基于调度公平性的钢铁出厂物流两阶段调度方法及系统与流程

本发明涉及一种物流调度方法及系统，特别是基于调度公平性的钢铁出厂物流两阶段调度方法及系统。

背景技术：

在传统的钢铁出厂物流调度模式下，调度人员给到达的车辆临时进行车辆配载。这样的调度方法缺点明显，主要体现在以下几个方面：

第一，车辆配载是一项复杂的工作，在钢铁出厂物流的车辆配载中，需要重点考虑货物所在库区库位是否集中、货物所在层数、货物装卸点是否相同等诸多因素。传统的调度模式下，调度人员需花费较长时间才能掌握综合考虑上述因素的配载工作。此外，由于调度人员对以上因素的认识不同，所配载的结果也会有所不同。因此，传统的钢铁出厂物流调度模式依赖调度人员的工作经验，临时配载效率低下，调度人员缺乏综合考虑全部因素的全局观。

第二，传统的调度模式容易导致管理腐败。在钢铁出厂物流中，待运业务不可避免的被分为“好活”和“差活”两类。所谓“好活”就是指驾驶员在单位运输时间获得的利润相对较高，反之则为“差活”。调度人员对待运货物具有较高的调度支配权，也就是说他们有机会选择性地对某些驾驶员配载“好活”或“差活”，这样容易产生管理腐败。不公平的配载调度极大地挫伤驾驶员工作的积极性，导致驾驶员人员流动大，不利于企业的稳健运营。

第三，调度公平性遭到质疑。一般情况下，驾驶员拿到提单后会相互比较任务的好坏，被分派到“差活”的驾驶员就会立即找调度人员理论，即便此时此刻的运输任务分派是相当公平的，也会颇受质疑。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供基于调度公平性的钢铁出厂物流两阶段调度方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

基于调度公平性的钢铁出厂物流两阶段调度方法，其特征在于：包含配载计划和任务分派两个阶段，所述配载计划是指在车辆到达前按既定的配载原则预先制定配载方案，形成若干个单车运输任务；任务分派则指在驾驶员排队待单时，按照一定的规则从若干个运输任务中分派一个恰当的运输任务给当前排队的驾驶员。

进一步地，所述既定的配载原则包含车次最小化、运输任务间的装载重量均衡、余卷最少、出库周期相近、上下层相近、库区相近、库位相近和提单完整性。

进一步地，所述既定的配载原则需符合的约束包含任意的钢卷均不能被重复分配到运输任务中、车辆的最大载重限制、最小载重限制和最大装载钢卷数量限制。

进一步地，所述配载计划实施步骤为：

步骤一：服务器处理模块更新运输资源池，如果有新的待运货物(又称钢卷)进入则传递至服务器存储模块，将其信息置入运输资源池，若运输任务池内有相同装卸点组合的库位或吨位不满意的运输任务，则将其打散成一个个钢卷，置入运输资源池，重复执行步骤一；若没有新钢卷进入运输资源池，继续执行步骤二；

步骤二：服务器处理模块读取卸点吨位参数和所有运输任务的原组合吨位参数；若运输任务吨位参数相对于卸点吨位参数的波动幅度不大于10％则形成装卸点组合，否则将该运输任务打散成一个个钢卷；

步骤三：服务器处理模块将卸点吨位参数传递给配载计划数学模型模块，调用基于均衡性的配载计划数学模型模块，建立数学模型并计算将结果输出给服务器处理模块，服务器处理模块接收配载计划数学模型模块的输出结果，并传递给服务器存储模块，服务器存储模块接收服务器处理模块的输出值并存储，继续执行步骤一。

进一步地，所述配载计划数学模型模块为，

模型假设：

1)假设钢铁出厂物流的运输对象均为钢卷；

2)假设钢卷堆放层数不超过2层；

3)假设车辆型号规格全部相同，任何车辆的最大装载吨位、车板长度都相同；

4)单个运输任务以不超过固定的钢卷个数来满足车辆装载空间长度约束；

目标函数：

1)车次最小化

2)运输任务间的装载重量均衡

其中：

3)余卷最少

4)出库周期相近

其中：RT_ij＝(x_ij·T_j-y_iAT_i)²，

5)上下层相近

其中：RU_ij＝(x_ij·U_j-y_iAU_i)²，

6)库区相近

其中：RS_ij＝(x_ij·S_j-y_i·AS_i)²，

7)库位相近

其中：RL_ij＝(x_ij·L_j-y_i·AL_i)²，

8)提单完整性

其中：

约束条件：

i∈{1,2,…m}，j∈{1,2,…n}，k∈{1,2,…o} (14)。

进一步地，所述任务分派阶段，由配载计划生成的一系列的运输任务组成运输任务池；当驾驶员排队领取运输任务时，通过基于最佳公平性匹配的任务分派模型从运输任务池中挑选合适的运输任务分派给当前领取运输任务的驾驶员，使得任务分派后驾驶员的个人单位运输时间利润值和整体的单位运输时间利润值的差距最小化。

进一步地，所述基于最佳公平性匹配的任务分派模型包含：

模型假设：

1)驾驶员在排队领取运输任务时，至少有一个可分派的运输任务；

2)已知可分派的运输任务的价格及其他属性；

3)运输任务所需要花费的时间等于该类型任务的运输时间均值(经验值)；

目标函数：

约束条件：

一种基于调度公平性的钢铁出厂物流两阶段调度系统，其特征在于：包含服务器存储模块、服务器处理模块、配载计划数学模型模块、任务分派数学模型模块、排队机和打印机；配载计划数学模型模块通过服务器处理模块与服务器存储模块之间的数据交换功能调取服务器存储模块中的待运业务数据并建立配载计划数学模型，并对数学模型进行计算，计算结果以文字形式输出给服务器处理模块；服务器处理模块接收配载计划数学模型模块的输出值并传输给服务器存储模块形成运输任务池；排队机读取身份证信息，发送给服务器处理模块；服务器处理模块接收身份信息触发任务分派数学模型模块通过服务器处理模块与服务器存储模块之间的数据交换功能调取运输任务池数据和当日历史作业数据，建立任务分派数学模型，并对数学模型进行计算，计算结果以文字形式输出至服务器处理模块；服务器处理模块接收任务分派数学模型模块的输出值，并传输给排队机和服务器存储模块；服务器存储模块接收任务分派结果后存储在相应的驾驶员历史作业记录下；排队机接收服务器处理模块的输出值并传输给打印机；打印机接收排队机的输出值执行打印功能。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过两阶段调度法，即“预先配载+任务分派”模式，使钢铁出厂物流的调度过程趋于公平。两阶段调度法中的预先配载即配载计划，为后续的任务及时分派创造便捷，驾驶员排队待单的时间大幅减少，调度效率显著提升。

附图说明

图1是本发明的配载计划流程图。

图2是本发明的任务分派流程图。

图3是本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面通过附图并结合实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明的基于调度公平性的钢铁出厂物流两阶段调度方法及系统包含两个步骤：

“配载计划”和“任务分派”共同构成了两阶段调度法。所谓配载计划是指在车辆到达前按既定的配载原则预先制定配载方案，形成若干个单车运输任务；而任务分派则指在驾驶员排队待单时，按照一定的规则从若干个运输任务中分派一个合适的运输任务给当前排队的驾驶员。两阶段调度法借鉴了“过程公平”的理念，将调度工作分成了两个阶段，特别是任务分派阶段，按照一定的规则对运输任务进行分派，而非依靠调度人员的主观判断来实现运输任务调度，较大程度上避免了人为因素造成的潜在的管理腐败。两阶段调度法同时也借鉴了“结果公平”的思想，在配载计划阶段，对于同类运输任务(相同卸点)尽可能地做到运量上的均衡，尽可能地缩小运输任务之间的差异，在任务分派阶段对驾驶员的业务分派引入单位运输时间利润值。

(1)第一阶段：配载计划

将所有等待运输的货物按既定的配载原则预先分配成单车运输任务，这个过程即为配载计划。配载计划遵循传统调度流程的配载原则：1)尽可能将相同装卸点的钢卷放在一个运输任务中；2)尽可能相近库区、相近行车(库位)下、相近垛位的钢卷放在一个运输任务中；3)尽可能将多层钢卷中的上层钢卷放在一个运输任务中；4)尽可能满足车辆吨位满载要求；5)运输任务总量不能超出车辆最大装载量；6)运输任务不能超出车辆最大装载空间。

由于人工预配载效率低下，组合运输任务时无法兼顾多种因素，运输任务之间存在差异，难以及时满足需求等原因，遂通过建立数学模型以期实现自动化配载，减少人工干预，使运输任务组合过程有效、高效、公平地实施。

本发明建立的配载计划模型是基于均衡性的配载计划模型。均衡性是指每个运输任务的运量尽可能保持相近，减少运输任务之间的差异，促进调度结果趋向公平。

基于均衡性的配载计划模型建模步骤：

模型假设

1)假设钢铁出厂物流的运输对象均为钢卷；

2)假设钢卷堆放层数不超过2层；

3)假设车辆型号规格全部相同，任何车辆的最大装载吨位、车板长度都相同；

4)单个运输任务以不超过固定的钢卷个数来满足车辆装载空间长度约束。

符号说明

n：钢卷的个数；

C：车辆的最大装载重量；

C_e：经济吨位；

N：车辆最大装载卷数；

w_j：钢卷j的重量；

x_ij：钢卷j是否在运输任务i中；

y_i：为中间变量，判断运输任务i里面是否有钢卷。当某个运输任务中没有分配到钢卷时，y_i的值为0，表示该运输任务并不存在；

k：第k个提单；

o：提单总数；

N_i：第i个运输任务的卷数；

U_j：第j个钢卷所在的层数；

S_j：第j个钢卷所在的装点库区；

L_j：第j个钢卷所在的库位；

B_j：第j个钢卷所在的提单；

T_j：第j个钢卷的库龄；

S_k：第k个提单的钢卷数；

W_i：第i个运输任务的钢卷总重量；

所有运输任务的平均装载重量；

m：运输任务的个数，允许空的运输任务存在，即运输任务下面没有钢卷。

其中，符号“[]”表示向上取整，如[5.1]等于6。

目标函数

1)车次最小化

2)运输任务间的装载重量均衡

其中：

3)余卷最少

4)出库周期相近

其中：RT_ij＝(x_ij·T_j-y_iAT_i)²，

5)上下层相近

其中：RU_ij＝(x_ij·U_j-y_iAU_i)²，

6)库区相近

其中：RS_ij＝(x_ij·S_j-y_i·AS_i)²，

7)库位相近

其中：RL_ij＝(x_ij·L_j-y_i·AL_i)²，

8)提单完整性

其中：

约束条件

i∈{1,2,…m}，j∈{1,2,…n}，k∈{1,2,…o} (14)

这里存在多个目标，式(1)是目标一，表示使运输任务数量最小化，即使用最少的车辆(或车次)完成出厂物流；式(2)是目标二，表示使经过配载计划后所生成的运输任务之间吨位相近；式(3)是目标三，表示尽可能的使所有钢卷均被分配到运输任务中，未组合成运输任务的钢卷数目最小化；式(4)是目标四，表示运输任务中钢卷的出库周期尽可能相近，即库龄相近；式(5)是目标五，表示对于叠放的钢卷，尽可能的将同一层的钢卷放在一个运输任务中以减少无效吊装；式(6)是目标六，表示尽可能将运输任务中的钢卷分布在同一库区，减少装车前的排队等待时间；式(7)是目标七，表示尽可能的将相同库区钢卷的库位相近，方便行车工人吊装；式(8)是目标八，表示尽可能防止提单被拆散。式(9)-(14)是约束条件，式(9)表示任意的钢卷均不能被重复分配到运输任务中；式(10)(11)(12)分别代表车辆的最大载重限制、最小载重限制和最大装载钢卷数量限制；式(13)表示钢卷与运输任务之间的关系；式(14)是各变量的取值范围。

配载计划实施过程如图1所示，具体实施步骤如下：

步骤一：服务器处理模块更新运输资源池，如果有新的待运货物(又称钢卷)进入则输入至服务器存储模块，将其信息置入运输资源池，若运输任务池内有相同装卸点组合的库位或吨位不满意的运输任务，则将其打散成一个个钢卷，置入运输资源池，继续执行步骤一；若没有新钢卷进入运输资源池，继续执行步骤二；

步骤二：服务器处理模块读取卸点吨位参数和所有运输任务的原组合吨位参数；若运输任务吨位参数相对于卸点吨位参数的波动幅度不大于10％则形成装卸点组合，否则将该运输任务打散成一个个钢卷；

步骤三：服务器处理模块将卸点吨位参数传递给配载计划数学模型模块，调用基于均衡性的配载计划数学模型模块，建立数学模型并计算将结果输出给服务器处理模块，服务器处理模块接收配载计划数学模型模块的输出结果，并传递给服务器存储模块，服务器存储模块接收服务器处理模块的输出值并存储，继续执行步骤一。

(2)第二阶段：任务分派

两阶段调度法的任务分派是指基于最佳公平性匹配的任务分派方法。所谓最佳公平性匹配是指按照一定的分派准则对运输任务进行动态实时地分派，使一段时间内每一位驾驶员的个人单位运输时间利润值与整体单位运输时间利润值接近(运输时间是指完成运输任务花费的总时间)，尽可能的减少运输任务之间的“好坏”差别，提高驾驶员对调度公平性的信心。任务分派借助排队机实现运输任务自助下发，不需要调度人员参与。

由配载计划生成的一系列的运输任务组成运输任务池。当驾驶员排队领取运输任务时，如何在运输任务池中挑选合适的运输任务分派给当前领取运输任务的驾驶员，使得任务分派后驾驶员的个人单位运输时间利润值和整体单位运输时间利润值的差距最小化，是任务分派过程中亟待解决的公平性问题。

本发明提出一种基于最佳公平性匹配的任务分派模型以解决上述问题。

基于最佳公平性匹配的任务分派模型建模步骤：

模型假设

1)驾驶员在排队领取运输任务时，至少有一个可分派的运输任务；

2)已知可分派的运输任务的价格及其他属性；

3)运输任务所需要花费的时间等于该类型任务的运输时间均值(经验值)。

符号说明

d：当前排队领取任务的驾驶员；

m：当前可分派任务的总数；

I：可分派的运输任务，其中I＝{1,2,…m}；

i：第i个可分派的运输任务；

e(i)：运输任务i的运输费用；

c(i)：运输任务i的成本；

t(i)：运输任务i所需要花费的时间；

v(i)：运输任务i的利润，其中v(i)＝e(i)-c(i)；

bv(d)：在任务分派之前，驾驶员d所有已完成运输任务的利润之和；

bt(d)：在任务分派之前，驾驶员d所有已完成运输任务花费的时间之和；

btv：在任务分派之前，所有驾驶员已完成运输任务的利润之和；

btt：在任务分派之前，所有驾驶员已完成运输任务花费的时间之和；

f_di：若为驾驶员d分派任务i，分派后驾驶员d的单位运输时间利润值；

tf_i：若为驾驶员d分派任务i，分派后所有驾驶员的整体单位运输时间利润值。

x_di：决策变量

目标函数

目标函数表示运输任务分派以后驾驶员的个人单位运输时间利润值和整体单位运输时间利润值的差距最小化。

约束条件

式(16)表示任务i分派给驾驶员d以后，驾驶员d的单位运输时间利润值的变化；式(17)表示任务i分派给驾驶员d以后，整体单位运输时间利润值的变化；式(18)表示变量x_di的取值范围；式(19)表示运输任务池中所有任务有且仅有一项运输任务分派给了驾驶员d；式(20)表示分配的运输任务全部属于当前运输任务池内的运输任务。

基于最佳公平性匹配的任务分派实施步骤见图2。

基于调度公平性的钢铁出厂物流两阶段调度系统由服务器存储模块、服务器处理模块、配载计划数学模型模块、任务分派数学模型模块、排队机和打印机构成，见图3。

配载计划数学模型模块通过服务器处理模块与服务器存储模块之间的数据交换功能调取服务器存储模块中的待运业务数据并建立配载计划数学模型，并对数学模型进行计算，计算结果以文字形式输出给服务器处理模块；服务器处理模块接收配载计划数学模型模块的输出值并传输给服务器存储模块形成运输任务池；排队机读取身份证信息，发送给服务器处理模块；服务器处理模块接收身份信息触发任务分派数学模型模块通过服务器处理模块与服务器存储模块之间的数据交换功能调取运输任务池数据和当日历史作业数据，建立任务分派数学模型，并对数学模型进行计算，计算结果以文字形式输出至服务器处理模块；服务器处理模块接收任务分派数学模型模块的输出值，并传输给排队机和服务器存储模块；服务器存储模块接收任务分派结果后存储在相应的驾驶员历史作业记录下；排队机接收服务器处理模块的输出值并传输给打印机；打印机接收排队机的输出值执行打印功能。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。