基于ANP與模糊TOPSIS的城市地下物流系統(tǒng)集裝單元選擇決策方法

馬成林，楊學(xué)春，董景峰，馬 超，安立華

（1.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040；2.合肥學(xué)院，安徽 合肥 230601）

基于ANP與模糊TOPSIS的城市地下物流系統(tǒng)集裝單元選擇決策方法

馬成林1，楊學(xué)春2，董景峰1，馬 超1，安立華1

（1.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040；2.合肥學(xué)院，安徽 合肥 230601）

目前城市地下物流系統(tǒng)多采用托盤作為集裝單元，但其規(guī)格繁多需要從中選擇，基于此提出了多準(zhǔn)則托盤選擇決策方法。首先，確定托盤選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)并進(jìn)行量化，進(jìn)而分析評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的制約關(guān)系，建立ANP評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)系結(jié)構(gòu)模型并確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，從而構(gòu)建模糊評(píng)價(jià)模型并設(shè)計(jì)模糊TOPSIS求解算法，求得托盤尺寸。最后，給出了一般內(nèi)陸城市地下物流系統(tǒng)托盤選擇算例。結(jié)果表明：該方法可以確定城市地下物流系統(tǒng)托盤尺寸，統(tǒng)一系統(tǒng)基礎(chǔ)單元規(guī)格，其中一般內(nèi)陸城市地下物流系統(tǒng)托盤選擇尺寸宜為1 200×1 000mm。

地下物流系統(tǒng)；集裝單元；ANP；模糊TOPSIS

1 引言

建設(shè)城市地下物流系統(tǒng)首先就要解決地下物流系統(tǒng)集裝單元標(biāo)準(zhǔn)化問題，同時(shí)城市地下物流系統(tǒng)功能要求地下物流系統(tǒng)集裝單元的標(biāo)準(zhǔn)化程度必須很高。錢七虎，郭東軍（2007）；馬祖軍（2004）認(rèn)為集裝單元對(duì)地下物流系統(tǒng)運(yùn)輸效率、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)、管道直徑等很多因素都有影響，比如集裝單元越大，通道直徑越大，建設(shè)成本越高，單位時(shí)間運(yùn)輸?shù)呢浳镌蕉?，收益越大，這種背反關(guān)系需要合理的權(quán)衡[1-2]。目前，各國(guó)地下物流系統(tǒng)的托盤尺寸不一（見表1），我國(guó)托盤標(biāo)準(zhǔn)和使用的種類又很多（見表2），需要從6種托盤中選擇一種作為城市地下物流系統(tǒng)的集裝單元。

表1 地下物流系統(tǒng)托盤主要規(guī)格[3-6]

表2 托盤的類別與尺寸[7-8]

由于托盤選擇的影響因素較多，宜采用多準(zhǔn)則決策方法進(jìn)行解決[9]。在以往的托盤選擇過程中，決策者或規(guī)劃者往往從單一因素進(jìn)行決策，如李太平分別從貨運(yùn)列車載貨效率[10]、商品出口市場(chǎng)[11]、托盤標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用現(xiàn)狀[12]、托盤載貨效率[13]、選用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量[14]和增進(jìn)商品出口[11]角度論述了托盤標(biāo)準(zhǔn)的選擇，缺少多屬性綜合性托盤選擇研究。另外，關(guān)于城市地下物流系統(tǒng)托盤選擇的研究尚處于“真空期”，已建或者尚在研究的城市地下物流系統(tǒng)往往針對(duì)單一運(yùn)輸方式或者單一行業(yè)進(jìn)行托盤選擇，如荷蘭OLS-ASH系統(tǒng)用來(lái)銜接Schiphol機(jī)場(chǎng)與Aalsmeer花卉市場(chǎng)之間的貨運(yùn)，其托盤選擇了10英尺飛機(jī)托盤3 180mm×2 440mm，其選擇過程缺乏對(duì)公路運(yùn)輸、城市配送、倉(cāng)儲(chǔ)等問題的考慮。

2 托盤選擇決策思路

城市地下物流系統(tǒng)的托盤選擇決策模型思路如圖1所示。首先，構(gòu)建托盤選擇準(zhǔn)則并進(jìn)行比較分析，構(gòu)建準(zhǔn)則間的關(guān)系矩陣，利用ANP法得到準(zhǔn)則直接關(guān)系矩陣，再利用DEMATEL法得到最終關(guān)系結(jié)構(gòu)矩陣；其次，應(yīng)用ANP法進(jìn)行指標(biāo)的計(jì)算，得到各個(gè)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)權(quán)重值；最后應(yīng)用模糊TOPSIS法進(jìn)行托盤的評(píng)價(jià)指標(biāo)排序，找到地下物流系統(tǒng)的最佳托盤尺寸。

圖1 地下物流系統(tǒng)托盤選擇思路圖

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

城市地下物流系統(tǒng)的托盤選擇要從多個(gè)方面去衡量和評(píng)價(jià)，不能僅僅局限于托盤自身的特性，也不能單一地從城市地下物流系統(tǒng)發(fā)展的角度，要立足于整個(gè)城市物流的發(fā)展，著眼于城市當(dāng)前發(fā)展情況和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，多層次、多角度地分析城市地下物流系統(tǒng)托盤選擇的相關(guān)影響因素，從托盤選擇導(dǎo)致的后果和影響托盤選擇的因素兩個(gè)方面建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表3。

表3 城市地下物流系統(tǒng)托盤選擇指標(biāo)

4 托盤選擇的模型與步驟

步驟1：建立托盤選擇影響關(guān)系的ANP結(jié)構(gòu)。建立主因子有向圖。通過定位分析確定城市地下物流系統(tǒng)托盤選擇的主因子P（P1，P2，…，Pm），次因子p（p11，p12，…，p1n，p21，p22，…，p2l，…，pm1，pm2，…，pmk），其中Pm為備選托盤元素組。初步構(gòu)架ANP結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)則之間的相互影響有向圖。建立直接關(guān)系矩陣。根據(jù)ANP初步結(jié)構(gòu)，構(gòu)建P1，P2，…，Pm之間的直接影響矩陣Z，并將直接矩陣Z轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)矩陣Y[18-19]。

其中zij表示在主因子Pi對(duì)主因子Pj的影響程度。

其中：

步驟2：計(jì)算最終關(guān)系矩陣，構(gòu)建ANP主因子結(jié)構(gòu)圖。建立總影響矩陣T，經(jīng)式（3）轉(zhuǎn)化得到Ti，i=0，1，2，…，m。根據(jù)影響因素間實(shí)際關(guān)系，選取臨界值p，經(jīng)式（4）轉(zhuǎn)化得到最終關(guān)系矩陣G，進(jìn)而重新構(gòu)建ANP準(zhǔn)則間結(jié)構(gòu)。

其中：

根據(jù)ANP主因子間新結(jié)構(gòu)，構(gòu)建 Pk主因子下pk1,pk2,…,pkn，k∈{1，2,…，m} 之間的直接關(guān)系矩陣，從而得到完整ANP結(jié)構(gòu)。

步驟3：確定托盤選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。建立ANP判斷矩陣。構(gòu)建決策者 t（t=1,2,…,n）的判斷矩陣。主因子P1,P2,…,Pm對(duì)主因子Pj判斷矩陣為At（jl）和主因子Pi的元素p,p,…,p對(duì)主因子P元素 p影響的判斷矩陣為（jl）[18-19]。

i1i2injjl

5 算例分析

選取我國(guó)一般內(nèi)陸城市作為研究對(duì)象，進(jìn)行地下物流系統(tǒng)托盤選擇決策計(jì)算。按照步驟1、2，建立P1，P2，…，P7之間的直接影響矩陣Z0，如等式（15），其結(jié)構(gòu)如圖2所示，根據(jù)式（2）-（5）得到ANP總影響矩陣T，如等式（16），選取臨界值p=0.111 8，ANP完整關(guān)系矩陣G如等式（17），其結(jié)構(gòu)如圖3所示。基于SuperDecision和ANP建模方法，建立計(jì)算模型（如圖3所示）并求得超矩陣（如圖4所示），整理后的超矩陣Wt如圖5和表4。按照步驟3、4求得超矩陣加權(quán)矩陣W__t和加權(quán)矩陣Dt，見表5、表6；按照步驟5求得模糊評(píng)價(jià)矩陣R，見表7。按照步驟6和7，最終得到 p71,p72,…,p76的貼近度C=[0.526 8，0.492 0，0.438 2，0.372 2，0.289 4，0.305 5]，結(jié)果托盤1 200mm×1 000mm應(yīng)作為我國(guó)一般內(nèi)陸城市地下物流系統(tǒng)集裝單元。

圖2 地下物流系統(tǒng)托盤選擇的ANP初始結(jié)構(gòu)圖

表4 超矩陣Wt

6 結(jié)論

圖3 地下物流系統(tǒng)托盤選擇的ANP完整結(jié)構(gòu)圖

圖4 基于SuperDecision的ANP模型和部分關(guān)系矩陣

圖5 基于SuperDecision求得超矩陣Wt的示意圖

本文研究了托盤作為地下物流系統(tǒng)集裝單元的選擇問題，提出了基于ANP和模糊TOPSIS的地下物流系統(tǒng)托盤選擇決策方法，給出了托盤選擇決策模型和求解算法，并對(duì)一般內(nèi)陸城市地下物流系統(tǒng)的托盤選擇進(jìn)行了算例研究，結(jié)果表明一般內(nèi)陸城市地下物流系統(tǒng)的托盤規(guī)格應(yīng)為1 200mm× 1 000mm，從而也驗(yàn)證了方法的有效性，為地下物流系統(tǒng)規(guī)劃研究提供了理論基礎(chǔ)。

表5 加權(quán)超矩陣

表5 加權(quán)超矩陣

p71 p72 p73 p74 p75 p76 p11 0.11 0.06 0.15 0.05 0.03 0.03 p12 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 p13 0.16 0.06 0.12 0.03 0.03 0.03 p14 0.05 0.03 0.05 0.03 0.02 0.02 p21 0.26 0.10 0.12 0.10 0.04 0.03 p61 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 p22 0.17 0.13 0.05 0.21 0.04 0.04 p23 0.31 0.09 0.15 0.04 0.03 0.03 p31 0.31 0.13 0.19 0.08 0.05 0.04 p32 0.19 0.07 0.04 0.13 0.33 0.04 p41 0.09 0.07 0.21 0.04 0.03 0.03 p42 0.05 0.09 0.03 0.17 0.29 0.03 p43 0.24 0.07 0.22 0.06 0.04 0.04 p44 0.03 0.10 0.03 0.10 0.10 0.10 p45 0.05 0.10 0.05 0.10 0.10 0.10 p51 0.33 0.12 0.28 0.05 0.04 0.04

表6 加權(quán)超矩陣Dt

表7 模糊評(píng)價(jià)矩陣R

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Study on Decision-making in Selecting Container Units for Urban Underground Logistics Systems Based on ANP and Fuzzy TOPSIS

Ma Chenglin1,Yang Xuechun2,Dong Jingfeng1,Ma Chao1,An Lihua1
(1.Northeast University of Forestry,Harbin 150040;2.Hefei University,Hefei 230601,China)

In this paper,we identified the evaluation indexes in the selection of pallets,then analyzed the restrictive relations among the indexes,built the corresponding ANP structural model,determined the weight of the evaluation indexes and built the fuzzy evaluation model as well as the TOPSIS algorithm for its solution.At the end,we presented a numerical example of pallet selection for the underground logistics system of a generic inland city and determined the suitable pallet size and specification for the city.

underground logistics system;container unit;ANP;fuzzy TOPSIS

F570；F252

A

1005-152X(2015)10-0110-05

2015-09-06

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（DL12BB07）；黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（12533018）；黑龍江省博士后資助項(xiàng)目（LBH-Z2018）

馬成林(1982-)，男，黑龍江人，東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院物流工程系講師，研究方向：城市地下物流系統(tǒng)、行業(yè)物流耦合系統(tǒng)。

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.10.031