后方倉(cāng)庫(kù)裝卸機(jī)械調(diào)度優(yōu)化

夏 禹，楊會(huì)軍

（1.陸軍軍事交通學(xué)院 學(xué)員五大隊(duì)，天津 300161；2.陸軍軍事交通學(xué)院 軍事運(yùn)輸指揮系，天津 300161）

0 引言

后方倉(cāng)庫(kù)是按照國(guó)防總體部署和戰(zhàn)備意圖建設(shè)于戰(zhàn)略戰(zhàn)役后方的各類固定倉(cāng)庫(kù)，是戰(zhàn)略戰(zhàn)役后方進(jìn)行物資儲(chǔ)備和供應(yīng)的基地[1]。后方倉(cāng)庫(kù)作為物資器材儲(chǔ)存、管理和供應(yīng)方，是軍隊(duì)后勤保障中的重要環(huán)節(jié)。面對(duì)高強(qiáng)度的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)后勤保障的巨大需求，后方倉(cāng)庫(kù)能否做到高效、快捷、安全地提供物資保障，將直接決定戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)。

在后方倉(cāng)庫(kù)物資保障工作全過(guò)程中，物資裝卸所花費(fèi)的時(shí)間占整個(gè)物資保障過(guò)程耗時(shí)的比例越來(lái)越大，物資裝卸成為制約物資高效快捷保障的瓶頸。經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，我軍后方倉(cāng)庫(kù)裝卸裝備建設(shè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，現(xiàn)有的裝卸機(jī)械已基本覆蓋后方倉(cāng)庫(kù)各個(gè)保障領(lǐng)域，具備了完成一定的物資裝卸保障任務(wù)的能力，形成了作業(yè)方式較全、作業(yè)效率較高的物資裝卸搬運(yùn)體系，能較好地適應(yīng)平時(shí)物資供應(yīng)裝卸保障需求[2]。但從整體看，我軍后方倉(cāng)庫(kù)裝卸機(jī)械數(shù)量仍然較為有限，且分布較不均衡，完成戰(zhàn)時(shí)物資大規(guī)模集中發(fā)出任務(wù)時(shí)，裝卸機(jī)械仍存在一定缺口，裝卸作業(yè)能力仍有所欠缺。因此，后方倉(cāng)庫(kù)在加快裝卸機(jī)械體系建設(shè)的同時(shí)，迫切需要優(yōu)化裝卸機(jī)械調(diào)度，使現(xiàn)有的裝卸機(jī)械資源實(shí)現(xiàn)最大保障效能。

1 后方倉(cāng)庫(kù)裝卸系統(tǒng)分析

1.1 裝卸系統(tǒng)的組成

后方倉(cāng)庫(kù)裝卸系統(tǒng)是一個(gè)由庫(kù)房、作業(yè)場(chǎng)地（鐵路站臺(tái)）、裝卸機(jī)械、作業(yè)人員等要素共同組成的封閉系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)各要素調(diào)度有序，協(xié)調(diào)有度，才能保證裝卸系統(tǒng)的順暢運(yùn)轉(zhuǎn)和裝卸作業(yè)的高效完成。

（1）庫(kù)房。庫(kù)房是后方倉(cāng)庫(kù)用于物資長(zhǎng)期存放的場(chǎng)地，是后方倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存區(qū)的主體設(shè)施，分散配置于儲(chǔ)存區(qū)各處。從建筑形式來(lái)看，庫(kù)房分為地面庫(kù)、地下庫(kù)、半地下庫(kù)、洞庫(kù)等，一般來(lái)說(shuō)，地面庫(kù)作業(yè)空間和進(jìn)出通道都較為寬敞，與作業(yè)場(chǎng)地間的距離也更近，更有力于機(jī)械化裝卸作業(yè)，地面庫(kù)也是我軍后方倉(cāng)庫(kù)的主要建筑形式。

（2）作業(yè)場(chǎng)地（鐵路站臺(tái)）。我軍后方倉(cāng)庫(kù)均建有配套的裝卸作業(yè)場(chǎng)地，多數(shù)大型后方倉(cāng)庫(kù)還連接有鐵路軍事專用線，并在儲(chǔ)存區(qū)內(nèi)修建有鐵路站臺(tái)，此類倉(cāng)庫(kù)兼具鐵路和公路物資運(yùn)輸?shù)氖瞻l(fā)功能。公路運(yùn)輸物資的裝卸作業(yè)主要在裝卸作業(yè)場(chǎng)地完成，鐵路運(yùn)輸物資的叉裝叉卸主要在鐵路站臺(tái)完成，由于部分鐵路站臺(tái)上方修建有站臺(tái)棚，影響物資的吊裝，因此鐵路運(yùn)輸物資的吊裝吊卸也需在裝卸作業(yè)場(chǎng)地完成。

（3）裝卸機(jī)械。后方倉(cāng)庫(kù)配備的裝卸機(jī)械主要包括叉車、軌道式龍門起重機(jī)、汽車起重機(jī)三類。叉車是指以貨叉等各種叉具作為取貨裝置，能夠升降、移動(dòng)和裝卸、搬運(yùn)貨物的車輛[3]。由于其兼具裝卸和搬運(yùn)的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)物資從庫(kù)房到作業(yè)場(chǎng)地的短距離移動(dòng)，無(wú)需換載，因而成為后方倉(cāng)庫(kù)最常用的裝卸機(jī)械。軌道式龍門起重機(jī)的整個(gè)門架由四套走輪平衡臺(tái)車支承，其中的驅(qū)動(dòng)車輪使起重機(jī)在軌道上行駛，起升機(jī)構(gòu)通過(guò)導(dǎo)向滑輪組和吊具來(lái)裝卸物資[4]，其通常用于裝卸超過(guò)叉車限載的笨重物資，而后用運(yùn)輸車進(jìn)行短距離倒運(yùn)。汽車起重機(jī)同樣用以實(shí)施吊裝吊卸作業(yè)，但由于其限載重量較小、穩(wěn)定性較差、操作較為繁瑣等原因，在后方倉(cāng)庫(kù)中的使用場(chǎng)景不多，主要用于倒運(yùn)作業(yè)中無(wú)航吊庫(kù)房的笨重物資裝卸載上下車。

（4）作業(yè)人員。后方倉(cāng)庫(kù)設(shè)有保管隊(duì)，具體負(fù)責(zé)庫(kù)存物資的收管發(fā)工作，保管隊(duì)編配有裝卸分隊(duì)，作為后方倉(cāng)庫(kù)物資裝卸作業(yè)的專業(yè)隊(duì)伍。按照任務(wù)分工，裝卸作業(yè)人員主要包括：指揮員、安全員、機(jī)械操作手、裝卸輔助人員等。

1.2 裝卸作業(yè)工藝流程

后方倉(cāng)庫(kù)裝卸作業(yè)工藝是指后方倉(cāng)庫(kù)在物資儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)物資位移的方法或程序。各個(gè)裝卸機(jī)械和作業(yè)方式的組合體，構(gòu)成了物資裝卸工藝流程[5]。后方倉(cāng)庫(kù)裝卸作業(yè)工藝流程主要包括叉裝叉卸作業(yè)工藝流程、吊裝吊卸作業(yè)工藝流程。

1.2.1 叉裝叉卸作業(yè)工藝流程。叉裝叉卸作業(yè)是一種物資不落地的裝卸方式，裝載工藝流程是：庫(kù)房—叉車—作業(yè)場(chǎng)地—運(yùn)載工具。即物資從庫(kù)房被叉車叉取后，中間無(wú)需換載，直接搬運(yùn)到作業(yè)場(chǎng)地，裝載上車。反之為卸載工藝流程，卸載入庫(kù)時(shí)，叉車可以直接開(kāi)到垛位，完成堆垛。

1.2.2 吊裝吊卸作業(yè)工藝流程。吊裝吊卸適用于超出叉車額定載荷的笨重物資的裝卸，需軌道式龍門起重機(jī)、汽車起重機(jī)、運(yùn)輸車或平板牽引車等裝備配合完成物資裝卸，其工藝流程是：庫(kù)房—汽車起重機(jī)—運(yùn)輸車或平板牽引車—作業(yè)場(chǎng)地—軌道式龍門起重機(jī)—運(yùn)載工具。即物資在庫(kù)房中被汽車起重機(jī)吊起并裝載到運(yùn)輸車或平板牽引車，車輛攜帶物資駛?cè)胱鳂I(yè)場(chǎng)地，軌道式起重機(jī)將物資吊起后裝載到運(yùn)載工具，反之則為物資卸載流程。

2 基于排隊(duì)論的裝卸機(jī)械調(diào)度優(yōu)化模型

排隊(duì)論是一種隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論，是通過(guò)對(duì)服務(wù)對(duì)象到來(lái)及服務(wù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)研究，得出數(shù)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。后方倉(cāng)庫(kù)裝卸系統(tǒng)作為一個(gè)隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)，可以根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)規(guī)律優(yōu)化裝卸機(jī)械調(diào)度，使之既能滿足裝卸保障任務(wù)需要，又能最大限度節(jié)約裝卸機(jī)械資源。

2.1 后方倉(cāng)庫(kù)裝卸系統(tǒng)中的排隊(duì)問(wèn)題

由于叉裝叉卸為后方倉(cāng)庫(kù)物資裝卸的主要方式，本文以叉裝叉卸為例，分析裝卸機(jī)械調(diào)度問(wèn)題。從叉裝叉卸工藝流程來(lái)看，物資裝卸速度主要受單次叉取物資數(shù)量、庫(kù)房距離，作業(yè)循環(huán)時(shí)間（即叉車完成一次轉(zhuǎn)向、接近、起升、下降的作業(yè)循環(huán)所需的平均時(shí)間）、行駛速度等因素影響。記叉車完成一次裝卸作業(yè)的時(shí)間為Tc，則：

其中，t0為作業(yè)循環(huán)時(shí)間，Li為第i種物資所在庫(kù)房與作業(yè)場(chǎng)地的距離，V為叉車行駛平均速度。

完成單車物資裝載所需的平均時(shí)間記為Td，則：

其中，Qi為單車裝載第i種物資的總量，Ni為叉車一次可叉取第i種物資的數(shù)量。單位時(shí)間平均裝載車數(shù)：

由于計(jì)算裝載時(shí)間的相關(guān)參數(shù)為統(tǒng)計(jì)分析的平均數(shù)據(jù)，因此得出的結(jié)果為平均裝載時(shí)間，具體的裝載時(shí)間數(shù)據(jù)服從負(fù)指數(shù)分布，其分布函數(shù)可表示為：

其概率密度為：

后方倉(cāng)庫(kù)負(fù)責(zé)物資的收管發(fā)，對(duì)物資的調(diào)撥不具有決定權(quán)，只在接到上級(jí)調(diào)撥通知時(shí)啟動(dòng)物資收發(fā)工作。在接到上級(jí)調(diào)撥通知后，倉(cāng)庫(kù)可知某段時(shí)間內(nèi)將發(fā)出的物資數(shù)量及到達(dá)倉(cāng)庫(kù)的車種車數(shù)，將該段時(shí)間內(nèi)到達(dá)倉(cāng)庫(kù)車輛數(shù)記為λ。由于物資發(fā)出的運(yùn)力通常由接物單位組織，因此，對(duì)于后方倉(cāng)庫(kù)來(lái)講，車輛到達(dá)的具體時(shí)間是離散的隨機(jī)事件，車輛到達(dá)的隨機(jī)規(guī)律是影響后方倉(cāng)庫(kù)物資保障能力的重要因素，與各類裝卸資源的調(diào)度都息息相關(guān)。通過(guò)研究其規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，其到達(dá)車流為泊松流，分布函數(shù)可表示為：

其概率密度為：

fT(t)=λe-λt

后方倉(cāng)庫(kù)裝卸系統(tǒng)服務(wù)強(qiáng)度可以表示為：

其中，s表示裝卸機(jī)械數(shù)量。

系統(tǒng)的狀態(tài)概率為：

由排隊(duì)系統(tǒng)的性質(zhì)可知，ρ ＜1 系統(tǒng)才能保持穩(wěn)定，否則，隊(duì)伍會(huì)越排越長(zhǎng)，始終無(wú)法收斂，如圖1 所示。由此可知，排隊(duì)系統(tǒng)中，，即。

圖1 排隊(duì)系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)

2.2 基于排隊(duì)論的后方倉(cāng)庫(kù)裝卸系統(tǒng)優(yōu)化

裝卸系統(tǒng)的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)：

（1）物資裝載量：指某一時(shí)間內(nèi)，后方倉(cāng)庫(kù)所能裝載的物資的總和，可用某一車型的車數(shù)表示。

（2）出入庫(kù)總車數(shù)：指一段時(shí)間內(nèi)，倉(cāng)庫(kù)完成裝卸作業(yè)的總車數(shù)，一輛車從入庫(kù)時(shí)起，到出庫(kù)時(shí)結(jié)束。

（3）平均等待時(shí)間：指用一段時(shí)間內(nèi)車輛等待分配裝卸機(jī)械的時(shí)間總和除以到庫(kù)車輛總數(shù)，即車輛在裝卸場(chǎng)地等待時(shí)間的平均值。

（4）平均裝載時(shí)間：指用一段時(shí)間內(nèi)車輛接受裝卸機(jī)械裝載的時(shí)間總和除以到庫(kù)車輛總數(shù)，即車輛接受裝載時(shí)間的平均值。

（5）平均逗留時(shí)間：指用一段時(shí)間內(nèi)車輛從到達(dá)倉(cāng)庫(kù)到離開(kāi)倉(cāng)庫(kù)的時(shí)間總和除以到庫(kù)車輛總數(shù)，即車輛在倉(cāng)庫(kù)中逗留時(shí)間的平均值。

（6）系統(tǒng)忙閑比：指在平衡狀態(tài)下，裝卸系統(tǒng)中忙期長(zhǎng)度與閑期長(zhǎng)度的比值，系統(tǒng)忙閑比越高表明裝卸機(jī)械的利用率越高。

由于系統(tǒng)中各評(píng)價(jià)指標(biāo)中存在一定關(guān)聯(lián)性，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)不必考慮所有評(píng)價(jià)指標(biāo)，本文主要考慮平均逗留時(shí)間和系統(tǒng)忙閑比，并根據(jù)當(dāng)前作業(yè)環(huán)境和要求，對(duì)其分別賦予一定的權(quán)重，分別記為α、β。

系統(tǒng)排隊(duì)長(zhǎng)可表示為：

則有：

在平衡狀態(tài)下，忙期和閑期均為隨機(jī)變量，系統(tǒng)忙期出現(xiàn)的概率為ρ，閑期出現(xiàn)的概率為1-ρ，因此系統(tǒng)忙閑比可表示為：

本文用優(yōu)化度表示裝卸系統(tǒng)的優(yōu)化程度，將優(yōu)化度定義為車輛平均逗留時(shí)間的倒數(shù)與系統(tǒng)忙閑比分別乘以權(quán)重系數(shù)之和。優(yōu)化度將平均逗留時(shí)間最短和裝卸機(jī)械利用率最高為優(yōu)化目標(biāo)，能夠定量地反映出裝卸系統(tǒng)中的車輛裝載效率和裝卸機(jī)械的利用率，優(yōu)化度越高，裝卸系統(tǒng)配置越優(yōu)，反之裝卸系統(tǒng)配置越差。裝卸系統(tǒng)的優(yōu)化度D可表示為：

3 數(shù)值仿真

以某車材倉(cāng)庫(kù)為例進(jìn)行仿真，該倉(cāng)庫(kù)配備有叉車6臺(tái)，某段時(shí)間內(nèi)，物資以公路運(yùn)輸形式發(fā)出，運(yùn)輸車輛平均每小時(shí)到達(dá)6 輛，平均裝載效率μ=2.5 車/h，進(jìn)行物資裝載，根據(jù)作業(yè)環(huán)境和作業(yè)要求，經(jīng)倉(cāng)庫(kù)評(píng)估分析，此項(xiàng)任務(wù)對(duì)裝載速度有一定要求，權(quán)重設(shè)置上偏向于車輛逗留時(shí)間較短，α、β分別取值為0.75 和0.25。為保持系統(tǒng)穩(wěn)定，須使ρ ＜1，則s ≥3，動(dòng)用叉車數(shù)量的取值范圍為（3,4,5,6）。使用MATLAB編程進(jìn)行仿真，可求出s 不同取值時(shí)裝卸系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)及到達(dá)和離開(kāi)時(shí)間、等待和停留時(shí)間，如 圖2、圖3 所示，從而求出該裝卸系統(tǒng)優(yōu)化度，見(jiàn)表1。

表1 裝卸系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)表

圖2 s不同取值時(shí)的到達(dá)和離開(kāi)時(shí)間

圖3 s不同取值時(shí)的等待和停留時(shí)間

從裝卸系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)數(shù)據(jù)可以看出，隨裝卸機(jī)械數(shù)量增加，裝卸系統(tǒng)的排隊(duì)長(zhǎng)度和排隊(duì)時(shí)間逐漸縮短，系統(tǒng)忙閑比逐漸減小，表明隨著裝卸機(jī)械的增加，系統(tǒng)的裝卸效率逐漸提高，同時(shí)，隨著裝卸機(jī)械數(shù)量的不斷增加，裝卸機(jī)械處于閑期的比例大大增加，裝卸機(jī)械數(shù)量對(duì)系統(tǒng)效率的影響顯著減弱。經(jīng)過(guò)對(duì)比各個(gè)裝卸機(jī)械配備方案發(fā)現(xiàn)，當(dāng)裝卸機(jī)械數(shù)量為5臺(tái)時(shí)，優(yōu)化度最高，取值為2.027 2，因此，倉(cāng)庫(kù)在此時(shí)段物資裝載任務(wù)中選擇動(dòng)用5臺(tái)叉車。

4 結(jié)語(yǔ)

優(yōu)化后方倉(cāng)庫(kù)裝卸機(jī)械調(diào)度是在現(xiàn)有裝備基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)裝卸資源合理配置、物資器材高效裝卸的有效途徑，對(duì)做好應(yīng)急應(yīng)戰(zhàn)物資保障準(zhǔn)備具有重要意義。本文對(duì)后方倉(cāng)庫(kù)裝卸力量進(jìn)行了初步研究，以系統(tǒng)的思想分析了后方倉(cāng)庫(kù)裝卸系統(tǒng)和物資裝卸作業(yè)工藝流程，基于排隊(duì)論的方法對(duì)后方倉(cāng)庫(kù)裝卸機(jī)械調(diào)度優(yōu)化進(jìn)行了研究和探索，對(duì)我軍后方倉(cāng)庫(kù)提高物資裝卸保障能力具有一定參考價(jià)值。