后方倉庫裝卸機械調(diào)度優(yōu)化

夏 禹，楊會軍

（1.陸軍軍事交通學院 學員五大隊，天津 300161；2.陸軍軍事交通學院 軍事運輸指揮系，天津 300161）

0 引言

后方倉庫是按照國防總體部署和戰(zhàn)備意圖建設于戰(zhàn)略戰(zhàn)役后方的各類固定倉庫，是戰(zhàn)略戰(zhàn)役后方進行物資儲備和供應的基地[1]。后方倉庫作為物資器材儲存、管理和供應方，是軍隊后勤保障中的重要環(huán)節(jié)。面對高強度的信息化戰(zhàn)爭對后勤保障的巨大需求，后方倉庫能否做到高效、快捷、安全地提供物資保障，將直接決定戰(zhàn)爭的勝負。

在后方倉庫物資保障工作全過程中，物資裝卸所花費的時間占整個物資保障過程耗時的比例越來越大，物資裝卸成為制約物資高效快捷保障的瓶頸。經(jīng)過多年建設，我軍后方倉庫裝卸裝備建設取得了長足的發(fā)展，現(xiàn)有的裝卸機械已基本覆蓋后方倉庫各個保障領(lǐng)域，具備了完成一定的物資裝卸保障任務的能力，形成了作業(yè)方式較全、作業(yè)效率較高的物資裝卸搬運體系，能較好地適應平時物資供應裝卸保障需求[2]。但從整體看，我軍后方倉庫裝卸機械數(shù)量仍然較為有限，且分布較不均衡，完成戰(zhàn)時物資大規(guī)模集中發(fā)出任務時，裝卸機械仍存在一定缺口，裝卸作業(yè)能力仍有所欠缺。因此，后方倉庫在加快裝卸機械體系建設的同時，迫切需要優(yōu)化裝卸機械調(diào)度，使現(xiàn)有的裝卸機械資源實現(xiàn)最大保障效能。

1 后方倉庫裝卸系統(tǒng)分析

1.1 裝卸系統(tǒng)的組成

后方倉庫裝卸系統(tǒng)是一個由庫房、作業(yè)場地（鐵路站臺）、裝卸機械、作業(yè)人員等要素共同組成的封閉系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)各要素調(diào)度有序，協(xié)調(diào)有度，才能保證裝卸系統(tǒng)的順暢運轉(zhuǎn)和裝卸作業(yè)的高效完成。

（1）庫房。庫房是后方倉庫用于物資長期存放的場地，是后方倉庫儲存區(qū)的主體設施，分散配置于儲存區(qū)各處。從建筑形式來看，庫房分為地面庫、地下庫、半地下庫、洞庫等，一般來說，地面庫作業(yè)空間和進出通道都較為寬敞，與作業(yè)場地間的距離也更近，更有力于機械化裝卸作業(yè)，地面庫也是我軍后方倉庫的主要建筑形式。

（2）作業(yè)場地（鐵路站臺）。我軍后方倉庫均建有配套的裝卸作業(yè)場地，多數(shù)大型后方倉庫還連接有鐵路軍事專用線，并在儲存區(qū)內(nèi)修建有鐵路站臺，此類倉庫兼具鐵路和公路物資運輸?shù)氖瞻l(fā)功能。公路運輸物資的裝卸作業(yè)主要在裝卸作業(yè)場地完成，鐵路運輸物資的叉裝叉卸主要在鐵路站臺完成，由于部分鐵路站臺上方修建有站臺棚，影響物資的吊裝，因此鐵路運輸物資的吊裝吊卸也需在裝卸作業(yè)場地完成。

（3）裝卸機械。后方倉庫配備的裝卸機械主要包括叉車、軌道式龍門起重機、汽車起重機三類。叉車是指以貨叉等各種叉具作為取貨裝置，能夠升降、移動和裝卸、搬運貨物的車輛[3]。由于其兼具裝卸和搬運的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)物資從庫房到作業(yè)場地的短距離移動，無需換載，因而成為后方倉庫最常用的裝卸機械。軌道式龍門起重機的整個門架由四套走輪平衡臺車支承，其中的驅(qū)動車輪使起重機在軌道上行駛，起升機構(gòu)通過導向滑輪組和吊具來裝卸物資[4]，其通常用于裝卸超過叉車限載的笨重物資，而后用運輸車進行短距離倒運。汽車起重機同樣用以實施吊裝吊卸作業(yè)，但由于其限載重量較小、穩(wěn)定性較差、操作較為繁瑣等原因，在后方倉庫中的使用場景不多，主要用于倒運作業(yè)中無航吊庫房的笨重物資裝卸載上下車。

（4）作業(yè)人員。后方倉庫設有保管隊，具體負責庫存物資的收管發(fā)工作，保管隊編配有裝卸分隊，作為后方倉庫物資裝卸作業(yè)的專業(yè)隊伍。按照任務分工，裝卸作業(yè)人員主要包括：指揮員、安全員、機械操作手、裝卸輔助人員等。

1.2 裝卸作業(yè)工藝流程

后方倉庫裝卸作業(yè)工藝是指后方倉庫在物資儲運過程中實現(xiàn)物資位移的方法或程序。各個裝卸機械和作業(yè)方式的組合體，構(gòu)成了物資裝卸工藝流程[5]。后方倉庫裝卸作業(yè)工藝流程主要包括叉裝叉卸作業(yè)工藝流程、吊裝吊卸作業(yè)工藝流程。

1.2.1 叉裝叉卸作業(yè)工藝流程。叉裝叉卸作業(yè)是一種物資不落地的裝卸方式，裝載工藝流程是：庫房—叉車—作業(yè)場地—運載工具。即物資從庫房被叉車叉取后，中間無需換載，直接搬運到作業(yè)場地，裝載上車。反之為卸載工藝流程，卸載入庫時，叉車可以直接開到垛位，完成堆垛。

1.2.2 吊裝吊卸作業(yè)工藝流程。吊裝吊卸適用于超出叉車額定載荷的笨重物資的裝卸，需軌道式龍門起重機、汽車起重機、運輸車或平板牽引車等裝備配合完成物資裝卸，其工藝流程是：庫房—汽車起重機—運輸車或平板牽引車—作業(yè)場地—軌道式龍門起重機—運載工具。即物資在庫房中被汽車起重機吊起并裝載到運輸車或平板牽引車，車輛攜帶物資駛?cè)胱鳂I(yè)場地，軌道式起重機將物資吊起后裝載到運載工具，反之則為物資卸載流程。

2 基于排隊論的裝卸機械調(diào)度優(yōu)化模型

排隊論是一種隨機服務系統(tǒng)理論，是通過對服務對象到來及服務時間的統(tǒng)計研究，得出數(shù)量指標的統(tǒng)計規(guī)律。后方倉庫裝卸系統(tǒng)作為一個隨機服務系統(tǒng)，可以根據(jù)這些統(tǒng)計規(guī)律優(yōu)化裝卸機械調(diào)度，使之既能滿足裝卸保障任務需要，又能最大限度節(jié)約裝卸機械資源。

2.1 后方倉庫裝卸系統(tǒng)中的排隊問題

由于叉裝叉卸為后方倉庫物資裝卸的主要方式，本文以叉裝叉卸為例，分析裝卸機械調(diào)度問題。從叉裝叉卸工藝流程來看，物資裝卸速度主要受單次叉取物資數(shù)量、庫房距離，作業(yè)循環(huán)時間（即叉車完成一次轉(zhuǎn)向、接近、起升、下降的作業(yè)循環(huán)所需的平均時間）、行駛速度等因素影響。記叉車完成一次裝卸作業(yè)的時間為Tc，則：

其中，t0為作業(yè)循環(huán)時間，Li為第i種物資所在庫房與作業(yè)場地的距離，V為叉車行駛平均速度。

完成單車物資裝載所需的平均時間記為Td，則：

其中，Qi為單車裝載第i種物資的總量，Ni為叉車一次可叉取第i種物資的數(shù)量。單位時間平均裝載車數(shù)：

由于計算裝載時間的相關(guān)參數(shù)為統(tǒng)計分析的平均數(shù)據(jù)，因此得出的結(jié)果為平均裝載時間，具體的裝載時間數(shù)據(jù)服從負指數(shù)分布，其分布函數(shù)可表示為：

其概率密度為：

后方倉庫負責物資的收管發(fā)，對物資的調(diào)撥不具有決定權(quán)，只在接到上級調(diào)撥通知時啟動物資收發(fā)工作。在接到上級調(diào)撥通知后，倉庫可知某段時間內(nèi)將發(fā)出的物資數(shù)量及到達倉庫的車種車數(shù)，將該段時間內(nèi)到達倉庫車輛數(shù)記為λ。由于物資發(fā)出的運力通常由接物單位組織，因此，對于后方倉庫來講，車輛到達的具體時間是離散的隨機事件，車輛到達的隨機規(guī)律是影響后方倉庫物資保障能力的重要因素，與各類裝卸資源的調(diào)度都息息相關(guān)。通過研究其規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，其到達車流為泊松流，分布函數(shù)可表示為：

其概率密度為：

fT(t)=λe-λt

后方倉庫裝卸系統(tǒng)服務強度可以表示為：

其中，s表示裝卸機械數(shù)量。

系統(tǒng)的狀態(tài)概率為：

由排隊系統(tǒng)的性質(zhì)可知，ρ ＜1 系統(tǒng)才能保持穩(wěn)定，否則，隊伍會越排越長，始終無法收斂，如圖1 所示。由此可知，排隊系統(tǒng)中，，即。

圖1 排隊系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)

2.2 基于排隊論的后方倉庫裝卸系統(tǒng)優(yōu)化

裝卸系統(tǒng)的主要評價指標：

（1）物資裝載量：指某一時間內(nèi)，后方倉庫所能裝載的物資的總和，可用某一車型的車數(shù)表示。

（2）出入庫總車數(shù)：指一段時間內(nèi)，倉庫完成裝卸作業(yè)的總車數(shù)，一輛車從入庫時起，到出庫時結(jié)束。

（3）平均等待時間：指用一段時間內(nèi)車輛等待分配裝卸機械的時間總和除以到庫車輛總數(shù)，即車輛在裝卸場地等待時間的平均值。

（4）平均裝載時間：指用一段時間內(nèi)車輛接受裝卸機械裝載的時間總和除以到庫車輛總數(shù)，即車輛接受裝載時間的平均值。

（5）平均逗留時間：指用一段時間內(nèi)車輛從到達倉庫到離開倉庫的時間總和除以到庫車輛總數(shù)，即車輛在倉庫中逗留時間的平均值。

（6）系統(tǒng)忙閑比：指在平衡狀態(tài)下，裝卸系統(tǒng)中忙期長度與閑期長度的比值，系統(tǒng)忙閑比越高表明裝卸機械的利用率越高。

由于系統(tǒng)中各評價指標中存在一定關(guān)聯(lián)性，在對系統(tǒng)進行評價時不必考慮所有評價指標，本文主要考慮平均逗留時間和系統(tǒng)忙閑比，并根據(jù)當前作業(yè)環(huán)境和要求，對其分別賦予一定的權(quán)重，分別記為α、β。

系統(tǒng)排隊長可表示為：

則有：

在平衡狀態(tài)下，忙期和閑期均為隨機變量，系統(tǒng)忙期出現(xiàn)的概率為ρ，閑期出現(xiàn)的概率為1-ρ，因此系統(tǒng)忙閑比可表示為：

本文用優(yōu)化度表示裝卸系統(tǒng)的優(yōu)化程度，將優(yōu)化度定義為車輛平均逗留時間的倒數(shù)與系統(tǒng)忙閑比分別乘以權(quán)重系數(shù)之和。優(yōu)化度將平均逗留時間最短和裝卸機械利用率最高為優(yōu)化目標，能夠定量地反映出裝卸系統(tǒng)中的車輛裝載效率和裝卸機械的利用率，優(yōu)化度越高，裝卸系統(tǒng)配置越優(yōu)，反之裝卸系統(tǒng)配置越差。裝卸系統(tǒng)的優(yōu)化度D可表示為：

3 數(shù)值仿真

以某車材倉庫為例進行仿真，該倉庫配備有叉車6臺，某段時間內(nèi)，物資以公路運輸形式發(fā)出，運輸車輛平均每小時到達6 輛，平均裝載效率μ=2.5 車/h，進行物資裝載，根據(jù)作業(yè)環(huán)境和作業(yè)要求，經(jīng)倉庫評估分析，此項任務對裝載速度有一定要求，權(quán)重設置上偏向于車輛逗留時間較短，α、β分別取值為0.75 和0.25。為保持系統(tǒng)穩(wěn)定，須使ρ ＜1，則s ≥3，動用叉車數(shù)量的取值范圍為（3,4,5,6）。使用MATLAB編程進行仿真，可求出s 不同取值時裝卸系統(tǒng)各運行參數(shù)及到達和離開時間、等待和停留時間，如 圖2、圖3 所示，從而求出該裝卸系統(tǒng)優(yōu)化度，見表1。

表1 裝卸系統(tǒng)運行指標表

圖2 s不同取值時的到達和離開時間

圖3 s不同取值時的等待和停留時間

從裝卸系統(tǒng)運行指標數(shù)據(jù)可以看出，隨裝卸機械數(shù)量增加，裝卸系統(tǒng)的排隊長度和排隊時間逐漸縮短，系統(tǒng)忙閑比逐漸減小，表明隨著裝卸機械的增加，系統(tǒng)的裝卸效率逐漸提高，同時，隨著裝卸機械數(shù)量的不斷增加，裝卸機械處于閑期的比例大大增加，裝卸機械數(shù)量對系統(tǒng)效率的影響顯著減弱。經(jīng)過對比各個裝卸機械配備方案發(fā)現(xiàn)，當裝卸機械數(shù)量為5臺時，優(yōu)化度最高，取值為2.027 2，因此，倉庫在此時段物資裝載任務中選擇動用5臺叉車。

4 結(jié)語

優(yōu)化后方倉庫裝卸機械調(diào)度是在現(xiàn)有裝備基礎上，實現(xiàn)裝卸資源合理配置、物資器材高效裝卸的有效途徑，對做好應急應戰(zhàn)物資保障準備具有重要意義。本文對后方倉庫裝卸力量進行了初步研究，以系統(tǒng)的思想分析了后方倉庫裝卸系統(tǒng)和物資裝卸作業(yè)工藝流程，基于排隊論的方法對后方倉庫裝卸機械調(diào)度優(yōu)化進行了研究和探索，對我軍后方倉庫提高物資裝卸保障能力具有一定參考價值。