基于斗鏈模型的快遞物流運(yùn)作模式研究

徐翔斌，李 恒

（華東交通大學(xué)?交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，江西?南昌?330013）

基于斗鏈模型的快遞物流運(yùn)作模式研究

徐翔斌，李 恒

（華東交通大學(xué)?交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，江西?南昌?330013）

將斗鏈模型應(yīng)用于快遞物流業(yè)務(wù)中，構(gòu)建基于斗鏈模型的快遞物流運(yùn)作模式，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程進(jìn)行描述和研究，得到斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)中快遞員按照一定規(guī)則進(jìn)行作業(yè)，整個(gè)系統(tǒng)最終會(huì)自動(dòng)分配至一個(gè)平衡狀態(tài)的定理并進(jìn)行證明，最后通過(guò)數(shù)值模擬返回速度對(duì)斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)交接位置的影響和交接位置的演化，揭示斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)的自組織機(jī)理和典型特征，并就如何高效地實(shí)施斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)提出運(yùn)營(yíng)建議。

斗鏈模型；快遞物流；運(yùn)作模式；自組織

1概述

目前最常見(jiàn)的快遞物流運(yùn)作模式是將顧客需求分為多個(gè)區(qū)段，位于每個(gè)區(qū)段內(nèi)的快遞員直接往返于客戶和分撥中心進(jìn)行攬收作業(yè)，或者建立固定交接網(wǎng)點(diǎn)，快遞員往返于網(wǎng)點(diǎn)之間進(jìn)行接力式攬收[1]。這些模式在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要統(tǒng)一決策和集中調(diào)度，具有攬收效率波動(dòng)大、空攬率高、攬收距離長(zhǎng)等缺點(diǎn)。隨著電商的迅猛發(fā)展，快遞物流的需求具有小批量、多批次、時(shí)變性高等典型特點(diǎn)[2]，其運(yùn)作的靈活性和適應(yīng)性就變得越來(lái)越重要，如何在多變和復(fù)雜需求背景下提高快遞物流的運(yùn)作效率和客戶滿意度[3]，是快遞企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。斗鏈模型是管理領(lǐng)域一種重要的模型，其理論研究開(kāi)始于喬治亞理工學(xué)院的 BARTHOLDI J J 和芝加哥大學(xué)的 EISENSTEIN D D[4]，主要運(yùn)用于生產(chǎn)物流領(lǐng)域。根據(jù)該理論，將工人按照工作效率由低到高的順序依次排列在生產(chǎn)線上，并遵循簡(jiǎn)單的規(guī)則進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，就能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中工人作業(yè)任務(wù)的自動(dòng)分配，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自組織運(yùn)營(yíng)[5]。斗鏈模型作為一種新的生產(chǎn)組織形式，具有良好的自適應(yīng)性、自平衡能力和廣泛的實(shí)用性，越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視。目前斗鏈模型的理論研究和實(shí)際應(yīng)用集中在制造企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)服裝、電子、圖書、工程機(jī)械等領(lǐng)域生產(chǎn)作業(yè)自組織運(yùn)營(yíng)[6-9]，并且在倉(cāng)庫(kù)揀貨作業(yè)中得到成功的運(yùn)用[10]。在固定區(qū)段攬收模式下，如果區(qū)段業(yè)務(wù)量不均衡，則快遞員的業(yè)務(wù)能力難以與其所在區(qū)段攬收任務(wù)匹配。將斗鏈模型應(yīng)用于快遞物流系統(tǒng)，建立斗鏈?zhǔn)娇爝f物流運(yùn)作模式，研究其自組織機(jī)理，并進(jìn)行數(shù)值仿真，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)段快遞員的工作能力與攬收任務(wù)的動(dòng)態(tài)匹配，為快遞公司的包裹攬收業(yè)務(wù)運(yùn)作模式優(yōu)化提供建議。

2問(wèn)題描述

2.1系統(tǒng)假設(shè)

假設(shè)物流市場(chǎng)需求高度集中、連續(xù)、均勻地分布在商業(yè)中心區(qū)，參照斗鏈?zhǔn)缴a(chǎn)系統(tǒng)的做法，用快遞員在攬收線路上的攬收速度表示其所在區(qū)段的工作效率。在此前提下，考慮一個(gè)由 n 個(gè)區(qū)段組成的直線型快遞物流系統(tǒng)。

假設(shè) 1：待攬收的包裹均勻地分布在攬收線路上，并將該線路的全部攬收任務(wù)規(guī)范化為常量 1。

將 xi定義為區(qū)段 i－1 (i = 2，3，…，n) 的終點(diǎn)位置，也就是區(qū)段 i－1 和區(qū)段 i 的快遞員交接位置，用快遞員處于該位置時(shí)的攬收任務(wù)完成程度來(lái)表示，x1= 0 表示開(kāi)啟攬收任務(wù)，xn +1= 1 表示將包裹送入快遞公司的分撥中心、完成全部攬收任務(wù)。

假設(shè)2：區(qū)段的工作效率用快遞員的攬收速度 vi表示，區(qū)段之間的工作效率具有差異性。

假設(shè)3：所有區(qū)段上的快遞員返回取件時(shí)的速度相同，均為 vr。

假設(shè)4：不考慮區(qū)段之間攬收的交接時(shí)間。

2.2斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程

斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)的運(yùn)作過(guò)程如下：所有快遞員按照攬收速度從低到高的順序依次排列在攬收線路的起點(diǎn)上開(kāi)始攬收作業(yè)，假設(shè)區(qū)段之間的工作效率關(guān)系為 v1＜v2＜…＜vn，由于區(qū)段之間工作效率不同，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，工作效率最大的區(qū)段 n 的快遞員最先到達(dá)攬收線路的終點(diǎn)，當(dāng)區(qū)段 n 的快遞員攬收任務(wù)完成后，就觸發(fā)斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)其余區(qū)段之間快遞員的包裹交接，將從區(qū)段 n 和區(qū)段 n－1 的快遞員交接開(kāi)始，其余相鄰區(qū)段快遞員依次各完成一次包裹交接定義為一個(gè)攬收輪次。

區(qū)段 n 的快遞員將包裹送入分撥中心后，掉頭沿原路返回取件，直至遇到正在前行攬收的區(qū)段 n－1 的快遞員，區(qū)段 n 的快遞員接管區(qū)段 n－1的快遞員已攬收得到的包裹，然后掉頭繼續(xù)前行；區(qū)段 n－1 的快遞員在包裹被接管后，掉頭沿?cái)埵站€路返回取件，直至遇到區(qū)段 n－2 的快遞員，接管后者已經(jīng)攬收得到的包裹后掉頭繼續(xù)前行；依次類推，直至位于區(qū)段 1 的快遞員在包裹被區(qū)段 2 的快遞員接管后返回至攬收線路的起點(diǎn)，開(kāi)啟下一輪的攬收任務(wù)。斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)作業(yè)規(guī)則如下。

（1）前行攬收規(guī)則。繼續(xù)當(dāng)前正在進(jìn)行的攬收作業(yè)，直至以下情況發(fā)生：①當(dāng)前區(qū)段的快遞員已經(jīng)攬收到的包裹被下一個(gè)區(qū)段的快遞員接管；②完成本輪所有包裹的攬收任務(wù) (如果該區(qū)段是攬收系統(tǒng)中的最后區(qū)段)。

（2）返回取件規(guī)則。繼續(xù)當(dāng)前正在進(jìn)行的返回取件作業(yè)，直至以下情況發(fā)生：①到達(dá)區(qū)段的起點(diǎn)(如果該區(qū)段是攬收系統(tǒng)中的第 1 區(qū)段)；②接管上一個(gè)區(qū)段的快遞員已經(jīng)攬收得到的包裹 (如果該區(qū)段不是攬收系統(tǒng)中的第 1 區(qū)段)。

3斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)自組織分析

3.1定理及其證明

定理：對(duì)于斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)，如果 n 名快遞員按照攬收速度從低到高的順序依次排列在攬收線路的起點(diǎn)，并且按照上述規(guī)則進(jìn)行攬收作業(yè)，那么斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自組織，即斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)在簡(jiǎn)單作業(yè)規(guī)則指導(dǎo)下，依賴區(qū)段中快遞員之間自發(fā)的互助、協(xié)同工作，整個(gè)快遞物流系統(tǒng)工作任務(wù)最終會(huì)自動(dòng)分配至一個(gè)平衡狀態(tài)。定理的證明如下。

圖1　快遞物流系統(tǒng)區(qū)段之間交接位置關(guān)系

在第 k－1 輪，區(qū)段 i 與區(qū)段 i－1 的快遞員在 A 點(diǎn)相遇并進(jìn)行包裹交接，隨后，區(qū)段 i 的快遞員以速度 vi前行攬收；與此同時(shí)，區(qū)段 i－1 的快遞員掉頭以速度 vr返回取件，直至在 C 點(diǎn)遇到前行攬收的區(qū)段 i－2 的快遞員，區(qū)段 i－1 的快遞員在接管區(qū)段 i－2 的快遞員已攬收得到的包裹后，掉頭以速度 vi－1前行攬收；區(qū)段 i 的快遞員與返回取件的區(qū)段 i + 1 的快遞員相遇于 B 點(diǎn)，進(jìn)行第 k 輪交接；區(qū)段 i 的快遞員將已攬收得到的包裹交接給區(qū)段 i + 1 的快遞員后，掉頭以速度 vr返回取件，在 D 點(diǎn)與區(qū)段 i－1 的快遞員再次相遇，并進(jìn)行第 k 輪交接。

由此可以得到區(qū)段之間的快遞員交接位置關(guān)系，即

由公式 ⑴ 可以得到區(qū)段 i 與區(qū)段 i－1 (i = 2，3，…，n) 的快遞員在第 k 輪交接位置為

式中：，由于 vi＞vi－1，故0＜?i＜1；。

斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)的自組織過(guò)程可以描述為線性系統(tǒng)模型，即式中：；系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 A = AnA1A2…An－1；向量 b = (0，0，…，?n)T。yk和 b 為 n 維列向量，矩陣 Ai(i = 1，2，…，n) 為 n×n 方陣，除第 i 行外，其主對(duì)角線上的元素為 1，其余為 0。A1為對(duì)角矩陣，主對(duì)角元素都為 1；矩陣 Ai(i = 2，…，n－1)的第 i 行有 3 個(gè)非零元素，分別位于第 i－1， 和 i + 1 列，其值分別為 1，－?i和 ?i；矩陣 An第 n 行有 2 個(gè)非零元素 1 和 －?n，分別位于第 n－1 和 n 列。由于 0＜?i＜1，Ai每行元素之和均小于或等于 1，則系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 A = AnA1A2…An－1的所有特征值均小于 1，由公式 ⑶ 的格式所描述的斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)最終收斂至一個(gè)平衡狀態(tài)[11]。

3.2快遞員交接位置

由定理可知，達(dá)到平衡狀態(tài)后，相鄰區(qū)段的快遞員交接位置惟一，由于快遞物流系統(tǒng)中相鄰區(qū)段的快遞員之間交接時(shí)間間隔相等，而相鄰區(qū)段之間快遞員交接時(shí)間間隔包括前行攬收的時(shí)間和返回取件的行駛時(shí)間，即

由公式 ⑷ 可以計(jì)算得到區(qū)段之間的快遞員交接位置 xi(i = 2，…，n)為

進(jìn)而得到各區(qū)段之間的快遞員交接位置向量X = (x2，x3，…，xn)。這時(shí)各區(qū)段所承擔(dān)的攬收任務(wù) zi(i = 1，2，…，n)為

4數(shù)值模擬分析

考慮一個(gè)由 3 個(gè)區(qū)段構(gòu)成的斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)，各區(qū)段的攬收速度分別為 v1= 0.2，v2= 0.3，v3= 0.5，返回取件時(shí)的速度為 vr，起始位置為X = (0，0，0)，分析返回速度對(duì)斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)自組織過(guò)程中快遞員交接位置的影響，模擬結(jié)果如圖2 所示；當(dāng) vr= 0.5 時(shí)，快遞物流系統(tǒng)中交接位置演化過(guò)程如圖3所示。

圖2　返回速度對(duì)斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)交接位置的影響

圖3　斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)中交接位置演化過(guò)程

從數(shù)值模擬結(jié)果可以看出：①斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自組織運(yùn)營(yíng)；②在需求高度集中、連續(xù)、均勻分布的物流市場(chǎng)中，可以利用斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)區(qū)段需求和能力的動(dòng)態(tài)匹配；③對(duì)于斗鏈?zhǔn)娇爝f物流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以在交接位置處建立攬收網(wǎng)點(diǎn)，這意味著攬收網(wǎng)點(diǎn)的數(shù)量和覆蓋范圍能夠自適應(yīng)快遞物流需求的變化，優(yōu)化物流系統(tǒng)的資源配置，實(shí)現(xiàn)整個(gè)物流市場(chǎng)供給與需求的動(dòng)態(tài)匹配。

快遞物流的作業(yè)過(guò)程主要由收寄信息的處理、包裝、資費(fèi)計(jì)算、包裹運(yùn)回等標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，作業(yè)方式比較簡(jiǎn)單，技術(shù)含量不高，只要按照攬收速度從低到高的順序?qū)⒖爝f員排列在攬收線路上，就可以實(shí)現(xiàn)快遞物流系統(tǒng)自組織運(yùn)作，不需要斗鏈?zhǔn)缴a(chǎn)系統(tǒng)中的工人多技能培訓(xùn)、生產(chǎn)線改造和工藝流程優(yōu)化等基礎(chǔ)性工作，這意味著在快遞物流系統(tǒng)中實(shí)施斗鏈作業(yè)模式的優(yōu)勢(shì)更加明顯。需要說(shuō)明的是，斗鏈?zhǔn)娇爝f攬收系統(tǒng)僅僅依賴攬收員工之間的自發(fā)分工、互助和協(xié)作，在實(shí)施過(guò)程中，快遞公司還需要對(duì)激勵(lì)措施、考核方式和績(jī)效評(píng)估方法進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以便最大限度地提高斗鏈?zhǔn)娇爝f攬收系統(tǒng)的運(yùn)作效率。

5結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)固定分區(qū)快遞攬收模式在區(qū)段間業(yè)務(wù)量不均衡的情況下快遞員的攬收能力難以與其所在區(qū)段業(yè)務(wù)量匹配這一問(wèn)題，將斗鏈模型拓展應(yīng)用于快遞攬收過(guò)程中，構(gòu)建動(dòng)態(tài)分區(qū)的斗鏈?zhǔn)娇爝f攬收系統(tǒng)；系統(tǒng)僅僅依賴攬收快遞員之間自發(fā)的互助、協(xié)同工作，就能夠?qū)崿F(xiàn)快遞員攬收能力與其所在區(qū)段業(yè)務(wù)量的動(dòng)態(tài)匹配，整個(gè)快遞攬收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自組織運(yùn)營(yíng)。作為管理科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要模型，斗鏈模型在生產(chǎn)制造領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)其在快遞攬收過(guò)程中的應(yīng)用研究可為快遞攬收提供一種新的運(yùn)作模式和作業(yè)優(yōu)化方法。由于城市中的快遞攬收線路比較復(fù)雜，后續(xù)可進(jìn)一步研究網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下斗鏈?zhǔn)娇爝f攬收系統(tǒng)的自組織問(wèn)題。

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責(zé)任編輯：呂向茹

Research on Self-Organization Express Freight System based on of Bucket Brigade Model

XU Xiang-bin，LI Heng

(School of Mechanical and Electrical Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, Jiangxi, China)

The bucket brigade model is introduced into the express freight operation process and the bucket brigade model is constructed based on the description and research of the whole process of the express freight operation system, and self-organization feature and influencing factors of the model are researched with the consideration of return velocity. Finally, the selforganization mechanism and related characteristic features are obtained by numerical simulation, and corresponding suggestions about how to implement principles of the bucket brigade model in operation management effectively are explored.

bucket brigade Model; Express Freight; Operation Management; Self-Organization

1003-1421(2016)10-0008-05

F259.27

A

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.10.02

2015-12-21

2016-06-16

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (71540039)；江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (20151BAB207060)；華東交通大學(xué)校立課題 (13JD04)