基于網(wǎng)絡(luò)DEA的貨車運用過程相對效果評價方法

李夏苗，郭旺，王麗珊，金偉

基于網(wǎng)絡(luò)DEA的貨車運用過程相對效果評價方法

李夏苗，郭旺，王麗珊，金偉

(中南大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)

基于貨車運用過程，建立貨車裝卸、中轉(zhuǎn)、旅行和全周轉(zhuǎn)活動關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)投入產(chǎn)出原理，設(shè)計體現(xiàn)貨車資源占用、貨物工作效率和效果的投入產(chǎn)出評價指標(biāo)體系，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)DEA方法與超效率方法構(gòu)建貨車運用過程相對效果評價模型。以2015年全路鐵路局實際數(shù)據(jù)為例，對其貨車運用的相對效果進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：裝卸和中轉(zhuǎn)作業(yè)過程效率對整體效果影響顯著，各路局應(yīng)結(jié)合各自貨運市場與生產(chǎn)特點選擇相應(yīng)運輸組織模式，提高貨車運用效果。

鐵路運輸；貨車運用；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；相對效率

中國國家鐵路實行貨車全路通用，各路局公司按租用關(guān)系運用貨車，按使用時間向鐵總繳納貨車使用費。在路網(wǎng)一體化運營條件下，各路局公司有著不同的貨運市場環(huán)境和貨運生產(chǎn)服務(wù)特征，按照運輸企業(yè)市場化發(fā)展的要求，運輸企業(yè)的貨車運用不僅要有提高貨車旅行速度、壓縮中轉(zhuǎn)停留時間等體現(xiàn)運用效率的指標(biāo)，也需要體現(xiàn)最終效果的貨運量和貨運收入等指標(biāo)。故此，對貨車運用的評價要體現(xiàn)“以效率為基礎(chǔ)、以效益為導(dǎo)向”。傳統(tǒng)的貨車運用指標(biāo)與評價主要側(cè)重企業(yè)生產(chǎn)管理要求，設(shè)計了中轉(zhuǎn)車停留時間、貨物作業(yè)車停留時間、貨車旅行速度、貨車周轉(zhuǎn)時間和貨車日車公里等反映貨車運用狀態(tài)的數(shù)量性和質(zhì)量性指標(biāo)[1]，主要體現(xiàn)的是貨車在運用過程的效率情況。依據(jù)市場化經(jīng)營的目標(biāo)，貨車的運用應(yīng)該導(dǎo)向于增加貨運量和貨運收入。從貨運生產(chǎn)與服務(wù)角度看，鐵路運輸企業(yè)是一個典型的投入—產(chǎn)出生產(chǎn)服務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)活動就是利用生產(chǎn)投入要素獲取經(jīng)濟效益的過程，盡可能提高投入資源的效率和增加產(chǎn)出效益是其主要任務(wù)之一?；谕度搿a(chǎn)出分析原理，已有研究成果從總體層面建立了多資源投入與產(chǎn)出水平、經(jīng)營績效的評價指標(biāo)體系和評價方法[2?8]。游艷雯等[6?7]指出新的評價方法的梳理與應(yīng)用研究，在評價指標(biāo)體系與指標(biāo)設(shè)計上做了更有實用價值的工作[6, 8]。Marchetti等[9?12]將兩階段DEA和網(wǎng)絡(luò)DEA方法應(yīng)用于系統(tǒng)的效率評價，打開了系統(tǒng)“黑箱”，拆分貨運活動過程，將效率評價從總體深入到環(huán)節(jié)與過程，分析結(jié)論更加具體。鐵路貨車運用過程承載了大多數(shù)貨運資源尤其是貨車資源的投入。從具體投入資源的角度，按過程分析其投入產(chǎn)出的效果，對具體資源的運用安排與調(diào)度有更實際的價值。形成從系統(tǒng)總體、系統(tǒng)總體分過程、系統(tǒng)具體資源、系統(tǒng)具體資源分過程的全鏈投入產(chǎn)出效果分析體系，為運輸企業(yè)從宏觀、中觀到微觀的資源投入產(chǎn)出科學(xué)經(jīng)營決策提供依據(jù)。傳統(tǒng)的鐵路貨車運用效果分析偏重于效率，郭曉黎等[13]提出運用模糊綜合評價方法分析鐵路貨車運用效率，將貨物發(fā)送量、貨物周轉(zhuǎn)量等納入到測度指標(biāo)體系，體現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營的要求。本文運用網(wǎng)絡(luò)DEA方法，設(shè)計分過程的貨車資源運用投入產(chǎn)出指標(biāo)，建立貨車運用效果導(dǎo)向的評價方法，以豐富鐵路貨車資源運用決策方法。

1 貨車運用過程分析

基于鐵路貨物時空位移的完成過程，可將貨車運用過程劃分為在裝卸站(點)作業(yè)停留、在途中技術(shù)站中轉(zhuǎn)作業(yè)停留和在途旅行3個相對獨立環(huán)節(jié)。投入的鐵路貨車資源主要分布在這3個環(huán)節(jié)之中。以此為基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的鐵路貨車運用效率分析建立了以貨車平均周轉(zhuǎn)時間為中心的效率指標(biāo)體系，包括旅行速度、全周轉(zhuǎn)距離、運用車車輛日、運用車日產(chǎn)量等(《鐵路貨車統(tǒng)計規(guī)則》(鐵總計統(tǒng)[2017]195號))。用運用車日產(chǎn)量指標(biāo)反映貨車運用綜合效果。

但這種以貨車運用過程的效率分析為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)方法，無法從內(nèi)在關(guān)系上將收入與具體運用過程建立聯(lián)系，也不能對不同環(huán)境與條件的貨車運用綜合效果進(jìn)行評價分析。例如，不同路局貨運市場以及貨車的運用特征不同，有的路局貨物發(fā)送量大、到卸量小；有的路局以接運通過車流為主，貨物發(fā)到量??；有的路局貨物到卸量大、發(fā)送量?。挥械穆肪重浳镏苻D(zhuǎn)量少但貨運收入高等等。

隨著國家經(jīng)濟社會進(jìn)入后工業(yè)化時代，貨物運輸供需的主要矛盾從運輸?shù)臄?shù)量轉(zhuǎn)變成了運輸?shù)馁|(zhì)量，在一定的時空上，鐵路貨物運輸能力開始相對過剩。反映到鐵路貨物運輸生產(chǎn)活動中，鐵路貨車的運用過程隨貨運服務(wù)模式和產(chǎn)品的變化相應(yīng)也發(fā)生了變化。其中最主要的變化是，貨車運用最主要目標(biāo)變?yōu)樵黾迂涍\收入而不是以往關(guān)注的壓縮貨車周轉(zhuǎn)時間。依據(jù)市場化經(jīng)營的要求，貨車運用要以效益為中心，效率服務(wù)效益。貨車運用過程中增加了儲備環(huán)節(jié)，儲備一定量貨車以適應(yīng)市場需求的波動變化，“以車代庫”適應(yīng)物流化運輸要求。

企業(yè)的貨運收入直接與貨物發(fā)送量、貨物到卸量和貨物周轉(zhuǎn)量相關(guān)。在傳統(tǒng)效率指標(biāo)體系上，類似運用車日產(chǎn)量建立貨運收入、貨物發(fā)到量、貨物周轉(zhuǎn)量與貨車周轉(zhuǎn)時間的關(guān)系，從總體上建立起體現(xiàn)貨車運用效率和效益的指標(biāo)體系，實現(xiàn)對路局貨車運用產(chǎn)出多屬性特征和分過程貢獻(xiàn)的評價與 分析。

圖1 鐵路貨車周轉(zhuǎn)過程示意圖

2 基于網(wǎng)絡(luò)DEA的貨車運用效果評價原理

圖2 鐵路貨車運用過程關(guān)系結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)分析方法以貨車運用的時間為中心，測度的重心在于速度的快慢，并未關(guān)聯(lián)到相應(yīng)活動的“產(chǎn)出”情況。而DEA方法正好具有這種測度相對效率的優(yōu)勢。依據(jù)網(wǎng)絡(luò)DEA方法[10]可建立評價模型以評判各路局貨車運用相對效率，分析子過程對貨車運用整體過程的影響，其中超效率模型[2]能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)計算中多個路局均為DEA有效時對路局的完全排序，以下以超效率網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)建立鐵路貨車運用效果評價模型。

3 鐵路貨車運用效果評價模型

3.1 投入產(chǎn)出指標(biāo)選取

DEA方法中投入產(chǎn)出指標(biāo)選取對評價結(jié)果的可靠性、實用性有重要影響。指標(biāo)選擇的基本原則是應(yīng)能滿足貨車運用效果評價的主體要求，即能夠客觀反映各路局貨車資源投入產(chǎn)出情況；再者須考慮指標(biāo)的重要性和可獲得性。具體指標(biāo)選取如下。

3.1.1 投入指標(biāo)

從貨物運輸生產(chǎn)過程的角度看，任何子過程的完成都涉及到人財物的投入，而本文重點是關(guān)心單一資源投入的產(chǎn)出效果，或者說，在其他資源投入基本不變情況下貨車資源的運用效果。故此，以下僅以貨車車小時(車小時)來指代貨車資源投入，各子過程消耗貨車總車小時占比分別為1，2與3，由式(2)計算：

式中：為路局工作量(車)，其余符號含義如式(1)。

3.1.2 中間產(chǎn)出指標(biāo)

各子過程的中間產(chǎn)出涉及很多方面，各選取具有代表性的1個數(shù)量指標(biāo)與1個質(zhì)量指標(biāo)，匯總?cè)绫?所示。

表1 子過程產(chǎn)出指標(biāo)

3.1.3 最終產(chǎn)出指標(biāo)

以貨物發(fā)送量(萬t)和貨物周轉(zhuǎn)量(億t?km)衡量路局內(nèi)部運作工作量，以貨運收入(億元)體現(xiàn)路局公司作為運輸企業(yè)運用貨車獲取的經(jīng)營成果，利用生產(chǎn)運作和經(jīng)濟效益2方面產(chǎn)出綜合測度貨車運用效果，體現(xiàn)不同路局差異性。

3.2 模型構(gòu)建

3.2.1 生產(chǎn)子過程效率模型

依據(jù)超效率DEA的原理建立路局貨車運用的3個生產(chǎn)子過程效率評價模型如下：

3.2.2 全周轉(zhuǎn)效率模型

依據(jù)超效率DEA原理建立全周轉(zhuǎn)效率評價模型如下：

3.2.3 貨車運用效果評價模型

考慮貨車運用各作業(yè)環(huán)節(jié)對整體運用效果的影響與路局完全排序，第個路局的貨車運用相對效果即網(wǎng)絡(luò)效率評價模型如下：

4 算例分析

依據(jù)3.1所選取的貨車運用指標(biāo)搜集整理2015年國家鐵路相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)(部分)如表2所示，數(shù)據(jù)取自《中國鐵道年鑒》，其中投入指標(biāo)根據(jù)式(1)~(2)計算得到。

表2 鐵路局貨車運用統(tǒng)計數(shù)據(jù)

注：以上指標(biāo)單位同3.1節(jié)說明。

根據(jù)第3節(jié)構(gòu)建的模型對2015年全路18個路局公司貨車運用效果進(jìn)行評價，運用MATLAB軟件編程求解結(jié)果如表3。

1) 網(wǎng)絡(luò)效率是對路局在貨車資源使用效率的綜合測度。從表2可以看出，2015年我國鐵路局貨車運用總體水平與最優(yōu)投入產(chǎn)出水平間存在一定差距，平均技術(shù)效率為0.887，這意味著有近13%的貨車運用投入資源的效用尚未發(fā)揮。僅太原局、北京局、上海局是相對有效的，說明相較于其余路局，這3個路局的單位貨車運用投入獲得的產(chǎn)出更多。若采用一般網(wǎng)絡(luò)DEA模型，測算結(jié)果分布于0.6~1.0，相對有效的路局效率值均為1。而超效率網(wǎng)絡(luò)效率測算結(jié)果分布于0.6~1.5之間，證明所建立模型可對各路局進(jìn)行有效區(qū)分。

2) 裝卸過程方面，北京、太原、上海、西安、呼和浩特5個路局是相對有效的，排在后3位的是南昌、青藏、蘭州等路局，與排名靠前的路局存在一定差距。效率排名靠后的路局應(yīng)采取措施壓縮貨車在裝卸站(點)的作業(yè)停留時間，提高裝卸過程 效率。

3) 中轉(zhuǎn)過程方面，只有北京、太原和上海3個路局效率值大于1，說明這3個鐵路局在中轉(zhuǎn)子過程是相對有效的，其余路局則未達(dá)到DEA有效。非DEA有效的路局在中轉(zhuǎn)過程中消耗貨車車小時所獲得的產(chǎn)出不夠，應(yīng)設(shè)法減少貨車在技術(shù)站的中轉(zhuǎn)停留時間。

4) 旅行過程方面，18個路局效率值分布于0.7~1.1區(qū)間內(nèi)，且從標(biāo)準(zhǔn)差可以看到，該過程相比其余過程效率值離散程度更低，這表明2015年鐵路局旅行效率分布較為均衡，路局之間差異不是很大。整體貨車運用效率落后的路局想要縮小與其他路局的差距，從提升裝卸效率、中轉(zhuǎn)效率著手更易收獲成效。

5) 貨車全周轉(zhuǎn)效率體現(xiàn)了貨運收入、貨物發(fā)送量、貨物周轉(zhuǎn)量與貨車周轉(zhuǎn)時間的關(guān)系。太原、北京和上海3個路局效率較高，昆明、南昌和青藏3個路局排名靠后。效率較低的路局應(yīng)根據(jù)自身貨運生產(chǎn)特點采取相應(yīng)貨車運用措施加速貨車周轉(zhuǎn)，提高貨車單位裝運能力或者貨車單位裝運價值。

6) 鐵路貨車運用過程整體有效的充要條件是各子過程均為DEA有效，例如呼和浩特局、西安局裝卸子過程為DEA有效，但其余子過程呈相對無效率致使網(wǎng)絡(luò)效率值小于1?？梢钥闯鼍W(wǎng)絡(luò)DEA模型可以打開系統(tǒng)“黑箱”，找出影響整體效率的環(huán)節(jié)，為提高貨車運用效率提供參考。

表3 2015年鐵路局貨車運用效率

5 結(jié)論

1) 傳統(tǒng)評價方法以貨車時間資源為中心，有一定的局限性。按市場化經(jīng)營要求，將傳統(tǒng)方法和網(wǎng)絡(luò)DEA方法結(jié)合，更有利于全面地、綜合地對貨車運用效率和效果進(jìn)行評價。所構(gòu)建的模型能有效測度貨車運用過程投入產(chǎn)出的相對效率。

2) 國內(nèi)現(xiàn)有鐵路貨車運用統(tǒng)計指標(biāo)設(shè)計存在不足，以致所獲取的貨車運用過程相關(guān)數(shù)據(jù)還存在一定缺陷，如貨車待用過程沒有相應(yīng)指標(biāo)。通過對貨車運用統(tǒng)計指標(biāo)的改進(jìn)，本文所提出的方法在實際運用中具有更強的針對性。

3) 本文按過程分析鐵路貨車資源運用效率和效果，可作為鐵路企業(yè)資源投入產(chǎn)出評價分析體系的一部分，下一步構(gòu)建企業(yè)全鏈投入產(chǎn)出效果分析體系可以更好地為企業(yè)生產(chǎn)運營決策提供支撐。

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Evaluation method of relative effect of wagon utilization process based on network DEA

LI Xiamiao, GUO Wang, WANG Lishan, JIN Wei

(School of Traffic and Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

Based on the use of wagons, a relationship network of wagon loading, transit, travel, full turnover activity was established, according to the input-output principle, designed the input-output evaluation index system which embodies the wagon resource occupancy, the goods efficiency and effectiveness, and constructed the relative effect evaluation model of wagon utilization combining network DEA method and super efficiency method. Taking the actual data of the 2015-year Railway Bureau as an example, the relative effect of wagon utilization is analyzed, and the example shows: the efficiency of handling and transshipment has significant impact on the overall efficiency, each bureau should choose the corresponding transportation organization mode according to the characteristics of the respective freight transport, and adjust the wagon operation measures.

railway transport; wagon utilization; DEA; relative efficiency

U292.6

A

1672 ? 7029(2019)08?2107 ? 07

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.08.030

2018?10?25

國家自然科學(xué)基金資助項目(U1334207)

李夏苗(1963?)，男，湖南茶陵人，教授，博士，從事綜合交通系統(tǒng)優(yōu)化，鐵路運輸系統(tǒng)分析研究；E?mail：xmli@csu.edu.cn

(編輯 陽麗霞)