物流園區物流設備選型及數量優化研究＊

成耀榮 劉豐根 梁 波

(中南大學交通運輸工程學院 長沙 410075)

物流園區是物流要素在空間上集中,并進行物流活動的組織、管理的場所,園區的效能和效率,及其優勢的發揮,直接依賴于物流園區物流設備的效率和數量的配備.目前,關于物流園區規劃的研究主要集中在園區選址、功能設計、信息平臺規劃等方面[1-3],而對園區內部設施設備的具體規劃則比較缺乏.這一方面導致園區建成后缺乏必要的物流設備的支持,另一方面導致園區物流作業設備重復配置,作業效率低.針對目前物流園區規劃理論上的不完善和實際規劃建設存在的問題,本文對園區物流設備規劃進行了設備選型及數量優化研究.

1 物流園區物流設備選型模型

物流園區物流設備選型是指根據各類物流設備的適用領域和性能特點、作業環境要求等已知條件,為各類貨物在不同物流作業環節選擇恰當、合適的設備類型及型號,從而滿足作業能力要求.影響園區物流設備選型的因素包括：園區需要處理貨物的屬性、園區的定位、園區內部功能分區、園區自然條件、設備本身性能參數等,其中,園區需要處理貨物的屬性是影響物流設備選型的主要因素,物流園區貨物與相應的作業設備之間存在模糊匹配關系[4].

1.1 貨物、設備信息物元的建立

1)貨物信息物元 本文采用可拓論中的物元表示法來表示貨物和設備的信息[5].貨物屬性信息是設備選型的依據.根據貨物學理論,貨物屬性信息主要從物理、化學、生物、機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,固態、液態、氣態;(3)貨物的外形尺寸,長、寬、高;(4)單件貨物的重量、體積;(5)貨物的特殊性質,如危險貨物、易燃、易爆貨物; (6)貨物的揮發性、散濕性等[6].根據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)設備信息物元 設備屬性包括設備的名稱、類別、作業能力、適用領域以及可處理的貨物種類等.根據物元理論,建立一般設備信息物元如下.

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

1.2 設備選型模型的建立

根據貨物屬性與物流設備屬性之間的模糊匹配關系,建立基于貨物與設備模糊匹配的設備選型模型,見圖1.

圖1 園區設備與貨物匹配模型

該匹配模型的核心在于物流園區貨物信息與設備信息之間的匹配.當輸入貨物信息物元時,根據物流園區所處理的貨物特征值與設備特征值之間的并行模糊匹配關系,建立科學的匹配規則,可以為園區找到相應類型和型號的作業設備[7].本文設計的匹配規則如下.

1)貨物特征值與設備特征值相匹配.

2)貨物單件重量與設備額定作業能力相匹配.為了避免作業能力的浪費,規定該型號設備額定作業能力大于單件貨物重量,并小于1.2倍單件貨物重量.

2 物流園區設備數量計算及其優化模型

2.1 園區設備配置數量計算

確定某型號設備承擔的物流量.假設物流園區貨物的物流量為Q,物流園區機械設備配置系數為λ,則園區所有設備承擔的物流量為Qλ;又假設共選擇m類設備,第i類設備(i=1,2,…,m)中共有ni種型號的設備,第i類設備中第j型號設備(j=1,2,…,ni)需要處理的貨物物流量占園區總物流量的比例為αi,并且那么第i類設備需要處理的貨物物流量為Q λ αi.再假設第i類中第j型號設備需要處理的貨物物流量為Qij,該型號設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型號設備承擔的物流量可用式(3)進行計算[8].

圖2 物流園區物流設備作業量確定過程

1)確定某型號設備的作業能力 假設第i類設備中第j型號設備的額定載重量為Qeij,該設備平均一次處理貨物的重量與其額定載重量的比例為β,每小時吊裝或搬運的次數為δ(1/h),時間利用系數為ρ(設備年平均工作小時占年日歷工作小時的比例),年日歷工作小時為t(h/年).那么,該型號設備的作業能力可用式(4)進行計算,常用物流設備β,δ,ρ的取值可參考文獻[9].

2)計算所需某型號設備的數量 假設第i類設備中第j型號設備的數量為Zij,則該型號設備所需數量為

2.2 園區設備數量優化模型

1)模型假設 物流園區需要處理的貨物物流量已知;物流園區物流設備類別與型號已經確定;每類設備所包含的型號不盡相同,為便于建模,統一設定每類設備都包含n個型號;并且將每類設備中各種型號的設備按照其額定作業能力從大到小排列,當第i類設備中第j型號設備不存在時,令Qeij=0;固定設備在物流園區建成后變動較少,選擇可移動的物流設備作為優化的對象.

2)模型構建 根據設備全壽命周期成本理論,建立物流園區所需型號設備的數量優化模型如下.

式中：cij為第i類設備中第j型號設備的全壽命周期成本;xij為第i類設備中第j型號設備的規劃數量.

3 實例分析

本文以湖南九華物流園區規劃項目為實例對模型的有效性和實用性進行驗證,主要對園區倉儲中心的設備選型和數量優化進行分析.因為裝卸搬運設備是倉儲中心的主要物流設備,而且大都可以在多個功能區作業,具有優化的潛力,所以本文以裝卸搬運設備為例進行研究.

3.1 設備選型

園區倉儲中心處理的主要貨物是汽車、新材料及機電企業的原材料、零部件和產品.從貨物特性考慮,具有密度較大、質量比較重及品種規格較多等特性.運用建立的設備選型模型,得出所需設備的類型,見表1所列.

表1 倉儲中心裝卸搬運設備選型結果

3.2 數量優化

1)設備配置數量計算 根據物流設備日常作業系數經驗值[9-10],確定叉車和橋式起重機的β,δ,ρ,t的值(見表2).

表2 倉儲中心裝卸搬運設備β,δ,ρ,t的值

根據前期調查和預測,得知汽車、新材料及機電企業的原材料、零部件和產品的物流量合計為1 648.6萬t,這些貨物的噸位構成比例已知,計算得到各噸位級別貨物的數量,見表3.

根據表2中的數據,運用式(4)計算得到叉車和橋式起重機的作業能力(見表4).根據九華物流園區的規劃要求,園區要達到較高的機械化作業程度,考慮未來園區機械化發展趨勢,設定λ= 0.7.運用式(5)計算得到叉車和橋式起重機的初步配置數量(見表4).

2)優化方案 根據構建的設備數量優化模型,采用LINGO軟件求解,得出園區倉儲中心裝卸搬運設備數量配置的優化方案,并與初步配置方案進行比較,對比結果見表4.

經過測算,初步配置方案的成本為25 336萬元,優化方案的成本為24 060萬元.通過模型優化,設備全壽命周期成本節約了1 276萬元,達到了比較好的優化效果.

表3 各噸位級別貨物的數量

表4 倉儲中心設備數量優化方案與初步配置方案比較

4 結束語

物流園區設備規劃是園區整體規劃系統中的子系統,是建立在園區前期調研預測、園區規模測算及各功能區設計的基礎之上.本文主要采用物元理論,在園區需要處理的貨物與園區需要配備的設備之間建立匹配規則,并提出園區設備分類選型的方法,建立園區設備分類選型的設備數量優化模型.該方法充分考慮了園區需要處理的物流量,以及物流設備的能力,該方法能夠使得物流園區配備的設備的壽命周期成本最低.

[1]韓 勇.物流園區系統規劃的理論、方法和應用研究[D].天津：天津大學管理學院,2003.

[2]張曉東.物流園區布局規劃理論與實踐問題研究[D].北京：北京交通大學交通運輸學院,2003.

[3]李 力.物流信息平臺構建與應用研究[D].武漢：武漢理工大學管理學院,2006.

[4]林 泓.匹配理論的若干新結果[D].廈門：廈門大學數學科學學院,2006.

[5]Wen Cai.Extension theory and its application[J]. Chinese Science Bulletin,1999,44(17)：1 538-1 548.

[6]王學鋒,周晶潔,殷 明.貨物學[M].上海：同濟大學出版社,2006.

[7]Ei-Mehalaw Im,Allen M R.A database system of mechanical components based on geometric and topological similarity.PartⅡ：indexing,retrieval matching,and similarity assessment.Computer-Aided Design[J].Computer-Aided Design,2003,35(1)：95-105.

[8]鄔萬江.物流中心物流設備數量配置研究[D].長春：吉林大學交通學院,2006.

[9]董 海,梁 迪.設施規劃與物流分析[M].北京：機械工業出版社,2005.

[10]張德志,謝如鶴,羅榮武.物流配送網絡優化模型及其求解算法[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版,2006(4)：569-572.