基于時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本的長(zhǎng)江航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障分析

溫　泉

(長(zhǎng)江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，武漢 430011)

基于時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本的長(zhǎng)江航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障分析

溫泉

(長(zhǎng)江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，武漢 430011)

摘要：通過對(duì)航道維護(hù)船艇現(xiàn)行備件物料供應(yīng)保障體系進(jìn)行調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)供應(yīng)保障優(yōu)化研究成果局限于成本費(fèi)用最佳而忽視備件物料需求時(shí)效性的問題，提出將航道維護(hù)疏浚任務(wù)等級(jí)進(jìn)行劃分，建立時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本模型，引入排隊(duì)論中強(qiáng)占優(yōu)先權(quán)法對(duì)不同任務(wù)等級(jí)供應(yīng)保障時(shí)間成本進(jìn)行優(yōu)化，通過算例找出各環(huán)節(jié)服務(wù)機(jī)構(gòu)的最佳配置。

關(guān)鍵詞：航道維護(hù)船艇；時(shí)間成本；供應(yīng)保障；排隊(duì)論；強(qiáng)占優(yōu)先權(quán)

長(zhǎng)江“黃金水道”是國(guó)內(nèi)重要的內(nèi)河水運(yùn)通道，2004年起長(zhǎng)江干線貨運(yùn)量已連續(xù)10年保持10%以上的年增長(zhǎng)，2014年突破20.06億t，超越萊茵河與密西西比河成為世界運(yùn)量最為繁忙的河流，如圖1所示。

圖1　2004～2014年長(zhǎng)江干線航道貨運(yùn)量

為了更好的依托“黃金水道”打造長(zhǎng)江沿岸新經(jīng)濟(jì)帶，國(guó)家加大了對(duì)長(zhǎng)江沿線航道整治工作，力求促進(jìn)沿海與中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)命脈互通互聯(lián)，構(gòu)建相互支持相互促進(jìn)的新格局[1-2]。

為了確保長(zhǎng)江航道的安全暢通，常態(tài)化的航道維護(hù)工作變得愈發(fā)重要。2003年三峽大壩全面蓄水發(fā)電后，長(zhǎng)江中下游河段水位變化較大，枯水期內(nèi)礙航、出淺河段增多導(dǎo)致航道維護(hù)任務(wù)加重，同時(shí)航道內(nèi)行船安全事故也屢有發(fā)生，嚴(yán)重影響“黃金水道”正常通航需要。面對(duì)突發(fā)事件與應(yīng)急疏浚等時(shí)效性較強(qiáng)的任務(wù)時(shí)，及時(shí)準(zhǔn)確做好航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障工作是確保維護(hù)任務(wù)順利進(jìn)行的重要基礎(chǔ)。

1備件物料現(xiàn)行供應(yīng)保障體系

截至2014年底，長(zhǎng)江航道局所屬各航道維護(hù)單位下轄各類型維護(hù)船艇共計(jì)366艘(不含泵船)，面對(duì)繁雜的常態(tài)化維護(hù)與應(yīng)急搶險(xiǎn)任務(wù)需求，滿足各類型船艇備件物料供應(yīng)保障需求變得至關(guān)重要。

目前，備件物料供應(yīng)保障工作主要以航道維護(hù)船艇為主體，依據(jù)各自月度、季度和年度需求計(jì)劃向上級(jí)航道處進(jìn)行申領(lǐng)，待審批合格后由航道處制定采購(gòu)申請(qǐng)計(jì)劃報(bào)各所屬區(qū)域航道局審批，繼而由航道局統(tǒng)一審批匯總后委托下屬備件物料采購(gòu)公司代為進(jìn)行采購(gòu)，如圖2所示。

航道維護(hù)船艇現(xiàn)行采購(gòu)方式主要由區(qū)域航道局集中采購(gòu)與施工項(xiàng)目自行采購(gòu)兩大類構(gòu)成。集中采購(gòu)主要承擔(dān)大量常用、通用與進(jìn)口備件物料的采購(gòu)，而自行采購(gòu)主要根據(jù)項(xiàng)目臨時(shí)需求彌補(bǔ)集中采購(gòu)無(wú)法及時(shí)滿足、需求量較小的備件物料采購(gòu)工作。此外，船用備件物料擁有單值高、采購(gòu)批量小、種類繁多且進(jìn)口備件采購(gòu)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，在自行采購(gòu)模式下雖易滿足項(xiàng)目施工時(shí)效性需求，但無(wú)法獲得集中采購(gòu)模式下價(jià)格折扣優(yōu)勢(shì)[3-4]。

圖2　船用備件物料采購(gòu)供應(yīng)保障流程

2優(yōu)化目標(biāo)與任務(wù)等級(jí)劃分

2.1時(shí)間優(yōu)化

為保證航道各項(xiàng)維護(hù)施工任務(wù)的順利進(jìn)行，航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障工作務(wù)必明確其優(yōu)化目標(biāo)。目前，針對(duì)備件物料供應(yīng)保障優(yōu)化研究成果較多，但多數(shù)專注于庫(kù)存控制策略方面且多以成本費(fèi)用最優(yōu)為研究目標(biāo)，這類研究主要通過采購(gòu)批量、庫(kù)存費(fèi)用等方面優(yōu)勢(shì)來降低備件物料的整體費(fèi)用[5-7]，但面對(duì)應(yīng)急搶險(xiǎn)等時(shí)效性較強(qiáng)的任務(wù)時(shí)，其所降低備件物料費(fèi)用遠(yuǎn)低于因航道突發(fā)公共事件所引起的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益損失。

對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)而言，針對(duì)時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本優(yōu)化的核心內(nèi)容主要體現(xiàn)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)時(shí)間壓縮、銷售配送環(huán)節(jié)時(shí)間降低以及對(duì)客戶需求預(yù)測(cè)制定新的生產(chǎn)計(jì)劃三方面。簡(jiǎn)而言之，通過降低各環(huán)節(jié)占用時(shí)間，達(dá)到最終降低整體時(shí)間耗費(fèi)提升總體經(jīng)濟(jì)效益的目的。對(duì)于航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障工作而言，其對(duì)時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本的敏感性要大于一般生產(chǎn)企業(yè)。因此，本文從備件物料采購(gòu)、揀選與配送運(yùn)輸三個(gè)環(huán)節(jié)入手對(duì)其耗費(fèi)時(shí)間作為優(yōu)化目標(biāo)。

2.2航道維護(hù)任務(wù)等級(jí)劃分

長(zhǎng)江干線航道枯水期維護(hù)疏浚工程是航道整治工作的重點(diǎn)，由于中下游航道礙航河段眾多且河床構(gòu)成、河道形態(tài)變化較大，因此對(duì)各類型航道維護(hù)任務(wù)提出了更高的要求。依據(jù)長(zhǎng)江干線航道維護(hù)任務(wù)特點(diǎn)，綜合考慮普通與應(yīng)急維護(hù)任務(wù)特點(diǎn)，通過分析航道維護(hù)水深標(biāo)準(zhǔn)、航道通航標(biāo)準(zhǔn)、客貨運(yùn)量、施工任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、航道淤積狀況以及航道晝夜通航標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)指標(biāo)，對(duì)航道維護(hù)疏浚任務(wù)等級(jí)進(jìn)行劃分[8-9]，見表1。

表1　航道維護(hù)疏浚任務(wù)等級(jí)分類

3基于時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本最優(yōu)的多級(jí)庫(kù)存控制模型

針對(duì)備件物料供應(yīng)保障體系為研究對(duì)象，引入時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本、維護(hù)疏浚任務(wù)等級(jí)分類的概念，運(yùn)用排隊(duì)論理論對(duì)不同任務(wù)下備件物料供應(yīng)保障時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本進(jìn)行研究。本文基于制造企業(yè)-代理商-工程船舶三方構(gòu)建時(shí)間優(yōu)化模型，不將僅作為申購(gòu)審核、負(fù)責(zé)審批匯總的航道處、區(qū)域航道局以及生產(chǎn)企業(yè)原材料采購(gòu)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的時(shí)間成本納入模型考慮范疇，如圖3所示。

圖3　制造企業(yè)、代理商、工程船舶時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本最優(yōu)庫(kù)存模型

3.1模型基本條件與參數(shù)設(shè)定

1) 假設(shè)含i家備件物料生產(chǎn)企業(yè)，j條航道工程船舶與一家備件物料代理商k。

2) 僅考慮船用備件物料庫(kù)存管理相關(guān)業(yè)務(wù)活動(dòng)所涉的時(shí)間費(fèi)用支出，不考慮產(chǎn)品采購(gòu)成本等與時(shí)間無(wú)關(guān)費(fèi)用的支出。

3) 假設(shè)施工區(qū)域內(nèi)僅有一家備件物料代理k負(fù)責(zé)供應(yīng)備件物料，同時(shí)工程船舶需求是隨機(jī)的。此外，假設(shè)各層級(jí)工程船舶、代理商、生產(chǎn)企業(yè)之間的缺貨與運(yùn)輸延遲是均勻且隨機(jī)的。

4) 假設(shè)備件物料生產(chǎn)企業(yè)對(duì)代理商、代理商對(duì)工程船舶能夠在數(shù)量上滿足各自所需，采購(gòu)價(jià)格在一段時(shí)間內(nèi)是不變的，且只涉及一種船用備件物料，同層級(jí)企業(yè)均不存在供需關(guān)系[10-11]。

3.2總時(shí)間成本模型

(1)

I級(jí)訂單在代理商訂單處理系統(tǒng)中平均逗留時(shí)間Ws1a為

(2)

同理可得，Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)訂單在代理商處訂單處理平均逗留時(shí)間分別為Ws2b、Ws3c、Ws4d。

(3)

(4)

(5)

通用備件物料訂單在系統(tǒng)中的平均逗留時(shí)間Wsik1為

(6)

同理可得，專用備件物料訂單在系統(tǒng)中的平均逗留時(shí)間Wsik2為

(7)

(8)

所以，聯(lián)立上式(6)、(7)、(8)可得代理商自訂單發(fā)出至生產(chǎn)企業(yè)將備件物料送達(dá)代理商處所耗費(fèi)的時(shí)間總和Tik為：

1)采購(gòu)?fù)ㄓ脗浼锪纤馁M(fèi)的平均時(shí)間Tik1為

(9)

2)采購(gòu)專用備件物料所耗費(fèi)的平均時(shí)間Tik2為

(10)

圖4　代理商配送運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)

圖5　代理商揀選備貨服務(wù)系統(tǒng)

代理商揀選備貨平均逗留時(shí)間Wskj1為

代理商配送運(yùn)輸服務(wù)平均逗留時(shí)間Wskj2為：

(12)

所以，工程船舶訂單經(jīng)過3個(gè)流程所耗費(fèi)的平均時(shí)間Ttkj為

(13)

依據(jù)式(3)～(5)、(9)、(10)、(13)可推導(dǎo)出工程船舶從發(fā)出訂單需求經(jīng)過代理商與生產(chǎn)企業(yè)到最終獲得所需備件物料所耗費(fèi)的時(shí)間。其中包括：采購(gòu)?fù)ㄓ脗浼锪纤馁M(fèi)的平均時(shí)間Tij1、采購(gòu)專用備件物料所耗費(fèi)的平均時(shí)間Tij2和I級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)訂單采購(gòu)?fù)ㄓ煤蛯Ｓ脗浼锪纤馁M(fèi)的時(shí)間。針對(duì)時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本模型中所涉服務(wù)臺(tái)數(shù)最優(yōu)值選擇問題，分別對(duì)多服務(wù)臺(tái)服務(wù)環(huán)節(jié)逗留時(shí)間或等待時(shí)間分布函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)，依據(jù)整數(shù)規(guī)劃求解i、c、d在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的正整數(shù)值，用枚舉法可知三值分別是：15、2、3。

4算例

假設(shè)所有訂單到達(dá)速率為60份/月，其中Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)訂單各占40%、30%、20%、10%。代理商與生產(chǎn)企業(yè)訂單處理平均服務(wù)速率都服從負(fù)指數(shù)分布且為120份/月，處理一份訂單的固定成本為gc1=1 500元，變動(dòng)成本記為bc1=150元。生產(chǎn)企業(yè)揀選配貨平均服務(wù)速率分別為120份/月，配送運(yùn)輸平均服務(wù)時(shí)間為1/30月，由于將其過程看作一個(gè)串聯(lián)單服務(wù)臺(tái)模型，其揀選加配送一份訂單的固定成本為gc2=1 500元，變動(dòng)成本為bc2=150元。代理商揀選平均服務(wù)速率與生產(chǎn)企業(yè)相同，配送運(yùn)輸往返一次平均耗費(fèi)時(shí)間為1/10月，其揀選與運(yùn)輸一份訂單的固定成本分別為gc3=1 500元和gc4=1 500元，變動(dòng)成本分別為bc3=150元和bc4=150元。此外，假設(shè)每份訂單單位時(shí)間的等待成本記作Vbw=10萬(wàn)元。

采購(gòu)?fù)ㄓ门c專用備件物料的平均時(shí)間成本分別為記作TC通用和TC專用：

TC通用=gc1(1+i)+gc2+gc3·c+gc4·d+

(14)

TC專用=2gc1+gc2+gc3·c+gc4·d+

(15)

由式(14)、(15)可分別采購(gòu)?fù)ㄓ门c專用備件物料時(shí)，備件物料訂單的平均供應(yīng)保障時(shí)間、Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)訂單條件下平均供應(yīng)保障時(shí)間以及需求訂單供應(yīng)保障的服務(wù)作業(yè)時(shí)間總成本，見表2和表3，圖6和圖7。

表2　采購(gòu)?fù)ㄓ脗浼锪虾馁M(fèi)時(shí)間與費(fèi)用

通過Matlab對(duì)本文所建立時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本優(yōu)化模型進(jìn)行編程賦值求解，分別得到通用和專用備件物料供應(yīng)保障流程各階段服務(wù)臺(tái)最佳配置，即:

1)通用備件物料：18個(gè)訂單處理服務(wù)臺(tái)、5個(gè)揀選服務(wù)臺(tái)、6輛配送車輛。

2)專用備件物料：5個(gè)揀選服務(wù)臺(tái)、6輛配送車輛。

此外，由表2、表3與圖5、圖6所示可知，針對(duì)各階段服務(wù)臺(tái)配置情況可分別求得通用與專用備件物料供應(yīng)保障總時(shí)間成本、總平均耗費(fèi)時(shí)間與航道維護(hù)疏浚任務(wù)各等級(jí)訂單備件物料供應(yīng)保障平均耗費(fèi)時(shí)間。因此，通過建立時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本模型，針對(duì)不同任務(wù)需求配置最佳服務(wù)機(jī)構(gòu)數(shù)量，降低供應(yīng)保障各環(huán)節(jié)時(shí)間耗費(fèi)，保障航道維護(hù)船艇施工任務(wù)需求及時(shí)準(zhǔn)確得到滿足，以期獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

表3　采購(gòu)專用備件物料耗費(fèi)時(shí)間與費(fèi)用

圖6　采購(gòu)?fù)ㄓ脗浼锪虾馁M(fèi)時(shí)間

圖7　采購(gòu)專用備件物料耗費(fèi)時(shí)間

5結(jié)論

相較于以往同類研究重成本輕時(shí)間的特點(diǎn)，本研究綜合考慮并權(quán)衡時(shí)間與成本兩方面要素，基于強(qiáng)制優(yōu)先權(quán)理論建立了時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)成本模型，研究成果對(duì)保障長(zhǎng)江航道維護(hù)任務(wù)的順利實(shí)施，尋找運(yùn)維費(fèi)用與時(shí)效性的最佳平衡點(diǎn)有較好的借鑒作用，同時(shí)也可為“十三五”期智能航道養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)建設(shè)的順利推進(jìn)提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾旭虹.長(zhǎng)江航道發(fā)展階段劃分及發(fā)展策略研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2013.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,2014

[3] 李素榮.汽車整車產(chǎn)業(yè)和零部件產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)模式探討[J].汽車工業(yè)研究,2001(11):23-27.

[4] 張微.汽車零部件技術(shù)特征與采購(gòu)供應(yīng)模式選擇研究[D].上海:上海交通大學(xué),2008.

[5] ARTS J, KIESMüLLER G P. Analysis of a two-echelon inventory system with two supply modes[J]. European journal of operational research,2013,225(2):263-272.

[6] VLACHOS D, TAGARAS G. An inventory system with two supply modes and capacity constraints[J]. International journal of production economics,2001,72(1):41-58.

[7] KHOUJA M. Optimizing inventory decisions in a multi-stage multi-customer supply chain[J]. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review,2003,39(3):193-208.

[8] 長(zhǎng)江航道局.航道工程手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2004.

[9] 內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn):GB50139-2004[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

[10] 付延冰.基于隨機(jī)需求的配送中心設(shè)備配置與庫(kù)存控制問題研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2010.

[11] GHEORGHE M, RODICA-LONELA T, ALINA C. Distribution rules in seaport activities modeling[J]. Constanta maritime university annals,2012,17:164-169.

[12] 官建成.隨機(jī)服務(wù)過程及其在管理中的應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000.

[13] 徐光輝,袁學(xué)明.有限容量?jī)杉?jí)串聯(lián)排隊(duì)系統(tǒng)的平穩(wěn)性態(tài)[J].系統(tǒng)科學(xué)與數(shù)學(xué),1992(4):317-325.

[14] 唐應(yīng)輝.排隊(duì)論[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,2000.

[15] 王銀銀.具有強(qiáng)占優(yōu)先權(quán)的M/G/1排隊(duì)系統(tǒng)及其應(yīng)用研究[D].重慶:重慶師范大學(xué),2008.

[16] WHITE J A. Analysis of queueing systems[M]. Amsterdam: Elsevier,2012.

On the Supply Guarantee System of Spare Parts Based on Time Cost for the Waterway Maintenance Ships

WEN Quan

(Changjiang Waterway Planning Design and Research Institute, Wuhan 430011,China)

Abstract:The spare parts and materials supply guarantee system is investigated for the waterway maintenance ships in Yangtze river. It is shown that the current researches of supply guarantee usually concentrates on cost optimization rather than the timeliness of waterway maintenance task. In order to solve this problem, a method is set forth to classify task levels of waterway maintenance dredger and establish a time competitive cost model. The preemptive priority method of queuing theory is introduced to optimize supply guarantee time cost model for different levels of task. A numerical example is given to obtain the best configuration in different supply guarantee service stages.

Key words:waterway maintenance ship; time cost; supply guarantee; queuing theory; preemptive priority

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.03.037

收稿日期：2015-12-07

基金項(xiàng)目：交通運(yùn)輸部2013年信息化重大專項(xiàng)

第一作者簡(jiǎn)介：溫泉(1984—)，男，博士，工程師

中圖分類號(hào)：U615

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-7953(2016)03-0167-07

修回日期：2016-01-04

(2013-364-548-200)

研究方向:水陸交通信息化、數(shù)字航道、智能航道

E-mail:58071899@qq.com