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内陆水路运输在多式联运供应链中的整合：研究面临的难题分类
摘要：本文提出了研究机会，将有助于内陆水运在多式联运供应链中的进一步整合。多式联运可能被解释为提供运输服务的一连串行动者。内陆导航可以在提高供应链服务绩效方面发挥关键作用。第一组研究挑战在于运输地理与物流活动之间不断演变的关系。接下来的一系列研究挑战的目标是鼓励内河航运的高效运营：开发IWT系统范围的模型，整合运营计划系统和分析捆绑网络。第三组研究工作针对的是使用多式联运运输链发送或接收其货物的托运人和收货人：进一步开发将多式联运决策与供应链决策和创建绿色供应链相结合的模型。第四类研究挑战涉及外部成本计算的问题领域。最后，应收集详细的货运时间序列数据，以支持这些未来的研究轨道。
关键字：多式联运、内陆导航、研究面临的难题、积分、供应链
1.绪论
欧洲和地区层面的政策制定者表示需要将内陆水路运输（IWT）作为多式联运的一部分（欧盟委员会，2011年）。多式联运的市场份额不断增长应意味着转向更环保的运输方式，减少冲突和更好的海港通道和开放。推广内河运输是实现欧洲可持续运输系统的长期优先事项。目前，内河航道运输在西欧主要港口的腹地连通方面发挥着重要作用。然而，近年来欧洲内陆航道的货运趋势呈现停滞状态（见图1）。需要进一步的投资和研究努力来提高内陆水运的模式份额。例如，2006年由欧盟推出的NAIADES行动计划（欧洲的航行和内河航道行动与发展）强调了这一点（欧盟委员会，2006年）。 NAIADES II计划（欧盟委员会，2013）旨在进一步提高内河水运的质量。高质量的运输模式是根据其管理良好，高效，安全，整合到多式联运链条中的定义，高质量的工作由熟练的劳动力占领，并遵守高环境标准。
在本文中，我们确定了研究机会，这将有助于内陆水运在联运供应链中的进一步整合。 由于多式联运涉及到在单一装货单元内运输货物，这意味着货物在多式联运过程中不会在装载单元之间转移，本文不考虑内陆水路运输散装货物。 此外，我们关注欧洲的多式联运水路运输的特点。 Rodriguez和Notebook（2010）提供了北美和欧洲门户物流之间的比较。
多式联运可能被解释为提供运输服务的一连串行动者。 内陆导航可以在提高供应链服务绩效方面发挥关键作用。 可能涉及运输链的行为人是托运人，公路运输人，码头运营人，驳船运营人，水路运营人和收货人。 利益相关者的多样性和多样性要求有目的的行动来平滑多式联运供应链。
2.地理优势
黑塞和罗德里格（2004）已经指出了运输地理与物流与货运分配之间的明确联系。货物运输是一种派生需求的典型观念，作者提出了生产和分配活动之间的综合需求。灵活化，全球化和不断变化的生产原则导致较长距离的货运量更小，更频繁，有利于公路和空运模式。欧洲西北部内河水量停滞的部分原因是经济从使用散装货物的行业转移，如钢铁行业。集装箱运输使得运输量减少，同时提供了捆绑货物和实现内河运输规模经济的机会。
在分销网络的结构中已经观察到变化。港口的腹地接入已成为其竞争力的关键因素。 Notebook和Rodriguez（2005）定义了港口发展的区域化阶段。港口构成多式联运网络中的节点，竞争发生在运输链之间而不是港口之间。内河运输在西北欧发挥核心作用，为内陆托运区提供主要运输轴线。由于港区拥堵和缺乏空间，沿着水道建设了内陆枢纽，提供了可靠的连接。在这些内陆码头周围，物流区已经出现，提供了额外的服务，如清关，集装箱空箱，增值物流，以及吸引区域或全球分销中心等。这些内陆运输链中出现了合作协议和纵向一体化，旨在增加地理范围或提供门到门运输服务（Notebook，2007）。内陆码头在供应链中扮演着更加积极的角色，从而扩展了大门和扩展分布中心（Rodriguez and Notebook，2009）。罗德里格等人。 （2010）确定了内陆码头的以下四种供应链功能：合并，转载，延期和光线转换。 Rodriguez（2012）指出，物流服务供应商的地点决策很可能与外包和供应链管理相关的决策相关联。对供应链决策过程中的决策过程有更好的了解，这对于理解和预测分销网络的未来发展具有重要意义。
3.IWT的全系统模型
第一个研究挑战是将水路运输系统作为一个整体进行建模。已经开展了多项研究工作，模拟交通网络的隔离部分，如锁具，内陆码头和港口业务。交通系统的这些组件相互影响。网络模型在战略决策和政策支持方面已经建立在更加综合的层面上。例如，在Macharis et al。 （2011年），LAMBIT模型（Macharis，2004）与NODUS模型（Jourquin et al。，1999）以及内陆水道的离散事件模拟模型相结合，为多式联运政策分析创造了决策支持框架。但是，缺乏内陆水运详细操作的全系统模式。由于以下三个原因，这样的模型非常相关。首先，覆盖内陆导航网络各个方面的模型可能证明了同步的好处，并能够对整个网络进行分析。同步可以例如在连续的锁之间或锁与附近的终端之间实现。锁的开口和多个锁的优先权规则可以调整到另一个，以便创建通过网络的平稳流动。托运人可以事先确定锁通行时间窗口的计划系统也可以减少等待时间并同步驳船操作。码头可以调整他们的装载/卸载操作和出发时间表到附近的锁系统的操作。内陆和港口业务也可以更好地协调一致。其次，IWT的系统范围模型将进一步使决策者能够探索替代决策选择的结果以减少拥堵，而不是提供对预定未来的预测。举例来说，航道管理者可能想比较基础设施投资对减少网络拥塞的能力。第三个应用领域是锁定计划的替代优先规则和启发式分析，以评估其在整个网络中实施时的影响。所有这些选项都可以在不同的运输需求情景下进行分析，因为在不久的将来，预计在内河航运网络中船舶的数量会有所增加以及船舶类型的变化。
由于在研究整个网络时所增加的复杂性以及所需的详细程度，离散事件模拟经常被应用。仿真模型适用于解释复杂系统的结构。两篇研究论文描述了测量具有多个相互依赖的锁的内陆水路系统拥堵水平的模拟模型。在这些论文中，Smith等人（2009）和Bilbray和Schonfeld（2009）研究了北美的河流导航系统，这些系统与欧洲的导航系统有很大不同。在他们的研究区域，驳船被连接成拖车运输，需要通过带有一个或两个舱室的锁进行转运。当它们的尺寸超过舱室大小时，这些拖船经常可能不得不再次分裂成多组驳船。在锁定之后，再次连接驳船组继续他们的旅程。 Bilbray和Schonfeld（2009）为短期分析提供了一个在线模拟模型，为管理人员提供有关网络拥塞的实时信息。 Bilbray和Schonfeld模型的重点不是集中在传统的模拟建模输出（如吞吐量和利用率）上，而是模拟系统内具有短期视界的实体的位置和行为。最近，Tierney等人（2014）描述了一个整数规划模型，用于考虑拥塞情况，分析海港内码头间运输网络中的交通流量。但是，该模型不考虑锁定操作，并且不能处理在同一弧线上行驶的多种类型的车辆。数学模型或模拟模型的稀缺性衡量拥堵程度并考虑到船闸的相互依赖关系，这表明了这种多式联运水路运输研究机会的复杂性。
4.整合业务计划系统
第二个挑战是将各种规划系统整合到内陆水运运营规划中。例如，锁定计划系统和码头处理系统可以进行调整，以实现对港区内陆船舶的有效处理。两个运营问题目前都是分开计划的。因此，内陆驳船通常首先排队等候通过船闸，然后排队等候在海运码头装载或卸载货物。通过对两个排队系统进行联合规划可以节省时间。科学研究可能有助于设计支持性规划工具并展示潜在的时间收益。
同时锁定多个锁的开口和优先权规则可能会被调整到另一个锁，以便通过网络创建平稳的流动。连锁系统可能会影响彼此的到达率，因为它们之间的距离相对较短，因此船舶无法再次传播。 Martinelli和Schonfeld（1995）补充说，锁之间的相互依赖性随着锁的使用率和系统大小（即连锁锁的数量）而增加。应用单一锁定系统的计划模型时，这些相互依赖性会导致误导结果。如果存在相互影响，水路网络系统的总延迟时间不同于各个船闸单独延迟的总和。第二把锁的抵达率与第一把锁的抵押率很相似。在研究内陆导航系统拥堵时，这些到达率可能不会被认为是独立事件。文献中的数学模型（Neuss，2008; Verstichel等，2011）计算出单次锁操作的等待时间。 Neuss（2008）将单个锁腔的锁定调度问题归类为一个单一的作业车间，为两条装配线（上游和下游船只）提供服务。他提出了线性和非线性整数规划公式 - 用于确定在单个锁上锁定船只的最佳顺序，该顺序可以在最短时间间隔内清除现有队列或最小化队列中船只总等待时间的总和，或者最小化两个目标的加权总和。基于可行性的隐式枚举方法被用来解决非线性问题的表达式。 Verstichel等人。 （2011）通过研究具有多个平行腔室的锁来扩展关于锁定调度的现有知识。作者将锁定调度问题分解为一个装箱子问题和一个调度子问题。垃圾箱分包问题可以共同通过锁。在调度子问题中，这些船只组按照特定顺序被分配到锁定室。调度子问题被识别为具有单位处理时间，发布日期和依赖于序列的安装时间的标识并行机调度问题。调度子问题可能被解决为最优化，但是提出了一种检验方法来找到一个近似最优的分配问题。唯一考虑锁定系统相互影响的研究人员应用模拟模型和派生的元模型来预测这些水路系统的延迟（Martin Elli等，1993; Dai和Schonfeld，1998）。 Dai和Schonfeld（1998）将水路系统建模为一系列G / G / 1排队，代表了每个门锁通常分布的到达和服务时间以及单个房间。接下来，根据先前获得的模拟结果估计来自排队理论的公式。
5.分析捆绑网络
第三个研究课题是分析联运驳船运输的捆绑网络。合并货运流量可能会提高联运业务的效率。内陆码头可以与目标合作，创造更密集的货运流量并实现规模经济。通过这种方式，多式联运驳船运输的吸引力可以得到提高（Caris等，2011,2012）。 Caris等人（2011,2012）研究西欧主要港口腹地网络中多式驳船运输的捆绑策略。一个潜在的网络概念是港口区域中枢辐射服务与直达内陆的干线运输服务的解耦。通过离散事件模拟（Caris et al。，2011）比较了港口区域捆绑的四种可选的集散辐射场景。 Konings等人讨论了鹿特丹港驳船服务中心辐射网络的经济可行性。 （2013年）。作者得出结论：如果枢纽集装箱交换的处理成本可以保持在限制范围内，那么枢纽 - 辐条网络有可能提供比现有运营更好的性价比。 Caris等人（2012年）分析了走廊网络中多式驳船运输的组织情况。内陆码头可以将货物捆绑到港口区域的相同海运码头。提出了一个服务网络设计公式来识别有趣的合作场景，并对选定的合作场景进行了模拟，并与他们之前在港区进行捆绑的工作进行了比较。 Braekers等人。 （2013）为联运驳船运输中的服务网络设计提出了一个决策支持工具。驳船运营商，物流服务提供商或船运公司希望在同一水路上的多个港口之间提供定期的往返驳船服务，可以使用此模型来确定这些往返船的容量和频率。对于每种服务类型（容量和频率），该模型确定最佳运输路线和在走廊网络中运输的集装箱数量。决策者可以使用这些信息，以及其他因素（如顾客偏好）的信息来评估所有可能的服务类型，并选择其中最好的。
捆绑网络需要多式联运链中的多个合作伙伴之间的合作。网络中的演员必须同意如何设置和组织捆绑操作。问题在于哪种类型的捆绑网络在现实中可以管理，以及在合作的参与者之间如何分配利益。 Konings等人。 （2013）提出，集装箱驳船行业参与者的行为可能是建立多式联运驳船运输中枢辐射网络时最关键的问题，而不是运营或技术考虑。研究哪种业务模式适合这种复杂的合作环境可以支持内陆导航在多式联运供应链中的整合。
6.涉及内陆水道的供应链：综合模型
供应链（SC）可以被定义为一个集成系统，在该系统中购买原材料和组件，转换成成品并交付给最终客户。扩大协调，即链条的每个阶段都将其行动的效果放在其他所有其他阶段，提高SC的效率并减少环境影响。相反，当生产和分销活动是独立管理的时候，库存被用作各种操作之间的缓冲器，这意味着存货的成本。因此，协调生产和分配决策会减少库存和产品周期时间。考虑到制造资源不断减少以及满足客户期望的压力，生产分销系统的优化使企业能够大幅节约成本（Elhedhli and Goffin，2005）。可以在战略，战术和运营层面实现生产和分配决策的整合。战略性生产和分配决策包括诸如配送中心的规模和位置或选择运输模式等问题;战术决策涉及诸如生产力或机队规模等问题，而运营决策涉及精确的调度或调度问题。
Fahimnia等人（2013）指出，在开发生产 - 分销模式时选择多种运输路径和运输模式，为解决替代运输成本和实现规模经济开辟了新的研究线。
尽管多式联运货运有所增加，但科学文献几乎没有提到在综合运输业务中集成多式联运的问题。罗宾逊（Robinson，2002）指出，港口的选择是在整个SC范围内进行的：货物流量搜索提供最低成本的航线以及提供高效的海岛可达性的港口。 Groothedde等人。 （2005）指出，使用相对较慢的运输方式，如内陆水路运输，并不意味着交货时间的增加。结合内陆水道和公路运输具有实现规模经济和范围经济的优势，同时确保责任感和灵活性。多模式网络旨在寻找模式的最佳组合。最近，Bierwirth等人（2012）针对模式和服务选择的策略规划引入了多式联运铁路 - 公路运输问题。梅塞尔等人。 （2013年）继续解决这一问题，还将生产计划与多式联运铁路运输的分配计划结合起来。作者提出了一个优化模型，该模型共同决定生产设置，产量，库存管理，多式联运码头的货物整合，以及多期规划中的公路和铁路运输方式的能力预定。这对于联运驳船运输也可能是一个有趣的研究视角。
关于多式联运网络，最合适的一个似乎是枢纽网络（Bookbinder and Fox，1998）。这很难解决，开辟了启发式的方式（Ishfaq和Sox，2011）。此外，实际的短途运营在整体成本中占有相当大的份额（Caris a
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