Simulation Research of Shared Express Cabinet System Based on Anylogic
刘宁 LIU Ning
（三峡大学经济与管理学院，宜昌 443002）
（School of Economics & Management，China Three Gorges University，Yichang 443002，China）
摘要：针对快递、外卖配送“最后一公里”难题，快递柜利用率低、配送人员工作强度高、社区安全等问题，文章提出了共享快递柜模式，应用Anylogic对共享机制进行仿真；基于快递、外卖共享使用快递柜的两种不同机制，建立两类共享快递柜系统动态仿真模型，通过对快递、外卖周转量、入柜时间分布、占柜时间间隔、快递柜利用率等指标进行仿真对比分析，提出了快递柜仓位资源合理配置方案，为共享快递柜的发展提供了理论依据。
Abstract: For the "last mile" problem of express delivery and take-out delivery, low utilization rate of express delivery cabinet, high work intensity of distribution personnel, community safety and other issues, a shared express cabinet mode was proposed, and Anylogic was used to simulate the sharing mechanism; The two different mechanisms of the express cabinet establish two kinds of dynamic simulation models of the shared express cabinet system. Through the simulation and comparison analysis of the indicators such as express delivery, take-away turnover, cabinet time distribution, cabinet time interval and express cabinet utilization rate, the rational allocation plan of the express warehouse position resources provides a theoretical basis for the development of the shared express cabinet.
关键词：共享快递柜；Anylogic仿真；“最后一公里”配送
Key words: sharing express cabinets；Anylogic simulation；"last mile" distribution
中图分类号：F572.88 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）24-0222-04
0 引言
随着互联网的应用普及，网购消费高速发展，快递、外卖需求量巨大，外卖、快递 “最后一公里”配送问题突出。这主要表现在：①在一对一配送服务中，从业人员不足使得配送人员长期处于高负荷状态，致使工作效率低下，无法满足消费者需求；②快递末端配送，快递丢失现象时有发生，快递营业网点分布不均匀，一对一配送服务差导致顾客满意度低；③外卖一对一的配送服务中，由于骑手和顾客之间缺乏统一的时间安排，外卖一对一的配送服务效率低下；④快递、外卖一对一配送服务中经常出现配送人员与顾客的服务时间窗问题，导致无法完成高效高质的配送服务，同时部分从业人员素质较低，在配送过程中配送人员与消费者的直接接触，也引起了居民社区安全问题，消费者人生安全问题。
智能快递柜作为解决末端配送“最后一公里”的一种方式，可以深入社区、高校、商业区等人口聚集场所，从某种程度上缓解了末端配送的问题[1，2]。目前，智能快递柜行业发展方向不明确，功能单一难以满足客户需求，盲目扩张缺乏统一管理[3]，企业之间缺乏信息沟通，各自为营，使得智能快递柜的使用仅限于服务各自的物流或是快递服务，导致快递柜的使用率不高，建设成本较高社会普及推广难度大，没有实现预期的效果。在智能快递柜服务研究中，文献[4]研究了社区多种物流末端配送服务模式，提出建设智能快递柜运作模式的必要性；文献[5]为智能快递柜行业的标准制定、人才培养、建设成本等提供了若干发展建议；文献[6]针对居民行为的空间特点与城市智能快递自提空间布局的关系，通过问卷调查和GIS、SPSS软件分析，进行了探讨，为自提服务设施的科学布点提供参考和建议；文献[7]绕快递柜服务的过程以顾客满意理论、SEVRQUAL测评体系及LSQ模型为基础，提出了影响顾客满意的有关因素；以上研究文献中主要是从两方面进行研究：一是针对智能快递柜本身运作模式进行研究，二是针对顾客服务流程方面进行研究；但是基于智能快递仓位配置以及快递柜资源共享方面研究甚少。
本文研究共享快递柜的建设，多种物品共享探寻快递柜资源的高效配置方式，以日常生活需求量较大的快递、外卖为研究对象进行研究；假设一定条件背景下以M小区快递、外卖针对智能快递柜的两种使用方式：①快递柜独立使用；②快递柜共享使用。应用Anylogic软件仿真[8]，首先，在独立模式下多次仿真求得快递、外卖各自最优的快递柜匹配数量，其次，在共享模式多次仿真求得快递柜最优匹配数量；基于两种假设前提，不同到达速率、需求量、取货速率的外卖、快递的仿真结果，类比分析两种快递柜仓位的资源配置方式，得到共享快递柜系统合理高效的资源配置共享机制，对于快递柜的建设发展提供了理论依据。
1 智能快递柜系统
智能快递柜是一种集快件投递、提取等多种功能于一体的24h自主服务设备[5]，由主柜和副柜组成，主柜主要包括广告屏、操作屏和操作键盘，副柜包括若干个箱格。智能快递柜的用户在收到含有取件密码的短信通知后，点击智能快递柜操作屏上的“取件”，然后通过操作屏或操作键盘输入短信中的取件密码，点击操作屏或操作键盘上的“确定”，副柜的箱门会自动打开，用户取走快递后关上箱门即可完成取件过程[9]。本文研究共享快递柜系统的两种模式：图1所示，快递柜仓位分为两部分，一部分专为外卖提供服务，另一部分专为快递服务，相互独立，互不影响；图2所示，为快递柜仓位共享使用，外卖和快递按照到达的先后顺序，先到先使用，随机占用仓位。
两种快递柜使用模式，快递柜仓位的占用时间与快递、外卖入柜时间、消费者取件时间有关，现实中消费者取件时间由于外卖、快递的使用情况不同，取件时间存在差异。从快递柜行业建设的角度出发，不同规格的住宅区、商业区、校园等，由于人口数量、消费潜力存在差异，快递柜建设数量的投入成本则不同，过多的快递柜会造成资源浪费，过少则会影响顾客的使用满意度，因此服务流程中快递柜数量配置、快递、外卖仿真数量成为研究的重点。
2 基于Anylogic的共享快递柜系统模型
2.1 Anylogic仿真机制
AnyLogic作为一种仿真平台，采用的编程语言为Java。它是XJ Technologies公司推出的建模仿真工具。该工具支持多种建模方法：离散事件建模、系统动力学建模 （System Dynamics，SD）、基于agent建模、混合建模等[10，11]。它的应用领域包括：交通、供应链等[12]。Anylogic具有建模便捷，可以使用快速的“拖-拉式”建模。同时Anylogic也有针对不同领域进行建模的专业库。本文主要运用Anylogic中的离散事件仿真。针对快递柜系统仿真建模主要分为独立模式和共享模式，每种模式又分为车辆配送和货物出入柜过程，车辆配仿真主要模拟现实场景下的货物配送，包含配送频率、每次货物数量，货物出入柜仿真主要研究快递柜两种模式下的快递柜最优匹配数量，也是整篇文章的重点所在，多次仿真并分析结果[13]。
2.2 模型假设条件
若要利用Anylogic软件对快递柜系统进行动态仿真，就要将快递柜系统的现实条件虚拟化和抽象化，转化为仿真软件容易展示研究的假设条件。智能快递柜系统并不复杂，但要通过仿真达到预期的仿真研究目的，需要对实际系统做相应的假设。
①快递柜仓位规格尺寸相同，对外卖、快递均可适用。
②快递、外卖分批到达，一天内到达次数固定且各自每批数量服从随机分布。
③独立模式时，快递外卖互不影响；共享模式时，快递外卖共同使用仓位，先到先使用。
④假设快递、外卖入柜、取件过程的时间忽略不计，即不存在货物排队。
⑤仿真系统采用24h工作制，从早上八点到第二天早上八点，取件过程持续进行。
⑥模型预设的快递柜仓位无法满足仿真需求，否则模型停止运行。
2.3 仿真模型工作流程
模型采用基于Anylogic中流程库和智能体的建模方式，模拟M小区图3（图4为同一小区），图中A表示居民楼，B表示快递柜，C表示快递配送作业区，D表示外卖配送作业区，该小区居民数量约500人，快递、外卖日均运输量分别约为240件和119份；外卖配送，1辆摩托车，1位送餐员，一天内配送时间分布在两个时间段即上午11点到下午2点，下午5点到8点，各3小时，外卖员每隔约20分钟配送一次，每次配送7份外卖，小区居民取外卖的时间设定为triangular（15，25，35），单位分钟；快递配送，1辆货车，1位快递员，一天内配送时间分布在上午9点、12点，下午3点、6点，每个3个小时配送一次，每次配送60个快递，小区居民取外卖的时间设定为triangular（20，120， 220），单位分钟；快递柜设置一共四层，每层快递仓位相同，快递柜的数量可根据仿真需求改变数量。外卖、快递使用快递柜的作业流程为：首先由配送车辆运输至小区配送入柜作业区等待入柜，接着各自配送人员将快递外卖分别按照自己的路径进入快递柜，待所有快递、外卖完成入柜作业，配送车辆驶离入柜作业区，居民取外卖快递采用离散事件，根据外卖、快递的离散时间；独立模式时，采用图3所示，此时快递柜独立，共享模式时，采用图4，此时快递柜共享使用。
2.4 共享快递柜系统Anylogic模型设计
建模元素定义（表1）。
3 共享快递柜系统仿真运行分析
3.1 参数设定
针对M小区的快递柜网点仿真建模包含独立快递柜和共享快递柜两种类型，每种类型包含两个过程，一是货物入柜前的配送运输过程，二是货物出柜的取件过程，两个过程研究快递柜资源的最优数量配置以及货物的仿真数量变化情况；
系统仿真的时间单位设定为1minute，仿真一周即7天，每天工作24小时，总的仿真时间为10080minute，模拟快递柜系统一周的运行时间，初始快递柜快递、外卖配置数量独立模式时各为100个仓位，共享模式时快递柜数量取独立模式最优数。
3.2 独立快递柜仿真模型运行分析
3.2.1 仿真结果分析
独立模式下，快递、外卖仿真独立运行，互不影响；快递柜初始配置快递、外卖各100（25×25）个仓位，运行一周仿真结果如图6，快递、外卖仿真数量各为1585、618件，通过仿真结果可以看出大部分的快递、外卖取件时间在154.0、29.3分钟附近。
■
3.2.2 快递柜配置数量仿真优化
仿真优化的目的是研究独立模式下快递、外卖各自的最优快递柜匹配数量。
①针对快递柜最优数量的仿真分析。
保持外卖柜初始配置数量不变，改变快递柜的数量，从每层25个仓位依次减少仓位数量，多次仿真运行得到仿真结果如表2所示。
■
通过表中数据可以得到，在现有假设条件，参数设置情况下，当快递柜数量在88、80时，系统仿真出现快递柜仓位不足，仿真停止，多次仿真则快递柜的最优匹配数量为84个仓位，可满足快递的需求，此时快递七天仿真数量约为1465件，快递数量变化不大。
②针对外卖柜最优数量的仿真分析。
保持快递柜最优配置数量不变，改变外卖柜的数量，从每层25个仓位依次减少仓位数量，多次仿真得到仿真得到仿真结果如表3所示。
通过表中仿真数据结果，在现有假设条件，参数设置情况下，当外卖柜的数量在16时，系统仿真出现外卖柜数量不足，仿真停止，多次仿真则外卖柜的最优匹配数量为20个仓位，可满足外卖需求，此时七天外卖仿真数量约为625盒。在独立快递柜模式下，寻求快递、外卖快递柜数量最优配置的仿真运行结果如图7所示。
■
3.3 共享快递柜仿真模型运行分析
3.3.1 仿真结果分析
共享模式下，快递、外卖共同使用快递柜，快递柜的数量变化将对其产生影响，快递柜数量初始配置取独立模式仿真最优结果84个仓位，仿真运行一周结果如图8所示，快递、外卖仿真数量各为2529件、1091盒，同时可以看出大部分快递、外卖取件时间在138.72、26.13分钟附近。
■
3.3.2 快递柜配置数量仿真优化
共享快递柜数量的进一步优化分析，依次改变快递柜数量，从21个仓位依次减少，多次仿真运行得到如表4所示，当快递柜数量配置为68个仓位时，即可满足假设条件下的快递、外卖使用需求，此时仿真运行结果如图9所示，快递、外卖仿真数量各为2646件、1092盒。
■
■
3.4 独立、共享快递柜仿真结果分析
根据快递柜独立模式和共享模式的两类仿真结果，可以看出在改变快递柜数量寻求快递柜资源最优匹配量的过程中，外卖、快递的仿真数量变化不大；独立模式与共享模式相比，快递、外卖的仿真数量变化量较大；共享模式下，快递柜资源配置减少的情况下，快递、外卖的仿真数量明显增加，快递柜的利用率提升，此时的原因为：仿真中，快递、外卖配送过程到达时间段不同，两者占用快递柜的时间不同，取件时间不同，因此仿真模型运行过程，快递柜仓位资源存在的闲置时间被系统合理的利用存放不同的货物，相比于独立模式，快递柜资源得到减少，正是快递柜利用率的提升，不仅节省了快递柜资源，也使得相同仿真环境下可容纳快递、外卖的数量增加。
4 结论
通过仿真共享快递柜系统快递柜独立、共享两种模式，共享模式从节省资源提高利用率看优势明显，但独立模式也不能完全否认，仿真总是假设条件下进行的，实际生活中的特定环境下，小区的网购环境、外卖环境等，都是快递柜建设的选择依据。本文的仿真研究为快递柜系统建设，在资源配置方面提供了参考意义，并以此提出共享快递柜系统，由第三方企业承建，快递、外卖等货物共享，为解决实际生活配送“最后一公里”难题提出了一种思路。
参考文献：
[1]王彦杰，张喜.大型铁路客运站客流组织的动态仿真与评价分析[J].交通信息与安全，2013，31（04）：129-133.
[2]杨芳，邹毅峰，戴恩勇.基于Anylogic的果蔬冷链系统配送中心物流运作优化[J].中南林业科技大学学报，2016，36（07）：141-148.
[3]尚玉冰.我国智能快递柜发展现状分析[J].经营与管理，2016（08）：36-38.
[4]张大成，张一祯.社区物流终端配送服务模式创新研究[J]. 商业经济研究，2016（01）：114-116.
[5]王嘉琦，邹恩.基于智能快递柜模式的网购末端物流应用分析[J].物流技术，2015，34（05）：58-60.
[6]谭如诗，徐逸伦，陈栋，等.城市居民快递自提行为空间研究——以南京市城区菜鸟驿站为例[J].世界地理研究，2016，25（05）：111-120.
[7]尚玉冰，韩曙光，胡觉亮.智能快递柜服务的顾客满意影响因素研究[J].浙江理工大学学报（社会科学版），2016，36（05）：447-454.
[8]宫大庆，刘世峰，鲁晓春.基于排队论的电动汽车电池回收建模与仿真研究[J].中国人口·资源与环境，2013，23（06）：169-176.
[9]张晶蓉，曾小红，王振肖，等.基于多目标优化的高校智能快递柜网点布局研究[J].物流科技，2018，41（05）：65-68，71.
[10]董福贵，贾朝晖，刘慧美.基于连续性库存检查策略的库存系统仿真优化[J].计算机系统应用，2013，22（12）：144-148，205.
[11]桂寿平，丁郭音，张智勇，等.基于Anylogic的物流服务供应链牛鞭效应仿真分析[J].计算机应用研究，2010，27（01）：138-140，144.
[12]陈韶飞，李弘，夏文杰.基于Anylogic的商业银行排队系统仿真研究[J].科技通报，2016，32（08）：210-214.
[13]冉昶，张真继，宫大庆.连续需求条件下的企业库存Anylogic整合分析[J].经济体制改革，2016，（06）：120-125.
|
