提前期分散控制下供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度仿真

王婭楠，張玉春

(蘭州理工大學(xué)，甘肅 蘭州 730050)

1 引言

在供應(yīng)鏈物流傳輸領(lǐng)域中，提前期數(shù)值的獲取完全依賴于訂貨量，安全庫存與訂貨量之間的應(yīng)用關(guān)系受到提前期、訂貨頻率兩項(xiàng)物理指標(biāo)的直接影響。當(dāng)訂貨量數(shù)值相對(duì)較少時(shí)，供應(yīng)鏈訂貨的頻率數(shù)值較高，易導(dǎo)致庫存系統(tǒng)在整個(gè)補(bǔ)貨期內(nèi)始終面臨較大的缺貨風(fēng)險(xiǎn)，因此為有效控制缺貨水平與年缺貨成本之間的物理關(guān)系，就需要增加物流企業(yè)的原始庫存量。此時(shí)安全庫存與訂貨量數(shù)值能夠保持穩(wěn)定的反比數(shù)值關(guān)系；而當(dāng)訂貨量不斷減少時(shí)，提前期實(shí)值會(huì)持續(xù)縮短，而在整個(gè)提前期內(nèi)的貨物需求水平卻不一定會(huì)降低，由于安全庫存量會(huì)隨物流運(yùn)輸距離的延長(zhǎng)而減少，故此時(shí)的供應(yīng)鏈訂貨量始終與安全庫保持正比影響關(guān)系[1-2]。

隨著貨物運(yùn)輸量的增大，原有供應(yīng)鏈服務(wù)模式很難完全滿足企業(yè)物流的實(shí)際調(diào)度需求。為解決此問題，傳統(tǒng)敏捷型物流調(diào)度策略從客戶收益最大化入手，在完善定制化服務(wù)流程的同時(shí)，確定貨物目標(biāo)之間的優(yōu)先級(jí)差異性水平[3]。然而此方法很難同時(shí)滿足企業(yè)與個(gè)人的個(gè)性化物流調(diào)度需求。此外，還有學(xué)者設(shè)計(jì)了基于雙層變鄰域蝙蝠算法的供應(yīng)鏈物流運(yùn)輸調(diào)度模型[4]和基于多車型供應(yīng)鏈和混沌煙花算法的物流運(yùn)輸調(diào)度模型[5]。其中，基于雙層變鄰域蝙蝠算法的模型考慮了多個(gè)供應(yīng)商、多個(gè)制造商和多個(gè)零售商的三級(jí)供應(yīng)鏈物流運(yùn)輸調(diào)度，實(shí)現(xiàn)建立雙層變鄰域蝙蝠算法，增強(qiáng)變鄰域局部搜索過程的尋優(yōu)能力，然后在合理的時(shí)間內(nèi)求解最優(yōu)的流運(yùn)輸調(diào)度路徑?；诙嘬囆凸?yīng)鏈和混沌煙花算法的模型考慮了不同物流車輛容量、成本、車輛最大配送距離等約束條件，建立供應(yīng)鏈物流運(yùn)輸調(diào)度過程，并利用混沌煙花算法求解該過程，增強(qiáng)其收斂效果和尋優(yōu)能力。然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，上述2種模型DIM供應(yīng)鏈應(yīng)用指標(biāo)值偏低的問題。

針對(duì)上述問題，本研究引入提前期分散控制理論，設(shè)計(jì)了一種新的供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型，在物流成本量的支持下，確定供應(yīng)鏈運(yùn)輸成本的最小化目標(biāo)，從而使運(yùn)輸目標(biāo)的規(guī)劃需求得到滿足。

2 基于提前期分散控制的物流調(diào)度與管理

基于提前期分散控制的物流調(diào)度與管理包含編碼和評(píng)價(jià)指標(biāo)選取、配送點(diǎn)距離確定、物流成本計(jì)算三個(gè)處理流程，具體研究過程如下。

2.1 編碼和評(píng)價(jià)指標(biāo)

提前期分散控制算法將供應(yīng)鏈物流問題空間設(shè)定為評(píng)價(jià)指標(biāo)編碼，評(píng)價(jià)函數(shù)及適應(yīng)性函數(shù)是對(duì)調(diào)度問題進(jìn)行合理評(píng)價(jià)的唯一應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，也是決定物流個(gè)體優(yōu)越性及企業(yè)供應(yīng)鏈生存能力的重要確定性指標(biāo)[6]。

對(duì)于物流協(xié)調(diào)調(diào)度問題，本研究主要應(yīng)從配送時(shí)效、配送能力、配送成本三個(gè)可量化方向上來進(jìn)行評(píng)價(jià)。在傳統(tǒng)的調(diào)度研究中，一般用距離來衡量物流車輛的運(yùn)輸行駛成本，但由于行駛距離是一個(gè)相對(duì)較為粗略的評(píng)估手段，因?yàn)樵趯?shí)際供應(yīng)配送中，人員工時(shí)、發(fā)車費(fèi)用、行駛消耗等費(fèi)用值極大。因此，將Rij定義為一個(gè)初始的物流費(fèi)用值，即從配送點(diǎn)i到配送點(diǎn)j的成本數(shù)值。具體編碼與評(píng)價(jià)指標(biāo)選取定義式可表示為如下形式

(1)

2.2 配送點(diǎn)距離

各物流配送點(diǎn)之間以及與供應(yīng)鏈車場(chǎng)間的距離，是計(jì)算物流貨物行駛時(shí)間和成本的最主要應(yīng)用數(shù)據(jù)。一般情況下，物流企業(yè)可從交通部門得到與物流貨物里程相關(guān)的物理信息。這些物理信息中主要包含單條路線及物流有限點(diǎn)之間的距離信息，可作為任意兩配送點(diǎn)之間的供應(yīng)鏈距離數(shù)據(jù)[7]。

常用的計(jì)算兩配送點(diǎn)之間最短距離的方法包含F(xiàn)loyd算法、Dijkstra算法兩種，作為提前期分散控制機(jī)制中的基礎(chǔ)處理手段，上述兩類方法都能有效確定某一配送點(diǎn)到其它任意配送點(diǎn)的傳輸距離。因此，本研究采用全調(diào)度政策對(duì)供應(yīng)鏈物流運(yùn)輸行為進(jìn)行約束，得到距離矩陣G如下

(2)

其中，a代表距離矩陣G中的物流運(yùn)輸系數(shù)，i1-4代表配送點(diǎn)i的實(shí)際物理坐標(biāo)，j1-4代表配送點(diǎn)j的實(shí)際物理坐標(biāo)。

2.3 物流成本計(jì)算

即使對(duì)物流供應(yīng)服務(wù)不設(shè)定明確的配送時(shí)間要求，調(diào)度服務(wù)快速性也是運(yùn)輸中需要考慮的重要應(yīng)用問題。

通常來說，評(píng)價(jià)一個(gè)調(diào)度方案是否具有可行性，不僅僅是物流車輛的運(yùn)輸行駛里程最短，也不全是供應(yīng)鏈經(jīng)濟(jì)成本最低，特別是對(duì)于某些特殊的運(yùn)輸商品。例如，食品或其它類用戶具有更高時(shí)間性運(yùn)輸要求的貨物。

與運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)成本類似，物流成本用兩個(gè)配送點(diǎn)之間的車輛行駛時(shí)間以及實(shí)際停留時(shí)間來描述配送調(diào)度行為的便捷性[8]。綜上所述，可認(rèn)為，供應(yīng)鏈物流車輛調(diào)度的代價(jià)及運(yùn)輸成本包括時(shí)間性與經(jīng)濟(jì)性兩方面，且針對(duì)不同的貨物對(duì)象、物流用戶，調(diào)度要求也要有不同的側(cè)重方向，可分別設(shè)置多個(gè)不同的分散系數(shù)來描述。

本研究設(shè)計(jì)的具體物流成本計(jì)算方法如下

(3)

3 供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型

本研究在提前期分散控制原理的支持下，按照模型描述與模型假設(shè)、成本最小化目標(biāo)定義、目標(biāo)規(guī)劃形式確定的處理流程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型的設(shè)計(jì)。

3.1 模型描述與模型假設(shè)

以一個(gè)物流服務(wù)作為基礎(chǔ)集成商，在多個(gè)功能型物流服務(wù)的共同作用下，建立兩級(jí)物流服務(wù)供應(yīng)鏈的過程叫做物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型的描述與假設(shè)。

通常來說，一個(gè)物流服務(wù)集成商需要同時(shí)面對(duì)多個(gè)調(diào)度客戶的服務(wù)訂單需求，且每個(gè)客戶的物流服務(wù)訂單都必須包含多個(gè)服務(wù)工序流程，一般情況下，這些服務(wù)工序可被劃分為個(gè)性化服務(wù)工序、規(guī)?；?wù)工序兩類[9]。

由于客戶訂單服務(wù)在運(yùn)輸內(nèi)容方面具有較強(qiáng)的相似性，因此，可將一個(gè)客戶對(duì)象與另一個(gè)客戶對(duì)象相似性較高的物流服務(wù)供需整合在一起，并建立完整的規(guī)模化運(yùn)作行為。當(dāng)然也可以按照客戶對(duì)象的實(shí)際調(diào)度需求，設(shè)置獨(dú)立的個(gè)性化服務(wù)對(duì)策。

當(dāng)調(diào)度集成商接收到客戶對(duì)象的物流訂單后，可按照下述方式實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度：

1)對(duì)這些訂單的服務(wù)時(shí)間與服務(wù)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析；

2)考慮每個(gè)提供商在服務(wù)時(shí)間方面的不確定性，向每個(gè)服務(wù)環(huán)節(jié)的功能型供應(yīng)服務(wù)提供必要的時(shí)間范圍條件；

3)從調(diào)度成本、調(diào)度時(shí)間等多個(gè)方面設(shè)定待調(diào)度的優(yōu)化目標(biāo)，并確定出最優(yōu)的調(diào)度處理計(jì)劃[10]。

綜上所述，得到調(diào)度模型描述與模型假設(shè)流程如圖1所示。

圖1 調(diào)度模型描述與模型假設(shè)過程示意圖

3.2 成本最小化目標(biāo)

在供應(yīng)鏈提供商物流運(yùn)作時(shí)間不確定的情況下，物流服務(wù)商在集中進(jìn)行物流調(diào)度服務(wù)時(shí)，需要綜合考慮多方面應(yīng)用因素。

一般情況下，物流集成商需要考慮如下幾方面內(nèi)容：

1)第一點(diǎn)是運(yùn)輸成本因素，供應(yīng)鏈物流成本最低是集成商調(diào)度服務(wù)構(gòu)建的首要目標(biāo)；

2)第二點(diǎn)是與運(yùn)輸客戶相關(guān)的時(shí)間要求因素，服務(wù)集成商需要綜合考慮所有客戶在服務(wù)訂單完成時(shí)間方面的要求，合理性安排現(xiàn)有調(diào)度計(jì)劃，盡可能使提供商延遲時(shí)間得到有效控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物流客戶的良好調(diào)度服務(wù)；

3)第三點(diǎn)是與提供商相關(guān)的物流滿意度因素，集成商需要在考慮其它提供商應(yīng)用滿意度問題的同時(shí)，安排相鄰物流服務(wù)工序之間的合理性交接需求[11]。

綜合上述分析，假設(shè)K1、K2、…、Kn分別代表n個(gè)不同的供應(yīng)鏈物流需求指標(biāo)，聯(lián)立式(3)，可將物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型的成本最小化目標(biāo)定義為

(4)

其中，d0代表最小的物流成本消耗條件，dn代表最大的物流成本消耗條件，f代表供應(yīng)鏈貨物的傳輸調(diào)度系數(shù)。

3.3 目標(biāo)規(guī)劃形式

一般情況下，物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型存在一些必須遵守的硬性約束條件，既包含供應(yīng)鏈客戶需求的時(shí)間影響約束、時(shí)間關(guān)聯(lián)約束等條件，也包含與提供商相關(guān)的物流運(yùn)輸滿意度約束條件。

為了使調(diào)度求解方法同時(shí)具有最優(yōu)性與有效性，以便在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)貨物運(yùn)輸需求快速適應(yīng)，應(yīng)在研究調(diào)度參數(shù)對(duì)供應(yīng)鏈調(diào)度績(jī)效影響能力的同時(shí)，合理地設(shè)計(jì)各項(xiàng)物流表達(dá)參數(shù)。

因此，在提前期分散控制條件不發(fā)生改變的情況下，供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)目標(biāo)的規(guī)劃形式越統(tǒng)一，最終所得的調(diào)度應(yīng)用結(jié)果也就越真實(shí)[12]。假設(shè)x0代表供應(yīng)鏈客戶需求的最小時(shí)間性約束條件，xn代表供應(yīng)鏈客戶需求的最大時(shí)間性約束條件。聯(lián)立式(4)，可將基于提前期分散控制的目標(biāo)規(guī)劃形式定義為下述形式

(5)

其中，Zmax代表物流參數(shù)的最大表達(dá)值，s1代表供應(yīng)鏈物流運(yùn)輸?shù)臐M意度約束條件，b1、b2分別代表兩個(gè)不同的物流路徑的協(xié)調(diào)調(diào)度應(yīng)用指標(biāo)。

至此，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)系數(shù)應(yīng)用條件的計(jì)算與處理，在提前期分散控制理論的支持下，完成供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型的搭建。

4 仿真應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的提前期分散控制下供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

搭建如圖2所示的供應(yīng)鏈物流網(wǎng)絡(luò)，作為實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組實(shí)驗(yàn)所需的貨物運(yùn)輸框架，并在實(shí)驗(yàn)用主機(jī)中裝載Windows 10操作系統(tǒng)。其中，實(shí)驗(yàn)組的控制主機(jī)搭載本研究設(shè)計(jì)了基于提前期分散控制的供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型(實(shí)驗(yàn)組)，對(duì)照組的兩臺(tái)控制主機(jī)分別搭載傳統(tǒng)的基于雙層變鄰域蝙蝠算法的供應(yīng)鏈物流運(yùn)輸調(diào)度模型(對(duì)照組1)和基于多車型供應(yīng)鏈和混沌煙花算法的物流運(yùn)輸調(diào)度模型(對(duì)照組2)。實(shí)驗(yàn)中，最大貨物運(yùn)輸量為10Mt，物流運(yùn)輸路徑共10條。在相同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，分析各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的具體變化情況。

圖2 供應(yīng)鏈物流網(wǎng)絡(luò)

記錄當(dāng)貨物運(yùn)輸量處于1-10Mt之間時(shí)，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組物流運(yùn)輸時(shí)間的實(shí)際變化情況，如表1所示。

表1 物流貨物運(yùn)輸時(shí)間對(duì)比表

分析表1結(jié)果可知，隨著貨物運(yùn)輸量數(shù)值的增大，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組的物流運(yùn)輸時(shí)間均保持不斷上升的變化趨勢(shì)，但對(duì)照組的上升幅度明顯大于實(shí)驗(yàn)組，且其初始值也明顯高于實(shí)驗(yàn)組。從極值角度來看，對(duì)照組最大值3.36 h，與實(shí)驗(yàn)組最大值1.29h相比，上升了2.07h。

綜上可以說明，本文設(shè)計(jì)的提前期分散控制下供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型的運(yùn)輸過程耗時(shí)較少，說明其具有較高的時(shí)效性。

DIM供應(yīng)鏈應(yīng)用指標(biāo)能夠反映定制型供應(yīng)鏈服務(wù)模式的實(shí)際應(yīng)用能力。一般情況下，DIM指標(biāo)數(shù)值越大，物流服務(wù)模式的應(yīng)用能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。

表2記錄了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組DIM供應(yīng)鏈應(yīng)用指標(biāo)數(shù)值的實(shí)際變化趨勢(shì)。

表2 DIM供應(yīng)鏈應(yīng)用指標(biāo)數(shù)值對(duì)比表

分析表2結(jié)果可知，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)組DIM供應(yīng)鏈應(yīng)用指標(biāo)保持先上升、再穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，全局最大值達(dá)到了1.67，且能夠保持一段時(shí)間的數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)。兩個(gè)對(duì)照組的DIM供應(yīng)鏈應(yīng)用指標(biāo)則始終保持連續(xù)下降的變化趨勢(shì)，全局最大值分別僅能達(dá)到1.43和1.38，與實(shí)驗(yàn)組極值相比，分別下降了0.24和0.29。

綜上可知，隨著提前期分散控制下供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型的應(yīng)用，實(shí)際物流貨物運(yùn)輸時(shí)間開始持續(xù)縮短，而DIM供應(yīng)鏈應(yīng)用指標(biāo)數(shù)值卻一直不斷增大，能夠促進(jìn)定制型供應(yīng)鏈服務(wù)模式應(yīng)用能力的增強(qiáng)，可較好滿足物流調(diào)度需求。

5 結(jié)束語

與傳統(tǒng)的物流調(diào)度策略相比，本研究設(shè)計(jì)的供應(yīng)鏈物流協(xié)調(diào)調(diào)度模型可在提前期分散控制原理的作用下，同時(shí)完成對(duì)編碼與評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取，且可借助配送點(diǎn)距離定義，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流成本的準(zhǔn)確計(jì)算。

隨著模型描述與假設(shè)關(guān)系的不斷完善，成本最小化目標(biāo)系數(shù)值開始逐漸趨于穩(wěn)定，能夠?qū)δ繕?biāo)規(guī)劃形式進(jìn)行初步完善，在輔助大規(guī)模物流服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄖ菩凸?yīng)鏈服務(wù)模式方面，具備較強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。