基于時間競爭成本的長江航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障分析

溫　泉

(長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢 430011)

基于時間競爭成本的長江航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障分析

溫泉

(長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢 430011)

摘要：通過對航道維護(hù)船艇現(xiàn)行備件物料供應(yīng)保障體系進(jìn)行調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)供應(yīng)保障優(yōu)化研究成果局限于成本費(fèi)用最佳而忽視備件物料需求時效性的問題，提出將航道維護(hù)疏浚任務(wù)等級進(jìn)行劃分，建立時間競爭成本模型，引入排隊論中強(qiáng)占優(yōu)先權(quán)法對不同任務(wù)等級供應(yīng)保障時間成本進(jìn)行優(yōu)化，通過算例找出各環(huán)節(jié)服務(wù)機(jī)構(gòu)的最佳配置。

關(guān)鍵詞：航道維護(hù)船艇；時間成本；供應(yīng)保障；排隊論；強(qiáng)占優(yōu)先權(quán)

長江“黃金水道”是國內(nèi)重要的內(nèi)河水運(yùn)通道，2004年起長江干線貨運(yùn)量已連續(xù)10年保持10%以上的年增長，2014年突破20.06億t，超越萊茵河與密西西比河成為世界運(yùn)量最為繁忙的河流，如圖1所示。

圖1　2004～2014年長江干線航道貨運(yùn)量

為了更好的依托“黃金水道”打造長江沿岸新經(jīng)濟(jì)帶，國家加大了對長江沿線航道整治工作，力求促進(jìn)沿海與中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)命脈互通互聯(lián)，構(gòu)建相互支持相互促進(jìn)的新格局[1-2]。

為了確保長江航道的安全暢通，常態(tài)化的航道維護(hù)工作變得愈發(fā)重要。2003年三峽大壩全面蓄水發(fā)電后，長江中下游河段水位變化較大，枯水期內(nèi)礙航、出淺河段增多導(dǎo)致航道維護(hù)任務(wù)加重，同時航道內(nèi)行船安全事故也屢有發(fā)生，嚴(yán)重影響“黃金水道”正常通航需要。面對突發(fā)事件與應(yīng)急疏浚等時效性較強(qiáng)的任務(wù)時，及時準(zhǔn)確做好航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障工作是確保維護(hù)任務(wù)順利進(jìn)行的重要基礎(chǔ)。

1備件物料現(xiàn)行供應(yīng)保障體系

截至2014年底，長江航道局所屬各航道維護(hù)單位下轄各類型維護(hù)船艇共計366艘(不含泵船)，面對繁雜的常態(tài)化維護(hù)與應(yīng)急搶險任務(wù)需求，滿足各類型船艇備件物料供應(yīng)保障需求變得至關(guān)重要。

目前，備件物料供應(yīng)保障工作主要以航道維護(hù)船艇為主體，依據(jù)各自月度、季度和年度需求計劃向上級航道處進(jìn)行申領(lǐng)，待審批合格后由航道處制定采購申請計劃報各所屬區(qū)域航道局審批，繼而由航道局統(tǒng)一審批匯總后委托下屬備件物料采購公司代為進(jìn)行采購，如圖2所示。

航道維護(hù)船艇現(xiàn)行采購方式主要由區(qū)域航道局集中采購與施工項目自行采購兩大類構(gòu)成。集中采購主要承擔(dān)大量常用、通用與進(jìn)口備件物料的采購，而自行采購主要根據(jù)項目臨時需求彌補(bǔ)集中采購無法及時滿足、需求量較小的備件物料采購工作。此外，船用備件物料擁有單值高、采購批量小、種類繁多且進(jìn)口備件采購周期長等特點，在自行采購模式下雖易滿足項目施工時效性需求，但無法獲得集中采購模式下價格折扣優(yōu)勢[3-4]。

圖2　船用備件物料采購供應(yīng)保障流程

2優(yōu)化目標(biāo)與任務(wù)等級劃分

2.1時間優(yōu)化

為保證航道各項維護(hù)施工任務(wù)的順利進(jìn)行，航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障工作務(wù)必明確其優(yōu)化目標(biāo)。目前，針對備件物料供應(yīng)保障優(yōu)化研究成果較多，但多數(shù)專注于庫存控制策略方面且多以成本費(fèi)用最優(yōu)為研究目標(biāo)，這類研究主要通過采購批量、庫存費(fèi)用等方面優(yōu)勢來降低備件物料的整體費(fèi)用[5-7]，但面對應(yīng)急搶險等時效性較強(qiáng)的任務(wù)時，其所降低備件物料費(fèi)用遠(yuǎn)低于因航道突發(fā)公共事件所引起的經(jīng)濟(jì)與社會效益損失。

對于生產(chǎn)企業(yè)而言，針對時間競爭成本優(yōu)化的核心內(nèi)容主要體現(xiàn)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)時間壓縮、銷售配送環(huán)節(jié)時間降低以及對客戶需求預(yù)測制定新的生產(chǎn)計劃三方面。簡而言之，通過降低各環(huán)節(jié)占用時間，達(dá)到最終降低整體時間耗費(fèi)提升總體經(jīng)濟(jì)效益的目的。對于航道維護(hù)船艇備件物料供應(yīng)保障工作而言，其對時間競爭成本的敏感性要大于一般生產(chǎn)企業(yè)。因此，本文從備件物料采購、揀選與配送運(yùn)輸三個環(huán)節(jié)入手對其耗費(fèi)時間作為優(yōu)化目標(biāo)。

2.2航道維護(hù)任務(wù)等級劃分

長江干線航道枯水期維護(hù)疏浚工程是航道整治工作的重點，由于中下游航道礙航河段眾多且河床構(gòu)成、河道形態(tài)變化較大，因此對各類型航道維護(hù)任務(wù)提出了更高的要求。依據(jù)長江干線航道維護(hù)任務(wù)特點，綜合考慮普通與應(yīng)急維護(hù)任務(wù)特點，通過分析航道維護(hù)水深標(biāo)準(zhǔn)、航道通航標(biāo)準(zhǔn)、客貨運(yùn)量、施工任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、航道淤積狀況以及航道晝夜通航標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)指標(biāo)，對航道維護(hù)疏浚任務(wù)等級進(jìn)行劃分[8-9]，見表1。

表1　航道維護(hù)疏浚任務(wù)等級分類

3基于時間競爭成本最優(yōu)的多級庫存控制模型

針對備件物料供應(yīng)保障體系為研究對象，引入時間競爭成本、維護(hù)疏浚任務(wù)等級分類的概念，運(yùn)用排隊論理論對不同任務(wù)下備件物料供應(yīng)保障時間競爭成本進(jìn)行研究。本文基于制造企業(yè)-代理商-工程船舶三方構(gòu)建時間優(yōu)化模型，不將僅作為申購審核、負(fù)責(zé)審批匯總的航道處、區(qū)域航道局以及生產(chǎn)企業(yè)原材料采購生產(chǎn)環(huán)節(jié)的時間成本納入模型考慮范疇，如圖3所示。

圖3　制造企業(yè)、代理商、工程船舶時間競爭成本最優(yōu)庫存模型

3.1模型基本條件與參數(shù)設(shè)定

1) 假設(shè)含i家備件物料生產(chǎn)企業(yè)，j條航道工程船舶與一家備件物料代理商k。

2) 僅考慮船用備件物料庫存管理相關(guān)業(yè)務(wù)活動所涉的時間費(fèi)用支出，不考慮產(chǎn)品采購成本等與時間無關(guān)費(fèi)用的支出。

3) 假設(shè)施工區(qū)域內(nèi)僅有一家備件物料代理k負(fù)責(zé)供應(yīng)備件物料，同時工程船舶需求是隨機(jī)的。此外，假設(shè)各層級工程船舶、代理商、生產(chǎn)企業(yè)之間的缺貨與運(yùn)輸延遲是均勻且隨機(jī)的。

4) 假設(shè)備件物料生產(chǎn)企業(yè)對代理商、代理商對工程船舶能夠在數(shù)量上滿足各自所需，采購價格在一段時間內(nèi)是不變的，且只涉及一種船用備件物料，同層級企業(yè)均不存在供需關(guān)系[10-11]。

3.2總時間成本模型

(1)

I級訂單在代理商訂單處理系統(tǒng)中平均逗留時間Ws1a為

(2)

同理可得，Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級訂單在代理商處訂單處理平均逗留時間分別為Ws2b、Ws3c、Ws4d。

(3)

(4)

(5)

通用備件物料訂單在系統(tǒng)中的平均逗留時間Wsik1為

(6)

同理可得，專用備件物料訂單在系統(tǒng)中的平均逗留時間Wsik2為

(7)

(8)

所以，聯(lián)立上式(6)、(7)、(8)可得代理商自訂單發(fā)出至生產(chǎn)企業(yè)將備件物料送達(dá)代理商處所耗費(fèi)的時間總和Tik為：

1)采購?fù)ㄓ脗浼锪纤馁M(fèi)的平均時間Tik1為

(9)

2)采購專用備件物料所耗費(fèi)的平均時間Tik2為

(10)

圖4　代理商配送運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)

圖5　代理商揀選備貨服務(wù)系統(tǒng)

代理商揀選備貨平均逗留時間Wskj1為

代理商配送運(yùn)輸服務(wù)平均逗留時間Wskj2為：

(12)

所以，工程船舶訂單經(jīng)過3個流程所耗費(fèi)的平均時間Ttkj為

(13)

依據(jù)式(3)～(5)、(9)、(10)、(13)可推導(dǎo)出工程船舶從發(fā)出訂單需求經(jīng)過代理商與生產(chǎn)企業(yè)到最終獲得所需備件物料所耗費(fèi)的時間。其中包括：采購?fù)ㄓ脗浼锪纤馁M(fèi)的平均時間Tij1、采購專用備件物料所耗費(fèi)的平均時間Tij2和I級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級訂單采購?fù)ㄓ煤蛯Ｓ脗浼锪纤馁M(fèi)的時間。針對時間競爭成本模型中所涉服務(wù)臺數(shù)最優(yōu)值選擇問題，分別對多服務(wù)臺服務(wù)環(huán)節(jié)逗留時間或等待時間分布函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)，依據(jù)整數(shù)規(guī)劃求解i、c、d在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的正整數(shù)值，用枚舉法可知三值分別是：15、2、3。

4算例

假設(shè)所有訂單到達(dá)速率為60份/月，其中Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級訂單各占40%、30%、20%、10%。代理商與生產(chǎn)企業(yè)訂單處理平均服務(wù)速率都服從負(fù)指數(shù)分布且為120份/月，處理一份訂單的固定成本為gc1=1 500元，變動成本記為bc1=150元。生產(chǎn)企業(yè)揀選配貨平均服務(wù)速率分別為120份/月，配送運(yùn)輸平均服務(wù)時間為1/30月，由于將其過程看作一個串聯(lián)單服務(wù)臺模型，其揀選加配送一份訂單的固定成本為gc2=1 500元，變動成本為bc2=150元。代理商揀選平均服務(wù)速率與生產(chǎn)企業(yè)相同，配送運(yùn)輸往返一次平均耗費(fèi)時間為1/10月，其揀選與運(yùn)輸一份訂單的固定成本分別為gc3=1 500元和gc4=1 500元，變動成本分別為bc3=150元和bc4=150元。此外，假設(shè)每份訂單單位時間的等待成本記作Vbw=10萬元。

采購?fù)ㄓ门c專用備件物料的平均時間成本分別為記作TC通用和TC專用：

TC通用=gc1(1+i)+gc2+gc3·c+gc4·d+

(14)

TC專用=2gc1+gc2+gc3·c+gc4·d+

(15)

由式(14)、(15)可分別采購?fù)ㄓ门c專用備件物料時，備件物料訂單的平均供應(yīng)保障時間、Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級訂單條件下平均供應(yīng)保障時間以及需求訂單供應(yīng)保障的服務(wù)作業(yè)時間總成本，見表2和表3，圖6和圖7。

表2　采購?fù)ㄓ脗浼锪虾馁M(fèi)時間與費(fèi)用

通過Matlab對本文所建立時間競爭成本優(yōu)化模型進(jìn)行編程賦值求解，分別得到通用和專用備件物料供應(yīng)保障流程各階段服務(wù)臺最佳配置，即:

1)通用備件物料：18個訂單處理服務(wù)臺、5個揀選服務(wù)臺、6輛配送車輛。

2)專用備件物料：5個揀選服務(wù)臺、6輛配送車輛。

此外，由表2、表3與圖5、圖6所示可知，針對各階段服務(wù)臺配置情況可分別求得通用與專用備件物料供應(yīng)保障總時間成本、總平均耗費(fèi)時間與航道維護(hù)疏浚任務(wù)各等級訂單備件物料供應(yīng)保障平均耗費(fèi)時間。因此，通過建立時間競爭成本模型，針對不同任務(wù)需求配置最佳服務(wù)機(jī)構(gòu)數(shù)量，降低供應(yīng)保障各環(huán)節(jié)時間耗費(fèi)，保障航道維護(hù)船艇施工任務(wù)需求及時準(zhǔn)確得到滿足，以期獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

表3　采購專用備件物料耗費(fèi)時間與費(fèi)用

圖6　采購?fù)ㄓ脗浼锪虾馁M(fèi)時間

圖7　采購專用備件物料耗費(fèi)時間

5結(jié)論

相較于以往同類研究重成本輕時間的特點，本研究綜合考慮并權(quán)衡時間與成本兩方面要素，基于強(qiáng)制優(yōu)先權(quán)理論建立了時間競爭成本模型，研究成果對保障長江航道維護(hù)任務(wù)的順利實施，尋找運(yùn)維費(fèi)用與時效性的最佳平衡點有較好的借鑒作用，同時也可為“十三五”期智能航道養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)建設(shè)的順利推進(jìn)提供技術(shù)支持。

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On the Supply Guarantee System of Spare Parts Based on Time Cost for the Waterway Maintenance Ships

WEN Quan

(Changjiang Waterway Planning Design and Research Institute, Wuhan 430011,China)

Abstract:The spare parts and materials supply guarantee system is investigated for the waterway maintenance ships in Yangtze river. It is shown that the current researches of supply guarantee usually concentrates on cost optimization rather than the timeliness of waterway maintenance task. In order to solve this problem, a method is set forth to classify task levels of waterway maintenance dredger and establish a time competitive cost model. The preemptive priority method of queuing theory is introduced to optimize supply guarantee time cost model for different levels of task. A numerical example is given to obtain the best configuration in different supply guarantee service stages.

Key words:waterway maintenance ship; time cost; supply guarantee; queuing theory; preemptive priority

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.03.037

收稿日期：2015-12-07

基金項目：交通運(yùn)輸部2013年信息化重大專項

第一作者簡介：溫泉(1984—)，男，博士，工程師

中圖分類號：U615

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-7953(2016)03-0167-07

修回日期：2016-01-04

(2013-364-548-200)

研究方向:水陸交通信息化、數(shù)字航道、智能航道

E-mail:58071899@qq.com