國家戰略物資儲備倉庫設備配置方法激活行業細胞

特約撰稿人：國家物資儲備局物資儲備研究所 楊子健/北京物資學院 周三元

核心提示：本文首先對通用類戰略物資儲備倉庫存作業流程進行詳細分析，在此基礎上結合倉庫布局現狀、物資特性、不同物流任務的特殊要求，根據供需平衡原則確定倉儲裝卸機械設備類型，最后應用雙目標整數規劃數學模型對設備配置數量進行求解。文中提出的設備配置方法立足于通用類戰略物資儲備倉庫“即時保障，急時應急，平時服務”的功能定位，綜合考慮通用儲備倉庫履行職責和自身發展的多樣化需要，秉承節約成本、提高效率的原則進行設備配置，該配置方法以物流任務的生命周期為主線，以倉儲裝卸機械設備為研究對象，具有較強的適用性，也填補了該領域的研究空白。

背景

國家戰略物資儲備是國家直接控制的戰略后備力量。戰略物資儲備功能的邏輯起點是防風險，落腳點是維護國家安全，具體體現在服務國防建設、應對突發事件、參與宏觀調控等具體方面。為確保戰略儲備物資的數量準確、質量安全、調用及時，我國自建國之初開始興建各類戰略物資儲備倉庫，至今形成了規模龐大、覆蓋全國主要流通節點的戰略物資儲備倉庫體系，并作為國家戰略物資儲備的有機組成部分，由各戰略物資儲備主管部門進行管理。關于戰略物資儲備倉庫的業務功能可以用一句話概括，即“即時保障、急時應急、平時服務”。即時保障，是確保儲備物資數量真實、質量良好、儲存安全。急時應急，指戰略物資儲備倉庫承擔應急物流和軍事物流任務，是戰略物資儲備倉庫履行“服務國防建設、應對突發事件、參與宏觀調控、維護國家安全”總要求的又一具體體現。平時服務，是指戰略物資儲備倉庫為盤活、用好國有資產，利用貨場、鐵路專用線和起重運輸設備等資源面向社會提供有償服務，實現國有資產的保值增值。即時保障和急時應急是儲備倉庫的基本功能和職責所在，平時服從和服務于這兩項功能。通用類戰略物資儲備倉庫（以下簡稱“通用儲備倉庫”）是戰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略物資儲備倉庫。

裝卸搬運設備是戰略物資儲備倉庫在履行職責、完成戰略物資出入庫、在庫管理等方面的基本保障。由于大部分戰略物資儲備倉庫的建庫時間較早，其所配置的裝卸搬運設施老化嚴重，無法適應戰略物資儲備倉庫實現業務功能的需要，在機械化、自動化、智能化等方面，嚴重滯后于我國倉儲物流行業裝卸搬運設備配置的發展水平。戰略物資儲備倉庫裝卸機械設備的資源整合和優化配置是一項十分復雜的帶有挑戰性和探索性的系統性課題。

2015年，財政部印發《關于進一步規范和加強行政事業單位國有資產管理的指導意見》（財資[2015]90號）（以下稱《意見》），要求財政部門會同有關部門制定專用資產配置標準，這使得各類戰略物資儲備倉庫包括裝卸搬運設備在內的專用設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務功能出發，根據物流系統工程的原理，探討通用類戰略物資儲備倉庫倉儲裝卸機械設備選型配置的原則及配置方法。

通用儲備倉庫裝卸搬運設備配置的研究現狀

伴隨物流倉儲系統的智能化、自動化及網絡化發展，倉儲中裝卸搬運設備呈現出多樣化、復雜化的特點，設備在倉儲運行過程中的價值體顯得越來越重要，如何進行裝卸搬運設備的各類型號的選擇、確定各種設備的數量、提高設備的作業效率受到了廣泛的關注。

成耀榮、張育益、劉代平、金淳等國內學者從以下幾個方面對裝卸搬運設備的配置進行了研究，如：提出了設備配置的基本原則，歸納了設備選型、設備數量配置的方法和步驟，建立了設備配置的綜合評價指標體系，從搬運成本、作業效率的雙目標出發，構建了搬運設備配置的模型；建立配置的數學規劃模型，再通過現值比較來確定設備的合理配置方案；基于經濟性評價，計算每種配置方案的總費用等。

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

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備數量的數學模型方法，并通過實證求解。

通用倉庫裝卸搬運機械設備配置原則和方法

一、配置原則

1.匹配功能，保障履職

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

考慮通用儲備倉庫專用設備配置時，應首先從保障國儲任務和應急的角度出發，結合國儲物資和應急物資的物流作業特點來配置相關設備，既要滿足國儲、應急和平時服務的多樣化業務需要，又要科學合理，不盲目貪大求多。

2.突出特點，科學合理

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

圖1 裝卸搬運設備關系圖

戰略物資儲備倉庫的作業特點是設備配置時需要考慮的首要問題，其作業點可概括為：（1）平時靜態儲存為主，收儲投放大進大出。（2）國儲、應急、國防等方面業務的政治性強，對倉庫裝卸搬運的時效性和作業能力要求高。

3.柔性可靠，技術先進

通用儲備倉庫的專用設備配置要適應國儲、應急、軍事等方面的業務特點，確保在快進快出、大進大出的高效化作業情況下設備的可靠性，通過技術改造和科學配置，提高裝備的適應能力，滿足多元化的使用需要，提高裝卸搬運的靈活性、通用性。

設備配置時，既要充分考慮倉庫未來的改建、擴建以及技術更新，還要滿足綠色倉儲對裝卸作業環境和裝備的要求，提倡節能減排、保證職業健康，選用在其壽命周期內能保持適當先進性，且具有通用性好、裝卸環保等特點的設備。

二、配置的方法步驟

1.設備配置的基本思路

戰略物資儲備任務通過一定的優化機制，根椐設備特征，在設備數據集中且模糊匹配各裝卸機械設備的節點上，不同裝卸機械設備結合各自的特點，完成倉儲作業活動（涉及的環節包括接收發運、短駁運輸、儲存保管、裝卸搬運、包裝集裝等）的部分或全部內容。不同的裝卸機械設備可以隸屬于不同的庫房，在完成裝卸機械設備與物流任務匹配的同時，也達到了物流任務在不同庫房進行合理分配的目的。因此，裝卸機械設備的匹配有賴于各倉庫為客戶提供高質量、高效率的倉儲服務活動，并通過合理的調配各庫房內、外的設備來滿足客戶的倉儲需求，其核心是將物流任務在不同倉庫的設備之間進行合理分配，以達到倉儲作業成本最低、倉儲服務能力最大化的目的，如圖2所示。

圖2 裝卸機械設備與物流任務匹配模式圖

2.通用儲備倉庫的任務分析

通用儲備倉庫是儲存通用儲備物資的主要場所。一般而言，綜合倉庫的業務主要圍繞兩個方面展開：一方面是承擔戰略儲備物資（如有色金屬、稀貴金屬、天然橡膠等）的管理任務，根據上級下達的指令，按照有關規定、要求進行物資的接收、檢驗、索賠、保管、保養、出庫發運等工作，總體看戰略儲備物資的周轉不頻繁，一般幾年1次，本文按照每2年周轉1次的設計出發；另一方面是在做好通用儲備倉庫設施的維修、更新、改造等工作的同時，根據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，盤活用好國有資產，提高國有資產的使用效率和效益，實現以用促管、以用促養。具體物資儲備任務主要包括以下A、B、C 3類：

A類：履行即時保障功能作用，完成戰略物資儲備的任務。確保儲備物資數量真實、質量良好、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運的任務要求。

B類：履行急時應急的職能，服務我國的軍事物流體系。急時應急，參與應急物流體系建設，在服務軍事物流和參與應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”應急響應圈；遼寧儲備物資管理局成立東北地區（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、裝載、運行、卸載、運達、后勤保障、信息系統等戰略投送環節一體化的運作水平。

C類：平時服務。在履行好自身職責的前提下，利用閑置倉儲物流資源提供社會化物流服務，通過“以用促養、以用促管”來實現戰略物資儲備倉庫的可持續發展。經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、成套設備等工業用品，其周轉率較高，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，對任務進行分解，明確任務所對應的倉儲規模、所需倉儲面積大小、完成儲備作業所需要的時間、需要提供的倉儲物流服務。根椐任務性質，可以確定所需作業的步驟、不同作業之間的銜接關系，并確定裝卸搬運設備的類型，不同設備的數量配比關系。本文配置的倉儲裝卸機械設備主要包括叉車、吊車、堆高機、起重機等。

3.作業流程分析

根椐倉庫整體空間的布局，結合倉儲作業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存儲作業區域、作業流程進行劃分，對每種物資如何進行裝卸、搬運、集裝、存儲、加工等一系列作業活動進行分析。裝卸搬運設備的移動距離、作業時間及裝卸物資的單元重量分析，為后續進行裝卸設備的類型識別和作業能力計算提供了基礎。

（1）入庫流程

通用倉庫收到物資接收指令后，根據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、數量清點、裝車、信息錄入。

通用倉庫向社會提供社會化服務的出入庫流程與上述流程基本一致。

4.裝卸搬運設備類別的匹配

根椐作業活動的特點，結合物品的特征，依據設備可以執行的物流活動的不同，對裝卸搬運過程中所需的設備進行類別劃分，明確各作業環節中所需要的設備的基本類別，如：裝卸搬運作業活動是否涉及集裝箱、是否需要吊裝設備；裝卸作業是在室內還是室外、需要內燃還是電動叉車等。

根椐對倉庫出、入庫作業流程的分析，考慮物品的單元體積、重量、堆碼方式，及作業量與基本作業環境、作業時間的要求，根據所選定的搬運設備類別，進一步明確各種搬運設備的型號（電動叉車、內燃叉車）及噸位的確定。按照建立完善倉儲設備配置的模式，通過對物資儲備的物流任務的分解、作業流程的分析，對裝卸搬運設備類別與物流任務和業務流程的特征匹配，明確裝卸搬運設備的類型，最后要解決的就是求出各種類型的裝卸搬運設備的數量問題，使得完成全部物流任務的時間最短、作業效率最高。

三、裝卸搬運設備保有量的配置模型

1.基本假設

通常情況下認為，通用儲備倉庫裝卸搬運設備的使用率、完好率、臺時作業能力等關鍵績效指標基本穩定。然而，設備在日常運營過程中由于磨損、折舊、日常保養、維護、日常管理等方面的差異，導致不同新舊設備、不同品牌、裝卸能力和作業效率會有很大差異。因此，在設備保有量的配置下進行如下假設：

（1）通用儲備倉庫正式運營較長一段時間，設備的各種性能指標在平時、應急或戰備狀況下的管理水平和運轉使用情況基本穩定；

（2）通用儲備倉庫內儲存的物資種類結構相對穩定；

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

2.模型的建立

（1）模型變量假設

設一個完整的作業流程由Q項基本作業活動環節構成，完成每項基本作業活動需要M類搬運設備，每類搬運設備有N種型號。

令Xkij (1≤k≤Q，1≤i≤M，1≤j≤N)表示第k項基本作業活動環節中第i類搬運設備第j種型號設備的臺數。

qkij 表示第k項基本作業環節第i類搬運設備第j種型號設備每小時的搬運量，計算如公式1所示：

qckij表示第k項基本作業環節第i類搬運設備第j種型號設備每叉叉取的額定載荷，單位為t/叉。

表示第k項基本作業環節第i類搬運設備第j種型號設備的額定載荷利用系數。

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

Ykij表示第k項基本作業環節第i類搬運設備第j種型號完成作業所需的時間。

（2）目標函數

在上述假設下，建立如下目標函數：

目標函數中：裝卸搬運設備的效率通過作業過程中設備的裝卸能力qkij體現，設備的作業效率是搬運設備配置方案的函數，作業效率與每叉叉取的額定載荷、利用系數、單位時間作業次數成正比。Ykij表示第k項基本作業環節第i類第j種型號搬運設備完成作業所需的時間。

總成本等于固定成本加可變成本。可變成本與設備作業時間成正比，固定成本主要是設備的折舊費用，可變成本主要包括燃油動力費用和日常保養維修的費用。

對于搬運系統而言，設備類型、數量、作業時間的改變最終都會影響配置方案的總成本和整體作業效率。

（3）約束條件

②設備的作業時間要合理安排，上限設置是在完成物流任務的前提下，避免設備過度使用而影響設備壽命，下限設置為保證設備在生命周期內使用的經濟合理水平。

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

式中，Qs特殊物資的總的物流搬運量（t）。

④所有裝卸設備的搬運作業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行裝卸搬運設備配置的實證，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進行分解，明確所儲存物資的數量、種類、特性、出入庫方式，以及機械作業的場合，在對物資倉儲作業活動進行分析的基礎上，明確所需裝卸搬運機械設備的類型包括：橋式起重機和叉車。把物流量分配到對應的裝卸搬運機械設備，計算每種設備的工作能力和費用，把計算結果代入目標函數和約束條件中，并用lingo進行雙目標求解，求得最終結果如表2所示。

表2 卸搬運機械設備數量配置情況

最終計算結果：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。這一結果與目前該倉庫搬運設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備配置內涵的基礎上，運用現代物流系統的科學知識和理論，將物流任務、作業流程和搬運設備配置綜合起來考慮，提出多任務屬性的倉儲設備的配置原則，歸納形成了搬運設備配置的理論模式和通用方法，設計了面向物流任務的倉儲設備配置的概念模型和計算模型，并建立了基于作業效率、費用方面的雙目標優化搬運設備配置模型。這種定量分析方法豐富和發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備配置也具有一定的借鑒意義。