سیستمی از مدل‌ها برای شبیه‌سازی تورهای انبارداری مجدد بار شهری

این مقاله یک سیستم مدل‌سازی برای شبیه‌سازی تورهای حمل بار در مناطق شهری و کلان‌شهری با استفاده از رویکرد مبتنی بر تور پیشنهاد می‌دهد. به طور خاص، مدل پیشنهادی به ما این امکان را می‌دهد که ماتریس‌های مبدا-مقصد (O-D) وسیله نقلیه را تعریف کنیم که با مدل‌سازی تعریف سفارش زنجیره سفر و انتخاب محل تحویل، ماتریس‌های O-D تحویل داده شده را برآورده می‌کنند. سیستم مدل‌سازی بر اساس مصاحبه با بیش از ۵۰۰ راننده کامیون در مرکز شهر رم کالیبره و اعتبارسنجی شده است.

مقدمه

امروزه، تمرکز جهانی بر ایجاد یک استراتژی توسعه پایدار برای شناسایی و تعریف اقداماتی برای دستیابی به بهبود مستمر و بلندمدت در کیفیت زندگی با ایجاد جوامع پایداری است که قادر به مدیریت و استفاده کارآمد از منابع، بهره‌برداری از پتانسیل نوآوری اکولوژیکی و اجتماعی اقتصاد و تضمین رفاه، حفاظت از محیط زیست و انسجام اجتماعی باشند. در این زمینه، اهمیت زیادی برای حمل و نقل بار قائل هستند که نقش کلیدی در فعالیت‌های روزمره برای کسب و کارها و مردم ایفا می‌کند. این امر، به ویژه اگر روندهای اخیر تجارت الکترونیک، جهانی شدن اقتصاد، انبارداری پیشرفته و سیستم‌های تولید به موقع را تجزیه و تحلیل کنیم، آشکارتر می‌شود. علاوه بر این، جایگزینی جزئی تقاضای سنتی برای کالاهای سبک‌تر و/یا با ارزش بالاتر به دلیل گسترش خرید آنلاین در حال افزایش بوده است. این امر به معنای افزایش میزان بار حمل شده توسط کامیون‌ها است. علاوه بر این، در مقایسه با ناوگان خودروهای سواری، کامیون‌ها می‌توانند تأثیرات قابل توجهی در تراکم جاده‌ها، انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌ها و فرسودگی آسفالت داشته باشند.

بنابراین، برای پایدارتر کردن حمل و نقل بار شهری، باید اقدامات مختلفی اجرا شود. اقداماتی که توسط شهرها برای کاهش اثرات منفی حمل و نقل بار اجرا می‌شود، اغلب توسط ارزیابی‌های پیشین مبتنی بر مدل‌های کمی پشتیبانی نشده‌اند (Filippi و همکاران، ۲۰۱۰؛ Russo و Comi، ۲۰۱۱).

جدیدترین و پیچیده‌ترین سیستم‌های مدل‌سازی برای شبیه‌سازی تقاضای حمل و نقل بار شهری از ادغام دو دسته مدل ساخته شده‌اند: مدل‌هایی که سطح و توزیع مکانی کالای مبادله شده در منطقه مورد مطالعه (ماتریس‌های O-D) را شبیه‌سازی می‌کنند و مدل‌هایی که انتخاب مسیر و در نتیجه تخصیص ترافیک را برای تخمین جریان وسایل نقلیه در شبکه حمل و نقل شبیه‌سازی می‌کنند.

برای تخمین ماتریس‌های O-D، مدل‌ها و روش‌های متعددی پیشنهاد شده است. آن‌ها معمولاً به رویکرد مدل‌سازی متوالی اشاره دارند و می‌توانند از نظر ساختار مدل‌سازی و واحد مرجع داده شده توسط: کامیون، کالا/مقدار طبقه‌بندی شوند. با اشاره به انتخاب مسیر و تخصیص ترافیک، منابع، مدل‌ها و روش‌هایی را گزارش می‌دهند که به ما امکان می‌دهند جریان‌های پیوند وسایل نقلیه را با حل مسائل مسیریابی وسایل نقلیه (Laporte, 2007; Taniguchi et al., 2007; Russo et al., 2010) که از حوزه تحقیقات عملیاتی مشتق شده‌اند، به دست آوریم. هدف اصلی این نوع مدل‌ها، پرداختن به تخصیص وسایل نقلیه و مسیریابی بهینه یک اپراتور و/یا توزیع‌کننده واحد است. این رویکرد تفکیکی عموماً برای استفاده در بهینه‌سازی عملیاتی انبارهای تکی مناسب است. دیدگاه برنامه‌ریزی کاملاً متفاوت است زیرا تمرکز بر رفتار انبارهای تکی مهم نیست، بلکه در نظر گرفتن رفتار میانگین همه انبارهای تکی (یا دسته‌هایی از انبارهای تکی) که در منطقه مورد مطالعه خدمت می‌کنند، مهم است که برای آن سطح بالایی از جزئیات لازم نیست.

این مقاله بر مدل‌هایی برای تخمین ماتریس‌های O-D وسایل نقلیه در رویکرد کالا/مقدار تمرکز دارد. با توجه به پیچیدگی نمایش پدیده انبارداری مجدد، تخمین ماتریس‌های OD وسایل نقلیه از یک مقدار معین یا ماتریس‌های O-D تحویل بسیار پیچیده است و مقالات فقط برخی از کاربردها را برای موارد آزمایشی یا موارد واقعی تحت فرضیات قوی گزارش می‌دهند (Nuzzolo و همکاران، ۲۰۰۹). مطالعات قبلی پیشنهاد می‌کنند که تعداد توقف‌ها در هر تور با رشد افزایشی به دست آید که در هر توقف، گزینه بازگشت به پایه (انبار) در نظر گرفته می‌شود. این رویکرد در برخی موارد واقعی، به ویژه هنگامی که انبارداران مجدد تورها را با تعداد از پیش ثابتی از توقف‌ها برنامه‌ریزی می‌کنند، به تقریب‌های مربوطه اشاره دارد. با اشاره به آزمایش‌های موردی واقعی، به منظور به دست آوردن ماتریس‌های O-D وسایل نقلیه، Nuzzolo و همکاران. (2009) پیشنهاد می‌کند از یک منطقه‌بندی خاص برای منطقه مورد مطالعه استفاده شود که به ما اجازه می‌دهد فرض کنیم وقتی یک منطقه توسط یک تور خدمات‌رسانی می‌شود، همه تحویل‌ها در همان منطقه ترافیکی انجام می‌شوند (رویکرد میانگین کمیت). این فرض بر اساس برخی نتایج نظرسنجی است که به استراتژی ذخیره‌سازی مجدد اشاره می‌کند که تصمیم‌گیرندگان برای آن تورهایی را سازماندهی می‌کنند که سعی در خدمت‌رسانی به همه مشتریان واقع در نزدیکی دارند.

سیستم مدل‌سازی پیشنهادی به ما این امکان را می‌دهد که با اشاره به تعریف قبل از سفر (یعنی قبل از شروع سفر) از تعداد توقف‌ها برای سفر مجدد و به دنبال آن، انتخاب محل نقطه تحویل، بر این محدودیت‌ها غلبه کنیم. همچنین در نظر خواهیم گرفت که فروشندگان مجدد می‌توانند رفتار متفاوتی در رابطه با ویژگی‌های سفر (رفت و برگشت در مقابل زنجیره سفر) داشته باشند.

سیستم مدل‌سازی پیشنهادی در اینجا جزئی از یک چارچوب کلی برای مدل‌سازی حمل و نقل بار شهری است که توسط نویسندگان (Nuzzolo و همکاران، ۲۰۱۰) توسعه داده شده است. این سیستم در دو سطح ساختار یافته است و به ما امکان می‌دهد مزایای سه رویکرد شبیه‌سازی ذکر شده را برای تخمین ماتریس O-D ادغام کنیم:

کالاها/مقادیر (برای ثبت مکانیسم‌های زیربنایی تولید تقاضای بار)،

تحویل‌ها (برای دنبال کردن فرآیند تصمیم‌گیری و لجستیکی انبارداری) و کامیون‌ها (ورودی برای مدل‌های تخصیص ترافیک):

زیرسیستم تقاضای x؛ این به ما امکان می‌دهد ماتریس‌های O-D را هم از نظر کمیت و هم از نظر تحویل تخمین بزنیم؛این سطح مربوط به محاسبه موارد زیر است:

○ ماتریس‌های O-D کمیت: جریان‌های O-D بار به مقدار (مثلاً تن در روز) با شروع از داده‌های اجتماعی-اقتصادی تخمین زده می‌شوند،
○ ماتریس‌های O-D کمیت به ازای هر نوع خدمات حمل و نقل: جریان‌های O-D بار به مقدار بر اساس اینکه چه کسی می‌تواند به عنوان تصمیم‌گیرنده فرآیند انبارداری مجدد و خدمات حمل و نقل مورد استفاده فرض شود، تقسیم می‌شوند: گیرنده (مثلاً خرده‌فروش) به حساب خود، فرستنده (مثلاً تولیدکننده، عمده‌فروش) به حساب خود، شخص ثالث توسط شرکت حمل و نقل و شخص ثالث توسط پیک،
○ ماتریس‌های O-D تحویل به ازای هر نوع خدمات حمل و نقل: جریان‌های O-D کمیت به ازای هر نوع خدمات حمل و نقل به جریان‌های تحویل تبدیل می‌شوند؛ مرحله تحویل از طریق ارزیابی مقدار بار (اندازه محموله) تحویل داده شده توسط انواع مختلف خدمات حمل و نقل شناسایی شده مدل‌سازی می‌شود،
○ ماتریس‌های O-D تحویل در هر برش زمانی: جریان‌های O-D تحویل برای زمان هدف مشخص می‌شوند،
○ ماتریس‌های O-D تحویل در هر نوع وسیله نقلیه: جریان‌های O-D تحویل در هر زمان هدف بر اساس نوع وسیله نقلیه استفاده شده (مثلاً وسایل نقلیه سبک، وسایل نقلیه سنگین) تقسیم می‌شوند؛

زیرسیستم لجستیک x؛ این زیرسیستم اجازه می‌دهد تا جریان‌های تحویل به جریان‌های وسیله نقلیه (هم پر و هم خالی) تبدیل شوند که برای پر کردن مجدد منطقه مورد مطالعه برای انواع مختلف بار استفاده می‌شوند؛ این سطح مربوط به محاسبه

○ ماتریس‌های O-D تحویل برای زنجیره سفر مرتبه n: جریان‌های O-D تحویل به دست آمده از زیرسیستم تقاضا بر اساس ویژگی‌های سفر (یعنی تعداد توقف‌ها برای سفر) تقسیم می‌شوند؛
○ ماتریس‌های O-D وسیله نقلیه: ماتریس‌های O-D تحویل برای زنجیره سفر مرتبه n به هر سفر در زنجیره سفر یا تور مورد نظر اختصاص داده می‌شوند.(منبع).