后方油庫油料專業工作量概算和人員優化配置模型

吳松林，楊廷鴻，陳體英

(1.陸軍勤務學院 基礎部，重慶 401311；2.西南大學附屬中學 數學組，重慶 400715)

0 引言

油料專業人員是后方油庫核心業務的主要力量。著眼于未來軍事斗爭和后勤保障建設，急需加強對油料專業人員的科學管理[1-3]。通過建立計算模型來概算油料業務的各項工作量，依據各項業務的工作量和不同業務對人員的需求來建立優化的人員編配模型[4-5]，可以實現油料專業人員的科學化和精確化管理。

因此，本文首先通過油庫任務量、布局特征、技術水平和制度法規等概況數據建立油料人員的業務量概算模型；其次通過各項業務量和人員要求建立優化編配模型；最后通過實例對模型進行了驗證。

1 后方油庫油料主要業務概算模型

后方油庫油料人員的主要油料業務有收發油業務、儲存管理業務(包括日常查庫，設備維修、保養等)、計質量管理業務(包括化驗、計量等)、安全管理業務(主要是消防)。

1.1 收發油業務年工作量的概算

油庫散裝油品的發出執行“發陳存新，優質后用”的原則。按裝油工具分為鐵路油罐車、汽車油罐車、油船和油駁、油桶等4 種發油形式。

1.1.1 鐵路油罐車收發年工作量的概算

一般情況下，收發油作業每個鶴位需要1 名保管員操作鶴管，1～2 名保管員巡視棧橋、1～2 名保管員操作閘閥以及輔助底油收取。其中棧橋上需要的保管員人數為y1=n1+4，n1為鐵路棧橋同時進行收發油作業的鶴位數。每批次收發的油槽車數量為η1n1(η1為調節因子)。以每節油槽車的容量為60 m3計，則每批次收發油量為60η1n1(m3)。假設油庫每年通過鐵路油罐車收發油的總量為S1(m3)，故年收發油批次概算公式為其中[·] 為四舍五入取整運算符。設鐵路棧橋收發的泵流量為v1b(m3/h)，則每次收發油作業時間為式(1)：

因此，鐵路棧橋收發所需崗位及其年工作量見表1。

表1 鐵路棧橋收發油年工作量概算表

1.1.2 油船收發年工作量的概算

設油庫每年通過油船收發油的總量為S2(m3)，平均每批次收發量為Q(m3)，則年收發油批次概算公式為每次收發作業的準備和收尾工作可各按0.5 h 計。設碼頭收發泵的流量為v2b(m3/h)，則每次收發油作業時間為式(2)：

則各崗位的年工作量見表2。

表2 油船收發油年工作量概算表

1.1.3 油罐車發油年工作量的概算

設油庫油罐車年發油量為S3(m3)，發油管道流量(泵流量)為v3b(m3/h)，則發油工作時間為，油罐車發油年工作量約為，其中η2(η2>1) 為零發油工作量冗余因子。

1.1.4 管道收油年工作量的概算

后方油庫通過管道方式的收發主要為從煉油廠接收油料。管道直接接收只需要司泵員、巡線員、罐區值守人員即可。各類人員的工作時間為管道收油量S4(m3) 與管道流量(泵流量)v4b(m3/h) 的商，再結各崗位需要的人員數量，就可以概算出管道收發中各崗位總的工作量。

1.2 油料設備年工作量的概算

后方油庫主要的油料設施有油罐、泵房、鐵路棧橋、汽車棧橋和碼頭等。根據工藝流程，設定每個設施都為標準配置。如油罐的附屬設備一般有呼吸閥1～2 個，大閘閥2～3 個，小閘閥3 個，防靜電裝置2 套，阻火器1～2 個，過濾器1 個。油料設備的概算主要涉及油庫日常管理中與油料專業主要業務工作量息息相關的部分。

1.2.1 設備保養年工作量的概算

設某油庫共有n個油料設備類型，第i個類型設備的數量為xi，單個設備年保養工作量為ci(h)，每次需要人員數量為ki，每年平均保養次數為qi，巡查的線路長度為L(m)，步行速度v(m/h)，則設備年保養總的工作量為式(3)：

考慮到路途工作量不能是單純的一次步行巡查路線的時間，設η3為路途工作量因子。

1.2.2 設備檢修年工作量的概算

設單個設備檢修工作量為ei，需要的人員數量為li，該類設備年檢修率為ξi，則油料設備檢修的年總工作量為式(4)：

式中：η4為一個檢修路途工作量因子。

1.2.3 日常查庫年工作量的概算

設單個設備日常巡查工作量為di，則日常查庫總的工作量為式(5)：

式中：η5為一個日常查庫路途工作量因子。

1.3 化驗年工作量的概算

化驗工作主要涉及入庫化驗和儲存化驗。

1.3.1 路途時間概算

1.3.2 油罐采樣時間概算

設油庫各洞庫罐、覆土罐和地面罐的總容量分別為Rd(m3)、Rf(m3)和Rl(m3)；數量分別為kd、kf和kl個；單罐平均采樣時間td、tf和tlh。

1.3.3 入庫化驗年工作量概算

考慮附油收油批次為p4，則總的收油批次為式(6)：

結合各類型罐的平均容量，可以得出各類型罐的收油罐數為：洞庫罐參與收油的個數為；類似地，覆土罐參與收油的個數為；地面罐參與收油的個數為。因此，可以估算出每年各類型罐對應總的采樣時間，見下表3。

表3 化驗采樣時間概算表

設單次收油化驗的工作量為g1，則入庫化驗的年工作量為式(7)：

1.3.4 儲存化驗年工作量概算

庫存油品應當按照《油品技術管理規則》規定的化驗項目和期限進行化驗。設所有油品每半年化驗一次，單次儲存化驗的工作量為g2，則儲存化驗的年工作量為式(8)：

1.4 儲存計量年工作量的概算

設計量路途工作量同化驗采樣路途工作量，洞庫罐、覆土罐和地面罐單罐平均計量時間分別為τd、τf和τl。根據《軍隊油庫管理規定》第四章第三十一條，油庫應當在每月25 日對庫存油料進行測量，詳細計算庫存油料數量。因此，每年的計量次數為12 次，所以儲存計量年工作量為式(9)：

1.5 安全管理工作量的概算

根據《軍隊油庫管理規定》第五十一條明確指出：根據油庫的規模，一般配置消防車1～3 輛，每臺消防車配備一名駕駛員，同時還需至少編配專職消防員3 名，主要負責油庫的動火作業和收發作業的消防值班，以及平時的安全演練和消防器材的維護保養。

2 后方油庫油料專業人員優化配置模型

設油庫共涉及m項任務，用Tj表示第j項任務的任務量。油庫油料專業人員的優化配置就是要在符合工作需求性質且每一個人工作不超量的基礎上，用最少的人來合理的承擔全部的m項任務。

2.1 任務之間兼容性分析

2.1.1 任務屬性之間的排斥分析

油庫各項任務之間兼容性的判斷，遵循以下原則：(1)同一時間需要多個崗位協同完成的業務不能相互兼容。如收油作業中，鶴位值守、司泵、巡線、罐區值守、消防、電工、化驗等業務不能相互兼容。又如，閘閥檢修時，需要多人進行的大型設備拆卸、安裝作業也不能兼容。(2) 相距較遠(5 公里以上) 的相同技術基礎的業務也不能兼容。(3) 業務崗位所需技術基礎相差太大的也不能加容。如化驗、消防、電工等崗位業務不能兼容。

2.1.2 任務執行時間的沖突分析

任務之間不僅存在屬性上的排斥，還存在時間上的沖突問題。在考察任務執行時間上的沖突時，由于某一項任務有可能一年中需要執行多次，因此任務之間就有可能出現部分沖突的問題。中的每一個任務Tk都進行拆分，假設Tk執行pk次，為了克服部分沖突問題，將任務集合{T1,T2,…,Tn}則Tk對應新的任務集合因此，新的任務集合為

2.1.3 任務間排斥性的轉化

任務之間的排斥問題其實也就是任務間的相容問題，任務間的排斥主要是屬性的排斥和時間上的沖突，顯然任意兩個不同的任務間要么排斥要么相容。假設每一個任務與自己是相容的，這樣就在新的任務集合上建立了一個二元關系表示任意兩個任務間的相容關系，記為R。任意兩個任務Tk、Tl屬性相容且時間上不沖突，則Tk、Tl具有關系R，即TkPTl。顯然R滿足自反性、對稱性，且由這個相容關系就能得到任務集合{T1,T2,…,TN}的一個覆蓋Π={Z1,Z2,…Zp}。

令[Tk]R表示在新任務集合{T1,T2,…,TN}中與Tk相容(不排斥)的所有任務構成的集合，為式(10)：

因此，每個人員所執行任務的相容性，就是要求在分配任務時只能在已分配任務的相容任務集合中去尋找，該集合應該是該人員已經承擔的所有任務都相容，因此該集合為。也就是說如果還要繼續給第i個人分配任務，只能在集合中尋找。

2.2 任務自身需求約束分析

油庫的業務工作要求按照操作規程執行，因此對任務的指派必須滿足相關要求。假定執行任務的所有人員均是具備相關業務素質的，不再考慮對技術水平和操作細則的要求，主要考慮執行人數的要求，如查罐必須至少2 人同時進行等。設第k項任務的任務量為Tk，至少需要qk人同時執行，則在任務分配表中承擔第k項任務式(11)的人員數必須大于等于qk。

為了保證任何時刻都有足夠的人員同時執行該任務，還要防止任務分配不均。因此，可以將執行人數的約束轉化成任務指派過程中任務量分配的約束式(12)：

2.3 人員配置模型的建立

目標：

2.4 模型的求解算法

模型是一個非線性約束優化問題，約束牽涉到集合的處理，不適合常規求解算法。尤其是隨著規模的增大，很難得到最優解。因此，根據本模型的實際需要，可基于廣度優先的搜索求解算法。

令初始狀態下“在編”的人員數為0；要用盡量少的人來完成給定的任務，就要盡量不新增人員。因此，只有在當前“在編”的人員無法完成給定任務時，才新增一個“在編”人員；為了充分利用每一個“在編”的人員，新增人員的屬性(任務類型)一旦由分配給的第一個任務(假設為Tk)確定后，就將[Tk]R中的任務盡量分配給他，直到他的任務量達到T 或者任務表中再也沒有與他的屬性匹配的任務，同時一定要滿足任務量的分配約束。

計算步驟如下(默認初始化Aij=0)：

(1)i=0；k=1；

(2)i=i+1；Temp=T；

(3)j=k；

(5)j=j+1；if j>n then 轉第(2)步，否則轉第(6)步；

(7)k=k+1；if k>n then 轉第(8)步，否則轉第(3)步；

(8)結束。

3 概算實例

設某油庫汽油年均收油量為0.567 2 萬立方米，年均發油為0.655 8 萬立方米，年均儲油為5.5 萬立方米；柴油年均收油量為0.837 5 萬立方米，年均發油為0.940 1 萬立方米，年均儲油為5 萬立方米。火車棧橋的鶴位數20 個，4 個主輸油泵，泵流量160 m3/h，年均收發量1.402 47 萬立方米。汽車零發油位8 個，自流流量30 m3/h，年均收發量1.595 9 萬立方米。500 m3及以下洞庫罐14 個，5 000 m3及以上13 個；1 000 m3的覆土罐23 個，500 m3及以下埋地罐11 個。巡線路程7.6 km。庫房面積9 519 m2，附屬油品種類13 種，總儲存量3 098 t，年均收發量750 t。其他參數可以采用核算數據，如檢查一個油罐的平均時間，人的巡線速度等，不再逐一列舉。

通過概算模型和人員配置優化模型，獲得概算工作量和人員配置數見表4。

表4 油料專業人員配置表

通過概算，該油庫每年主要油料業務工作量為49 352 h。而實際核算工作量為51 856 h，概算結果與核算結果相差2 504 h，相對誤差為5.07%。該油庫實際運行人數為51 人，概算人數為47 人，具體人員數量對比情況見表5。概算結果與實際結果基本一致，證明了模型的可用性。

表5 概算人數和實際人數對比

4 結語

首先，依據后方油庫的任務量，以及油庫具體設備，建立了油庫油料專業人員在收發油業務、儲存管理業務、計質量管理業務和安全管理業務的工作量概算模型。其次，基于任務兼容性和需求約束，建立了人員配置的非線性優化模型，并給出了相應的求解算法。最后，給出了一個實例，說明概算的合理性。所給的模型能夠實現對工作量的定量計算，以及人員的優化配置，對后方油庫的油料專業人員進行科學化和精確化的管理。該方法對人力資源的科學管理起到借鑒作用。