區域托盤調度模型研究

高琪琪 任建偉

摘要：全文經過對現有托盤共用模型加以研究，結合實際，提出分層調度的概念，將托盤共用系統全局調度分為整體調度與區域調度。其中，整體調度為總調度中心對區域間托盤流動進行的調度規劃，區域調度為區域調度站對各服務站進行調度規劃。并著眼于區域調度，根據實際情況確立目標函數與約束條件，構建區域托盤調度模型，促進區域托盤調度向著科學合理的方向進行。同時佐以算例，對理論的具體可行性加以檢驗。

關鍵詞：區域調度；托盤；區域托盤調度模型；粒子群算法

1引言

當前，我國仍處在托盤應用的發展階段，各類有關托盤的嘗試層出不窮，關于共用托盤的研究也愈加科學，全國各地都對托盤標準化、模型構建、托盤相關教育等進行了不同程度研究。

關于托盤標準化、模型構建、托盤相關教育等方面的研究日趨完善，各省市也加強了本地托盤共用發展研究。

2006年，鄭成武提出促進天津濱海新區托盤標準化的幾點建議[1]。

2008年李太平、李俊龍、陳月紅提出江蘇省率先發展托盤租賃業的幾點建議[2]。

2009年至今，章雪巖、張錦、馬力、任建偉等優秀學者結合我國實際情況率先提出了托盤共用系統的概念模型[3]，改進了托盤回收模型[4]，研究了托盤回收隨機規劃模型[5]，詳細描述了托盤共用系統如何通過配與回收兩階段調度托盤并給出了相應的模型與算法[6]，并一步步優化了托盤共用系統。

2011年，楊喜成根據德國托盤培訓的所見所聞發表了對我國托盤方面培訓的幾點感想與建議[7]。

2016年，何彥東、林云、王旭、周福禮將托盤共用系統網絡細分為托盤制造/維修—調度/再調度—回收三個過程，提出了不確定環境下托盤調度多目標優化模型[8]。

在各類愈加科學的理論體系中，大多都是全局統一規劃調度。但隨著現代化物流的推進與托盤業的進一步發展，在中國遼闊的疆域內最終將形成一個龐大的調度體系，在這個調度體系內，全局統一規劃有利于整體平衡，但也不利于適應地方特色，同時易產生規劃不到的細節死角。

本文提出了區域托盤調度這一概念，并著眼于區域規劃，提出了區域托盤調度模型研究。在整體中劃分區域，在區域內設立區域調度站。簡單來說就是將全局調度分為兩個層面。在第一個層面內由中心掌控全局，對不同區域間托盤進行調度，在第二個層面以區域調度站為調度中心研究區域調度優化。

2研究對象

2.1 租賃系統

無論以哪種系統或借鑒哪種系統，整個系統中托盤實際運行的部分只有調度部分。本文將調度分為整體調度與區域調度。原因有三，一是我國疆域遼闊，在一個較為完善的托盤共用系統中不分級直接調度的信息采集量，需控因素量是巨大的，也容易因地域特征難以細化造成不必要的損失與浪費；二是我國商品種類豐富，且由于歷史及地理等地區差異明顯，物流是一種衍生需求，自然會因地區商品屬性而對托盤產生周期性不同的需求。因此在整體調度下采用區域調度的形式，結合地區情況進行調度，毫無疑問更加適合我國國情。三是這種形式，在龐大而全面的托盤共用體系未建成前同樣具有應用意義。在這個時期，由于各區域發展不均衡甚至部分區域并沒有相應的托盤共用體系，距離較遠的各區域間調度被弱化，以區域內調度為主。方便集中力量，分區發展，逐步連接成為一個龐大的托盤共用整體。

2.2區域調度站

區域調度站是針對本地域服務站各項工作進行規劃調度的組織。它的設立有利于對本地特性的具體細化研究，有利于結合本地實際情況進行區域內部科學調度，同時，也有利于區域外部不同區域間根據各自周期性進行托盤量的分區調整。

它的具體職能大體分為三方面：一是對本區域商品物流特性（包括物流周期性、商品運輸特殊需求等）與本區域道路結構進行細化具體研究；二是根據上述研究對本區域內部托盤進行科學合理調度；三是參與整體調度，實現整體內不同區域間的托盤科學調度。

2.3區域托盤調度系統

區域托盤調度系統是在協議簽訂后的單純調度系統，以開放式托盤租賃系統為例[9]，區域托盤調度系統存在于達成協議并由總調度中心在區域間進行調度后，由送收盤到入庫的過程。其詳細流程大致為集單分單、接收區域訂單、區域托盤調度規劃、托盤配送、托盤接收、托盤使用、還盤申請、就近還盤、定損驗收、最終入庫。

2.4本章小結

本章針對研究對象，由廣到窄，由深到細的進行了闡述。對租賃系統、區域托盤調度站、區域托盤調度系統進行了具體介紹。同時通過對實際情況的研究分析提出了區域調度的概念并闡述了區域調度在不破壞統一調度的情況下極大滿足區域自身特征的優勢。

3模型構建

3.1 基本假設

按實際情況模型構建的基本假定如下：○1區域托盤調度均采用標準盤?！?承租商當期托盤保有量、各服務站需回收的托盤量、服務站的庫存能力等均確定?！?承租商單期所需運輸托盤總數目必須在起租數量之上?！?承租商承擔使用過程中托盤的損壞費用，該部分費用在押金的基礎上多退少補，即押金與損壞費用均不計入各服務站運營成本?！?承租商在歸還托盤時依據就近原則，提前遞交申請由服務站回收?！?也就是說，托盤回收時，托盤的運向哪個服務站無需區域調度站進行調度?！?單位裝卸成本、單位制造（外購）成本、單位庫存成本均確定?！?本期運入服務站的托盤可直接進行調度分配。

3.2標量

i （ i = 1， 2， … ， I） ， j （ j =0， 1， 2， … ， J） 分別表示服務站與承租商。

t（ t =〖 t〗_1， t_2， … ， t_n ） 表示運營周期，模型中其時間設置如下。

3.3決策變量

K_i^t表示t期服務站i的期末庫存托盤量。

N_j^t表示t期承租商j的托盤保有量。

X_ij^（tt^'' ） 表示服務站i于t期出發，于t^''期到達承租商j的托盤量。

G_i^t表示由整體共用系統內區域共用系統外服務站調入服務站i的托盤量，也就是說，這一部分的托盤量無需制造（外購）費用。

H_i^t表示t期到達服務站i并投入使用的制造（外購）托盤量。

3.4參數

C_ij^ ，C_ji^ 分別表示將托盤從服務站i運到承租商j，從承租商j運到服務站i的單位運輸成本。

X_ji^（t^' t）表示承租商于t^'期出發，于t期到達服務站i的托盤量。

C_ki^ 表示托盤存儲在服務站i的單位庫存成本。

C_ij^'，C_ji^'分別表示將托盤從服務站i運到承租商j，從承租商j運到服務站i的單位裝卸成本。

MA_ij^ ，MA_ji^ 分別表示將托盤從服務站i運到承租商j，從承租商j運到服務站i的運輸線路運輸能力。

L_i^ 表示服務站i的裝卸能力。

C_hi表示服務站i的制造（外購）托盤單位成本。

X_0表示單期托盤起租量。

公式（2）到公式（9）分別依據實際，對供給、保有、庫存、起租、運輸能力[10]、裝卸能力與取值進行了約束。

3.6本章小結

本章通過對標量、決策變量、參數的設定，目標函數的定義，針對實際情況設立各項約束構建了科學合理的單期區域托盤調度模型。

4算例

4.1算例設置

設區域調度站的調度系統中有2個服務站（i=a，b）和2個承租商（j=c，d），單期決策，單次托盤起租量為5。參數設置如表2、表3所示，假定時間并不影響運輸與庫存能力。

采用2001年，Clerc的帶壓縮因子的PSO即CPSO[11]進行計算，利用C語言編程得到最優解為1101，最優化調度為由a向c運送38個托盤，a到d運送35個托盤，b到c運送17個托盤，b到d運送16個托盤。

4.2本章小結

本章根據前文所構建的模型，擬建算例，并利用帶壓縮因子的PSO即GPSO對算例加以運算，得到最優位置，確定了模型的可行性。

5結論

各國托盤共用系統的成功都在結合自身特性的情況下經過了漫長而艱苦的歷程。我國的托盤共用系統建設剛起步，各方面水平均無法與“先進”二字相提并論，但正因如此，我國的托盤共用系統建設才有更豐富的可能性。而對現實提出發展的可能性是相當多論文的目標，本文亦如是。

簡而言之，本文主要結論有二：

一是對現有托盤共用模型加以研究，結合實際，提出區域調度的概念，將托盤共用系統全局調度分為整體調度與區域調度。其中，整體調度為總調度中心對區域間托盤流動進行的調度規劃，區域調度為區域調度站對各服務站進行調度規劃。這樣既保證了托盤的統一調度與規劃，同時滿足了不同區域的不同特性，有利于因地制宜時刻保障托盤共用系統的活力與有機性。

二是著眼于區域調度，根據實際情況確立目標函數與約束條件，構建區域托盤調度模型，促進區域托盤調度向著科學合理的方向進行，并佐以算例，利用粒子群算法，對其具體可行性加以驗證。

托盤共用系統是一個龐大的體系，在這個體系下有著這個種各樣細小的分支。本文對其中一個極小的分支進行研究，但仍舊有著可繼續發展的余地。包括在分層調度概念下的整體調度、不確定條件下的區域調度、分期調度等均有待于更進一步的研究。

參考文獻

[1]鄭成武.天津濱海新區托盤標準化研究[J].中國市場，2008（23）：96-97.

[2]李太平，李俊龍，陳月紅.江蘇省率先發展物流租賃服務業的戰略思考[J].物流科技，2006（12）：109-111.

[3]章雪巖，任建偉. 托盤共用系統概念模型研究[J]. 中國市場，2009（45）：24-26.

[4]任建偉，章雪巖. 基于改進托盤共用系統的托盤回收模型[J]. 西南交通大學學報，2010（3）：482-485.

[5]任建偉，章雪巖. 托盤共用系統托盤回收隨機規劃模型研究[J]. 控制與決策，2010（8）：1211-1214.

[6]任建偉，章雪巖. 托盤共用系統調度兩階段隨機機會約束規劃模型研究[J]. 控制與決策，2011（9）：1353-1357.

[7]楊喜成.走進德國物流專業職業教育“課堂”[J].中國市場，2011（49）：218-219.

[8]何彥東，林云，王旭，周福禮. 不確定環境下托盤調度多目標優化模型[J]. 系統工程，2016（11）：119-124.

[9]高君梅. 開放式租賃的托盤共用系統研究[D].成都：西南交通大學，2015.

[10]任建偉. 托盤共用系統調度優化研究[D]. 成都：西南交通大學，2012.

[11]秦全德. 粒子群算法研究及應用[D].廣州：華南理工大學，2011.

[作者簡介]：高琪琪（1995-），女，漢族，河北獻縣人，就讀于內蒙古大學交通學院；通訊作者：任建偉（1982—），男，漢族，山西壽陽人，供職于內蒙古大學交通學院，副教授，博士，研究方向：托盤共用。