煙草行業物流托盤監測管理模型研究

王毅君，梁啟榮，尚　偉，葉　斌

（浙江中煙工業有限責任公司，浙江　杭州　310000）

煙草行業物流托盤監測管理模型研究

王毅君，梁啟榮，尚偉，葉斌

（浙江中煙工業有限責任公司，浙江杭州310000）

針對托盤共用化中塑料物流托盤存在的劣化問題，建立了以每次塑料物流托盤發生失效的機會成本小于每次監測成本，且使總代價最小，求最少的監測次數和監測周期方案為目標的煙草行業物流托盤檢測管理模型，通過對塑料物流托盤期望壽命、強度函數參數、破損參數以及成本參數進行參數估計，并采用Monte-Carlo數值模擬方法計算檢測周期代價，最終優化了檢測周期，促進了共用化物流托盤全生命周期管理的發展。

煙草行業；物流托盤；監測管理；生命周期

1　引言

托盤聯運是提高物流效率的重要手段。目前，我國煙草行業已經具備全面實現托盤聯運的基礎條件。在硬件條件上，煙草行業工商企業生產經營活動的機械化、自動化程度較高，產品包裝規格十分統一且規整；在體制層面，我國煙草屬于國家專屬經營，全國所有煙草相關工商企業均屬于國家煙草總公司所有，并且遍布全國各個省區市，有利于托盤聯運社會化［1］；在戰略層面，由于卷煙屬于快速消費品，在市場化改革的大潮下，在越來越強調準時物流、精益物流，將物流視為企業核心競爭力的今天，煙草物流服務是否及時、靈活、準確、優質，必將直接影響企業競爭力，因此對于改善物流服務有著內在動力。所以，在煙草行業實現托盤共用化前景廣闊［2］。

但是，實現托盤共用化面臨如下問題：（1）需要有一個專業的托盤運營管理和維護團隊，對行業所有共用托盤進行全面管控，減少或避免空托盤運輸帶來的浪費；（2）當前無論是國家通用標準還是行業托盤標準，均只有對于托盤形狀、尺寸、規格、質量等的準入標準，并沒有可以用來在流轉過程中對其進行可用性進行評估的標準，其所處的生命周期時點，是否需要維修、是否應該被淘汰等難以量化評估，是共用化體系中的一項重要缺失；（3）需要建設一套適合行業構架和運營特色的托盤循環共用系統，利用信息化手段建立行業托盤管理平臺。

本文針對托盤共用化存在的問題，建立物流托盤監測管理模型，計算檢測周期代價函數，通過數值分析和模擬仿真，確定相關參數，最終優化了檢測周期。

2　煙草行業物流托盤監測管理模型

2.1監測代價函數

塑料物流托盤進入流轉系統之后，任何時間段都存在因為劣化而導致失效的可能性，因此需要定期對托盤的可靠度進行監測。但是在塑料物流托盤的整個生命周期內，期初單位時間內的失效概率很小，由此造成的風險成本很低，而單次檢測成本不變；而隨著使用時間的增加，單位時間內的失效概率不斷增大，風險成本不斷增加。

在整個塑料物流托盤生命周期內，定義累計n次投入的監測成本和失效機會成本的總和為總代價函數：

優化目標在于：保證每次塑料物流托盤發生失效的機會成本小于每次監測成本，且使總代價最小，求最少的監測次數和監測周期方案。表示為：

其中常數C表示塑料物流托盤每次檢測的成本，常數R表示托盤失效風險成本。

第n次檢測時，落入失效概率區間為II區，其覆蓋面積（灰色陰影部分）顯著增大，說明失效概率顯著增加，為單次檢測成本為C，在此期間，托盤失效機會成本為

圖1　累積性能劣化分布曲線的比較圖

2.2監測周期優化分析

監測周期包括三種類型：定長周期、變長周期及視情監測。其中定長周期監測較容易管理，只要設定一個監測周期，按照軟件系統安排監測時間點，由托盤調運系統按照監測時間點，優化調度托盤進入檢測流水線即可。

本文僅研究定長周期監測，主要研究如何確定監測的周期。根據塑料物流托盤在時間［t,t+s］t，t+s內性能退化量Xt，t+s的數學期望和方差關系：

3　參數估計及數值仿真分析

3.1塑料物流托盤期望壽命

目前托盤全生命周期管理系統尚無法跟蹤分析使用之前的托盤壽命，但是歷年托盤采購和報廢的財務數據都建有臺賬，根據托盤的采購和報廢流動過程，可以估計托盤的期望壽命。

自2005年逐步實行托盤聯運開始，托盤保有量逐年增加，2010年起進入托盤大規模更新期，具體托盤報廢數據見表1。如果忽略托盤年采購量的波動，可以計算得到年均更換托盤比例為：14.6%，由此估算托盤的期望壽命為6.8年，即平均6.8年托盤更新一次。

表1　歷史年份托盤報廢數據

3.2強度函數參數的期望估計值

根據式（1）中的沖擊破損次數的強度函數atb-1，其中參數a和b，采用以下試驗進行估算：取不同年份的托盤100只，分別統計其破損部位的數量，結果見表2。

表2　不同年份托盤破損部位數量統計表

利用Matlab提供的cftool工具進行指數函數曲線擬合，得到估計值和（95%的置信區間）；擬合后曲線如圖2所示。

圖2　強度函數參數擬合曲線

3.3破損參數的期望估計值

根據式（2）假設每次沖擊對塑料物流托盤造成的性能變化量Yi相互獨立且服從相同的正態分布，μ和σ是表征這個正態分布的參數。為了估計這兩個參數，同樣，本文采用試驗的方法，取20只破損較嚴重的托盤，分別測量其每個破損位置的破損率，即：單個破損部位面積和整個托盤側面積的比例。得到單個破損部位的破損率區間的頻數見表3。

表3　單個破損部位破損率的統計結果

利用Matlab提供的工具cftool進行正態函數曲線擬合，得到估計值和（95%置信區間），擬合曲線如圖3所示。

圖3　破損參數擬合曲線

3.4成本參數分析

公用輔助一體化：為了合理利用能源、減少消耗，根據化工區區內化工主體項目，形成供水、供電、供熱、供氣為一體的公用工程“島”，實行區內能源的統一供給。

塑料物流托盤每次檢測的成本C包括：檢測系統的設備折舊檢修損耗費用、運行費用、檢測人員的工薪費用、叉車搬運的費用等，按照現行費用標準，估計每次檢測每個托盤的成本C≈4元人民幣。

托盤失效風險成本R包括：托盤造成貨物墜落、重新組垛、引起自動設備停車、造成流水線停車，從而影響整體效率，這些風險成本大小不盡相同，近似估計每次未預防失效造成的風險成本R≈2 000元人民幣。

3.5數值仿真分析

考慮到式（2）缺乏解析解，本文采用Monte-Carlo數值模擬［4-5］方法計算最優監測周期。Monte Carlo方法實質是通過大量隨機試驗，利用概率論解決問題的一種數值方法。仿真步驟如下：

（1）遍歷監測周期區間為T∈［］1，90，步長為1天的等間距自區間的3個月時間；

（2）跟蹤托盤狀態從進入流轉系統的t=1天開始，一直跟蹤到托盤壽命的F=2 500天；

（5）根據式（2）的優化約束條件，每次檢測結果和破損率失效閾值Ls≈0.377比較，如果超過該閾值，則該托盤淘汰出局，對應的托盤對象標記為空，不參與后續仿真運算；

（6）根據式（2）累積總代價函數求和公式值，得到該監測周期下的值；

（7）更改時間下標t=t+1，如果到達下一個檢測窗口，則重復第4步至第7步；

（8）重復第3步至第7步，遍歷每一個監測周期步長；

（9）重復第1步至第8步，重復計算10 000次，并求平均值。

仿真結果如圖4所示，可求得最佳監測周期約為：T*≈33天。

圖4　優化監測周期代價函數關系

4　結語

對于現存12萬片托盤的浙江中煙來說，每次都對回庫托盤進行上線檢測顯得費時費力且并無必要，但是不檢測則又無法得到檢測數據用于評估其是否還適合繼續被用于成品運輸。因此，本文建立了物流托盤監測管理模型，通過計算檢測周期代價函數，最終優化了檢測周期，較好地解決了這一問題。

［1］胡堅，劉鷹.標準托盤社會共用化的應用分析［J］.上海商業，2013，（6）∶20-21.

［2］全鶯歌，王麗.煙草工業企業物流技術現狀及趨勢解析［J］.物流技術，2013（8）∶13-17.

［3］盛勇.工商卷煙整托盤聯運中的“經濟學”［J］.中國煙草，2014，（11）∶77-79.

［4］蘇錦霞，趙學靖，李維國.基于剩余壽命的劣化系統最優維修策略［J］.蘭州大學學報（自然科學版），2011，47（4）∶103-107.

［5］鄭安明，李浩.建立中國的CPAL刻不容緩［J］.物流與包裝，2010，（8）∶42-43.

Study on Logistics Pallet Monitoring and Management Model for Tobacco Industry

Wang Yijun，Liang Qirong，Shang Wei，Ye Bin
（China Tobacco Zhejiang Industrial Co.， Ltd.， Hangzhou 310000， China）

In this paper， in view of the deterioration of the plastic logistics pallet experienced in many shared pallet systems， weestablished the logistics pallet monitoring and management model for the tobacco industry wherein the opportunity cost in the event of plasticpallet failure was less than the monitoring cost thereof， the total cost was minimized and the least number of monitoring acts and circles werepursued， then estimated the plastic pallet expected service life， strength function parameter， breakage parameter and cos

tobacco industry； logistics pallet； monitoring and management； life circle

F426.8；F252.1

A

1005-152X（2016）03-0078-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.03.018

2015-12-08

王毅君（1986-），男，浙江杭州人，工程師，研究方向：托盤化物流、托盤全生命周期管理及共用化。