集裝箱甩掛運輸調度優化

文/王吉生 朱安格 唐金麗

1.引言

甩掛運輸是指牽引車按照預定的運行計劃，在貨物裝卸作業點甩下所拖的掛車，換上其他掛車繼續運行的運輸組織方式[1]。此種運輸形式可以使牽引車在貨物裝卸搬運停靠站排隊等待的時間顯著減少[2]，對于牽引車作業效率的提升有很大的幫助。牽引車與掛車之間并不固定，能夠根據實際需求進行自由分離[3]，在此種形式的作用下，可以實現集裝箱的裝卸時間大幅縮短，可自由調度安排，進行優化，集裝箱“雙重運輸”的實現指日可待，甩掛運輸使得貨車能夠承載重物的時間得以延長，為貨車運輸貨物的效率提高提供了另一種可行性的出路。目前，國外對甩掛運輸調度的研究比較豐富，國內運輸中的甩掛運輸的設計和應用較少，為深化我國甩掛運輸的傳播與推廣，本文提出了在特定運輸網絡下即軸輻式運輸網絡和循環運輸網絡采用甩掛運輸對集裝箱甩掛運輸調度優化進行深入研究。對特定運輸網絡下集裝箱裝卸運輸車輛理論的分析，優化管理模式，加強運輸企業的經營管理，提出合理的優化解決方法，為企業物流運輸提供節能減排的、低成本、高效率的有效途徑。

2.甩掛運輸優化分析

2.1 軸輻式網絡下的任務集調度優化

2.1.1 軸輻式網絡的概述。甩掛運輸大多以多個甩掛中心之間的貨物交流為主要表現形式。在各個甩掛中心周圍的客戶群圍繞甩掛中心形成一個輻射范圍，由而形成軸輻式網絡。每個甩掛中心都配備有與其運輸能力相對應的牽引車數量，與甩掛中心相對應的客戶點同樣也配備有掛車。當貨物送達時，牽引車原先配備的掛車被甩下，再裝上預先準備的另一掛車，送至目標地點。卸貨與之同理，但卸貨的最后一站為甩掛中心，在此進行集合，實現“點對點”的雙向甩掛運輸組織形式。甩掛運輸網絡與傳統運輸網絡的最大不同在于掛車中心的使用，為甩掛運輸作業效率的提升提供了很大的幫助。

2.1.2 調度優化

以軸輻式網絡為背景，在集裝箱的甩掛運輸過程中存在兩種模式，分別為取箱作業任務和送箱作業任務。當客戶點有貨物裝載需求時，牽引車趕赴此客戶點，并相應運載一個空掛車，到達后將空掛車甩下，隨即離開執行其他任務，該過程認為是送箱作業任務。與送箱作業任務同理，取箱作業任務的內容是，當客戶點的空掛車結束工作任務，處于空閑狀態時，牽引車接到指令就隨機前往，將空掛車即刻裝載，送回到甩掛中心，甩下后隨即去執行其他任務。由于在執行各項不同任務時，牽引車的由來各有不同，當牽引車執行完取箱作業任務后，將立刻前往甩掛中心執行下一任務，但若牽引車先行執行送箱作業任務時，其緊后作業任務則來自于與甩掛中心相對應的各個客戶中心點。由此，牽引車的運輸路徑分別以下列四種不同的形式進行呈現。在此過程中取送箱作業任務分別為送空箱、取重箱、送重箱、取空箱[4]作業任務。

第一個路徑：首先執行取箱作業任務，隨后立即執行另一取箱作業任務；第二個路徑：首先執行取箱作業任務，隨后立即執行送箱作業任務；第三個路徑：首先執行送箱作業任務，隨后前往執行取箱作業任務；第四個路徑：前首先執行送箱作業任務，隨后再去執行送箱作業任務。這四種路徑如下圖所示。

Fig1 he four types of vehicles routing圖1四種車輛路徑類型

本文以時間緊迫度為首要考核標準，通過緊迫度衡量各任務執行的先后次序，在此基礎之上，使用啟發式的算法設計，對牽引車執行任務時的最優路徑做出合理規劃。為使各個任務集調度優化的時間達到最小值，甩掛運輸的效率達到最大化，制定合理科學的牽引車行駛路徑方案。首先，假設（1）牽引車與掛車的各項指標保持相統一的狀態；（2）牽引車在拖掛時，一輛牽引車只允許拖掛一輛掛車,即一車一掛[5]。；（3）牽引車在拖掛時，無論是空車還是重掛車，其行駛速度保持一致；（4）牽引車取下或者掛上掛車的時間忽略不計[6]；（5）在甩掛運輸作業開始之前，所有的任務集都已明確。其次，計算任務集中各個任務的緊迫度，并將各個任務根據時間緊迫度進行排序，時間緊迫度的計算為一常數減去某一未完成任務最早開始時間與當前時間之差，即Em=a-(ETm-Tnow)，m∈L,其中a為一常數，ETm為任務m的最早開始時間，Tnow為當前時間，L為未完成任務集。在確定各個任務的緊迫度排序后，選出最為緊迫的一個任務，執行該任務。

然后，對該任務的性質做出判斷，若判定是取箱作業任務，則直接執行，若不是，則更新未完成的任務集，直到生成的最高緊迫度任務，不是送箱作業任務，而是取箱作業任務，生成后，判斷新任務是否需要當天完成，若是，則立即執行，若不是，則將該任務加入到未完成任務集，計算其時間窗，當未完成任務集為空時，即可停止計算，若不為空，則重新計算各任務的緊迫度，重新輪回。每執行完一個任務后，都將剩下的未完成任務的時間緊迫度進行新一輪的更新，再次得出新的一個最高緊迫度的任務，選擇其進行執行，直至未完成任務集為空集時，停止計算。根據以上啟發式算法的設計思路，對集裝箱在軸輻式網絡下的甩掛運輸的最佳路徑進行求解，能夠得出最優解，為甩掛運輸作業的工作效率的提升提供一定的支持。

2.2 循環甩掛運輸網絡下的牽引車調度優化

2.2.1 循環甩掛運輸的概述

循環甩掛運輸指的是運用甩掛運輸方式在一個閉合且循環的路徑中運輸貨物的一種方式。它要求提前調配充足數量的掛車在各個貨物運輸的作業點上，接著執行甩掛運輸，這就要求牽引車要從起點出發最終回到起點，也就是所進行的線路必須要是一條閉合的環形線路。循環甩掛運輸的原理是在閉合的環形線路上進行甩掛作業[7]，它的本質是采用循環調配的方式在一條封閉的路徑上進行甩掛運輸的操作。即把牽引車作為此次循環甩掛的調度對象[8]，并且將空掛車與貨物當成一個整體，對其整體進行實施裝卸任務。因為甩掛作業覆蓋范圍較大，計劃、組織起來比較困難。所以，進行循環甩掛運輸要滿足其運輸條件：①貨運量大且穩定。循環甩掛運輸只有在裝載足量的貨物進行甩掛運輸，才會體現出甩掛運輸的優勢，也就是說其重要的條件是穩定并且充足的貨源。②所有節點能夠構成循環式行駛路線。因為循環甩掛的運輸線路必須是在閉合、環形的。所以在執行甩掛運輸時，牽引車經過的所有分節點的路徑必須是循環式線路。③裝備完善的站場設施。只有設施完善，才能集中周圍的所有貨物，接著，在各分節點將執行貨物運輸的操作。完善貨運站場的設施設備之后，貨物裝卸率便會隨之提高，才能讓甩掛運輸裝卸作業的效率越來越高，讓這些設施設備可以更好地服務于循環甩掛運輸。④良好的交通狀況。保證循環甩掛運輸的重要條件是完善的道路條件，只有順暢、平坦的道路，汽車列車才能準時到達。同樣，只有優秀的道路條件，循環甩掛運輸才能高效執行。⑤足夠的裝卸作業人員。車輛到達后，工作人員需立即對掛車進行卸貨、裝貨任務，不能等待，否則會影響下一環節的時間。

2.2.2 調度優化

在進行調度優化分析時，要考慮設計循環甩掛線路時的因素如下。（1）根據當前貨物量及其預計貨物量確定發車時間。預計貨運量由網絡計劃、配送中心計劃、路線計劃等決定。（2）按照整個執行周期，實現一個周期行程所花費的時效為24的倍數。周期行程包括中轉時間、行程時間、機車整備時間等，如果這條路線貨運量大，即兩班以上出發的路線，一般路線出發時間不嚴格，可以免除這一要求。（3）在完成一個運輸周期所需的時間是二十四的倍數的情況下，那種執行一線兩分的路徑則不會與其他回路發生循環甩掛。甩掛裝置設計的環節更多的情況下更容易發生意外，而且也會影響車輛的正常行駛。（4）在接近的的物流區塊分布環形路線設計的路線，這有利于車輛組織操作，同時也方便駕駛員熟悉沿途道路狀況。（5）如果實行兩地卸貨的辦法，在轉運站裝卸時間為兩小時，其他因在轉運站站停留而消耗的時間也包含在此時段內，按車輛平均速度七十公里每小時，車輛準備時間至少有兩小時，以便面對車輛途中容易發生的事故。（6）環線之間沒有交叉，即兩條環線之間沒有重疊的運輸段。滿足一線兩分剔除的線路時，則優先一線兩分甩掛。在循環甩掛運輸網絡下，每個流程設置一個起點，和一個終點，將這兩點整合成一個點，而牽引車的行駛途徑則需改變，變成路徑模式。而且我們設計牽引車從甩掛中心到另一個甩掛中心的路徑是一種假設的行駛線路。接著我們需要設置牽引車從裝卸作業第一個需求點到轉運中心的取箱作業執行完務后，去進行接下來的行駛路徑任務；除此之外，牽引車還需執行從裝卸作業第二個需求點再到轉運中心的取箱作業。

建立一個牽引車調度的優化模型，我們設計啟發式規則，去求解一個牽引車所需數量的上限到底是多少，設任務集合，牽引車集合，啟發式規則的流程如下所示：首先初始化，設置L=M，i=1，j=1，將任務集L按照時間窗進行從小到大的排序，接著依次把任務i加入到第j輛牽引車的形式路徑中，并且判斷其是否滿足時間窗要求，如果不滿足則回到上一步操作，如果滿足則計算L=L/i，判斷L是否為空，如果不是，則加入i=i+1，j=1,回到最開始的操作中，若果是空的則生成初始解。接著確定牽引車好相關需求數量上限之后，我們應用自適應交叉概率和自適應變異概率的改進遺傳式算法，去求出牽引車的最優行駛路徑[9]。在優化循環甩掛運輸網絡下的牽引車調度時，選取某企業貨物運輸的數值進行試驗，使用matlab中，它自帶的函數進行我們需要的數值確定分析。緊接著，我們依據啟發式規則，在求出一個牽引車最大的需求量的基礎下，再使用改進遺傳算法求出我們最終所需要的最優解。最終得出在能夠組織車輛沿環形行駛的路線上，滿足循環調度的要求，提高了車輛的載運能力，壓縮了裝卸作業停歇時間，提高了里程利用率，是甩掛運輸中較為經濟、運輸效率較高的組織形式之一[10]。

Fig.2 The four types of vehicles routing圖2四種車輛路徑類型

3.結論：

在裝卸搬運貨物的過程中，傳統的集裝箱卡車運輸不允許牽引車和掛車相分離，在這種傳統的方式下，牽引車在裝卸時的等待時間被無意義浪費，牽引車的工作效率低下，牽引車的作業效率在甩掛運輸的作用下，能夠以明顯的比例向上提升，使得排隊等候的時間顯著降低。這樣一種綠色環保的方式，有效降低了物流的運輸成本。以牽引車取得最優調度優化路徑為設計初衷，高效完成全部任務集為出發點，對牽引車的調度使用路徑問題進行具體分析，最終實現通過使用比較理想的小數量車輛來達到降本增效的目的。從更加科學合理的角度，設計甩掛運輸牽引車的路徑模式，較為廣泛地應用于實際生活，有效提高牽引車的工作效率，對甩掛運輸作業效率的提升提供幫助。C