班輪公司集裝箱空箱在途庫存控制研究

宋若辰，趙一飛

(1.上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，上海 200240;2.上海交通大學安泰經濟與管理學院，上海 200240)

班輪公司集裝箱空箱在途庫存控制研究

宋若辰1，趙一飛2

(1.上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，上海 200240;2.上海交通大學安泰經濟與管理學院，上海 200240)

為解決集裝箱管理問題，在合理分析集裝箱空箱在途庫存成本構成的基礎上，構建空箱在途庫存成本優化模型，并結合算例，以空箱在途庫存成本最小為優化目標，給出班輪公司最佳調運方案，同時驗證該模型的可行性和有效性。

空箱;在途庫存;成本控制;整數規劃

0 引言

隨著世界經濟和國際貿易的發展，集裝箱化已經成為現代化運輸的重要標志之一。集裝箱班輪運輸體現了明顯的規模經濟效應，所以成本控制是班輪公司營運是否成功的關鍵因素所在，降低集裝箱管理成本是班輪公司集裝箱管理部門與學術界共同探索的課題。

當前若干針對集裝箱管理的研究均集中于空箱調運問題上，其核心是解決集裝箱需求與供給間的不平衡，控制和決策空箱從供應地到需求地的流動。一般可分為內陸運輸和海洋運輸兩類。陸運方面，Kai Homberg，等［1］對鐵路集裝箱空箱調運進行了研究，建立了多貨種網絡流模型;劉大镕，等［2］研究了單箱種集裝箱陸上調運模型，以公路和鐵路為主的調運優化問題的研究日益完善。海運方面，大多數研究借鑒陸運但仍不夠完善。周紅梅，等［3］建立了海上集裝箱空箱調運優化靜態模型;施欣［4］采用Games軟件包對構造的海運集裝箱空箱調運系統模型進行模擬;丁敏，等［5］應用啟發式算法對集裝箱空箱調運進行優化研究。除此之外，近年來國內外學者和相關研究人員也逐漸開展對空箱調運的多式聯運研究，S.T.Choong，等［6］建立了以美國5 大湖區為實際調運背景的空箱多式聯運調運整數規劃模型，考慮了公路、鐵路和水運3種運輸情況;丁菲［7］分別建立了陸運、海運和多式聯運條件下空箱調運的靜態和動態模型。

但是，研究大多局限于空箱調運成本方面，忽略了由于空箱調運這一動作產生的空箱在途庫存成本，忽視資金占用的時間價值，從而低估了班輪公司進行集裝箱管理的成本，這不利于對其進行有效合理的控制。筆者在本文中建立班輪公司集裝箱空箱在途庫存成本控制模型，通過降低空箱在途庫存成本，提高集裝箱班輪公司運營效益，彌補現有研究不足。

1 空箱在途庫存成本

通過對集裝箱運輸及管理過程的理解，描述班輪公司空箱流轉過程如圖1。

圖1 班輪公司集裝箱空箱流轉過程Fig.1 Liner operators’circulation process of empty containers

1.1 物理空箱與財務空箱

由圖1可看出，集裝箱由空箱CY調運至CFS時屬于物理形態意義上的空箱，運送過程中必然會產生空箱成本。但由于貨主提重箱及歸還空箱的時間具有很大不確定性，導致對此期間所產生的成本費用進行單獨衡量非常困難。在實際操作過程中，班輪公司已將這部分成本分攤到運費中，無論貨主是否提前取箱或還箱，不會造成班輪公司額外成本的產生，不改變(或僅增加)原有收益。故在此期間集裝箱雖然處于空置這一物理形態，但從財務的角度上來看，并不會導致空箱資金占用成本的增加，即財務空箱是指在進行成本費用計算時有實際意義的空箱，這便產生物理空箱與財務空箱在概念及使用上的差別。

在對空箱在途庫存成本進行研究時，研究對象僅指財務空箱，認為物理空箱流轉是非有效流轉，不需計算運輸物理空箱而導致的成本費用。

結合財務空箱概念，筆者將空箱有效流轉過程分為3種情況:

1)空箱在樞紐港之間的海上運輸;

2)空箱在樞紐港與支線港之間的海上運輸;

3)空箱在CY與港口碼頭之間的內陸運輸。

1.2 空箱在途庫存成本定義及構成

在途庫存是指尚未到達目的地，正處于運輸狀態或等待運輸狀態而儲備在運輸工具中的庫存，其大小取決于需求和生產-配送周期。迄今，有關在途庫存的研究的文獻不多，并且對其構成尚存在多家爭論［8］，對于空箱在途庫存成本定義及構成更無明確解釋及劃分。

筆者將空箱在途庫存成本定義為由空箱需求節點下達空箱需求指令后，通過各種運輸工具，將空箱由供給節點運至需求節點這一過程所產生的庫存持有成本。成本構成主要分為以下4部分:空箱在途庫存資金成本、在途保險成本、在途風險成本和機會成本。

1)空箱在途庫存資金成本。主要指班輪公司自有或者租用空箱在流轉過程中所占用的資金成本，與所需調運空箱量及其處于在途庫存狀態的時間緊密相關。

2)空箱在途保險成本?？障湓谕颈ｋU成本是主要組成部分之一，當空箱處于在途庫存狀態時有可能發生跌落等事故，因此很多班輪公司都會為集裝箱辦理保險，且所辦理險種一般為一切險。

3)空箱在途風險成本。反映了除保險公司承擔的責任之外，班輪公司仍需負責的其它損失及費用。通常包括集裝箱內在缺陷和特性、延遲、工人罷工、戰爭、核武器威脅、武裝集團扣押等所引起的損失和費用。

4)機會成本。班輪公司在正常營運過程中一般首先會保證重箱的運輸需求，之后再利用剩余艙位滿足空箱調運需求，但有時由于空箱資源的極度不平衡，會導致班輪公司需要占用重箱運輸箱位來安排空箱的調運。由于空箱在途運輸而產生重箱額外庫存成本為空箱在途庫存導致的間接成本，即為機會成本。

2 空箱在途庫存成本控制模型

2.1 模型假設

研究空箱在途庫存的目的是尋求需求與成本之間的平衡，在此做出如下假設條件:①僅考慮自有箱在各樞紐港之間的海上調度，以及租用空箱的內陸運輸，暫不考慮自有空箱的支線運輸以及內陸運輸;②已知各個港口(或場站)初始空箱保有量;③所有集裝箱都具有相同尺寸，即不考慮箱型約束，均為20尺箱;④不考慮集裝箱轉運和往復運輸情況，即空箱是由供給港直接送達到需求港;⑤保證重箱運輸需求能夠及時得到滿足，暫不考慮機會成本;⑥航班航線固定不變，船舶到達港口時立刻卸箱、卸貨，從而獲得可用空箱;⑦首先考慮進行港口間空箱調運，當自有空箱供給量無法滿足需求量時再考慮租箱。

2.2 參數與變量

2.2.1 基本參數

N 為港口節點集合，i，j=1，2，…，N，i，j∈ N;

k為模型周期數，k=1，2，…，K ，根據實際操作和簡化問題的客觀需要，在模型中假設其為離散;

q 為港口掛靠船舶數量，q=1，2，…，Q;

2.2.2 確定性變量

j

Uj表示j港口的最大存儲能力;

cij_cap，cij_ins，cij_risk分別表示單位時間內單位空箱在途庫存資金占用成本、在途保險成本及在途風險成本;

tj表示在j港口將租用的單位空箱由空箱堆場調運至碼頭的時間;

c'j表示在j港口的租箱費率。

2.2.3 決策性變量

2.3 模型建立

2.3.1 目標函數

根據參數設置，可以定義一個班輪公司自有集裝箱空箱在途庫存控制系統。式中:cg表示空箱單位價值;α表示集裝箱預計凈殘值率;Ts表示單位自有集裝箱預計使用年限;cb表示單位集裝箱保險金額;φb表示集裝箱保險費率;Tb表示集裝箱投保年限;cf表示由于發生戰爭、工人罷工等事件造成集裝箱損失;ηij表示由i港到j港的航線上發生戰爭、工人罷工等事件概率。

2.3.2 約束條件

3 算例分析

假設系統內港口數N=4，船舶數q=2，航線上兩條船舶對開，在滿足重箱運輸需求后可運載空箱數量上限分別為60 TEU和50 TEU。階段數(周期數)k=4，每一個班期開始前安排空箱調運計劃。各港口初始空箱保有量X0分別為300，350，550，250 TEU，考慮租箱，認為港口存儲能力完全能滿足港口空箱保有量所需。結合集裝箱運輸市場相關定價，令 cij_cap=4.65元，cij_ins=4.6元。由于空箱在途風險的發生一般為小概率事件，故在此假設cij_risk=0。具體運輸路徑如圖2。

圖2 某班輪公司集裝箱運輸航線Fig.2 A liner operator’s container transport routes

表1 各港口通過某條船舶重箱進出口量Table 1 Full containers’volume of import and export each port through a liner /TEU

表2 港口之間運輸時間Table 2 Transport time between ports

表3 各港租箱所需運輸時間及費率Table 3 Transport time and rates of renting containers

根據港口初始空箱保有量及重箱進出口箱量，不考慮成本及調運時間，以必須滿足各港空箱需求為前提進行空箱調運安排，最終求得空箱在途庫存成本為28 704.75元，調運方案如表4。

表4 空箱調運方案Table 4 Scheme of empty containers allocation /TEU

若構建空箱在途庫存成本最小化模型，k=1時，根據各港口初始空箱保有量及實際重箱進出口箱量，有:

同理，令k=2，3，4繼續求解，最終求得目標函數值為25 819.35，即空箱在途庫存總成本最小為25 819.35元，最優空箱調運方案如表5。

表5 最優空箱調運方案Table 5 Optimal scheme of empty containers allocation/TEU

由表5可知，除了第1、4階段需在H3和H2港口分別租用30，45個空箱以外，其它階段通過空箱調運即可滿足空箱需求。4個階段結束時空箱調運總量較優化前減少92 TEU，租箱量增加15 TEU，總空箱在途庫存成本節約2 885.4元。

根據計算可知，筆者所建的空箱在途庫存整數規劃模型可解出班輪公司在各個階段最優空箱調運方案，并且使得規劃期內總空箱在途庫存成本費用最低。

4 結語

從財務成本角度對空箱及空箱在途庫存進行分析與定義，并針對多個港口之間的空箱調度問題建立空箱在途庫存成本控制模型，成功的進行了算例分析與求解，證明了模型的可行性。這種方法在研究空箱調運方案等問題上十分方便，可快速有效地進行空箱調運流量調控。由于現實中各周期空箱需求和供給具備不確定性，并且這種不確定性隨著時間跨度延長而增大，故本方法更適用于短期調運方案規劃。

［1］Homberg K，Joborn M，Lundgren T.Improved empty freight car distribution［J］.Transportation Science，1998，31(2):163-173.

［2］ 劉大镕，賀斌，蔣良奎，等.隨機(單箱種)陸上空箱調運模型［J］.上海海運學院學報，2000，21(3):8-18.

Liu Darong，He bin，Jiang Liangkui，et al.Random model of overland empty container distribution(single type)［J］.Journal of Shanghai Maritime University，2000，21(3):8-18.

［3］周紅梅，方芳.航運集裝箱空箱調運優化模型的研究［J］.武漢理工大學學報，2000，27(3):384-387.

Zhou Hongmei，Fang Fang.Research on the optimization model of empty container distribution［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2000，27(3):384-387.

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Shi Xin.The optimization of sea-bound empty container distribution［J］.Systems Engineering:Theory ＆ Practice，2003，23(4):70-89.

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Ding Min，Sun Wenyi，Gu Weihong.Research on the optimization of empty containers allocation based on heuristic algorithm ［J］.Navigation of China，2008，3(1):75-78.

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［7］丁菲.海運與多式聯運下的集裝箱空箱調運優化研究［D］.上海:上海海事大學，2005.

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He Fen，Weng Yuting，Zhang Lingling，et al.The decomposition and composition of the inventory costs［J］.Logistics Engineering and Management，2010，32(11):35-36.

Study on Liner Operators’Controlling of Empty Containers’In-Transit Inventory

Song Ruochen1，Zhao Yifei2
(1.School of Naval Architecture，Ocean ＆ Civil Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China;
2.Antai College of Economics＆ Management，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China)

To solve the issue of container management，based on rational analysis concerning the cost composition of empty containers’in-transit inventory，an optimization model which aims to minimize the overall cost of empty containers’in-transit inventory is devised.Besides，a specific case is also taken into consideration，so as to provide the best distribution program for liner operators as well as verify the feasibility and efficiency of this model.

empty container;in-transit inventory;cost control;integer programming

U169.6

A

1674-0696(2012)04-0890-05

10.3969/j.issn.1674-0696.2012.04.37

2011-10-18;

2012-04-11

2010年度上海市政府決策咨詢研究重大研究項目(2010-Z-66)

宋若辰(1987—)，女，內蒙古赤峰人，碩士研究生，主要從事航運與物流管理方面的研究。E-mail:srcsjtu0902@126.com。