排隊(duì)論在集裝箱堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口管理中的應(yīng)用

張河山

集裝箱堆場(chǎng)是提供集裝箱裝卸、轉(zhuǎn)運(yùn)、檢修、保管、交接和堆存等服務(wù)的場(chǎng)所，是集裝箱物流鏈上的重要節(jié)點(diǎn)。[1]集裝箱堆場(chǎng)的服務(wù)始于進(jìn)場(chǎng)閘口。作為集裝箱堆場(chǎng)的重要服務(wù)設(shè)施之一，進(jìn)場(chǎng)閘口不僅是集裝箱進(jìn)入堆場(chǎng)的必經(jīng)之處，而且是集裝箱交接雙方的責(zé)任分界點(diǎn)，其服務(wù)能力和服務(wù)質(zhì)量直接影響集裝箱堆場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)效率和客戶滿意度。[2]近年來(lái)，我國(guó)集裝箱物流行業(yè)迅猛發(fā)展，港口集裝箱吞吐量連續(xù)多年穩(wěn)居世界首位；然而，大多數(shù)集裝箱堆場(chǎng)的進(jìn)場(chǎng)閘口管理仍舊停留在憑歷史經(jīng)驗(yàn)定性分析的層面，缺乏科學(xué)、有效的定量分析手段，導(dǎo)致進(jìn)場(chǎng)閘口普遍存在較為嚴(yán)重的擁堵問(wèn)題，造成集卡和堆場(chǎng)的運(yùn)行效率下降且物流成本上升，對(duì)環(huán)境、客戶體驗(yàn)和公共交通等產(chǎn)生不良影響。本文以青島DY堆場(chǎng)為例，將排隊(duì)論應(yīng)用于集裝箱堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口管理，構(gòu)建進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)模型，并對(duì)進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)的主要指標(biāo)進(jìn)行定量分析，據(jù)此提出進(jìn)場(chǎng)閘口服務(wù)優(yōu)化措施，從而提升進(jìn)場(chǎng)閘口的服務(wù)能力和服務(wù)質(zhì)量。

1 排隊(duì)論概述

排隊(duì)論又名隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論，是研究系統(tǒng)隨機(jī)聚散現(xiàn)象和隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)工作過(guò)程的數(shù)學(xué)理論和方法。

1.1 排隊(duì)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

如圖1所示，排隊(duì)系統(tǒng)的基本構(gòu)成如下：（1）顧客源和顧客到達(dá)方式，即顧客源為有限還是無(wú)限，以及顧客單個(gè)到達(dá)還是批量到達(dá)、獨(dú)立到達(dá)還是關(guān)聯(lián)到達(dá)；（2）排隊(duì)規(guī)則，即是否允許排隊(duì)、允許排隊(duì)長(zhǎng)度和服務(wù)順序等；（3）服務(wù)臺(tái)，即服務(wù)設(shè)施的數(shù)量和排列方式；（4）顧客離開系統(tǒng)的方式，即顧客離開系統(tǒng)后是否成為新的潛在顧客。[3]

1.2 排隊(duì)系統(tǒng)的符號(hào)表示方法

排隊(duì)系統(tǒng)一般采用Kendall符號(hào)，其基本形式為X/Y/Z/A/B/C，其中：X為顧客到達(dá)時(shí)間間隔分布，如泊松輸入M，定長(zhǎng)輸入D和一般獨(dú)立輸入Gi等；Y為服務(wù)時(shí)間分布，如負(fù)指數(shù)分布M，一般分布G和愛(ài)爾朗分布Ek等；Z為服務(wù)臺(tái)數(shù)量；A為排隊(duì)系統(tǒng)容量，即排隊(duì)系統(tǒng)最多可容納的顧客數(shù)量，分為有限容量和無(wú)限容量；B為顧客數(shù)量，分為有限顧客源和無(wú)限顧客源；C為服務(wù)規(guī)則，如先到先服務(wù)、帶優(yōu)先服務(wù)權(quán)、隨機(jī)服務(wù)等。例如，M/M/1/∞/∞/SFCFS表示顧客到達(dá)服從泊松分布、服務(wù)時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布、單個(gè)服務(wù)臺(tái)、系統(tǒng)容量無(wú)限、顧客源無(wú)限且服務(wù)規(guī)則為先到先服務(wù)的排隊(duì)系統(tǒng)模型。

2 排隊(duì)論在集裝箱堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口管理中的應(yīng)用

2.1 優(yōu)化前DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口作業(yè)流程

本文以青島DY堆場(chǎng)的進(jìn)場(chǎng)閘口為研究對(duì)象。DY堆場(chǎng)建于1996年，是青島地區(qū)規(guī)模較大、服務(wù)功能較齊全、綜合實(shí)力較強(qiáng)的物流場(chǎng)站，占地面積約30萬(wàn)m2，平均集裝箱堆存量5萬(wàn)TEU，月均集裝箱吞吐量3.5萬(wàn)TEU。DY堆場(chǎng)的進(jìn)場(chǎng)閘口設(shè)有3條通道、3個(gè)服務(wù)臺(tái)、1個(gè)箱頂檢查橋以及計(jì)算機(jī)終端和企業(yè)資源管理（enterprise resource planning，ERP）系統(tǒng)等軟硬件設(shè)施，并配備12名工作人員。進(jìn)場(chǎng)閘口的作業(yè)內(nèi)容包括控制集卡進(jìn)場(chǎng)、區(qū)分進(jìn)場(chǎng)集裝箱類別、審核相關(guān)單證信息、檢驗(yàn)集裝箱狀況、維護(hù)堆場(chǎng)ERP系統(tǒng)中的集裝箱信息、確定進(jìn)箱或提箱區(qū)位、收取相關(guān)費(fèi)用、打印相關(guān)票據(jù)等。優(yōu)化前DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口作業(yè)流程見(jiàn)圖2。

2.2 DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)模型

DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：（1）共有3條服務(wù)通道；（2）集卡隨機(jī)且獨(dú)立到達(dá)；（3）集卡所需的服務(wù)時(shí)間隨機(jī)；（4）集卡數(shù)量無(wú)限；（5）服務(wù)通道的容量無(wú)限；（6）服務(wù)規(guī)則為先到先服務(wù)。

2.3 測(cè)定集卡到達(dá)分布

統(tǒng)計(jì)2016年7―9月DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口集卡到達(dá)情況（見(jiàn)表1），選取到達(dá)集卡數(shù)量最多的2016年8月作為數(shù)據(jù)分析月份，將當(dāng)月每小時(shí)到達(dá)集卡數(shù)量等相關(guān)數(shù)據(jù)錄入社會(huì)科學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件包（Statistical Package for the Social Sciences，SPSS），利用其統(tǒng)計(jì)描述功能生成集卡到達(dá)頻率分布（見(jiàn)圖3）。根據(jù)圖3，可假設(shè)集卡到達(dá)頻率分布為泊松分布。

進(jìn)行假設(shè)試驗(yàn)，將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入SPSS，并采用非參數(shù)檢驗(yàn)法中的單樣本K-S檢驗(yàn)法，檢驗(yàn)結(jié)果顯示：其雙尾概率即漸近顯著性（雙側(cè)）為0.115；在顯著性水平a=0.05的條件下，雙尾概率0.115>0.05，即檢驗(yàn)樣本與理論分布不存在顯著差異，不能夠拒絕原假設(shè)。據(jù)此，可認(rèn)定DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口的集卡到達(dá)服從 =21.53的泊松分布，即平均每小時(shí)到達(dá)21.53輛集卡。

2.4 測(cè)定服務(wù)時(shí)間分布

隨機(jī)選取2016年7―9月的工作日，在每個(gè)工作日隨機(jī)確定不同時(shí)段，記錄該時(shí)段內(nèi)每輛集卡（區(qū)分空車與重車）接受服務(wù)時(shí)間，將隨機(jī)記錄的200輛集卡接受服務(wù)時(shí)間等數(shù)據(jù)錄入SPSS，生成集卡接受服務(wù)時(shí)間頻率分布。如圖4所示，集卡接受服務(wù)時(shí)間存在2個(gè)高頻區(qū)，并且2個(gè)高頻區(qū)被1個(gè)低頻區(qū)隔開，近似服從雙峰分布。

利用SPSS分別對(duì)空車接受服務(wù)時(shí)間和重車接受服務(wù)時(shí)間的正態(tài)分布假設(shè)進(jìn)行K-S檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果顯示：空車接受服務(wù)時(shí)間和重車接受服務(wù)時(shí)間的正態(tài)分布假設(shè)試驗(yàn)的雙尾概率分別為0.859和0.999；在顯著性水平a=0.05的條件下，上述2個(gè)假設(shè)試驗(yàn)的雙尾概率均大于0.05，即不能夠拒絕原假設(shè)。據(jù)此，可認(rèn)定空車接受服務(wù)時(shí)間和重車接受服務(wù)時(shí)間均服從正態(tài)分布，將空車接受服務(wù)時(shí)間分布記作（0.065，0.0162），重車接受服務(wù)時(shí)間分布記作（0.173，0.0272）。

2.5 DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)模型定量分析

通過(guò)上述統(tǒng)計(jì)分析，可確立DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)模型為M/G/3/∞/∞/SFCFS，具體參數(shù)如下：（1）顧客到達(dá)時(shí)間間隔服從參數(shù) =21.53的泊松分布；（2）服務(wù)通道為顧客服務(wù)的時(shí)間服從期望E=0.128，方差 2=0.0582的一般分布；（3）設(shè)有3條服務(wù)通道。

根據(jù)公式對(duì)DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)模型M/G/3/∞/∞/SFCFS進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示：集卡平均等待隊(duì)長(zhǎng)為8輛，平均等待時(shí)間為。由此可見(jiàn)，DY堆場(chǎng)的進(jìn)場(chǎng)閘口存在較為嚴(yán)重的集卡排隊(duì)等待現(xiàn)象，需要采取優(yōu)化措施。endprint

3 集裝箱堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口服務(wù)優(yōu)化

3.1 DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口服務(wù)優(yōu)化措施

由排隊(duì)系統(tǒng)模型的計(jì)算公式可知，集裝箱堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口的通過(guò)能力受集卡到達(dá)情況、服務(wù)通道數(shù)量、服務(wù)效率等參數(shù)的影響。集裝箱堆場(chǎng)對(duì)集卡到達(dá)實(shí)施干預(yù)的難度較大且成本較高；增加服務(wù)通道數(shù)量雖然有利于提高進(jìn)場(chǎng)閘口的通過(guò)能力，但有可能導(dǎo)致堆存作業(yè)區(qū)的面積縮小，對(duì)集裝箱堆場(chǎng)而言并非最佳選擇。由此可見(jiàn)，提高服務(wù)效率是提升集裝箱堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口通過(guò)能力的最佳途徑。

3.1.1 改進(jìn)ERP系統(tǒng)

（1）完善ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，實(shí)現(xiàn)已有數(shù)據(jù)的自動(dòng)調(diào)取。集裝箱是循環(huán)使用的運(yùn)輸工具，在實(shí)際操作中，有相當(dāng)多的集裝箱會(huì)多次入場(chǎng)，需要多次重復(fù)錄入集裝箱信息。集裝箱的箱號(hào)、箱型、尺寸、自重、載質(zhì)量、容積、機(jī)型、制造日期等信息屬于固定屬性信息，不會(huì)發(fā)生改變；因此，可通過(guò)升級(jí)ERP系統(tǒng)，將上述固定屬性信息存儲(chǔ)在指定數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在進(jìn)場(chǎng)閘口的系統(tǒng)操作界面設(shè)置按箱號(hào)自動(dòng)檢索集裝箱固定屬性信息的功能。當(dāng)集裝箱二次進(jìn)場(chǎng)時(shí)，只要輸入箱號(hào)，ERP系統(tǒng)就能自動(dòng)檢索該集裝箱的固定屬性信息，無(wú)須人工二次錄入。

（2）在ERP系統(tǒng)中嵌入智能區(qū)位管理模塊。當(dāng)指派存箱、提箱區(qū)位時(shí)，由ERP系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的約束條件計(jì)算最優(yōu)區(qū)位，從而協(xié)助工作人員快速、科學(xué)地完成指派操作。

（3）對(duì)集裝箱信息進(jìn)行分類。將需要錄入ERP系統(tǒng)的集裝箱信息分為關(guān)鍵信息和非關(guān)鍵信息。關(guān)鍵信息指在集裝箱進(jìn)場(chǎng)時(shí)必須及時(shí)錄入的信息，包括ERP系統(tǒng)中的集裝箱識(shí)別信息以及對(duì)集裝箱進(jìn)場(chǎng)后的下一作業(yè)環(huán)節(jié)有重要影響的信息，如集裝箱的箱號(hào)、尺寸、箱型、經(jīng)營(yíng)人、箱位和集卡車號(hào)等。非關(guān)鍵信息指對(duì)錄入時(shí)限的要求較為寬松的信息，如集裝箱的自重、載質(zhì)量、容積、機(jī)型、箱況、內(nèi)角類型、制造日期、進(jìn)場(chǎng)來(lái)源等。非關(guān)鍵信息的暫時(shí)缺失不影響下一作業(yè)環(huán)節(jié)，故無(wú)須及時(shí)錄入，只要在一段時(shí)間內(nèi)錄入即可。例如，在環(huán)境溫度合適且箱況良好的條件下，冷藏集裝箱的開航前檢驗(yàn)工作大約需要，此時(shí)可將非關(guān)鍵信息的錄入時(shí)限設(shè)定為。當(dāng)進(jìn)場(chǎng)閘口出現(xiàn)集卡排隊(duì)情況時(shí)，要求工作人員只錄入關(guān)鍵信息，并在閑期補(bǔ)錄非關(guān)鍵信息，從而壓縮制單服務(wù)時(shí)間。

3.1.2 優(yōu)化操作流程

對(duì)DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口作業(yè)流程進(jìn)行優(yōu)化（見(jiàn)圖5），重點(diǎn)優(yōu)化驗(yàn)箱操作模式和內(nèi)容。成立由3人組成的驗(yàn)箱小組，其中：1名組員負(fù)責(zé)記錄集裝箱信息、拍照以及檢驗(yàn)箱圍、箱內(nèi)和箱底等工作；1名組員負(fù)責(zé)拍照以及檢驗(yàn)機(jī)組和箱頂?shù)裙ぷ?；組長(zhǎng)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)單證信息、協(xié)調(diào)更正信息、統(tǒng)籌安排驗(yàn)箱、控制驗(yàn)箱時(shí)間以及信息補(bǔ)錄和整理等工作。當(dāng)進(jìn)場(chǎng)閘口出現(xiàn)集卡排隊(duì)情況時(shí)，驗(yàn)箱小組按照分工各司其職，協(xié)作配合，向集卡提供流動(dòng)式服務(wù)，利用集卡排隊(duì)等待的時(shí)間盡可能多地完成檢驗(yàn)工作。對(duì)于檢驗(yàn)時(shí)間可能超過(guò)的嚴(yán)重?fù)p壞的集裝箱，要求工作人員只完成基本檢驗(yàn)，然后制單、收費(fèi)，并將嚴(yán)重?fù)p壞的集裝箱放置在堆場(chǎng)空閑區(qū)域，利用集卡排隊(duì)閑期完成此類集裝箱的全面檢驗(yàn)工作。

3.2 優(yōu)化后DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)模型模擬結(jié)果

對(duì)DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口實(shí)施ERP系統(tǒng)改進(jìn)和流程優(yōu)化措施后，重新隨機(jī)記錄200輛集卡接受服務(wù)的時(shí)間數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)錄入SPSS，結(jié)果顯示：優(yōu)化后DY堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口集卡接受服務(wù)時(shí)間服從雙峰分布，其期望為E=0.081，方差為 2=0.0342。對(duì)新的排隊(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示：集卡平均等待隊(duì)長(zhǎng)為4輛，平均等待時(shí)間為。由此可見(jiàn)，優(yōu)化后集卡等待時(shí)間明顯縮短，進(jìn)場(chǎng)閘口通過(guò)能力顯著提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)我國(guó)集裝箱堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口普遍存在的擁堵問(wèn)題，以青島DY堆場(chǎng)為實(shí)例，統(tǒng)計(jì)分析集卡到達(dá)分布規(guī)律和接受服務(wù)時(shí)間分布規(guī)律，建立進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)模型M/G/n/∞/∞/SFCFS，定量計(jì)算進(jìn)場(chǎng)閘口排隊(duì)系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)，并根據(jù)DY堆場(chǎng)的實(shí)際情況提出切實(shí)可行的優(yōu)化措施，為堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)閘口管理提供較為科學(xué)的基于定量分析的管理思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓鳳茹. 集裝箱堆場(chǎng)毗鄰交叉口通行能力與配時(shí)優(yōu)化研究[D]. 大連：大連海事大學(xué)，2013：2.

[2] 高霓. 改善深圳某集裝箱碼頭閘口通過(guò)能力的研究[D]. 大連：大連海事大學(xué)，2008：9.

[3] 陸傳賚. 排隊(duì)論[M]. 2版. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009： 2-3.

[4] 劉翠蓮，計(jì)明軍，郁斢蘭，等. 集裝箱碼頭閘口作業(yè)系統(tǒng)通過(guò)能力研究[J]. 交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2011，11（4）：117-123.

（編輯：張敏 收稿日期：2017-06-21）endprint