物流园区物流设备选型及数量优化研究＊

成耀荣 刘丰根 梁 波

(中南大学交通运输工程学院 长沙 410075)

物流园区是物流要素在空间上集中,并进行物流活动的组织、管理的场所,园区的效能和效率,及其优势的发挥,直接依赖于物流园区物流设备的效率和数量的配备.目前,关于物流园区规划的研究主要集中在园区选址、功能设计、信息平台规划等方面[1-3],而对园区内部设施设备的具体规划则比较缺乏.这一方面导致园区建成后缺乏必要的物流设备的支持,另一方面导致园区物流作业设备重复配置,作业效率低.针对目前物流园区规划理论上的不完善和实际规划建设存在的问题,本文对园区物流设备规划进行了设备选型及数量优化研究.

1 物流园区物流设备选型模型

物流园区物流设备选型是指根据各类物流设备的适用领域和性能特点、作业环境要求等已知条件,为各类货物在不同物流作业环节选择恰当、合适的设备类型及型号,从而满足作业能力要求.影响园区物流设备选型的因素包括：园区需要处理货物的属性、园区的定位、园区内部功能分区、园区自然条件、设备本身性能参数等,其中,园区需要处理货物的属性是影响物流设备选型的主要因素,物流园区货物与相应的作业设备之间存在模糊匹配关系[4].

1.1 货物、设备信息物元的建立

1)货物信息物元 本文采用可拓论中的物元表示法来表示货物和设备的信息[5].货物属性信息是设备选型的依据.根据货物学理论,货物属性信息主要从物理、化学、生物、机械等方面分析货物的属性,主要包括：(1)货物的名称、类别;(2)货物的物理状态,固态、液态、气态;(3)货物的外形尺寸,长、宽、高;(4)单件货物的重量、体积;(5)货物的特殊性质,如危险货物、易燃、易爆货物; (6)货物的挥发性、散湿性等[6].根据物元理论及上述货物属性信息,建立一般货物信息物元如下.

2)设备信息物元 设备属性包括设备的名称、类别、作业能力、适用领域以及可处理的货物种类等.根据物元理论,建立一般设备信息物元如下.

式中：N为设备名称;{EC1,EC2,…,ECn}为设备的属性特征为设备属性特征量值.

1.2 设备选型模型的建立

根据货物属性与物流设备属性之间的模糊匹配关系,建立基于货物与设备模糊匹配的设备选型模型,见图1.

图1 园区设备与货物匹配模型

该匹配模型的核心在于物流园区货物信息与设备信息之间的匹配.当输入货物信息物元时,根据物流园区所处理的货物特征值与设备特征值之间的并行模糊匹配关系,建立科学的匹配规则,可以为园区找到相应类型和型号的作业设备[7].本文设计的匹配规则如下.

1)货物特征值与设备特征值相匹配.

2)货物单件重量与设备额定作业能力相匹配.为了避免作业能力的浪费,规定该型号设备额定作业能力大于单件货物重量,并小于1.2倍单件货物重量.

2 物流园区设备数量计算及其优化模型

2.1 园区设备配置数量计算

确定某型号设备承担的物流量.假设物流园区货物的物流量为Q,物流园区机械设备配置系数为λ,则园区所有设备承担的物流量为Qλ;又假设共选择m类设备,第i类设备(i=1,2,…,m)中共有ni种型号的设备,第i类设备中第j型号设备(j=1,2,…,ni)需要处理的货物物流量占园区总物流量的比例为αi,并且那么第i类设备需要处理的货物物流量为Q λ αi.再假设第i类中第j型号设备需要处理的货物物流量为Qij,该型号设备处理的物流量占第i类货物物流量的比例为αij,并且则j型号设备承担的物流量可用式(3)进行计算[8].

图2 物流园区物流设备作业量确定过程

1)确定某型号设备的作业能力 假设第i类设备中第j型号设备的额定载重量为Qeij,该设备平均一次处理货物的重量与其额定载重量的比例为β,每小时吊装或搬运的次数为δ(1/h),时间利用系数为ρ(设备年平均工作小时占年日历工作小时的比例),年日历工作小时为t(h/年).那么,该型号设备的作业能力可用式(4)进行计算,常用物流设备β,δ,ρ的取值可参考文献[9].

2)计算所需某型号设备的数量 假设第i类设备中第j型号设备的数量为Zij,则该型号设备所需数量为

2.2 园区设备数量优化模型

1)模型假设 物流园区需要处理的货物物流量已知;物流园区物流设备类别与型号已经确定;每类设备所包含的型号不尽相同,为便于建模,统一设定每类设备都包含n个型号;并且将每类设备中各种型号的设备按照其额定作业能力从大到小排列,当第i类设备中第j型号设备不存在时,令Qeij=0;固定设备在物流园区建成后变动较少,选择可移动的物流设备作为优化的对象.

2)模型构建 根据设备全寿命周期成本理论,建立物流园区所需型号设备的数量优化模型如下.

式中：cij为第i类设备中第j型号设备的全寿命周期成本;xij为第i类设备中第j型号设备的规划数量.

3 实例分析

本文以湖南九华物流园区规划项目为实例对模型的有效性和实用性进行验证,主要对园区仓储中心的设备选型和数量优化进行分析.因为装卸搬运设备是仓储中心的主要物流设备,而且大都可以在多个功能区作业,具有优化的潜力,所以本文以装卸搬运设备为例进行研究.

3.1 设备选型

园区仓储中心处理的主要货物是汽车、新材料及机电企业的原材料、零部件和产品.从货物特性考虑,具有密度较大、质量比较重及品种规格较多等特性.运用建立的设备选型模型,得出所需设备的类型,见表1所列.

表1 仓储中心装卸搬运设备选型结果

3.2 数量优化

1)设备配置数量计算 根据物流设备日常作业系数经验值[9-10],确定叉车和桥式起重机的β,δ,ρ,t的值(见表2).

表2 仓储中心装卸搬运设备β,δ,ρ,t的值

根据前期调查和预测,得知汽车、新材料及机电企业的原材料、零部件和产品的物流量合计为1 648.6万t,这些货物的吨位构成比例已知,计算得到各吨位级别货物的数量,见表3.

根据表2中的数据,运用式(4)计算得到叉车和桥式起重机的作业能力(见表4).根据九华物流园区的规划要求,园区要达到较高的机械化作业程度,考虑未来园区机械化发展趋势,设定λ= 0.7.运用式(5)计算得到叉车和桥式起重机的初步配置数量(见表4).

2)优化方案 根据构建的设备数量优化模型,采用LINGO软件求解,得出园区仓储中心装卸搬运设备数量配置的优化方案,并与初步配置方案进行比较,对比结果见表4.

经过测算,初步配置方案的成本为25 336万元,优化方案的成本为24 060万元.通过模型优化,设备全寿命周期成本节约了1 276万元,达到了比较好的优化效果.

表3 各吨位级别货物的数量

表4 仓储中心设备数量优化方案与初步配置方案比较

4 结束语

物流园区设备规划是园区整体规划系统中的子系统,是建立在园区前期调研预测、园区规模测算及各功能区设计的基础之上.本文主要采用物元理论,在园区需要处理的货物与园区需要配备的设备之间建立匹配规则,并提出园区设备分类选型的方法,建立园区设备分类选型的设备数量优化模型.该方法充分考虑了园区需要处理的物流量,以及物流设备的能力,该方法能够使得物流园区配备的设备的寿命周期成本最低.

[1]韩 勇.物流园区系统规划的理论、方法和应用研究[D].天津：天津大学管理学院,2003.

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[3]李 力.物流信息平台构建与应用研究[D].武汉：武汉理工大学管理学院,2006.

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