搬运中安得物流设施设备的优化方案
1 引言
装卸搬运设备能力的配置直接关系到仓库、配送中心等场所的作业效率和经济效益。
以往这类问题的研究多是从技术的角度，或是从技术经济的角度对设备的配置加以分析。
本文考虑使用数学规划方法，以间歇性装卸搬运设备为例，考虑不同装卸搬运设备之间的配套问题，结合仓库、配送中心的作业流程等方面来探讨装卸搬运设备的配置数量的优化问题。
2 装卸搬运设备配置的原则
仓库的装卸搬运设备是仓储设施的重要组成部分，其配置直接影响到仓库的自动化水平、运作流程和效率。
为保证装卸搬运设备系统的高效、经济，在进行设备配置时应考虑如下原则：
2.1适用性与先进性相结合
装卸搬运作业的类型、作业环境、作业量、搬运距离、货物本身的物理化学性质等决定了装卸搬运设备的类型、额定作业能力和数量。
装卸搬运设备的配置，必须以能够适应作业的需求为基本原则。
仓库的作业量大、作业频繁时，需要充分掌握作业发生的规律，考虑配备作业能力较高的大型专用机械设备；作业量小、作业不频繁时，只要根据作业量的平均水平，配备构造简单、造价低廉而又能保持相当作业能力的中小型通用机械设备即可。
此外，装卸搬运设备都有一定的经济寿命，因此在配置设备时，还要充分考虑仓库或配送中心未来的发展和技术的进步，使设备能够在其经济寿命周期内保持适当的技术先进性和作业能力空间。
设备配置就是要在设备的适用性和先进性之间寻找一个适当的均衡点，使设备既能满足需求，又不因为配置过高导致投资过大及作业能力的浪费。
2.2经济性原则
经济性是衡量装卸搬运系统的重要指标。
装卸搬运是一个不直接产生经济效益的物流作业环节，装卸搬运设备的购置成本和使用及维修保养成本就直接反映了该环节的经济效益。
设备配置的目标就是在满足作业需求和合理的技术先进性的前提下，实现设备在整个购置、安装、运行、维修、改造、更新，直至报废的全过程内的总成本最小，即设备的LCC（Life Cycle Cost，全寿命周期成本）最小。
2.3系统化原则
装卸搬运设备的配套，是保证前后作业相互衔接、相互协调，保证装卸搬运工作连续稳定进行的重要条件。
因此，在进行设备配置时，还要对整个装卸搬运系统进行流程分析，充分考虑各个作业工序之间的衔接，以使配置的设备相互适应，减少作业等待时间，提高作业效率。
在新建仓库和配送中心时，应将搬运设备的配置与仓库的布局、设施的规划设计同时考虑，使装卸搬运设备与场地条件、周边辅助设备相匹配，这样才能够实现仓储作业的整体最优。
3 优化装卸搬运设备配置的步骤
3.1作业流程分析
仓库或配送中心的作业流程分析，是明确作业类型、作业环节之间的衔接关系，进而确定装卸搬运设备类型，明确各装卸搬运设备之间的配比关系的必要环节。
在这一步骤中，需要明确仓库的布局、货物的出入库流程和库内作业流程，确定各环节中所需设备的基本类型，如是否需要吊车作业、需要何种类型的叉车、是否需要连续输送设备等。
3.2设备类型分析
在作业流程分析的基础上需要进一步明确各种装卸搬运设备的类型。
如需要吊车作业，要明确使用的吊车类型，如塔吊、龙门吊、汽车吊等。
各种叉车的类型也需要明确，针对其动力装置，即叉车的结构和用途明确所需叉车的类型如手动叉车、电动叉车、内燃叉车的选择。
3.3设备品牌选择
设备品牌选择是设备配置优化中的重要环节，通过对各种装卸搬运设备品牌的初步选择，可以大大减少最优配置的搜索范围，提高优化模型的效率。
在设备的品牌选择中，需要对供应商的资质、设备的各种技术参数、作业性能等进行综合评价，并可以结合现场操作人员的口碑，对设备品牌和供应商初步进行筛选，确定备选的设备品牌与供应商的范围。
完成以上工作之后，就可以进入设备配置优化的下一步工作，建立优化配置模型。
4 建立优化模型
4.1模型假定
(1)作业流程假定。
作业流程不同，对设备的需求也会不同。
这里假定仓库的入库作业流程包括两个主要环节，一是使用龙门起重机从卡车、火车等运输工具上将货物卸下，二是使用叉车将货物运到指定的储存场所。
其中一部分货物从卡车、火车上卸下后可以直接存放在站台附近的露天货场，另一部分货物需要再使用叉车到其他储存场所存储。
入库作业流程如图1所示。
出库作业流程则与之相反。
(2)设备性能假定。
考虑不同型号的叉车、汽车吊之间的替代作用，这里假定在具体作业中可以用较大吨位的设备替代较小吨位的设备，但设备的利用率将降低。
为保证实际作业的便利性和不过度损失设备的作业能力，本文只允许相邻吨位的设备才可以替代。
4.2建立模型因在作业流程分析中已充分考虑了起重机与叉车之间的配套关系，因此在此分别建立起重机与叉车的配置模型。
（l）起重机数量配置模型。
设根据设备类型分析所确定的适合现场作业的起重机有n种类型（按额定起重量分类），将需要采用起重机卸下的货物也进行相应分类，见表1。
其中，起重机类型按吨位数由大到小排列；货物所占比例除
考虑重量外，也可结合货物的尺寸、性质进行分类，是需要使用起重机装卸的货物占全部货物的比例；B是日平均吞吐量的预测值，α和B可综合考虑仓库或配送中心的现状与计划期的发展进行估算。
则起重机数量配置模型如下：
其中，
i-备选的起重机的品牌,i=1,2,...,m；
j-适合的起重机的类型或吨位,j=1,2,...,n；
cij-i品牌i型号起重机的全寿命周期成本按经济寿命折算后的年度值，由于不同型号的设备的经济寿命会有所差别，按年度折算之后的数值会更有可比性。
xij-配备的i品牌i型号起重机的台数，必须为整数；
pij-i品牌j型号起重机的小时作业能力，可根据相应公式计算得到；
tij-i品牌i型号起重机的日作业时间。
式(1)表示使起重机的全寿命周期成本最小；式(2)表示最大吨位的起重机的作业能力要满足相应货物的作业需求；式(3)表示相邻的大吨位的起重机可以和小吨位的起重机一起完成相应吨位货物的作业；式（4）则表示在单班作业下起重机的日工作时间不超过8小时。
（2）叉车数量配置模型。
叉车数量配置模型原理同起重机数量配置模型。
设根据设备类型分析所确定的适合现场作业的叉车有。
种类型，将需要使用叉车装卸搬运的货物进行分类。
其中，叉车类型按吨位数由大到小排列；货物所占比例为货物占所有需用叉车作业的货物总量的比例，其总量为B1=B(1-α）+Bα（1-β）=B（1-αβ），α、β的含义同起重机配置模型。
则叉车数量配置模型如下：
其中，
i-备选的起重机的品牌，i=1,2，…，m；i-适合的起重机的类型或吨位,,j=1,2,...n；cij-i品牌j型号起重机的全寿命周期成本按经济寿命折算后的年度值，由于不同型号的设备的经济寿命会有所差别，按年度折算之后的数值会更有可比性。
xij-配备的i品牌l型号起重机的台数，必须为整数；pij-i品牌j型号起重机的小时作业能力，可根据相应公式计算得到；
tij-i品牌j型号起重机的日作业时间。
5 实例
某储备仓库的设施与作业情况如表3、表4所示。
为简便起见，这里假定备选的起重机和叉车只有一种品牌，经济寿命周期相同，利用上述模型进行计算后得到该仓库装卸搬运设备的配置方案为配置32吨及20吨龙门起重机各1台，配置10吨叉车1台、6吨叉车1台，5吨叉车2台、3吨叉车2台。
经分析发现，此配置方案虽然满足了该仓库日常作业的需求，但也发现设备有很大一部分的作业能力闲置了，究其原因是该仓库的业务量过小，储备的货物又必须有相应吨位
的起重机或叉车作业，因此该仓库需要做的进一步工作是加强业务拓展，提高仓库作业量。
6 结语
本文所建立的装卸搬运设备配置模型通过业务流程分解，按照物流作业的一般流程考虑了各种设备之间的配套关系，并在目标函数中引入了全寿命周期成本作为参数，充分考虑了设备在使用过程中的经济效益和品牌差别。
模型属于典型的整数规划问题，含义清楚，求解简单，便于理解，并可进行敏感性分析，在基层仓库的设备配置规划中的应用具有较好的使用效果。
