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鐵路集裝箱空箱調(diào)運(yùn)問題分析

2010-09-03 13:36付元帥孫立鶴
鐵道貨運(yùn) 2010年8期
關(guān)鍵詞:空箱徑路運(yùn)輸成本

付元帥,孫立鶴

(1.蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院,甘肅 蘭州 730070;2.北京航天萬源煤化工工程技術(shù)公司蘭州分公司,甘肅 蘭州 730050)

集裝箱運(yùn)輸作為一種重要的貨物運(yùn)輸方式,由于其具有貨物損耗小、便于門到門運(yùn)輸、方便多式聯(lián)運(yùn)等特點(diǎn)得到普遍采用,成為現(xiàn)代化貨物運(yùn)輸發(fā)展方向之一。在我國由于自然資源分布不平衡,地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市布局等因素的影響,造成集裝箱貨源分布和流向存在著很大差異,導(dǎo)致箱流在方向上的不平衡;而各種交通方式的競爭日趨激烈,貨主對集裝箱運(yùn)輸提出越來越高的要求。因此,采用調(diào)配空箱方式進(jìn)行鐵路空箱回送,對提高運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量、減少運(yùn)輸成本、促進(jìn)集裝箱運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展十分重要。

1 產(chǎn)生空箱調(diào)運(yùn)的原因

由于地理位置、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同和集裝箱運(yùn)輸?shù)牟黄胶?,造成鐵路集裝箱重空箱分布存在較大的差異,且不同地區(qū)貨物流向不同,同一地區(qū)貨源結(jié)構(gòu)的不斷變化,也造成了集裝箱運(yùn)量與保有量的不平衡。因此,集裝箱運(yùn)輸?shù)牟黄胶庑允怯捎诟鞯丶b箱貨源的不平衡性所致,而且導(dǎo)致了集裝箱空箱的產(chǎn)生。

集裝箱空箱調(diào)運(yùn)的根本原因在于運(yùn)輸需求(即需供應(yīng)的空箱)與運(yùn)力供給 (即可返回投入運(yùn)輸?shù)目障?之間的不平衡,這種不平衡的原因既有客觀原因,又有主觀原因[1]??陀^原因是指非人為因素造成的物流不平衡,即集裝箱運(yùn)量的不平衡引起的空箱調(diào)運(yùn),如站點(diǎn)進(jìn)出箱數(shù)量及箱型不平衡;地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡等。主觀原因是指人為因素形成集裝箱流不平衡狀況,引起集裝箱供需矛盾。一般是由于經(jīng)營方針或管理水平方面引起的,如通信手段落后,造成信息不暢;存在超期用箱和錯用箱現(xiàn)象等。

2 鐵路集裝箱空箱調(diào)運(yùn)的特點(diǎn)

(1)動態(tài)性。由于需要在不同時間內(nèi)對空箱調(diào)運(yùn)進(jìn)行決策 (包括數(shù)量和流向),現(xiàn)實(shí)中的集裝箱需求量較多,空箱的需求地和供應(yīng)地又隨時間產(chǎn)生變化,如某時期某地對集裝箱產(chǎn)生需求,下一個時期或下幾個時期內(nèi),該地又產(chǎn)生出空箱,形成空箱的供應(yīng)。因此,集裝箱空箱調(diào)運(yùn)是動態(tài)性的離散過程。

(2)隨機(jī)性。鐵路集裝箱空箱調(diào)運(yùn)系統(tǒng)的隨機(jī)性主要表現(xiàn)在集裝箱空箱的需求和供應(yīng)的產(chǎn)生、需求和供應(yīng)的數(shù)量和時間,以及系統(tǒng)內(nèi)影響因素等方面。

(3)復(fù)雜性??障湔{(diào)運(yùn)問題的動態(tài)性和隨機(jī)性體現(xiàn)了其復(fù)雜性。此外,鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)的空箱調(diào)運(yùn)涉及不同站點(diǎn)、不同箱型、經(jīng)濟(jì)效益、服務(wù)質(zhì)量,以及不同的調(diào)運(yùn)路線、調(diào)運(yùn)方式等多方面,所有這些都給空箱調(diào)運(yùn)帶來了極大的復(fù)雜性。集裝箱流轉(zhuǎn)過程中易產(chǎn)生交接不清的情況,繁多的箱型和箱種也增加了空箱調(diào)運(yùn)工作的復(fù)雜性。

(4)限制性。運(yùn)輸需求和供應(yīng)在時間上的限制性。集裝箱運(yùn)輸是一種快捷的貨物運(yùn)輸方式,空箱的調(diào)運(yùn)要求能夠及時保證貨物的運(yùn)輸。因此,在實(shí)際調(diào)運(yùn)過程中,為保證集裝箱貨主運(yùn)輸需求的順利實(shí)現(xiàn),不僅要滿足數(shù)量上的需求,而且還要滿足時間上的需求,否則將會導(dǎo)致不必要的集裝箱堆存損失與延誤損失,降低運(yùn)輸效率或失信于客戶。

3 鐵路集裝箱空箱調(diào)運(yùn)成本分析

(1)集裝箱空箱的自身成本??障渥陨沓杀景b箱的折舊、集裝箱維修費(fèi)用及管理費(fèi)用 (不包括堆存費(fèi)用) 等[2]。

(2)集裝箱空箱的運(yùn)輸費(fèi)用??障涞倪\(yùn)輸費(fèi)用是指為滿足貨主的空箱需求而在不同站點(diǎn)之間運(yùn)輸空箱所產(chǎn)生的費(fèi)用,包括承運(yùn)及發(fā)送服務(wù)費(fèi)、中轉(zhuǎn)服務(wù)費(fèi)、到達(dá)服務(wù)費(fèi)、機(jī)車牽引費(fèi)和線路使用費(fèi)等[2]。

(3)集裝箱空箱的站點(diǎn)費(fèi)用??障涞恼军c(diǎn)費(fèi)用主要包括空箱在堆場的堆存費(fèi)用、空箱在站點(diǎn)的拖運(yùn)費(fèi)用和站點(diǎn)空箱裝卸費(fèi)。

4 鐵路集裝箱空箱調(diào)運(yùn)目標(biāo)分析

4.1 集裝箱空箱調(diào)運(yùn)應(yīng)遵循的原則

空箱調(diào)運(yùn)問題就是如何解決集裝箱需求與供應(yīng)的不平衡問題,是控制和決策集裝箱空箱從供應(yīng)地到需求地的流動問題??障湔{(diào)運(yùn)問題表現(xiàn)為以下3個方面。

(1)空箱的調(diào)運(yùn)數(shù)量——確定空箱供應(yīng)地和需求地之間的空箱流動數(shù)量。

(2)空箱的調(diào)運(yùn)時間——確定空箱供應(yīng)地和需求地之間的空箱流動時間。

(3)空箱調(diào)運(yùn)的徑路——確定空箱供應(yīng)地和需求地之間的運(yùn)輸徑路,并實(shí)現(xiàn)與重箱流徑路之間的協(xié)調(diào)。

空箱調(diào)運(yùn)的核心問題就是要找到一個空箱流的OD 矩陣及與之對應(yīng)的徑路表,但是這兩者之間存在著相互影響的關(guān)系,徑路表可能會改變 OD 點(diǎn)對之間的調(diào)整數(shù)量,而空箱調(diào)整量也同樣會使空箱流的輸送徑路發(fā)生變化。因此,空箱調(diào)運(yùn)問題應(yīng)是這兩者間的整體優(yōu)化問題;也是在供需平衡的情況下,如何使經(jīng)濟(jì)效益及客戶滿意度最大化的問題。

在空箱調(diào)運(yùn)方案優(yōu)化過程中,應(yīng)遵循以下原則。

(1)節(jié)點(diǎn)站之間的空箱流采用班列的形式運(yùn)送,不允許同種箱型的空箱在同一徑路上的對流,甚至不允許同種箱型的空箱在同一 OD 對上的對流。若可以采用箱種代用時,則不允許任何代用空箱在同一OD 對上的對流。

(2)同一 OD 對間的空箱流,不允許經(jīng)由多條不同的徑路運(yùn)輸,即同一 OD 對間的空箱流必須具有共同徑路。

(3)在保證貨物運(yùn)輸和行車安全的條件下,盡量采取不同箱型之間的代用,以減少空箱調(diào)運(yùn)所產(chǎn)生的額外走行。

4.2 集裝箱空箱調(diào)運(yùn)的目標(biāo)

(1)空箱調(diào)運(yùn)成本最小。集裝箱空箱調(diào)運(yùn)費(fèi)用是安排空箱調(diào)運(yùn)時發(fā)生的直接或間接的費(fèi)用。主要包括發(fā)站的調(diào)出費(fèi)用、卸站的調(diào)入費(fèi)用,以及空箱的運(yùn)輸成本??障渫羞\(yùn)費(fèi)用與運(yùn)輸距離和數(shù)量成正比。在實(shí)際生產(chǎn)中,空箱費(fèi)率按其適用的重箱費(fèi)率的40%計算,重箱費(fèi)率可以根據(jù)“鐵路貨物運(yùn)價表”中規(guī)定的不同箱型的運(yùn)價率折費(fèi)[3]。調(diào)運(yùn)費(fèi)用的最小化也就是實(shí)現(xiàn)利潤的最大化,因此,空箱調(diào)運(yùn)成本最小是進(jìn)行空箱調(diào)運(yùn)工作要實(shí)現(xiàn)的一個目標(biāo)[2]。

(2)貨主滿意度最大。在鐵路集裝箱運(yùn)輸組織中,對貨主的用箱需求應(yīng)盡可能滿足,特別是長期合作的大貨主更不能輕易甩貨。貨主對鐵路集裝箱空箱按時到達(dá)裝車站的時間要求越來越高,只有在規(guī)定時間內(nèi)到達(dá)的空箱才會使貨物得到及時裝運(yùn),從而使貨主滿意。因此,為滿足貨主的運(yùn)輸需求,集裝箱空箱調(diào)運(yùn)應(yīng)該建立空箱送達(dá)時間表,從開始調(diào)配時就考慮其時效性,這將對提高鐵路運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量、加速集裝箱周轉(zhuǎn)、提高鐵路運(yùn)輸市場份額及效益具有重要的意義。

(3)優(yōu)先滿足高優(yōu)先級的空箱需求。綜合考慮貨物的品種和重要程度等多方面因素設(shè)定空箱需求優(yōu)先等級,如軍運(yùn)、搶險救災(zāi)等重點(diǎn)物資運(yùn)輸?shù)目障湫枨缶蛽碛休^高的優(yōu)先級。

1次空箱調(diào)運(yùn)一般不會同時實(shí)現(xiàn)以上所有目標(biāo),空箱調(diào)運(yùn)時應(yīng)分清主要目標(biāo)和次要目標(biāo),先主要,后次要,根據(jù)具體情況制定空箱調(diào)運(yùn)方案。

綜合空箱調(diào)運(yùn)目標(biāo) (1) (2) 后,可以看出在實(shí)際的空箱調(diào)運(yùn)中,客戶要求被服務(wù)的時間經(jīng)常有一定的限制,即時間窗。時間窗分為硬時間窗 (HTW) 和軟時間窗 (STW)。硬時間窗是指對某客戶的服務(wù)必須在給定的時間段內(nèi)進(jìn)行,否則該客戶拒絕接受服務(wù);軟時間窗是指可以不在指定的時間段內(nèi)提供服務(wù),但在此時間段外提供服務(wù)時須補(bǔ)償由此為客戶帶來的損失[4]。

在有時間窗的情況下,假設(shè)每項(xiàng)調(diào)運(yùn)任務(wù)i需在時間[ai,bi]范圍內(nèi)完成,其一般關(guān)系如下:

式中:τi為到達(dá)i節(jié)點(diǎn)的時刻;ti為在i節(jié)點(diǎn)等待的時間。

這是基于客戶允許的提供空箱最早和最晚到達(dá)時間提出來的,當(dāng)空箱過早到達(dá)目的車站,會產(chǎn)生一定的場地積壓費(fèi)用;若空箱到達(dá)太晚又會流失一定貨源因而產(chǎn)生一些無形的機(jī)會成本。機(jī)會成本不是通常意義上的“成本”,它不是一種支出或費(fèi)用,而是失去的收益。這種收益不是實(shí)際發(fā)生的,而是潛在的,它是決策的相關(guān)成本,它影響管理者的決策。

4.3 最優(yōu)決策的求解

在鐵路集裝箱空箱調(diào)運(yùn)的過程中,經(jīng)常會出現(xiàn)線路運(yùn)輸能力不足或空箱數(shù)量不足的情況,此時決策者應(yīng)選擇某一種方案使機(jī)會成本最小,其他方案可能取得的收益是實(shí)行本方案的一種代價,稱為這項(xiàng)方案的機(jī)會成本。因此,決策是否最優(yōu),可以通過以下4種方法求解。

(1)方法一:沒有時間窗。模型轉(zhuǎn)化為經(jīng)典的“貨郎擔(dān)”問題,用動態(tài)規(guī)劃方法求得全局最優(yōu)解。

(2)方法二:只有軟時間窗。若某項(xiàng)任務(wù)不能在規(guī)定的時間窗內(nèi)完成則會增加一部分費(fèi)用支出,首先假定沒有時間窗,用方法一求無時間窗下的最優(yōu)成本與路徑,若路徑保持不變,則可能會違反時間窗,出現(xiàn)相應(yīng)的堆存費(fèi)與延誤費(fèi),增加成本值,系統(tǒng)將會改變路線,從而改變到達(dá)時間,以達(dá)到降低堆存費(fèi)和延誤費(fèi)來降低總成本,但改變路線又可能會導(dǎo)致運(yùn)輸成本的增加,因此問題轉(zhuǎn)化為堆存費(fèi)和延誤費(fèi)的減少與運(yùn)輸成本增加之間尋求最優(yōu)值。

(3)方法三:只有硬時間窗。每項(xiàng)調(diào)運(yùn)任務(wù)必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成,即必須滿足式⑴,若超過這個范圍,則得到的解為不可行解。這種情況下可以將單位時間堆存費(fèi)和單位時間延誤費(fèi)設(shè)置為無窮大,即必須滿足時間窗,否則不可行。

(4)方法四:同時含有軟時間窗和硬時間窗。首先不考慮硬時間窗,按方法二求得最優(yōu)路徑,然后考慮硬時間窗的點(diǎn),檢查是否滿足,滿足則為最優(yōu)解,否則將硬時間窗單獨(dú)劃出,對剩余的點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化,得到最優(yōu)成本及路徑。

在實(shí)際空箱調(diào)運(yùn)過程中,由于受到運(yùn)輸能力的限制,可能會出現(xiàn)不能滿足部分客戶需求的情況,而且如果等待時間過長,客戶就會選擇其他運(yùn)輸方式,此時就會產(chǎn)生機(jī)會成本,這是空箱調(diào)運(yùn)優(yōu)化所應(yīng)當(dāng)考慮的問題,即在不能滿足所有客戶要求的情況下合理選擇客戶及調(diào)運(yùn)空箱的數(shù)目,盡可能地使機(jī)會成本最小。這就需要在進(jìn)行空箱調(diào)運(yùn)決策時考慮重箱運(yùn)輸所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益,在實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)的前提下應(yīng)保證經(jīng)濟(jì)效益最大化。

5 提高鐵路集裝箱運(yùn)用效率的措施

5.1 建立集裝箱管理信息系統(tǒng)

將現(xiàn)有的集裝箱設(shè)備管理系統(tǒng)與集裝箱追蹤系統(tǒng)進(jìn)行整合,建立鐵路集裝箱管理信息系統(tǒng),詳細(xì)記錄每個集裝箱的狀態(tài)與位置信息、作業(yè)時間信息、相關(guān)的單據(jù)與費(fèi)用信息,及時把握車站集裝箱動態(tài),將回送(到達(dá))鐵路空箱及產(chǎn)生的運(yùn)輸成本等納入集裝箱箱務(wù)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)鐵路集裝箱從制造、運(yùn)用、修理到報廢的全生命周期管理,實(shí)現(xiàn)集裝箱運(yùn)輸組織精細(xì)化管理,以降低運(yùn)輸成本,提高運(yùn)用效率[5]。

5.2 提高集裝箱運(yùn)用效率

集裝箱在站停時越長,周轉(zhuǎn)越慢,運(yùn)用效率越低。因此,加強(qiáng)對各集裝箱辦理站集裝箱箱號的監(jiān)控和追蹤管理,特別是各站門到門運(yùn)輸單位的集裝箱進(jìn)出站的管理。對待交箱數(shù)量較大的辦理站應(yīng)加強(qiáng)檢查力度,督促各站減少待交箱數(shù)量,及時清理滯留箱,壓縮停留時間,加快集裝箱周轉(zhuǎn)。努力組織重箱裝車,減少回送空箱,同時擴(kuò)大返程空箱的利用率,加強(qiáng)集裝箱各環(huán)節(jié)的管理,提高運(yùn)用效率。

5.3 調(diào)整集裝箱辦理站布局

同一樞紐集裝箱辦理站數(shù)量不宜過多,整合一些到達(dá)和發(fā)送量相對較少的車站,以利于貨源的集中和集裝箱集中辦理;組建地區(qū)性物流公司,做到同一樞紐的到達(dá)箱和發(fā)送箱在同一車站,以減少回送空箱數(shù)量,降低運(yùn)輸成本,提高運(yùn)用效率。

5.4 組建聯(lián)營體,實(shí)現(xiàn)集裝箱共享

在缺乏集裝箱空箱時,可以向其他集裝箱公司租箱,通過比較租箱成本和空箱調(diào)運(yùn)成本,在成本最小化原則下,確定合理的租箱數(shù)量。還可以與其他公司組建聯(lián)營體,實(shí)現(xiàn)與船運(yùn)公司和公路集裝箱運(yùn)輸公司之間集裝箱的共享。通過聯(lián)營體互相調(diào)用空箱,減少空箱調(diào)運(yùn)量和車站集裝箱需備量,節(jié)省昂貴的空箱調(diào)運(yùn)費(fèi)和租箱費(fèi)。積極與集裝箱制造企業(yè)開展合作,共同研究開發(fā)適用于鐵路運(yùn)輸系統(tǒng),并減少回程空箱占用空間的新箱型[5]。

另外,通過加強(qiáng)調(diào)度統(tǒng)一指揮提高集裝箱運(yùn)用效率,在下達(dá)命令時考慮到“三化”——回空徑路最優(yōu)化、運(yùn)輸成本最小化、空箱使用效率最高化,同時還要加強(qiáng)運(yùn)輸設(shè)備的改造,購置集裝箱專用平車用于班列車底的循環(huán)使用,以滿足集裝箱裝車的需求,減少運(yùn)輸成本,提高運(yùn)用效率。

[1]陸園園,李夏苗,朱曉立. 中國鐵路集裝箱的現(xiàn)狀及發(fā)展思考[J]. 物流科技, 2008(9):4-6.

[2]朱文浩. 基于“價值——成本”的鐵路集裝箱空箱調(diào)運(yùn)研究[D]. 長沙:中南大學(xué), 2008.

[3]鐘 成,馮 兢. 鐵路集裝箱空箱運(yùn)輸成本分析[J].經(jīng)營管理,2005(3):41-43.

[4]羅孝彬,楊容浩,鄧虎成. 帶時間窗的貨物配送方案模型及其軟件實(shí)現(xiàn)[J]. 成都信息工程學(xué)院學(xué)報,2005,20(2):175-179.

[5]胡曉龍. 集裝箱空箱調(diào)運(yùn)的優(yōu)化模型預(yù)算法[D]. 南京:東南大學(xué),2005.

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