区域托盘调度模型研究

1 引 言

当前，我国仍处在托盘应用的发展阶段，各类有关托盘的尝试层出不穷，关于共用托盘的研究也愈加科学，全国各地都对托盘标准化、模型构建、托盘相关教育等进行了不同程度的研究。

关于托盘标准化、模型构建、托盘相关教育等方面的研究日趋完善，各省份也加强了本地托盘共用发展研究。

2006年，郑成武提出促进天津滨海新区托盘标准化的几点建议。[1]

2008年,李太平、李俊龙、陈月红提出江苏省率先发展托盘租赁业的几点建议。[2]

2009年至今，章雪岩、张锦、马力、任建伟等优秀学者结合我国实际情况率先提出了托盘共用系统的概念模型[3]，改进了托盘回收模型[4]，研究了托盘回收随机规划模型[5]，详细描述了托盘共用系统如何通过分配与回收两阶段调度托盘并给出了相应的模型与算法[6]，并一步步优化了托盘共用系统。

2011年，杨喜成根据德国托盘培训的所见所闻发表了对我国托盘方面培训的几点感想与建议。[7]

2016年，何彦东、林云、王旭、周福礼将托盘共用系统网络细分为托盘制造/维修-调度/再调度-回收三个过程，提出了不确定环境下托盘调度多目标优化模型。[8]

在各类愈加科学的理论体系中，大多都是全局统一规划调度。但随着现代化物流的推进与托盘业的进一步发展，在中国辽阔的疆域内最终将形成一个庞大的调度体系，在这个调度体系内，全局统一规划有利于整体平衡，但也不利于适应地方特色，同时易产生规划不到的细节死角。

文章提出了区域托盘调度这一概念，并着眼于区域规划，提出了区域托盘调度模型研究。在整体中划分区域，在区域内设立区域调度站。简单来说就是将全局调度分为两个层面。在第一个层面内由中心掌控全局，对不同区域间托盘进行调度，在第二个层面以区域调度站为调度中心研究区域调度优化。

2 研究对象

2.1 租赁系统

无论以哪种系统或借鉴哪种系统，整个系统中托盘实际运行的部分只有调度部分。文章将调度分为整体调度与区域调度。原因有三：一是我国疆域辽阔，在一个较为完善的托盘共用系统中不分级直接调度的信息采集量，需控因素量是巨大的，也容易因地域特征难以细化造成不必要的损失与浪费。二是我国商品种类丰富，且由于历史及地理等地区差异明显，物流是一种衍生需求，自然会因地区商品属性而对托盘产生周期性不同的需求。因此在整体调度下采用区域调度的形式，结合地区情况进行调度，毫无疑问更加适合我国国情。三是这种形式，在庞大而全面的托盘共用体系未建成前同样具有应用意义。在这个时期，由于各区域发展不均衡甚至部分区域并没有相应的托盘共用体系，距离较远的各区域间调度被弱化，以区域内调度为主。方便集中力量，分区发展，逐步连接成一个庞大的托盘共用整体。

2.2区域调度站

区域调度站是针对本地域服务站各项工作进行规划调度的组织。它的设立有利于对本地特性的具体细化研究，有利于结合本地实际情况进行区域内部科学调度，同时，也有利于区域外部不同区域间根据各自周期性进行托盘量的分区调整。

它的具体职能大体分为三方面：一是对本区域商品物流特性(包括物流周期性、商品运输特殊需求等)与本区域道路结构进行细化具体研究；二是根据上述研究对本区域内部托盘进行科学合理调度；三是参与整体调度，实现整体内不同区域间的托盘科学调度。

2.3 区域托盘调度系统

区域托盘调度系统是在协议签订后的单纯调度系统，以开放式托盘租赁系统为例[9]，区域托盘调度系统存在于达成协议并由总调度中心在区域间进行调度后，由送收盘到入库的过程。其详细流程大致为集单分单、接收区域订单、区域托盘调度规划、托盘配送、托盘接收、托盘使用、还盘申请、就近还盘、定损验收、最终入库。

2.4 本章小结

本章针对研究对象，由广到窄，由深到细地进行了阐述。对租赁系统、区域托盘调度站、区域托盘调度系统进行了具体介绍。同时通过对实际情况的研究分析提出了区域调度的概念并阐述了区域调度在不破坏统一调度的情况下极大满足区域自身特征的优势。

3 模型构建

3.1 基本假设

按实际情况模型构建的基本假定如下：①区域托盘调度均采用标准盘。②承租商当期托盘保有量、各服务站需回收的托盘量、服务站的库存能力等均确定。③承租商单期所需运输托盘总数目必须在起租数量之上。④承租商承担使用过程中托盘的损坏费用，该部分费用在押金的基础上多退少补，即押金与损坏费用均不计入各服务站运营成本。⑤承租商在归还托盘时依据就近原则，提前递交申请由服务站回收。⑥也就是说，托盘回收时，托盘的运向哪个服务站无须区域调度站进行调度。⑦单位装卸成本、单位制造(外购)成本、单位库存成本均确定。⑧本期运入服务站的托盘可直接进行调度分配。

3.2 标 量

i (i=1,2,…,I),j(j=0,1,2,…,J)分别表示服务站与承租商。

t(t =t1,t2, … ,tn) 表示运营周期,模型中其时间设置如表1所示。

表1 时间设置

3.3 决策变量

表示t期服务站i的期末库存托盘量。

表示t期承租商j的托盘保有量。

表示服务站i于t期出发，于t″期到达承租商j的托盘量。

表示由整体共用系统内区域共用系统外服务站调入服务站i的托盘量，也就是说，这一部分的托盘量无须制造(外购)费用。

表示t期到达服务站i并投入使用的制造(外购)托盘量。

3.4 参 数

分别表示将托盘从服务站i运到承租商j，从承租商j运到服务站i的单位运输成本。

表示承租商于t′期出发，于t期到达服务站i的托盘量。

表示托盘存储在服务站i的单位库存成本。

分别表示将托盘从服务站i运到承租商j，从承租商j运到服务站i的单位装卸成本。

分别表示将托盘从服务站i运到承租商j，从承租商j运到服务站i的运输线路运输能力。

表示服务站i的装卸能力。

Chi表示服务站i的制造(外购)托盘单位成本。

X0表示单期托盘起租量。

3.5 区域托盘调度模型

(1)

目标函数式(1)表示t期区域调度总成本最小，调度总成本包括各服务站为承租商提供托盘的运输成本、装卸成本、各服务站未租出托盘的库存成本以及服务站由外购买(租借)托盘的成本。

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

公式(2)到公式(9)分别依据实际，对供给、保有、库存、起租、运输能力[10]、装卸能力与取值进行了约束。

3.6 小 结

本章通过对标量、决策变量、参数的设定，目标函数的定义，针对实际情况设立各项约束构建了科学合理的单期区域托盘调度模型。

4 算 例

4.1 算例设置

设区域调度站的调度系统中有2个服务站(i=a,b )和2个承租商( j=c,d),单期决策，单次托盘起租量为5。参数设置如表2、表3所示，假定时间并不影响运输与库存能力。

表2 承租商部分参数设置

表3 承租商、服务站间参数设置

采用2001年，Clerc的带压缩因子的PSO即CPSO[11]进行计算，利用C语言编程得到最优解为1101，最优化调度为由a向c运送38个托盘，a到d运送35个托盘，b到c运送17个托盘，b到d运送16个托盘。

4.2 本章小结

本章根据前文所构建的模型，拟建算例，并利用带压缩因子的PSO即GPSO对算例加以运算，得到最优位置，确定了模型的可行性。

5 结 论

各国托盘共用系统的成功都在结合自身特性的情况下经过了漫长而艰苦的历程。我国的托盘共用系统建设刚起步，各方面水平均无法与“先进”二字相提并论，但正因如此，我国的托盘共用系统建设才有更丰富的可能性。而对现实提出发展的可能性是相当多论文的目标，文章亦如是。

简而言之，文章主要结论有两个方面。

一是对现有托盘共用模型加以研究，结合实际，提出区域调度的概念，将托盘共用系统全局调度分为整体调度与区域调度。其中，整体调度为总调度中心对区域间托盘流动进行的调度规划，区域调度为区域调度站对各服务站进行调度规划。这样既保证了托盘的统一调度与规划，同时满足了不同区域的不同特性，有利于因地制宜时刻保障托盘共用系统的活力与有机性。

二是着眼于区域调度，根据实际情况确立目标函数与约束条件，构建区域托盘调度模型，促进区域托盘调度向着科学合理的方向进行，并佐以算例，利用粒子群算法，对其具体可行性加以验证。

托盘共用系统是一个庞大的体系，在这个体系下有着各种各样细小的分支。文章对其中一个极小的分支进行研究，但仍旧有着可继续发展的余地。包括在分层调度概念下的整体调度、不确定条件下的区域调度、分期调度等均有待于更进一步地研究。