特約撰稿人：國家物資儲備局物資儲備研究所 楊子健/北京物資學(xué)院 周三元

核心提示：本文首先對通用類戰(zhàn)略物資儲備倉庫存作業(yè)流程進(jìn)行詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合倉庫布局現(xiàn)狀、物資特性、不同物流任務(wù)的特殊要求，根據(jù)供需平衡原則確定倉儲裝卸機械設(shè)備類型，最后應(yīng)用雙目標(biāo)整數(shù)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型對設(shè)備配置數(shù)量進(jìn)行求解。文中提出的設(shè)備配置方法立足于通用類戰(zhàn)略物資儲備倉庫“即時保障，急時應(yīng)急，平時服務(wù)”的功能定位，綜合考慮通用儲備倉庫履行職責(zé)和自身發(fā)展的多樣化需要，秉承節(jié)約成本、提高效率的原則進(jìn)行設(shè)備配置，該配置方法以物流任務(wù)的生命周期為主線，以倉儲裝卸機械設(shè)備為研究對象，具有較強的適用性，也填補了該領(lǐng)域的研究空白。

背景

國家戰(zhàn)略物資儲備是國家直接控制的戰(zhàn)略后備力量。戰(zhàn)略物資儲備功能的邏輯起點是防風(fēng)險，落腳點是維護(hù)國家安全，具體體現(xiàn)在服務(wù)國防建設(shè)、應(yīng)對突發(fā)事件、參與宏觀調(diào)控等具體方面。為確保戰(zhàn)略儲備物資的數(shù)量準(zhǔn)確、質(zhì)量安全、調(diào)用及時，我國自建國之初開始興建各類戰(zhàn)略物資儲備倉庫，至今形成了規(guī)模龐大、覆蓋全國主要流通節(jié)點的戰(zhàn)略物資儲備倉庫體系，并作為國家戰(zhàn)略物資儲備的有機組成部分，由各戰(zhàn)略物資儲備主管部門進(jìn)行管理。關(guān)于戰(zhàn)略物資儲備倉庫的業(yè)務(wù)功能可以用一句話概括，即“即時保障、急時應(yīng)急、平時服務(wù)”。即時保障，是確保儲備物資數(shù)量真實、質(zhì)量良好、儲存安全。急時應(yīng)急，指戰(zhàn)略物資儲備倉庫承擔(dān)應(yīng)急物流和軍事物流任務(wù)，是戰(zhàn)略物資儲備倉庫履行“服務(wù)國防建設(shè)、應(yīng)對突發(fā)事件、參與宏觀調(diào)控、維護(hù)國家安全”總要求的又一具體體現(xiàn)。平時服務(wù)，是指戰(zhàn)略物資儲備倉庫為盤活、用好國有資產(chǎn)，利用貨場、鐵路專用線和起重運輸設(shè)備等資源面向社會提供有償服務(wù)，實現(xiàn)國有資產(chǎn)的保值增值。即時保障和急時應(yīng)急是儲備倉庫的基本功能和職責(zé)所在，平時服從和服務(wù)于這兩項功能。通用類戰(zhàn)略物資儲備倉庫（以下簡稱“通用儲備倉庫”）是戰(zhàn)略物資儲備倉庫的主要組成，主要用于存儲除具有特殊要求的危險品等儲備物資外，能滿足其他物資儲存要求的戰(zhàn)略物資儲備倉庫。

裝卸搬運設(shè)備是戰(zhàn)略物資儲備倉庫在履行職責(zé)、完成戰(zhàn)略物資出入庫、在庫管理等方面的基本保障。由于大部分戰(zhàn)略物資儲備倉庫的建庫時間較早，其所配置的裝卸搬運設(shè)施老化嚴(yán)重，無法適應(yīng)戰(zhàn)略物資儲備倉庫實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的需要，在機械化、自動化、智能化等方面，嚴(yán)重滯后于我國倉儲物流行業(yè)裝卸搬運設(shè)備配置的發(fā)展水平。戰(zhàn)略物資儲備倉庫裝卸機械設(shè)備的資源整合和優(yōu)化配置是一項十分復(fù)雜的帶有挑戰(zhàn)性和探索性的系統(tǒng)性課題。

2015年，財政部印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范和加強行政事業(yè)單位國有資產(chǎn)管理的指導(dǎo)意見》（財資[2015]90號）（以下稱《意見》），要求財政部門會同有關(guān)部門制定專用資產(chǎn)配置標(biāo)準(zhǔn)，這使得各類戰(zhàn)略物資儲備倉庫包括裝卸搬運設(shè)備在內(nèi)的專用設(shè)備配置問題變得更加迫切和重要。本文以通用儲備倉庫為研究對象，從通用儲備倉庫的業(yè)務(wù)功能出發(fā)，根據(jù)物流系統(tǒng)工程的原理，探討通用類戰(zhàn)略物資儲備倉庫倉儲裝卸機械設(shè)備選型配置的原則及配置方法。

通用儲備倉庫裝卸搬運設(shè)備配置的研究現(xiàn)狀

伴隨物流倉儲系統(tǒng)的智能化、自動化及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，倉儲中裝卸搬運設(shè)備呈現(xiàn)出多樣化、復(fù)雜化的特點，設(shè)備在倉儲運行過程中的價值體顯得越來越重要，如何進(jìn)行裝卸搬運設(shè)備的各類型號的選擇、確定各種設(shè)備的數(shù)量、提高設(shè)備的作業(yè)效率受到了廣泛的關(guān)注。

成耀榮、張育益、劉代平、金淳等國內(nèi)學(xué)者從以下幾個方面對裝卸搬運設(shè)備的配置進(jìn)行了研究，如：提出了設(shè)備配置的基本原則，歸納了設(shè)備選型、設(shè)備數(shù)量配置的方法和步驟，建立了設(shè)備配置的綜合評價指標(biāo)體系，從搬運成本、作業(yè)效率的雙目標(biāo)出發(fā)，構(gòu)建了搬運設(shè)備配置的模型；建立配置的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，再通過現(xiàn)值比較來確定設(shè)備的合理配置方案；基于經(jīng)濟性評價，計算每種配置方案的總費用等。

國內(nèi)外學(xué)者對裝卸搬運設(shè)備配置的研究，大多集中在制造企業(yè)、港口碼頭、物流園區(qū)、倉庫等物流節(jié)點，配置的設(shè)施多種多樣，如叉車、輸送機、貨架、吊車等。設(shè)備數(shù)量配置方法主要有兩種：一種是根椐裝卸設(shè)備的完好率、正常作業(yè)的設(shè)備臺數(shù)來確定設(shè)備的數(shù)量；另一種是根椐裝卸貨物量、每臺設(shè)備單位作業(yè)時間的作業(yè)量來確定搬運設(shè)備的數(shù)量。但是很少有人將倉儲面積、倉庫中每一種物資的倉儲作業(yè)流程的分析與所需搬運設(shè)備的配置結(jié)合起來進(jìn)行研究。

本文基于前人的研究成果，在研究過程中提出求解各種類型裝卸搬運設(shè)備數(shù)量的數(shù)學(xué)模型方法，并通過實證求解。

通用倉庫裝卸搬運機械設(shè)備配置原則和方法

一、配置原則

1.匹配功能，保障履職

裝卸搬運機械設(shè)備是指為通用儲備倉庫提供裝卸搬運物流作業(yè)所依賴的設(shè)施、設(shè)備。裝卸搬運設(shè)備配置的實質(zhì)是研究物流需求（如：物資呑吐量）和物流能力（如：設(shè)備）之間的匹配量化關(guān)系，在各種設(shè)備之間合理地分配物資儲備任務(wù)，并在一定的約束條件下對它們進(jìn)行優(yōu)化匹配，最終實現(xiàn)裝卸設(shè)備的作業(yè)能力的總和最大化，從而達(dá)到系統(tǒng)成本盡可能低且作業(yè)效率最大化的目標(biāo)。

考慮通用儲備倉庫專用設(shè)備配置時，應(yīng)首先從保障國儲任務(wù)和應(yīng)急的角度出發(fā)，結(jié)合國儲物資和應(yīng)急物資的物流作業(yè)特點來配置相關(guān)設(shè)備，既要滿足國儲、應(yīng)急和平時服務(wù)的多樣化業(yè)務(wù)需要，又要科學(xué)合理，不盲目貪大求多。

2.突出特點，科學(xué)合理

配置時要綜合考慮裝卸搬運作業(yè)的特點、物流任務(wù)類型、倉庫空間大小、作業(yè)場地環(huán)境、作業(yè)強度大小、搬運距離、搬運貨物本身的物理、化學(xué)特性等因素，由此確定裝卸搬運的器具、搬運路線、設(shè)備的類型以及所需裝卸設(shè)備的數(shù)量。同時考慮“大物流大距離、小物流小距離”的倉庫規(guī)劃原則的需要，對于作業(yè)量小、物流強度低、搬運頻次低的情況，考慮配備構(gòu)造簡單的通用機械設(shè)備即可；而針對倉庫作業(yè)頻次高、物流強度大的情況，考慮配備大型專用的機械設(shè)備，如圖1所示。

圖1 裝卸搬運設(shè)備關(guān)系圖

戰(zhàn)略物資儲備倉庫的作業(yè)特點是設(shè)備配置時需要考慮的首要問題，其作業(yè)點可概括為：（1）平時靜態(tài)儲存為主，收儲投放大進(jìn)大出。（2）國儲、應(yīng)急、國防等方面業(yè)務(wù)的政治性強，對倉庫裝卸搬運的時效性和作業(yè)能力要求高。

3.柔性可靠，技術(shù)先進(jìn)

通用儲備倉庫的專用設(shè)備配置要適應(yīng)國儲、應(yīng)急、軍事等方面的業(yè)務(wù)特點，確保在快進(jìn)快出、大進(jìn)大出的高效化作業(yè)情況下設(shè)備的可靠性，通過技術(shù)改造和科學(xué)配置，提高裝備的適應(yīng)能力，滿足多元化的使用需要，提高裝卸搬運的靈活性、通用性。

設(shè)備配置時，既要充分考慮倉庫未來的改建、擴建以及技術(shù)更新，還要滿足綠色倉儲對裝卸作業(yè)環(huán)境和裝備的要求，提倡節(jié)能減排、保證職業(yè)健康，選用在其壽命周期內(nèi)能保持適當(dāng)先進(jìn)性，且具有通用性好、裝卸環(huán)保等特點的設(shè)備。

二、配置的方法步驟

1.設(shè)備配置的基本思路

戰(zhàn)略物資儲備任務(wù)通過一定的優(yōu)化機制，根椐設(shè)備特征，在設(shè)備數(shù)據(jù)集中且模糊匹配各裝卸機械設(shè)備的節(jié)點上，不同裝卸機械設(shè)備結(jié)合各自的特點，完成倉儲作業(yè)活動（涉及的環(huán)節(jié)包括接收發(fā)運、短駁運輸、儲存保管、裝卸搬運、包裝集裝等）的部分或全部內(nèi)容。不同的裝卸機械設(shè)備可以隸屬于不同的庫房，在完成裝卸機械設(shè)備與物流任務(wù)匹配的同時，也達(dá)到了物流任務(wù)在不同庫房進(jìn)行合理分配的目的。因此，裝卸機械設(shè)備的匹配有賴于各倉庫為客戶提供高質(zhì)量、高效率的倉儲服務(wù)活動，并通過合理的調(diào)配各庫房內(nèi)、外的設(shè)備來滿足客戶的倉儲需求，其核心是將物流任務(wù)在不同倉庫的設(shè)備之間進(jìn)行合理分配，以達(dá)到倉儲作業(yè)成本最低、倉儲服務(wù)能力最大化的目的，如圖2所示。

圖2 裝卸機械設(shè)備與物流任務(wù)匹配模式圖

2.通用儲備倉庫的任務(wù)分析

通用儲備倉庫是儲存通用儲備物資的主要場所。一般而言，綜合倉庫的業(yè)務(wù)主要圍繞兩個方面展開：一方面是承擔(dān)戰(zhàn)略儲備物資（如有色金屬、稀貴金屬、天然橡膠等）的管理任務(wù)，根據(jù)上級下達(dá)的指令，按照有關(guān)規(guī)定、要求進(jìn)行物資的接收、檢驗、索賠、保管、保養(yǎng)、出庫發(fā)運等工作，總體看戰(zhàn)略儲備物資的周轉(zhuǎn)不頻繁，一般幾年1次，本文按照每2年周轉(zhuǎn)1次的設(shè)計出發(fā)；另一方面是在做好通用儲備倉庫設(shè)施的維修、更新、改造等工作的同時，根據(jù)通用儲備倉庫自身的實際情況主動向地方政府、軍隊、社會提供倉儲物流服務(wù)，盤活用好國有資產(chǎn)，提高國有資產(chǎn)的使用效率和效益，實現(xiàn)以用促管、以用促養(yǎng)。具體物資儲備任務(wù)主要包括以下A、B、C 3類：

A類：履行即時保障功能作用，完成戰(zhàn)略物資儲備的任務(wù)。確保儲備物資數(shù)量真實、質(zhì)量良好、儲存安全，按照儲備主管部門計劃指令及時、高效完成物資接收轉(zhuǎn)運的任務(wù)要求。

B類：履行急時應(yīng)急的職能，服務(wù)我國的軍事物流體系。急時應(yīng)急，參與應(yīng)急物流體系建設(shè)，在服務(wù)軍事物流和參與應(yīng)急物流方面主動而為。例如，湖北儲備物資管理局提出建立以湖北應(yīng)急物資儲備基地（武漢337處）為核心，依托下屬10個儲備倉庫的“1+10”應(yīng)急響應(yīng)圈；遼寧儲備物資管理局成立東北地區(qū)（遼寧）倉儲物流動員中心，旨在滿足軍事物流需求以及提升投送籌劃與指揮、運力動員、物資集結(jié)、裝載、運行、卸載、運達(dá)、后勤保障、信息系統(tǒng)等戰(zhàn)略投送環(huán)節(jié)一體化的運作水平。

C類：平時服務(wù)。在履行好自身職責(zé)的前提下，利用閑置倉儲物流資源提供社會化物流服務(wù)，通過“以用促養(yǎng)、以用促管”來實現(xiàn)戰(zhàn)略物資儲備倉庫的可持續(xù)發(fā)展。經(jīng)營活動涉及的物資品種較為多樣，包括黑色金屬、棉花、糧食、煙葉、成套設(shè)備等工業(yè)用品，其周轉(zhuǎn)率較高，每年一般為 12～20 次。

各通用儲備倉庫從市場需求訂單或指令計劃中提取物資儲備任務(wù)，對任務(wù)進(jìn)行分解，明確任務(wù)所對應(yīng)的倉儲規(guī)模、所需倉儲面積大小、完成儲備作業(yè)所需要的時間、需要提供的倉儲物流服務(wù)。根椐任務(wù)性質(zhì)，可以確定所需作業(yè)的步驟、不同作業(yè)之間的銜接關(guān)系，并確定裝卸搬運設(shè)備的類型，不同設(shè)備的數(shù)量配比關(guān)系。本文配置的倉儲裝卸機械設(shè)備主要包括叉車、吊車、堆高機、起重機等。

3.作業(yè)流程分析

根椐倉庫整體空間的布局，結(jié)合倉儲作業(yè)量及物資的物理特性（單位體積、大小、重量），對物資的出入庫及庫內(nèi)存儲作業(yè)區(qū)域、作業(yè)流程進(jìn)行劃分，對每種物資如何進(jìn)行裝卸、搬運、集裝、存儲、加工等一系列作業(yè)活動進(jìn)行分析。裝卸搬運設(shè)備的移動距離、作業(yè)時間及裝卸物資的單元重量分析，為后續(xù)進(jìn)行裝卸設(shè)備的類型識別和作業(yè)能力計算提供了基礎(chǔ)。

（1）入庫流程

通用倉庫收到物資接收指令后，根據(jù)接收物資的特性制定接收方案。物資到庫后的入庫流程主要包括：接車檢驗、卸貨、數(shù)量驗收、分配儲位、物資堆碼、物資信息錄入。

（2）出庫流程

通用倉庫收到物資出庫指令后組織出庫，具體流程包括：保管員備貨、數(shù)量清點、裝車、信息錄入。

通用倉庫向社會提供社會化服務(wù)的出入庫流程與上述流程基本一致。

4.裝卸搬運設(shè)備類別的匹配

根椐作業(yè)活動的特點，結(jié)合物品的特征，依據(jù)設(shè)備可以執(zhí)行的物流活動的不同，對裝卸搬運過程中所需的設(shè)備進(jìn)行類別劃分，明確各作業(yè)環(huán)節(jié)中所需要的設(shè)備的基本類別，如：裝卸搬運作業(yè)活動是否涉及集裝箱、是否需要吊裝設(shè)備；裝卸作業(yè)是在室內(nèi)還是室外、需要內(nèi)燃還是電動叉車等。

根椐對倉庫出、入庫作業(yè)流程的分析，考慮物品的單元體積、重量、堆碼方式，及作業(yè)量與基本作業(yè)環(huán)境、作業(yè)時間的要求，根據(jù)所選定的搬運設(shè)備類別，進(jìn)一步明確各種搬運設(shè)備的型號（電動叉車、內(nèi)燃叉車）及噸位的確定。按照建立完善倉儲設(shè)備配置的模式，通過對物資儲備的物流任務(wù)的分解、作業(yè)流程的分析，對裝卸搬運設(shè)備類別與物流任務(wù)和業(yè)務(wù)流程的特征匹配，明確裝卸搬運設(shè)備的類型，最后要解決的就是求出各種類型的裝卸搬運設(shè)備的數(shù)量問題，使得完成全部物流任務(wù)的時間最短、作業(yè)效率最高。

三、裝卸搬運設(shè)備保有量的配置模型

1.基本假設(shè)

通常情況下認(rèn)為，通用儲備倉庫裝卸搬運設(shè)備的使用率、完好率、臺時作業(yè)能力等關(guān)鍵績效指標(biāo)基本穩(wěn)定。然而，設(shè)備在日常運營過程中由于磨損、折舊、日常保養(yǎng)、維護(hù)、日常管理等方面的差異，導(dǎo)致不同新舊設(shè)備、不同品牌、裝卸能力和作業(yè)效率會有很大差異。因此，在設(shè)備保有量的配置下進(jìn)行如下假設(shè)：

（1）通用儲備倉庫正式運營較長一段時間，設(shè)備的各種性能指標(biāo)在平時、應(yīng)急或戰(zhàn)備狀況下的管理水平和運轉(zhuǎn)使用情況基本穩(wěn)定；

（2）通用儲備倉庫內(nèi)儲存的物資種類結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定；

（3）模型中配備的裝卸設(shè)備根椐倉儲作業(yè)需要進(jìn)行配置，并滿足所有作業(yè)條件要求。

2.模型的建立

（1）模型變量假設(shè)

設(shè)一個完整的作業(yè)流程由Q項基本作業(yè)活動環(huán)節(jié)構(gòu)成，完成每項基本作業(yè)活動需要M類搬運設(shè)備，每類搬運設(shè)備有N種型號。

令Xkij (1≤k≤Q，1≤i≤M，1≤j≤N)表示第k項基本作業(yè)活動環(huán)節(jié)中第i類搬運設(shè)備第j種型號設(shè)備的臺數(shù)。

qkij 表示第k項基本作業(yè)環(huán)節(jié)第i類搬運設(shè)備第j種型號設(shè)備每小時的搬運量，計算如公式1所示：

qckij表示第k項基本作業(yè)環(huán)節(jié)第i類搬運設(shè)備第j種型號設(shè)備每叉叉取的額定載荷，單位為t/叉。

表示第k項基本作業(yè)環(huán)節(jié)第i類搬運設(shè)備第j種型號設(shè)備的額定載荷利用系數(shù)。

Tkij表示每吊裝或搬運1次貨物的周期。如：1次叉取貨物，經(jīng)提升、位移（縱、橫向）、卸下，并將搬運設(shè)備回復(fù)到下次叉取貨物位歷經(jīng)的時間，單位為s/叉。

Ykij表示第k項基本作業(yè)環(huán)節(jié)第i類搬運設(shè)備第j種型號完成作業(yè)所需的時間。

（2）目標(biāo)函數(shù)

在上述假設(shè)下，建立如下目標(biāo)函數(shù)：

目標(biāo)函數(shù)中：裝卸搬運設(shè)備的效率通過作業(yè)過程中設(shè)備的裝卸能力qkij體現(xiàn)，設(shè)備的作業(yè)效率是搬運設(shè)備配置方案的函數(shù)，作業(yè)效率與每叉叉取的額定載荷、利用系數(shù)、單位時間作業(yè)次數(shù)成正比。Ykij表示第k項基本作業(yè)環(huán)節(jié)第i類第j種型號搬運設(shè)備完成作業(yè)所需的時間。

總成本等于固定成本加可變成本?？勺兂杀九c設(shè)備作業(yè)時間成正比，固定成本主要是設(shè)備的折舊費用，可變成本主要包括燃油動力費用和日常保養(yǎng)維修的費用。

對于搬運系統(tǒng)而言，設(shè)備類型、數(shù)量、作業(yè)時間的改變最終都會影響配置方案的總成本和整體作業(yè)效率。

（3）約束條件

②設(shè)備的作業(yè)時間要合理安排，上限設(shè)置是在完成物流任務(wù)的前提下，避免設(shè)備過度使用而影響設(shè)備壽命，下限設(shè)置為保證設(shè)備在生命周期內(nèi)使用的經(jīng)濟合理水平。

③依據(jù)物資的特殊性，選擇特定型號的裝卸設(shè)備，例如：某鋁錠重達(dá)13t、超過2m，在庫內(nèi)移動只能用大噸位（20t）橋式起重機進(jìn)行吊裝搬運。

式中，Qs特殊物資的總的物流搬運量（t）。

④所有裝卸設(shè)備的搬運作業(yè)能力總和大于等于所需搬運物資的總吞吐量。

式中，E倉儲物資的總吞吐量（t）。

四、實證分析

為驗證上述模型的有效性，本文以某通用儲備倉庫為案例進(jìn)行裝卸搬運設(shè)備配置的實證，該倉庫的具體情況如表1所示。

表1 國儲某通用儲備倉庫的概況

通過對該通用儲備倉庫的物流任務(wù)進(jìn)行分解，明確所儲存物資的數(shù)量、種類、特性、出入庫方式，以及機械作業(yè)的場合，在對物資倉儲作業(yè)活動進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，明確所需裝卸搬運機械設(shè)備的類型包括：橋式起重機和叉車。把物流量分配到對應(yīng)的裝卸搬運機械設(shè)備，計算每種設(shè)備的工作能力和費用，把計算結(jié)果代入目標(biāo)函數(shù)和約束條件中，并用lingo進(jìn)行雙目標(biāo)求解，求得最終結(jié)果如表2所示。

表2 卸搬運機械設(shè)備數(shù)量配置情況

最終計算結(jié)果：15t起重機1臺；10t叉車5輛；8t叉車3輛；6t叉車5輛；3噸叉車6輛。這一結(jié)果與目前該倉庫搬運設(shè)備的合理擁有量與實際需求基本吻合。

本文在理解通用儲備倉庫裝卸搬運設(shè)備配置內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，運用現(xiàn)代物流系統(tǒng)的科學(xué)知識和理論，將物流任務(wù)、作業(yè)流程和搬運設(shè)備配置綜合起來考慮，提出多任務(wù)屬性的倉儲設(shè)備的配置原則，歸納形成了搬運設(shè)備配置的理論模式和通用方法，設(shè)計了面向物流任務(wù)的倉儲設(shè)備配置的概念模型和計算模型，并建立了基于作業(yè)效率、費用方面的雙目標(biāo)優(yōu)化搬運設(shè)備配置模型。這種定量分析方法豐富和發(fā)展了通用儲備倉庫物流資源配置的理論成果，并通過實證分析得到進(jìn)一步的驗證。該模型對其它類型儲備倉庫及一般社會倉庫的裝卸搬運設(shè)備配置也具有一定的借鑒意義。