業(yè)組織，以“供應商—客戶”關系，通過“信任和承諾”非正式或正式契約方式進行連接，形成基于本地一體化的物流鏈。在整個物流鏈內(nèi)部所發(fā)生的各種資源的耗減與支出，其既包括物流鏈內(nèi)各企業(yè)單獨所發(fā)生的企業(yè)內(nèi)部成本，也包括物流鏈內(nèi)部各企業(yè)間所發(fā)生的鏈內(nèi)企業(yè)間成本，還包括鏈內(nèi)所有企業(yè)所發(fā)生的共同成本。多級成本核算與控制方法是以物流鏈及其內(nèi)部各企業(yè)單位為成本管理主體，通過深入研究復雜物流鏈環(huán)境下物流活動的分解、分配與動態(tài)調(diào)度技術，針對不同物流業(yè)務性質(zhì)的特點，分析所包含的主要成本項目及各項成本發(fā)生的成本動因，理清這些成本項目之間的流程關系及相互影響。

2.4 基于協(xié)作能力約束的港口集卡調(diào)度優(yōu)化策略

為實施了解吊裝設備和集卡實時工作情況，避免了錯裝、錯卸和錯發(fā)等情況，考慮在集裝箱箱體表面和集卡擋風玻璃上固定RFID電子標簽，采用基于距離的定位機制，通過分布在岸吊、場橋和堆場通道上的讀寫器實時采集集裝箱及集卡編號和工作位置。港口集卡調(diào)度優(yōu)化指在滿足某些約束，如任務時間、資源能力、規(guī)劃道路等條件下對具體裝卸任務進行合理分配、安排資源和行走路徑等，使某些目標，如物流成本、交貨期、資源利用率等達到最優(yōu)化。引入資源協(xié)作共享機制，同時考慮堆場道路通行能力，在滿足裝卸任務時間窗前提下，重點研究場橋吊裝作業(yè)與集卡移動的動態(tài)同步問題。根據(jù)港口物流常規(guī)工作參數(shù)，結(jié)合港口物流成本計算方法，預先分配集裝箱裝卸任務，規(guī)劃轉(zhuǎn)移路線，然后在工作過程中實時監(jiān)控集卡隊列行駛位置，設計基于能力約束判斷的資源協(xié)作模型，解決吊裝作業(yè)溢出問題。

3 信息化實施與實現(xiàn)

相對于沿海港口，內(nèi)河港口沿海港口信息系統(tǒng)建設還處于較低階段，物流服務網(wǎng)絡基本都是企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，大部分在用軟件主要面向企業(yè)內(nèi)部物流作業(yè)管理，面向智能決策服務軟件基本空白。缺乏跨組織的信息共享和流程協(xié)同機制，目前在整個物流鏈上通用的只有“船舶綜合監(jiān)管”、“免?？繄蟾邸?、“刷卡繳納規(guī)費”等監(jiān)控軟件，但針對港口物流運作中的諸多重要環(huán)節(jié)，如貨物組配方案、最佳運輸路線、最優(yōu)庫存控制等方面，仍以人工化和半人工化決策模式為主，未形成一體化服務體系。

通過引進先進技術和設備，如EDI（電子數(shù)據(jù)交換）、VTS（船舶交通服務系統(tǒng)）以及堆場智能化管理等，內(nèi)河港口正逐漸使自己的業(yè)務逐步向?qū)I(yè)化、規(guī)范化、標準化邁進。系統(tǒng)仿真技術與優(yōu)化搜索技術及其相結(jié)合成功地被應用于為物流系統(tǒng)的規(guī)劃設計和營運管理提供決策信息。構(gòu)建仿真平臺時，綜合考慮區(qū)域制造企業(yè)集裝箱需求量及港口聯(lián)盟企業(yè)集裝箱轉(zhuǎn)運能力的實際情況，遵循系統(tǒng)化、簡單化、多方位化、規(guī)范化等規(guī)則，確定多式聯(lián)運仿真模型的抽象粒度。開展多式聯(lián)運仿真模型的Agent分析與設定將每個主體定義成獨立的Agent，采集各主體的在用和可用物流資源數(shù)據(jù)。通過控制港口物流鏈在運集裝箱轉(zhuǎn)運數(shù)量，盡可能地發(fā)揮物流鏈物流服務能力，使得港口集裝箱裝卸總量滿足區(qū)域制造企業(yè)所需集裝箱在時間、重量上的要求，確定集裝箱物流平衡的優(yōu)化建模方案。每個仿真節(jié)點都可能因為物流鏈局部響應的變化而引發(fā)再分配問題。建立物流資源調(diào)度中運載工具追蹤與落實的元模型，采集倉儲配送任務，船舶裝貨卸貨情況，場橋吊裝計劃、貨代實時貨載信息，航道設施和道路設施在用情況，航運交通和道路交通突發(fā)狀況等數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)中發(fā)生的離散事件當作狀態(tài)變量，采用適當?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將連續(xù)/離散響應混合系統(tǒng)仿真元數(shù)據(jù)生成問題歸化為特殊的高維數(shù)據(jù)擬合問題，通過帶趨勢補償?shù)慕M合元方法杜絕仿真單元間數(shù)據(jù)擬合滯后現(xiàn)象。

港口物流鏈的獨立成員具有不同的經(jīng)營目標，擁有不同的資源水平，組織沖突不可避免。根據(jù)各節(jié)點物流能力建立柔性資源調(diào)度監(jiān)控仿真模型，該仿真模型將用于監(jiān)測整個物流生命周期中物流組織的環(huán)境變量數(shù)據(jù)變化情況，及時發(fā)現(xiàn)異常的沖突信號，建立沖突信息數(shù)據(jù)庫，然后根據(jù)組織沖突的不同類型運用博弈論中的合作對策理論和談判對策理論解決共同體參與成員資源再分配問題。

4 結(jié)語

目前，因為缺乏有效的網(wǎng)絡協(xié)作平臺，我省絕大部分物流企業(yè)、尤其是港口物流企業(yè)與陸運物流企業(yè)的網(wǎng)絡協(xié)作水平較低。以海河聯(lián)運和河路聯(lián)運物流鏈的物流活動為主線，以資源調(diào)度優(yōu)化為目標，在比較主流物流仿真軟件的技術特點基礎上，針對浙江省內(nèi)河港口集裝箱物流產(chǎn)業(yè)信息化發(fā)展的特點，在虛擬空間建立以港口為節(jié)點的全部物流據(jù)點間相互對應的連帶關系，采用仿真技術研發(fā)基于能力約束下的物流資源協(xié)作關鍵技術可以增強腹地的制造行業(yè)和物流企業(yè)的競爭力，促進民族工業(yè)的發(fā)展。系統(tǒng)實施后，內(nèi)河港口通航能力可提高20%以上。

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