(天津交通職業(yè)學(xué)院，天津 300110；天津市物資貿(mào)易學(xué)校，天津 300181)

一、圖書物流的特點(diǎn)

圖書物流與其他商品的物流相比具有以下6個(gè)特點(diǎn)：

圖書的品種繁多、需求量大，入庫時(shí)需要拆包錄入相關(guān)信息，出庫也要再次復(fù)核，給圖書進(jìn)出庫作業(yè)造成了一定的困難；圖書的包裝方式與一般物流商品不同。圖書的材料為紙質(zhì)，有8開本，16開本，32開本等，各類圖書版面大小不同，根據(jù)價(jià)格和需求量的不同，可以選擇單件包裝，也可以選擇紙質(zhì)包裝，這大大增加了采用標(biāo)準(zhǔn)化處理的難度；圖書采用碼洋為基本單位，增加了會(huì)計(jì)人員核算的難度；圖書的ISBN碼不唯一，存在一碼多書的情況，這無疑給賬目管理和實(shí)物管理帶來困難，很難采取單一品種進(jìn)行管理的策略；圖書由于自身的屬性，對存儲(chǔ)保管的環(huán)境要求嚴(yán)格，尤其要注意溫濕度、防火、防蟲；圖書的退貨量大，提高了圖書物流自動(dòng)化、信息化的要求，成為長期困擾圖書物流系統(tǒng)的難題。

二、多Agent概述

(一)Agent與多Agent的概念及系統(tǒng)特點(diǎn)

Agent的概念由麻省理工學(xué)院的著名計(jì)算機(jī)學(xué)家和人工智能學(xué)科創(chuàng)始人之一的Minsky率先提出的。1986年，Minsky在《思維的社會(huì)》中指出Agent是社會(huì)中的某些個(gè)體經(jīng)過協(xié)商之后可求得問題的解，這些個(gè)體就是Agent，它們應(yīng)具有社會(huì)交互性和智能性。由此以后，Agent的概念快速成為研究的熱點(diǎn)問題，進(jìn)而引入到人工智能和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，并迅速成為研究熱點(diǎn)。我國許多學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究，其中劉大有教授在對 Agent 的描述基礎(chǔ)上指出，一個(gè)Agent應(yīng)該具有自治性、反應(yīng)性、針對性和面向目標(biāo)性四個(gè)基本特征，除此之外，還可以針對具體問題表現(xiàn)出其他計(jì)算機(jī)智能化的特性，如自適應(yīng)性、持續(xù)性、可調(diào)節(jié)性等。

多Agent系統(tǒng)(Multi-Agent)是多個(gè)Agent組成的集合，也可以理解為將一個(gè)復(fù)雜的Agent系統(tǒng)，劃分為若干個(gè)Agent的小系統(tǒng)。各個(gè)Agent 都具有特定的資源和功能，他們之間相互協(xié)調(diào)，相互服務(wù)，共同完成一個(gè)任務(wù)。多Agent主要研究目的是通過多個(gè)Agent所組成的交互式團(tuán)體來求解超出Agent個(gè)體能力的復(fù)雜問題。因此，可以對多 Agent的定義概括為：多Agent系統(tǒng)由多個(gè)單個(gè)Agent組成，通過各個(gè)Agent之間的相互溝通與協(xié)助，共同完成對現(xiàn)實(shí)復(fù)雜多變問題的求解。與單個(gè)Agent相比，多Agent系統(tǒng)具有下列5個(gè)特點(diǎn)：對復(fù)雜問題的解決能力強(qiáng)：由多個(gè)Agent組合，解決能力優(yōu)于單個(gè)Agent；系統(tǒng)更加靈活多變：為完成同一目標(biāo)，各Agent既相互獨(dú)立，又相互協(xié)調(diào)；系統(tǒng)計(jì)算能力強(qiáng)：各個(gè)Agent之間可以并行計(jì)算，快速對問題求解；系統(tǒng)擴(kuò)展性能強(qiáng)大：各Agent之間彼此獨(dú)立，增減參數(shù)、變量方便控制；系統(tǒng)可靠性能增強(qiáng)：各系統(tǒng)相對獨(dú)立，單個(gè)Agent出現(xiàn)問題，具有相似功能的Agent可以代替執(zhí)行，對整個(gè)系統(tǒng)影響小，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性能。

(二)多Agent建模的主要步驟

多Agent系統(tǒng)是由多個(gè)Agent組成，它是一種從點(diǎn)到面的建模方法。首先，根據(jù)問題，分析環(huán)境，將負(fù)責(zé)多變的環(huán)境進(jìn)行抽象；然后，逐個(gè)建立單個(gè)Agent，并設(shè)置參數(shù)、變量等；最后，將各Agent封裝在一個(gè)系統(tǒng)里，按照一定的規(guī)則對問題進(jìn)行求解。建模的基本步驟可以概括為：第一步，對各Agent進(jìn)行抽象。根據(jù)分析將負(fù)責(zé)的系統(tǒng)抽象為一個(gè)個(gè)獨(dú)立Agent，他們可以獨(dú)立完成各自任務(wù)。第二步，建立Agent模型。通過對Agent任務(wù)的分析，建立Agent，并根據(jù)各Agent的不同賦予一定的變量、參數(shù)或者函數(shù)等。第三步，構(gòu)建多Agent體系。將已建立的Agent進(jìn)行組合，根據(jù)設(shè)置目標(biāo)，共同來完成任務(wù)。

三、多Agent在SF物流公司的應(yīng)用

(一)配送現(xiàn)狀

SF物流公司是一家專注于國內(nèi)干線運(yùn)輸、市區(qū)配送、貨物倉儲(chǔ)、國際貨代、物流解決方案策劃與設(shè)計(jì)的國家5A級綜合物流企業(yè)。目前，全國擁有215家分公司，自由貨車1300多輛，長期加盟的社會(huì)車輛10000多輛，倉儲(chǔ)總面積65萬平方米。公司始終奉行“一切從客戶的需求出發(fā)，超越客戶期望”的經(jīng)營理念，秉持配送速度更快一點(diǎn)、圖書損耗更少一點(diǎn)、信息對接更便捷一點(diǎn)，增值服務(wù)再多一點(diǎn)的愿景，SF物流公司與時(shí)俱進(jìn)、不斷創(chuàng)新，服務(wù)的客戶數(shù)量與質(zhì)量遞增，整體運(yùn)營水平與經(jīng)濟(jì)效益蒸蒸日上。SF物流公司一般是當(dāng)天配送前一天的圖書訂單，在前一天晚上已規(guī)劃好配送路徑并進(jìn)行裝車，現(xiàn)從眾多案例中隨機(jī)抽取某一天的配送訂單。每一種圖書的包裝單位為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)包件，重量約為20公斤，0.03個(gè)方，配送時(shí)不滿一包的按一包處理；物流配送中心擁有同一型號(hào)配送車輛12臺(tái)，裝載容量為500標(biāo)準(zhǔn)包件；現(xiàn)需將一定的數(shù)量的客戶訂單送到需求地點(diǎn)。

(二)建立數(shù)學(xué)模型

1.假設(shè)條件。在整個(gè)配送過程中，受諸多因素影響，為了方便建模和求解，需對該問題進(jìn)行一定的抽象和簡化。具體假設(shè)條件如下：(1) 每輛配送車的最大載重量一定，不允許超重，每個(gè)客戶需求量不超過車輛的最大載重量；(2) 配送中心以及每個(gè)客戶所在的地理位置已經(jīng)確定；(3) 配送中心采用統(tǒng)一規(guī)格的配送車輛，車容確定；(4) 在配送任務(wù)開始前，所有客戶的貨物已經(jīng)提前裝上配送車輛，等待發(fā)車；(5) 在一次配送任務(wù)中，每個(gè)客戶的貨物不允許分批配送，且只能被一輛車服務(wù)；(6) 每輛配送車均從配送中心出發(fā)，完成配送任務(wù)后，立即返回配送中心；(7) 每輛配送車到達(dá)客戶后，立即卸貨，且卸貨時(shí)間固定。

2.模型建立。目標(biāo)函數(shù)的建立

(式4-1)

(式4-2)

(式4-3)

(式4-4)

(式4-5)

模型中相關(guān)參數(shù)定義如下：

其中，k為車輛總數(shù)，k∈{1,2,…,K}；C為客戶需求點(diǎn)總數(shù)，配送中心定義為0；Cij為由需求點(diǎn)i到需求點(diǎn)j的運(yùn)輸成本，其中i≠j，且i,j∈{0,1,2,…,V}；Q為車輛的裝載容量。

上述模型中，式(4-1)為目標(biāo)函數(shù)，表示總的配送成本最低，式(4-2)為車輛的承載能力約束條件；式(4-3)保證了每個(gè)需求點(diǎn)的配送任務(wù)僅由一輛車服務(wù)，而所有配送任務(wù)則至多由V輛車共同完成；式(4-4)和式(4-5)限制了車輛到達(dá)和離開需求點(diǎn)有且僅有一輛車。

3.模型改進(jìn)。通過對圖書配送中心以及圖書物流配送作業(yè)活動(dòng)的調(diào)研分析，為了便于問題研究，將配送中心作業(yè)活動(dòng)中與配送作業(yè)不直接相關(guān)的成本排除，可以將配送活動(dòng)涉及的成本分為三個(gè)方面：固定成本(不隨配送量和配送距離變化的成本)、單位距離變動(dòng)成本和單位配送量變動(dòng)成本。

結(jié)合圖書物流配送所涉及的成本主要分為三個(gè)部分：與出車數(shù)量相關(guān)的成本、與圖書配送量相關(guān)的成本以及與配送距離相關(guān)的成本。則對原VRP模型進(jìn)行改進(jìn)：

模型中相關(guān)參數(shù)定義如下：

s：單位出車固定成本

m：出車數(shù)量

u：單位配送量變動(dòng)成本

Q： 客戶總需求量

c：單位配送量變動(dòng)成本

d：i,j之間的距離。

(三)數(shù)據(jù)整理

1.成本數(shù)據(jù)。通過對SF物流公司實(shí)地調(diào)查研究，固定成本中駕駛員基本工資與保險(xiǎn)，主要包括基本工資、安全獎(jiǎng)、社保、司機(jī)月雇主險(xiǎn)，合計(jì)3315元/每人/每月；車輛的月檢與流量通信費(fèi)，合計(jì)300元/每人/每月；折舊及保險(xiǎn)車船費(fèi)用，其中折舊年限一般按照5-7年進(jìn)行折舊，本文以5年為例，合計(jì)4800元/每輛/每月。按照1輛貨車配備2個(gè)工作人員，駕駛員基本工資與保險(xiǎn)221元/每輛/每天，車輛的月檢與流量通信費(fèi)20元/每輛/每天，折舊及保險(xiǎn)車船費(fèi)160元/每輛/每天，總計(jì)單位車輛固定成本是401.2元/每輛/每天。單位距離變動(dòng)成本中維修費(fèi)用與輪胎費(fèi)用為0.8元/公里，燃油費(fèi)為1.5元/公里，駕駛員變工工資0.6元/公里。單位配送量變動(dòng)成本中揀選單位時(shí)間成本120元/小時(shí)，每小時(shí)揀選240包，合計(jì)揀選成本為0.5元/包，裝車單位時(shí)間成本60元/小時(shí)，每小時(shí)裝車120包，合計(jì)裝車成本為0.5元/包。

2.客戶需求數(shù)據(jù)。從眾多配送量中截取某天的配送量如下表1所示：

表1 客戶坐標(biāo)及訂單量表

3.配送優(yōu)化。首先，在AnyLogic軟件8.3.2版的平臺(tái)界面中創(chuàng)建一個(gè)新的模型，將其命名為“基于多Agent的圖書物流配送路徑優(yōu)化”。(1)系統(tǒng)層Agent構(gòu)建。在AnyLogic中，Main層是各Agent之間創(chuàng)建信息的交流和交換的平臺(tái)，同時(shí)該層也是進(jìn)行仿真模擬運(yùn)行的界面。在一個(gè)模型創(chuàng)建完成后，系統(tǒng)內(nèi)部本身就已經(jīng)包含一個(gè)主界面Main層，因此，在創(chuàng)建完模型后，僅需按照需要?jiǎng)?chuàng)建各Agent，再將各Agent與主界面Main創(chuàng)建聯(lián)系，也就是將其他Agent拖入到Main中。在該模型中，結(jié)構(gòu)層Agent有配送中心Agent、客戶Agent、車輛Agent，在AnyLogic中，通過創(chuàng)建新智能體即可實(shí)現(xiàn)，分別命名為Distribution、Customer、Truck，在通過Main將其鏈接。對于這三個(gè)結(jié)構(gòu)Agent進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，其中Distribution和Customer在模型中均有名稱和位置兩個(gè)基本屬性，一般在配送系統(tǒng)中都含有多個(gè)客戶，需要對客戶進(jìn)行編碼或識(shí)別不同客戶。在主界面Main中加入GIS地圖，建立配送的路網(wǎng)信息，然后將已建立的各Agent進(jìn)行連接，同時(shí)將訂單發(fā)送給車輛Agent，車輛接到指令后，按照設(shè)置好的路徑進(jìn)行配送。

目標(biāo)函數(shù)：

出車成本：401 * nCars

圖書配送距離成本：2.9*D(配送車輛總距離公里)

圖書配送量成本：訂單數(shù)*1

總成本=出車成本+圖書配送距離成本+圖書配送量成本

(2)結(jié)構(gòu)層Agent的構(gòu)建。在結(jié)構(gòu)Agent層中，需要根據(jù)各Agent的不同功能來設(shè)置不同的屬性，最后通過Agent之間的交流和協(xié)作共同完成配送車輛線路優(yōu)化。第一步，建立配送中心Agent。創(chuàng)建配送中心Agent，從面板三維物體建筑物中加入配送中心庫房，并對配送中心Agent進(jìn)行設(shè)置。第二步，建立車輛Agent。創(chuàng)建車輛Agent，從面板三維物體中道路運(yùn)輸中加入貨車，并對配送中心Agent進(jìn)行設(shè)置。第三步，創(chuàng)建客戶Agent。創(chuàng)建客戶Agent，從面板三維物體建筑物中加入客戶倉庫，并對客戶Agent進(jìn)行設(shè)置。第四步，對所創(chuàng)建多Agent進(jìn)行求解。完成上面的操作后，點(diǎn)擊基于多Agent的圖書物流配送路徑優(yōu)化運(yùn)行按鈕，模型即開始運(yùn)行，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，生成車輛配送方案和目標(biāo)函數(shù)，如下：

路線1：配送中心—客戶4—客戶5—客戶3—配送中心

路線2：配送中心—客戶8—客戶7—客戶6—配送中心

路線3：配送中心—客戶2—配送中心

路線4：配送中心—客戶1—配送中心

總成本=出車成本+圖書配送距離成本+圖書配送量成本=3441.41

五、結(jié)論

本文主要講出車成本、圖書配送距離成本和圖書配送量成本作為總成本，下面通過表格的方式對優(yōu)化前后的成本做簡單的分析。

表2 配送路線優(yōu)化線路前后的線路效益對比

由表2中，我們可以從總成本節(jié)約了571.17，這樣不僅縮短了圖書配送的距離和時(shí)間，更使配送中心有 輛配送車輛閑置，就可以用來應(yīng)對緊急狀況，或者可以提前配送較遠(yuǎn)地區(qū)的圖書或其他物品等，有利于提高車輛的利用率，降低運(yùn)輸成本，使運(yùn)輸效率達(dá)到更高，從整體上提高了配送效率和服務(wù)質(zhì)量以及企業(yè)的信譽(yù)。同時(shí)采用模擬仿真，不僅可以看到每輛車在實(shí)際配送中的動(dòng)態(tài)過程，直到配送過程結(jié)束，還可以直觀地看到最優(yōu)化配送路線及總配送成本，為圖書物流配送路線優(yōu)化提供重要參考。