譚政民，彭其淵，陳 思，甘 蜜

TAN Zhengmin1,PENG Qiyuan1,CHEN Si2,GAN Mi1

1.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，成都610031

2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)，四川 峨眉614202

1.College of Transportation&Logistics,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China

2.Emei Campus,Southwest Jiaotong University,Emei,Sichuan 614202,China

1 引言

隨著交通系統(tǒng)及貨物運(yùn)輸技術(shù)的飛速發(fā)展，各種交通方式之間的競(jìng)爭(zhēng)日益增大，外形復(fù)雜、體積龐大的闊大貨物運(yùn)輸方式的選擇越來越多，以往“鐵老大”壟斷的狀態(tài)慢慢發(fā)生改變[1]?？蛻粜枨笈c服務(wù)需求日漸重要，貨主對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高（在后文中所提到的客戶為貨主），甚至需求個(gè)性化的服務(wù)，這對(duì)鐵路闊大貨物運(yùn)輸也提出了新的要求，不再僅僅滿足于可以運(yùn)輸，而是在運(yùn)輸中將客戶需求考慮進(jìn)去，同時(shí)兼顧效益與服務(wù)，提供更好、更加符合客戶需求的運(yùn)輸服務(wù)是鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。

同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及鐵路信息化環(huán)境日益成熟，人們?cè)絹碓狡诖褂盟惴坝?jì)算機(jī)輔助手段快速、準(zhǔn)確地確定并且優(yōu)化裝載加固方案，以滿足運(yùn)輸發(fā)展的需要[2-4]。

目前對(duì)闊大貨物裝載加固方案的優(yōu)化主要集中在方案技術(shù)層面：安全性、經(jīng)濟(jì)性及計(jì)算機(jī)處理[2-7]，給闊大貨物裝載加固方案的制定提供決策支持，但沒有將客戶需求考慮進(jìn)去，本文首次將客戶需求因素設(shè)為闊大貨物裝載加固方案的優(yōu)化目標(biāo)之一。

2 闊大貨物裝載加固方案決策特點(diǎn)及多目標(biāo)決策的引入

2.1 闊大貨物裝載加固方案決策特點(diǎn)

闊大貨物裝載加固方案決策是一個(gè)典型的半結(jié)構(gòu)化決策問題[5]，方案的形成和確定依賴系統(tǒng)算法，并且受到外部數(shù)據(jù)輸入的影響，針對(duì)同一件貨物形成裝載加固方案會(huì)由于用戶選擇不同和客戶需求不同而形成不同的決策結(jié)果，根據(jù)實(shí)際運(yùn)輸條件和要求，可以從中選擇較優(yōu)的解。

2.2 多目標(biāo)決策的引入

層次分析法在對(duì)復(fù)雜的決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡(jiǎn)便的決策方法[6-10]。

超限、超長(zhǎng)、避免集重貨物統(tǒng)稱闊大貨物，其運(yùn)輸組織工作復(fù)雜。貨物外形尺寸和重量影響承運(yùn)車輛和裝載加固方式的選擇，決定運(yùn)輸安全，進(jìn)而影響送達(dá)速度。影響闊大貨物裝載加固方案決策的因素主要有4個(gè)方面：運(yùn)輸安全、運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用及客戶滿意度。

影響貨物運(yùn)輸安全的因素有以下：貨物重心偏移、超限等級(jí)、重心高、穩(wěn)定系數(shù)。在影響貨物安全的因素中，貨物穩(wěn)定系數(shù)為主要的因素，當(dāng)貨物穩(wěn)定系數(shù)大于等于1.25 時(shí)，認(rèn)定貨物在運(yùn)輸中不會(huì)產(chǎn)生傾覆、翻滾和移動(dòng)[11-12]。與其他問題的多目標(biāo)優(yōu)化有所不同，闊大貨物裝載加固方案的優(yōu)化度不是隨著運(yùn)輸安全目標(biāo)值的增大而呈線性增大，運(yùn)輸安全指標(biāo)存在一個(gè)必須滿足的閾值，超過這個(gè)閾值即能滿足安全性所需，其指標(biāo)的優(yōu)化權(quán)重變小。運(yùn)輸安全為基本要求，必須滿足運(yùn)輸安全是裝載加固方案可行的前提，本文進(jìn)行的裝載加固方案優(yōu)化是在滿足運(yùn)輸安全閾值的前提下進(jìn)行的，不同的裝載加固方式同時(shí)滿足運(yùn)輸安全，但運(yùn)輸安全指標(biāo)的數(shù)值有所不同。

影響貨物運(yùn)輸時(shí)間的因素：車輛選擇、超限等級(jí)、重心超高、滯留時(shí)間，運(yùn)輸公里的影響。比如選擇特種車輛可得周期、超高超限運(yùn)行速度受限、配貨等待時(shí)間等。為了提高貨物的送達(dá)速度，國外鐵路部門采取周密的計(jì)劃，制定精確的運(yùn)行時(shí)刻，使超限貨物能夠在規(guī)定的運(yùn)輸期限內(nèi)送到目的地。

影響闊大貨物運(yùn)輸費(fèi)用的主要因素有以下幾個(gè)方面：運(yùn)輸公里，車輛選擇，超限等級(jí)，加固材料。闊大貨物運(yùn)輸車輛的選擇主要是受貨物自身屬性和運(yùn)輸車輛的可得性的影響，目前，我國除少量特別長(zhǎng)、大或集重的貨物使用特殊平車裝運(yùn)外，大部分超限超重貨物都使用普通平車裝運(yùn)。因?yàn)樘胤N平車數(shù)量有限，其使用不僅需另外核收使用費(fèi)和回送費(fèi)，而且特種車的調(diào)用、回送，也嚴(yán)重影響運(yùn)輸能力和貨物運(yùn)送速度，對(duì)于客戶來講，會(huì)增加額外的運(yùn)輸費(fèi)用和運(yùn)輸時(shí)間，但是針對(duì)某些特殊貨物，使用特種車運(yùn)輸可以提高貨物運(yùn)輸安全。

闊大貨物裝載加固方案的使用者有兩個(gè)：運(yùn)輸企業(yè)和貨主，當(dāng)闊大貨物只能選擇鐵路運(yùn)輸時(shí)，對(duì)貨主的客戶滿意度考慮較少，當(dāng)有多種運(yùn)輸方式可以選擇時(shí)，對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)谋憷约胺?wù)等提出了新的要求。通過選擇貨主滿意的裝載加固方案，在保證運(yùn)輸安全的前提下最大限度降低闊大貨物的運(yùn)輸費(fèi)用，提高運(yùn)輸效率，能提高鐵路在闊大貨物運(yùn)輸市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

基于以上對(duì)影響闊大貨物裝載加固方案決策因素的分析，應(yīng)用多目標(biāo)決策方法和層次分析法，研究方案決策的優(yōu)化問題。本文從鐵路運(yùn)輸企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的角度分析裝載加固方案的優(yōu)化，選擇4 個(gè)目標(biāo)：運(yùn)輸安全、運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用、客戶滿意度。在多目標(biāo)決策基礎(chǔ)上，對(duì)裝載方案進(jìn)行優(yōu)化排序。

3 闊大貨物裝載加固方案多目標(biāo)決策優(yōu)化模型

目前在闊大貨物裝載加固方案的制定中，基本還是以方案制定單位及鐵路承運(yùn)單位來決定使用何種方案。隨著運(yùn)輸服務(wù)需求的增加，可以由裝載加固方案制定單位給出若干可行性方案，確保運(yùn)輸安全性，然后由承運(yùn)單位和客戶進(jìn)行方案的確定，同時(shí)考慮運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用、客戶偏好等多個(gè)目標(biāo)。

3.1 多目標(biāo)決策的模糊優(yōu)化模型

設(shè)可行方案數(shù)為n，方案集A={A1A2…An]。

3.1.1 目標(biāo)值的確定

目標(biāo)有兩類：定量目標(biāo)和定性目標(biāo)。

（1）定量目標(biāo)。設(shè)每個(gè)方案中定量目標(biāo)數(shù)為m，其目標(biāo)值矩陣為X=(xij)n×m，其中，xij是方案i(i=1,2,…,n的第j(j=1,2,…,m)個(gè)定量目標(biāo)值。

（2）定性目標(biāo)。對(duì)于定性目標(biāo)常通過語言描述。本文研究的“客戶對(duì)不同方案的偏好度”，它可以描述為7個(gè)等級(jí)：“非常不喜歡”、“不喜歡”、“較不喜歡”、“一般”、“較喜歡”、“喜歡”、“非常喜歡”。7 個(gè)等級(jí)的目標(biāo)值X可以用模糊數(shù)來表示，分別為：0，0.25，0.35，0.50，0.75，0.85，1.00。

為了增加目標(biāo)的可比性，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行歸一化。定量目標(biāo)分為：效益型，目標(biāo)值越大越好，成本型，目標(biāo)值越小越好。其相對(duì)隸屬度矩陣R=(rij)n×m。

效益型：

成本型：

3.1.2 極端方案設(shè)置

對(duì)于有限個(gè)方案的目標(biāo)決策問題，根據(jù)目標(biāo)值的權(quán)重不同及客戶需求不同，方案的優(yōu)劣是相對(duì)的。

定義極端優(yōu)方案：B=(b1,b2,…,bm)，其中j(j=1,2,…,m)，極端劣方案：C=(c1,c2,…,cm)其中cj=。

顯然，最理想狀態(tài)下，極端優(yōu)方案為：B=(1,1,…,1)1×m，極端劣方案為：C=(0,0,…,0)1×m。

但是，由于不同目標(biāo)之間會(huì)存在沖突性，極端方案B與C一般是不存在的，在本文的多目標(biāo)優(yōu)化中，根據(jù)不同的客戶需求，在方案集A中選擇一個(gè)滿意方案Ai，使它盡可能的接近B，遠(yuǎn)離C。

3.1.3 方案的相對(duì)優(yōu)屬度

設(shè)方案Ai隸屬于最優(yōu)方案B的相對(duì)隸屬度為ui，則相對(duì)最劣方案C的相對(duì)隸屬度為1-ui，可得Ai的相對(duì)隸屬度為：

式中，wj是第j個(gè)目標(biāo)值的權(quán)重(j=1,2,…,m)。本文應(yīng)用層次分析法確定各目標(biāo)權(quán)重，步驟：（1）調(diào)查與咨詢；（2）建立成對(duì)比較矩陣；（3）計(jì)算優(yōu)先向量及最大特征值；（4）進(jìn)行一致性鑒定；（5）各權(quán)重計(jì)算。

3.1.4 方案排序

根據(jù)優(yōu)屬度ui從大到小排序，ui大的為優(yōu)。

3.2 闊大貨物裝載加固方案多目標(biāo)優(yōu)化問題

隨著鐵路運(yùn)輸中客戶滿意度重要性的逐漸增大，運(yùn)輸企業(yè)開始更多的考慮到客戶需求。本文將客戶需求分為三類：第一類客戶需求，時(shí)間重要性高于費(fèi)用重要性；第二類客戶需求，費(fèi)用重要性高于時(shí)間重要性；第三類客戶需求要求同時(shí)考慮時(shí)間費(fèi)用兩種因素。

本文考慮運(yùn)輸安全、運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用、客戶滿意度4 個(gè)目標(biāo)，如圖1 所示。

圖1 闊大貨物裝載加固方案多目標(biāo)優(yōu)化模型

本文用層次分析法逐步確定4 個(gè)一級(jí)目標(biāo)的權(quán)重及運(yùn)輸安全的二級(jí)目標(biāo)的權(quán)重[8-15]。在可行方案中，保證運(yùn)輸安全的前提下，運(yùn)輸安全和運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用相比“同等重要”，與客戶滿意度相比“比較重要”，二者與客戶滿意度相比都為“稍重要”。根據(jù)評(píng)估尺度，建立兩兩比較矩陣。

優(yōu)先向量和最大特征值為：

一級(jí)目標(biāo)的權(quán)重如表1 所示。

表1 一級(jí)目標(biāo)權(quán)重

貨物的穩(wěn)定系數(shù)和貨物的重心偏移、超限等級(jí)、重心超高相比較重要，貨物的重心偏移、超限等級(jí)、重心超高相比同等重要。根據(jù)評(píng)估尺度，建立兩兩比較矩陣，計(jì)算優(yōu)先向量和最大特征值。經(jīng)驗(yàn)證充分滿足一致性要求。

表2 運(yùn)輸安全的二級(jí)目標(biāo)權(quán)重

表3 不同方案客戶偏好度評(píng)價(jià)

表4 方案的二級(jí)目標(biāo)值

運(yùn)輸安全的二級(jí)目標(biāo)權(quán)重如表2 所示。

4 算例分析

算例：30 t 鋼制貨物，加固方式：牽拉；焊接，運(yùn)輸里程：石家莊到豐臺(tái)西站運(yùn)輸里程260 km。

方案1特種車D10 凹底平車裝載（理論速度80），重心不超高，不超限。

方案2普通平車裝載，配貨降低重心，不超限，重心偏移橫向30 mm。

方案3普通平車裝載，不配貨，重心超高，限速行駛，不超限，重心偏移橫向30 mm。

假設(shè)客戶為偏重價(jià)格的客戶?？蛻魧?duì)不同方案的偏好度評(píng)價(jià)，如表3 所示。

各個(gè)方案的二級(jí)目標(biāo)值如表4 所示。

根據(jù)公式（1）、（2）、（3）及表2、表4，計(jì)算3 個(gè)方案中運(yùn)輸安全的優(yōu)屬度，作為3 個(gè)方案運(yùn)輸安全的指標(biāo)值。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)及計(jì)算建立決策矩陣X=Xij(i=1,2,3;j=1,2,3,4)，運(yùn)輸時(shí)間單位h，費(fèi)用單位元。

根據(jù)公式（1）、（2）建立相對(duì)隸屬度矩陣：

極端優(yōu)方案為B′=(1 1 1 1)，極端劣方案為C′=(0 0 0 0)。

根據(jù)公式（3），3 個(gè)方案的優(yōu)屬度分別為：u1=0.32,u2=0.87,u3=0.66。

由以上分析可以得知，從運(yùn)輸安全、運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用和客戶滿意度4 個(gè)方面綜合評(píng)估，方案2 為最優(yōu)方案，即在車站配裝，降低貨物重心，正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

本文首次將客戶需求設(shè)為闊大貨物裝載加固方案優(yōu)化目標(biāo)，基于層次分析法，綜合考慮了闊大貨物運(yùn)輸?shù)陌踩蛩亍⒔?jīng)濟(jì)因素及客戶需求，利用多目標(biāo)模糊決策方法，對(duì)闊大貨物裝載加固多個(gè)方案進(jìn)行多目標(biāo)評(píng)價(jià)，針對(duì)不同的客戶需求，得出一個(gè)最優(yōu)方案。隨著運(yùn)輸技術(shù)的飛速發(fā)展和客戶需求不斷的多樣化個(gè)性化，鐵路貨物運(yùn)輸也應(yīng)隨之不斷地改進(jìn)運(yùn)輸技術(shù)、運(yùn)輸管理和運(yùn)輸服務(wù)，以提高競(jìng)爭(zhēng)力，本文的優(yōu)化方法對(duì)鐵路貨運(yùn)的改革發(fā)展提供一定的理論支持。

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