物流園區(qū)物流設(shè)備選型及數(shù)量?jī)?yōu)化研究＊

成耀榮 劉豐根 梁 波

(中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院 長(zhǎng)沙 410075)

物流園區(qū)是物流要素在空間上集中,并進(jìn)行物流活動(dòng)的組織、管理的場(chǎng)所,園區(qū)的效能和效率,及其優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮,直接依賴于物流園區(qū)物流設(shè)備的效率和數(shù)量的配備.目前,關(guān)于物流園區(qū)規(guī)劃的研究主要集中在園區(qū)選址、功能設(shè)計(jì)、信息平臺(tái)規(guī)劃等方面[1-3],而對(duì)園區(qū)內(nèi)部設(shè)施設(shè)備的具體規(guī)劃則比較缺乏.這一方面導(dǎo)致園區(qū)建成后缺乏必要的物流設(shè)備的支持,另一方面導(dǎo)致園區(qū)物流作業(yè)設(shè)備重復(fù)配置,作業(yè)效率低.針對(duì)目前物流園區(qū)規(guī)劃理論上的不完善和實(shí)際規(guī)劃建設(shè)存在的問(wèn)題,本文對(duì)園區(qū)物流設(shè)備規(guī)劃進(jìn)行了設(shè)備選型及數(shù)量?jī)?yōu)化研究.

1 物流園區(qū)物流設(shè)備選型模型

物流園區(qū)物流設(shè)備選型是指根據(jù)各類物流設(shè)備的適用領(lǐng)域和性能特點(diǎn)、作業(yè)環(huán)境要求等已知條件,為各類貨物在不同物流作業(yè)環(huán)節(jié)選擇恰當(dāng)、合適的設(shè)備類型及型號(hào),從而滿足作業(yè)能力要求.影響園區(qū)物流設(shè)備選型的因素包括：園區(qū)需要處理貨物的屬性、園區(qū)的定位、園區(qū)內(nèi)部功能分區(qū)、園區(qū)自然條件、設(shè)備本身性能參數(shù)等,其中,園區(qū)需要處理貨物的屬性是影響物流設(shè)備選型的主要因素,物流園區(qū)貨物與相應(yīng)的作業(yè)設(shè)備之間存在模糊匹配關(guān)系[4].

1.1 貨物、設(shè)備信息物元的建立

1)貨物信息物元 本文采用可拓論中的物元表示法來(lái)表示貨物和設(shè)備的信息[5].貨物屬性信息是設(shè)備選型的依據(jù).根據(jù)貨物學(xué)理論,貨物屬性信息主要從物理、化學(xué)、生物、機(jī)械等方面分析貨物的屬性,主要包括：(1)貨物的名稱、類別;(2)貨物的物理狀態(tài),固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài);(3)貨物的外形尺寸,長(zhǎng)、寬、高;(4)單件貨物的重量、體積;(5)貨物的特殊性質(zhì),如危險(xiǎn)貨物、易燃、易爆貨物; (6)貨物的揮發(fā)性、散濕性等[6].根據(jù)物元理論及上述貨物屬性信息,建立一般貨物信息物元如下.

2)設(shè)備信息物元 設(shè)備屬性包括設(shè)備的名稱、類別、作業(yè)能力、適用領(lǐng)域以及可處理的貨物種類等.根據(jù)物元理論,建立一般設(shè)備信息物元如下.

式中：N為設(shè)備名稱;{EC1,EC2,…,ECn}為設(shè)備的屬性特征為設(shè)備屬性特征量值.

1.2 設(shè)備選型模型的建立

根據(jù)貨物屬性與物流設(shè)備屬性之間的模糊匹配關(guān)系,建立基于貨物與設(shè)備模糊匹配的設(shè)備選型模型,見(jiàn)圖1.

圖1 園區(qū)設(shè)備與貨物匹配模型

該匹配模型的核心在于物流園區(qū)貨物信息與設(shè)備信息之間的匹配.當(dāng)輸入貨物信息物元時(shí),根據(jù)物流園區(qū)所處理的貨物特征值與設(shè)備特征值之間的并行模糊匹配關(guān)系,建立科學(xué)的匹配規(guī)則,可以為園區(qū)找到相應(yīng)類型和型號(hào)的作業(yè)設(shè)備[7].本文設(shè)計(jì)的匹配規(guī)則如下.

1)貨物特征值與設(shè)備特征值相匹配.

2)貨物單件重量與設(shè)備額定作業(yè)能力相匹配.為了避免作業(yè)能力的浪費(fèi),規(guī)定該型號(hào)設(shè)備額定作業(yè)能力大于單件貨物重量,并小于1.2倍單件貨物重量.

2 物流園區(qū)設(shè)備數(shù)量計(jì)算及其優(yōu)化模型

2.1 園區(qū)設(shè)備配置數(shù)量計(jì)算

確定某型號(hào)設(shè)備承擔(dān)的物流量.假設(shè)物流園區(qū)貨物的物流量為Q,物流園區(qū)機(jī)械設(shè)備配置系數(shù)為λ,則園區(qū)所有設(shè)備承擔(dān)的物流量為Qλ;又假設(shè)共選擇m類設(shè)備,第i類設(shè)備(i=1,2,…,m)中共有ni種型號(hào)的設(shè)備,第i類設(shè)備中第j型號(hào)設(shè)備(j=1,2,…,ni)需要處理的貨物物流量占園區(qū)總物流量的比例為αi,并且那么第i類設(shè)備需要處理的貨物物流量為Q λ αi.再假設(shè)第i類中第j型號(hào)設(shè)備需要處理的貨物物流量為Qij,該型號(hào)設(shè)備處理的物流量占第i類貨物物流量的比例為αij,并且則j型號(hào)設(shè)備承擔(dān)的物流量可用式(3)進(jìn)行計(jì)算[8].

圖2 物流園區(qū)物流設(shè)備作業(yè)量確定過(guò)程

1)確定某型號(hào)設(shè)備的作業(yè)能力 假設(shè)第i類設(shè)備中第j型號(hào)設(shè)備的額定載重量為Qeij,該設(shè)備平均一次處理貨物的重量與其額定載重量的比例為β,每小時(shí)吊裝或搬運(yùn)的次數(shù)為δ(1/h),時(shí)間利用系數(shù)為ρ(設(shè)備年平均工作小時(shí)占年日歷工作小時(shí)的比例),年日歷工作小時(shí)為t(h/年).那么,該型號(hào)設(shè)備的作業(yè)能力可用式(4)進(jìn)行計(jì)算,常用物流設(shè)備β,δ,ρ的取值可參考文獻(xiàn)[9].

2)計(jì)算所需某型號(hào)設(shè)備的數(shù)量 假設(shè)第i類設(shè)備中第j型號(hào)設(shè)備的數(shù)量為Zij,則該型號(hào)設(shè)備所需數(shù)量為

2.2 園區(qū)設(shè)備數(shù)量?jī)?yōu)化模型

1)模型假設(shè) 物流園區(qū)需要處理的貨物物流量已知;物流園區(qū)物流設(shè)備類別與型號(hào)已經(jīng)確定;每類設(shè)備所包含的型號(hào)不盡相同,為便于建模,統(tǒng)一設(shè)定每類設(shè)備都包含n個(gè)型號(hào);并且將每類設(shè)備中各種型號(hào)的設(shè)備按照其額定作業(yè)能力從大到小排列,當(dāng)?shù)趇類設(shè)備中第j型號(hào)設(shè)備不存在時(shí),令Qeij=0;固定設(shè)備在物流園區(qū)建成后變動(dòng)較少,選擇可移動(dòng)的物流設(shè)備作為優(yōu)化的對(duì)象.

2)模型構(gòu)建 根據(jù)設(shè)備全壽命周期成本理論,建立物流園區(qū)所需型號(hào)設(shè)備的數(shù)量?jī)?yōu)化模型如下.

式中：cij為第i類設(shè)備中第j型號(hào)設(shè)備的全壽命周期成本;xij為第i類設(shè)備中第j型號(hào)設(shè)備的規(guī)劃數(shù)量.

3 實(shí)例分析

本文以湖南九華物流園區(qū)規(guī)劃項(xiàng)目為實(shí)例對(duì)模型的有效性和實(shí)用性進(jìn)行驗(yàn)證,主要對(duì)園區(qū)倉(cāng)儲(chǔ)中心的設(shè)備選型和數(shù)量?jī)?yōu)化進(jìn)行分析.因?yàn)檠b卸搬運(yùn)設(shè)備是倉(cāng)儲(chǔ)中心的主要物流設(shè)備,而且大都可以在多個(gè)功能區(qū)作業(yè),具有優(yōu)化的潛力,所以本文以裝卸搬運(yùn)設(shè)備為例進(jìn)行研究.

3.1 設(shè)備選型

園區(qū)倉(cāng)儲(chǔ)中心處理的主要貨物是汽車、新材料及機(jī)電企業(yè)的原材料、零部件和產(chǎn)品.從貨物特性考慮,具有密度較大、質(zhì)量比較重及品種規(guī)格較多等特性.運(yùn)用建立的設(shè)備選型模型,得出所需設(shè)備的類型,見(jiàn)表1所列.

表1 倉(cāng)儲(chǔ)中心裝卸搬運(yùn)設(shè)備選型結(jié)果

3.2 數(shù)量?jī)?yōu)化

1)設(shè)備配置數(shù)量計(jì)算 根據(jù)物流設(shè)備日常作業(yè)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值[9-10],確定叉車和橋式起重機(jī)的β,δ,ρ,t的值(見(jiàn)表2).

表2 倉(cāng)儲(chǔ)中心裝卸搬運(yùn)設(shè)備β,δ,ρ,t的值

根據(jù)前期調(diào)查和預(yù)測(cè),得知汽車、新材料及機(jī)電企業(yè)的原材料、零部件和產(chǎn)品的物流量合計(jì)為1 648.6萬(wàn)t,這些貨物的噸位構(gòu)成比例已知,計(jì)算得到各噸位級(jí)別貨物的數(shù)量,見(jiàn)表3.

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù),運(yùn)用式(4)計(jì)算得到叉車和橋式起重機(jī)的作業(yè)能力(見(jiàn)表4).根據(jù)九華物流園區(qū)的規(guī)劃要求,園區(qū)要達(dá)到較高的機(jī)械化作業(yè)程度,考慮未來(lái)園區(qū)機(jī)械化發(fā)展趨勢(shì),設(shè)定λ= 0.7.運(yùn)用式(5)計(jì)算得到叉車和橋式起重機(jī)的初步配置數(shù)量(見(jiàn)表4).

2)優(yōu)化方案 根據(jù)構(gòu)建的設(shè)備數(shù)量?jī)?yōu)化模型,采用LINGO軟件求解,得出園區(qū)倉(cāng)儲(chǔ)中心裝卸搬運(yùn)設(shè)備數(shù)量配置的優(yōu)化方案,并與初步配置方案進(jìn)行比較,對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4.

經(jīng)過(guò)測(cè)算,初步配置方案的成本為25 336萬(wàn)元,優(yōu)化方案的成本為24 060萬(wàn)元.通過(guò)模型優(yōu)化,設(shè)備全壽命周期成本節(jié)約了1 276萬(wàn)元,達(dá)到了比較好的優(yōu)化效果.

表3 各噸位級(jí)別貨物的數(shù)量

表4 倉(cāng)儲(chǔ)中心設(shè)備數(shù)量?jī)?yōu)化方案與初步配置方案比較

4 結(jié)束語(yǔ)

物流園區(qū)設(shè)備規(guī)劃是園區(qū)整體規(guī)劃系統(tǒng)中的子系統(tǒng),是建立在園區(qū)前期調(diào)研預(yù)測(cè)、園區(qū)規(guī)模測(cè)算及各功能區(qū)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上.本文主要采用物元理論,在園區(qū)需要處理的貨物與園區(qū)需要配備的設(shè)備之間建立匹配規(guī)則,并提出園區(qū)設(shè)備分類選型的方法,建立園區(qū)設(shè)備分類選型的設(shè)備數(shù)量?jī)?yōu)化模型.該方法充分考慮了園區(qū)需要處理的物流量,以及物流設(shè)備的能力,該方法能夠使得物流園區(qū)配備的設(shè)備的壽命周期成本最低.

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