(天津交通職業(yè)學院，天津 300110；天津市物資貿易學校，天津 300181)

一、圖書物流的特點

圖書物流與其他商品的物流相比具有以下6個特點：

圖書的品種繁多、需求量大，入庫時需要拆包錄入相關信息，出庫也要再次復核，給圖書進出庫作業(yè)造成了一定的困難；圖書的包裝方式與一般物流商品不同。圖書的材料為紙質，有8開本，16開本，32開本等，各類圖書版面大小不同，根據價格和需求量的不同，可以選擇單件包裝，也可以選擇紙質包裝，這大大增加了采用標準化處理的難度；圖書采用碼洋為基本單位，增加了會計人員核算的難度；圖書的ISBN碼不唯一，存在一碼多書的情況，這無疑給賬目管理和實物管理帶來困難，很難采取單一品種進行管理的策略；圖書由于自身的屬性，對存儲保管的環(huán)境要求嚴格，尤其要注意溫濕度、防火、防蟲；圖書的退貨量大，提高了圖書物流自動化、信息化的要求，成為長期困擾圖書物流系統(tǒng)的難題。

二、多Agent概述

(一)Agent與多Agent的概念及系統(tǒng)特點

Agent的概念由麻省理工學院的著名計算機學家和人工智能學科創(chuàng)始人之一的Minsky率先提出的。1986年，Minsky在《思維的社會》中指出Agent是社會中的某些個體經過協(xié)商之后可求得問題的解，這些個體就是Agent，它們應具有社會交互性和智能性。由此以后，Agent的概念快速成為研究的熱點問題，進而引入到人工智能和計算機領域，并迅速成為研究熱點。我國許多學者也進行了大量的研究，其中劉大有教授在對 Agent 的描述基礎上指出，一個Agent應該具有自治性、反應性、針對性和面向目標性四個基本特征，除此之外，還可以針對具體問題表現(xiàn)出其他計算機智能化的特性，如自適應性、持續(xù)性、可調節(jié)性等。

多Agent系統(tǒng)(Multi-Agent)是多個Agent組成的集合，也可以理解為將一個復雜的Agent系統(tǒng)，劃分為若干個Agent的小系統(tǒng)。各個Agent 都具有特定的資源和功能，他們之間相互協(xié)調，相互服務，共同完成一個任務。多Agent主要研究目的是通過多個Agent所組成的交互式團體來求解超出Agent個體能力的復雜問題。因此，可以對多 Agent的定義概括為：多Agent系統(tǒng)由多個單個Agent組成，通過各個Agent之間的相互溝通與協(xié)助，共同完成對現(xiàn)實復雜多變問題的求解。與單個Agent相比，多Agent系統(tǒng)具有下列5個特點：對復雜問題的解決能力強：由多個Agent組合，解決能力優(yōu)于單個Agent；系統(tǒng)更加靈活多變：為完成同一目標，各Agent既相互獨立，又相互協(xié)調；系統(tǒng)計算能力強：各個Agent之間可以并行計算，快速對問題求解；系統(tǒng)擴展性能強大：各Agent之間彼此獨立，增減參數(shù)、變量方便控制；系統(tǒng)可靠性能增強：各系統(tǒng)相對獨立，單個Agent出現(xiàn)問題，具有相似功能的Agent可以代替執(zhí)行，對整個系統(tǒng)影響小，增強系統(tǒng)可靠性能。

(二)多Agent建模的主要步驟

多Agent系統(tǒng)是由多個Agent組成，它是一種從點到面的建模方法。首先，根據問題，分析環(huán)境，將負責多變的環(huán)境進行抽象；然后，逐個建立單個Agent，并設置參數(shù)、變量等；最后，將各Agent封裝在一個系統(tǒng)里，按照一定的規(guī)則對問題進行求解。建模的基本步驟可以概括為：第一步，對各Agent進行抽象。根據分析將負責的系統(tǒng)抽象為一個個獨立Agent，他們可以獨立完成各自任務。第二步，建立Agent模型。通過對Agent任務的分析，建立Agent，并根據各Agent的不同賦予一定的變量、參數(shù)或者函數(shù)等。第三步，構建多Agent體系。將已建立的Agent進行組合，根據設置目標，共同來完成任務。

三、多Agent在SF物流公司的應用

(一)配送現(xiàn)狀

SF物流公司是一家專注于國內干線運輸、市區(qū)配送、貨物倉儲、國際貨代、物流解決方案策劃與設計的國家5A級綜合物流企業(yè)。目前，全國擁有215家分公司，自由貨車1300多輛，長期加盟的社會車輛10000多輛，倉儲總面積65萬平方米。公司始終奉行“一切從客戶的需求出發(fā)，超越客戶期望”的經營理念，秉持配送速度更快一點、圖書損耗更少一點、信息對接更便捷一點，增值服務再多一點的愿景，SF物流公司與時俱進、不斷創(chuàng)新，服務的客戶數(shù)量與質量遞增，整體運營水平與經濟效益蒸蒸日上。SF物流公司一般是當天配送前一天的圖書訂單，在前一天晚上已規(guī)劃好配送路徑并進行裝車，現(xiàn)從眾多案例中隨機抽取某一天的配送訂單。每一種圖書的包裝單位為一個標準包件，重量約為20公斤，0.03個方，配送時不滿一包的按一包處理；物流配送中心擁有同一型號配送車輛12臺，裝載容量為500標準包件；現(xiàn)需將一定的數(shù)量的客戶訂單送到需求地點。

(二)建立數(shù)學模型

1.假設條件。在整個配送過程中，受諸多因素影響，為了方便建模和求解，需對該問題進行一定的抽象和簡化。具體假設條件如下：(1) 每輛配送車的最大載重量一定，不允許超重，每個客戶需求量不超過車輛的最大載重量；(2) 配送中心以及每個客戶所在的地理位置已經確定；(3) 配送中心采用統(tǒng)一規(guī)格的配送車輛，車容確定；(4) 在配送任務開始前，所有客戶的貨物已經提前裝上配送車輛，等待發(fā)車；(5) 在一次配送任務中，每個客戶的貨物不允許分批配送，且只能被一輛車服務；(6) 每輛配送車均從配送中心出發(fā)，完成配送任務后，立即返回配送中心；(7) 每輛配送車到達客戶后，立即卸貨，且卸貨時間固定。

2.模型建立。目標函數(shù)的建立

(式4-1)

(式4-2)

(式4-3)

(式4-4)

(式4-5)

模型中相關參數(shù)定義如下：

其中，k為車輛總數(shù)，k∈{1,2,…,K}；C為客戶需求點總數(shù)，配送中心定義為0；Cij為由需求點i到需求點j的運輸成本，其中i≠j，且i,j∈{0,1,2,…,V}；Q為車輛的裝載容量。

上述模型中，式(4-1)為目標函數(shù)，表示總的配送成本最低，式(4-2)為車輛的承載能力約束條件；式(4-3)保證了每個需求點的配送任務僅由一輛車服務，而所有配送任務則至多由V輛車共同完成；式(4-4)和式(4-5)限制了車輛到達和離開需求點有且僅有一輛車。

3.模型改進。通過對圖書配送中心以及圖書物流配送作業(yè)活動的調研分析，為了便于問題研究，將配送中心作業(yè)活動中與配送作業(yè)不直接相關的成本排除，可以將配送活動涉及的成本分為三個方面：固定成本(不隨配送量和配送距離變化的成本)、單位距離變動成本和單位配送量變動成本。

結合圖書物流配送所涉及的成本主要分為三個部分：與出車數(shù)量相關的成本、與圖書配送量相關的成本以及與配送距離相關的成本。則對原VRP模型進行改進：

模型中相關參數(shù)定義如下：

s：單位出車固定成本

m：出車數(shù)量

u：單位配送量變動成本

Q： 客戶總需求量

c：單位配送量變動成本

d：i,j之間的距離。

(三)數(shù)據整理

1.成本數(shù)據。通過對SF物流公司實地調查研究，固定成本中駕駛員基本工資與保險，主要包括基本工資、安全獎、社保、司機月雇主險，合計3315元/每人/每月；車輛的月檢與流量通信費，合計300元/每人/每月；折舊及保險車船費用，其中折舊年限一般按照5-7年進行折舊，本文以5年為例，合計4800元/每輛/每月。按照1輛貨車配備2個工作人員，駕駛員基本工資與保險221元/每輛/每天，車輛的月檢與流量通信費20元/每輛/每天，折舊及保險車船費160元/每輛/每天，總計單位車輛固定成本是401.2元/每輛/每天。單位距離變動成本中維修費用與輪胎費用為0.8元/公里，燃油費為1.5元/公里，駕駛員變工工資0.6元/公里。單位配送量變動成本中揀選單位時間成本120元/小時，每小時揀選240包，合計揀選成本為0.5元/包，裝車單位時間成本60元/小時，每小時裝車120包，合計裝車成本為0.5元/包。

2.客戶需求數(shù)據。從眾多配送量中截取某天的配送量如下表1所示：

表1 客戶坐標及訂單量表

3.配送優(yōu)化。首先，在AnyLogic軟件8.3.2版的平臺界面中創(chuàng)建一個新的模型，將其命名為“基于多Agent的圖書物流配送路徑優(yōu)化”。(1)系統(tǒng)層Agent構建。在AnyLogic中，Main層是各Agent之間創(chuàng)建信息的交流和交換的平臺，同時該層也是進行仿真模擬運行的界面。在一個模型創(chuàng)建完成后，系統(tǒng)內部本身就已經包含一個主界面Main層，因此，在創(chuàng)建完模型后，僅需按照需要創(chuàng)建各Agent，再將各Agent與主界面Main創(chuàng)建聯(lián)系，也就是將其他Agent拖入到Main中。在該模型中，結構層Agent有配送中心Agent、客戶Agent、車輛Agent，在AnyLogic中，通過創(chuàng)建新智能體即可實現(xiàn)，分別命名為Distribution、Customer、Truck，在通過Main將其鏈接。對于這三個結構Agent進行各項參數(shù)的設置，其中Distribution和Customer在模型中均有名稱和位置兩個基本屬性，一般在配送系統(tǒng)中都含有多個客戶，需要對客戶進行編碼或識別不同客戶。在主界面Main中加入GIS地圖，建立配送的路網信息，然后將已建立的各Agent進行連接，同時將訂單發(fā)送給車輛Agent，車輛接到指令后，按照設置好的路徑進行配送。

目標函數(shù)：

出車成本：401 * nCars

圖書配送距離成本：2.9*D(配送車輛總距離公里)

圖書配送量成本：訂單數(shù)*1

總成本=出車成本+圖書配送距離成本+圖書配送量成本

(2)結構層Agent的構建。在結構Agent層中，需要根據各Agent的不同功能來設置不同的屬性，最后通過Agent之間的交流和協(xié)作共同完成配送車輛線路優(yōu)化。第一步，建立配送中心Agent。創(chuàng)建配送中心Agent，從面板三維物體建筑物中加入配送中心庫房，并對配送中心Agent進行設置。第二步，建立車輛Agent。創(chuàng)建車輛Agent，從面板三維物體中道路運輸中加入貨車，并對配送中心Agent進行設置。第三步，創(chuàng)建客戶Agent。創(chuàng)建客戶Agent，從面板三維物體建筑物中加入客戶倉庫，并對客戶Agent進行設置。第四步，對所創(chuàng)建多Agent進行求解。完成上面的操作后，點擊基于多Agent的圖書物流配送路徑優(yōu)化運行按鈕，模型即開始運行，經過一段時間的運行，生成車輛配送方案和目標函數(shù)，如下：

路線1：配送中心—客戶4—客戶5—客戶3—配送中心

路線2：配送中心—客戶8—客戶7—客戶6—配送中心

路線3：配送中心—客戶2—配送中心

路線4：配送中心—客戶1—配送中心

總成本=出車成本+圖書配送距離成本+圖書配送量成本=3441.41

五、結論

本文主要講出車成本、圖書配送距離成本和圖書配送量成本作為總成本，下面通過表格的方式對優(yōu)化前后的成本做簡單的分析。

表2 配送路線優(yōu)化線路前后的線路效益對比

由表2中，我們可以從總成本節(jié)約了571.17，這樣不僅縮短了圖書配送的距離和時間，更使配送中心有 輛配送車輛閑置，就可以用來應對緊急狀況，或者可以提前配送較遠地區(qū)的圖書或其他物品等，有利于提高車輛的利用率，降低運輸成本，使運輸效率達到更高，從整體上提高了配送效率和服務質量以及企業(yè)的信譽。同時采用模擬仿真，不僅可以看到每輛車在實際配送中的動態(tài)過程，直到配送過程結束，還可以直觀地看到最優(yōu)化配送路線及總配送成本，為圖書物流配送路線優(yōu)化提供重要參考。