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        后方倉庫裝卸機械調度優化

          信息來源:   發布時間:2021-12-11  點擊數:

        0 引言

        后方倉庫是按照國防總體部署和戰備意圖建設于戰略戰役后方的各類固定倉庫,是戰略戰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節。面對高強度的信息化戰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。經過多年建設,我軍后方倉庫裝卸裝備建設取得了長足的發展,現有的裝卸機械已基本覆蓋后方倉庫各個保障領域,具備了完成一定的物資裝卸保障任務的能力,形成了作業方式較全、作業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量仍然較為有限,且分布較不均衡,完成戰時物資大規模集中發出任務時,裝卸機械仍存在一定缺口,裝卸作業能力仍有所欠缺。因此,后方倉庫在加快裝卸機械體系建設的同時,迫切需要優化裝卸機械調度,使現有的裝卸機械資源實現最大保障效能。

        1 后方倉庫裝卸系統分析

        1.1 裝卸系統的組成

        后方倉庫裝卸系統是一個由庫房、作業場地(鐵路站臺)、裝卸機械、作業人員等要素共同組成的封閉系統。系統內各要素調度有序,協調有度,才能保證裝卸系統的順暢運轉和裝卸作業的高效完成。

        (1)庫房。庫房是后方倉庫用于物資長期存放的場地,是后方倉庫儲存區的主體設施,分散配置于儲存區各處。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,地面庫作業空間和進出通道都較為寬敞,與作業場地間的距離也更近,更有力于機械化裝卸作業,地面庫也是我軍后方倉庫的主要建筑形式。

        (2)作業場地(鐵路站臺)。我軍后方倉庫均建有配套的裝卸作業場地,多數大型后方倉庫還連接有鐵路軍事專用線,并在儲存區內修建有鐵路站臺,此類倉庫兼具鐵路和公路物資運輸的收發功能。公路運輸物資的裝卸作業主要在裝卸作業場地完成,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,能夠實現物資從庫房到作業場地的短距離移動,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,其中的驅動車輪使起重機在軌道上行駛,起升機構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,但由于其限載重量較小、穩定性較差、操作較為繁瑣等原因,在后方倉庫中的使用場景不多,主要用于倒運作業中無航吊庫房的笨重物資裝卸載上下車。

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

        1.2 裝卸作業工藝流程

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

        1.2.1 叉裝叉卸作業工藝流程。

        叉裝叉卸作業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,車輛攜帶物資駛入作業場地,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度優化模型

        排隊論是一種隨機服務系統理論,是通過對服務對象到來及服務時間的統計研究,得出數量指標的統計規律。后方倉庫裝卸系統作為一個隨機服務系統,可以根據這些統計規律優化裝卸機械調度,使之既能滿足裝卸保障任務需要,又能最大限度節約裝卸機械資源。

        2.1 后方倉庫裝卸系統中的排隊問題

        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量、庫房距離,作業循環時間(即叉車完成一次轉向、接近、起升、下降的作業循環所需的平均時間)、行駛速度等因素影響。記叉車完成一次裝卸作業的時間為Tc,則:

         


        其中,t0為作業循環時間,Li為第i種物資所在庫房與作業場地的距離,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種物資的數量。

        單位時間平均裝載車數:

         


        由于計算裝載時間的相關參數為統計分析的平均數據,因此得出的結果為平均裝載時間,具體的裝載時間數據服從負指數分布,其分布函數可表示為:

         


        其概率密度為:

         


        后方倉庫負責物資的收管發,對物資的調撥不具有決定權,只在接到上級調撥通知時啟動物資收發工作。在接到上級調撥通知后,倉庫可知某段時間內將發出的物資數量及到達倉庫的車種車數,將該段時間內到達倉庫車輛數記為λ。由于物資發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度都息息相關。通過研究其規律可以發現,其到達車流為泊松流,分布函數可表示為:

        其概率密度為:

         


        后方倉庫裝卸系統服務強度可以表示為:

         


        其中,s表示裝卸機械數量。

        系統的狀態概率為:

         


         


        由排隊系統的性質可知,ρ<1系統才能保持穩定,否則,隊伍會越排越長,始終無法收斂,如圖1所示。由此可知,排隊系統中,λ/sμ<1,即

        圖1 排隊系統不穩定狀態

        圖1 排隊系統不穩定狀態  下載原圖


        2.2 基于排隊論的后方倉庫裝卸系統優化

        裝卸系統的主要評價指標:

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

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

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

        (4)平均裝載時間:指用一段時間內車輛接受裝卸機械裝載的時間總和除以到庫車輛總數,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,即車輛在倉庫中逗留時間的平均值。

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

        由于系統中各評價指標中存在一定關聯性,在對系統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忙閑比,并根據當前作業環境和要求,對其分別賦予一定的權重,分別記為α、β。

        系統排隊長可表示為:

         


        則有:

         


        在平衡狀態下,忙期和閑期均為隨機變量,系統忙期出現的概率為ρ,閑期出現的概率為1-ρ,因此系統忙閑比可表示為:

         


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

         


        3 數值仿真

        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,物資以公路運輸形式發出,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,根據作業環境和作業要求,經倉庫評估分析,此項任務對裝載速度有一定要求,權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。為保持系統穩定,須使ρ<1,則s≥3,動用叉車數量的取值范圍為(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各運行參數及到達和離開時間、等待和停留時間,如圖2、圖3所示,從而求出該裝卸系統優化度,見表1。

        從裝卸系統運行指標數據可以看出,隨裝卸機械數量增加,裝卸系統的排隊長度和排隊時間逐漸縮短,系統忙閑比逐漸減小,表明隨著裝卸機械的增加,系統的裝卸效率逐漸提高,同時,隨著裝卸機械數量的不斷增加,裝卸機械處于閑期的比例大大增加,裝卸機械數量對系統效率的影響顯著減弱。經過對比各個裝卸機械配備方案發現,當裝卸機械數量為5臺時,優化度最高,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。

        圖2 s不同取值時的到達和離開時間

        圖2 s不同取值時的到達和離開時間  下載原圖


        圖3 s不同取值時的等待和停留時間

        圖3 s不同取值時的等待和停留時間  下載原圖


          

        表1 裝卸系統運行指標表  下載原圖



        表1 裝卸系統運行指標表

        4 結語

        優化后方倉庫裝卸機械調度是在現有裝備基礎上,實現裝卸資源合理配置、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,以系統的思想分析了后方倉庫裝卸系統和物資裝卸作業工藝流程,基于排隊論的方法對后方倉庫裝卸機械調度優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。

        標簽: 倉庫 倉庫管理



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