国家战略物资储备仓库设备配置方法激活行业细胞

特约撰稿人：国家物资储备局物资储备研究所 杨子健/北京物资学院 周三元

核心提示：本文首先对通用类战略物资储备仓库存作业流程进行详细分析，在此基础上结合仓库布局现状、物资特性、不同物流任务的特殊要求，根据供需平衡原则确定仓储装卸机械设备类型，最后应用双目标整数规划数学模型对设备配置数量进行求解。文中提出的设备配置方法立足于通用类战略物资储备仓库“即时保障，急时应急，平时服务”的功能定位，综合考虑通用储备仓库履行职责和自身发展的多样化需要，秉承节约成本、提高效率的原则进行设备配置，该配置方法以物流任务的生命周期为主线，以仓储装卸机械设备为研究对象，具有较强的适用性，也填补了该领域的研究空白。

背景

国家战略物资储备是国家直接控制的战略后备力量。战略物资储备功能的逻辑起点是防风险，落脚点是维护国家安全，具体体现在服务国防建设、应对突发事件、参与宏观调控等具体方面。为确保战略储备物资的数量准确、质量安全、调用及时，我国自建国之初开始兴建各类战略物资储备仓库，至今形成了规模庞大、覆盖全国主要流通节点的战略物资储备仓库体系，并作为国家战略物资储备的有机组成部分，由各战略物资储备主管部门进行管理。关于战略物资储备仓库的业务功能可以用一句话概括，即“即时保障、急时应急、平时服务”。即时保障，是确保储备物资数量真实、质量良好、储存安全。急时应急，指战略物资储备仓库承担应急物流和军事物流任务，是战略物资储备仓库履行“服务国防建设、应对突发事件、参与宏观调控、维护国家安全”总要求的又一具体体现。平时服务，是指战略物资储备仓库为盘活、用好国有资产，利用货场、铁路专用线和起重运输设备等资源面向社会提供有偿服务，实现国有资产的保值增值。即时保障和急时应急是储备仓库的基本功能和职责所在，平时服从和服务于这两项功能。通用类战略物资储备仓库（以下简称“通用储备仓库”）是战略物资储备仓库的主要组成，主要用于存储除具有特殊要求的危险品等储备物资外，能满足其他物资储存要求的战略物资储备仓库。

装卸搬运设备是战略物资储备仓库在履行职责、完成战略物资出入库、在库管理等方面的基本保障。由于大部分战略物资储备仓库的建库时间较早，其所配置的装卸搬运设施老化严重，无法适应战略物资储备仓库实现业务功能的需要，在机械化、自动化、智能化等方面，严重滞后于我国仓储物流行业装卸搬运设备配置的发展水平。战略物资储备仓库装卸机械设备的资源整合和优化配置是一项十分复杂的带有挑战性和探索性的系统性课题。

2015年，财政部印发《关于进一步规范和加强行政事业单位国有资产管理的指导意见》（财资[2015]90号）（以下称《意见》），要求财政部门会同有关部门制定专用资产配置标准，这使得各类战略物资储备仓库包括装卸搬运设备在内的专用设备配置问题变得更加迫切和重要。本文以通用储备仓库为研究对象，从通用储备仓库的业务功能出发，根据物流系统工程的原理，探讨通用类战略物资储备仓库仓储装卸机械设备选型配置的原则及配置方法。

通用储备仓库装卸搬运设备配置的研究现状

伴随物流仓储系统的智能化、自动化及网络化发展，仓储中装卸搬运设备呈现出多样化、复杂化的特点，设备在仓储运行过程中的价值体显得越来越重要，如何进行装卸搬运设备的各类型号的选择、确定各种设备的数量、提高设备的作业效率受到了广泛的关注。

成耀荣、张育益、刘代平、金淳等国内学者从以下几个方面对装卸搬运设备的配置进行了研究，如：提出了设备配置的基本原则，归纳了设备选型、设备数量配置的方法和步骤，建立了设备配置的综合评价指标体系，从搬运成本、作业效率的双目标出发，构建了搬运设备配置的模型；建立配置的数学规划模型，再通过现值比较来确定设备的合理配置方案；基于经济性评价，计算每种配置方案的总费用等。

国内外学者对装卸搬运设备配置的研究，大多集中在制造企业、港口码头、物流园区、仓库等物流节点，配置的设施多种多样，如叉车、输送机、货架、吊车等。设备数量配置方法主要有两种：一种是根椐装卸设备的完好率、正常作业的设备台数来确定设备的数量；另一种是根椐装卸货物量、每台设备单位作业时间的作业量来确定搬运设备的数量。但是很少有人将仓储面积、仓库中每一种物资的仓储作业流程的分析与所需搬运设备的配置结合起来进行研究。

本文基于前人的研究成果，在研究过程中提出求解各种类型装卸搬运设备数量的数学模型方法，并通过实证求解。

通用仓库装卸搬运机械设备配置原则和方法

一、配置原则

1.匹配功能，保障履职

装卸搬运机械设备是指为通用储备仓库提供装卸搬运物流作业所依赖的设施、设备。装卸搬运设备配置的实质是研究物流需求（如：物资呑吐量）和物流能力（如：设备）之间的匹配量化关系，在各种设备之间合理地分配物资储备任务，并在一定的约束条件下对它们进行优化匹配，最终实现装卸设备的作业能力的总和最大化，从而达到系统成本尽可能低且作业效率最大化的目标。

考虑通用储备仓库专用设备配置时，应首先从保障国储任务和应急的角度出发，结合国储物资和应急物资的物流作业特点来配置相关设备，既要满足国储、应急和平时服务的多样化业务需要，又要科学合理，不盲目贪大求多。

2.突出特点，科学合理

配置时要综合考虑装卸搬运作业的特点、物流任务类型、仓库空间大小、作业场地环境、作业强度大小、搬运距离、搬运货物本身的物理、化学特性等因素，由此确定装卸搬运的器具、搬运路线、设备的类型以及所需装卸设备的数量。同时考虑“大物流大距离、小物流小距离”的仓库规划原则的需要，对于作业量小、物流强度低、搬运频次低的情况，考虑配备构造简单的通用机械设备即可；而针对仓库作业频次高、物流强度大的情况，考虑配备大型专用的机械设备，如图1所示。

图1 装卸搬运设备关系图

战略物资储备仓库的作业特点是设备配置时需要考虑的首要问题，其作业点可概括为：（1）平时静态储存为主，收储投放大进大出。（2）国储、应急、国防等方面业务的政治性强，对仓库装卸搬运的时效性和作业能力要求高。

3.柔性可靠，技术先进

通用储备仓库的专用设备配置要适应国储、应急、军事等方面的业务特点，确保在快进快出、大进大出的高效化作业情况下设备的可靠性，通过技术改造和科学配置，提高装备的适应能力，满足多元化的使用需要，提高装卸搬运的灵活性、通用性。

设备配置时，既要充分考虑仓库未来的改建、扩建以及技术更新，还要满足绿色仓储对装卸作业环境和装备的要求，提倡节能减排、保证职业健康，选用在其寿命周期内能保持适当先进性，且具有通用性好、装卸环保等特点的设备。

二、配置的方法步骤

1.设备配置的基本思路

战略物资储备任务通过一定的优化机制，根椐设备特征，在设备数据集中且模糊匹配各装卸机械设备的节点上，不同装卸机械设备结合各自的特点，完成仓储作业活动（涉及的环节包括接收发运、短驳运输、储存保管、装卸搬运、包装集装等）的部分或全部内容。不同的装卸机械设备可以隶属于不同的库房，在完成装卸机械设备与物流任务匹配的同时，也达到了物流任务在不同库房进行合理分配的目的。因此，装卸机械设备的匹配有赖于各仓库为客户提供高质量、高效率的仓储服务活动，并通过合理的调配各库房内、外的设备来满足客户的仓储需求，其核心是将物流任务在不同仓库的设备之间进行合理分配，以达到仓储作业成本最低、仓储服务能力最大化的目的，如图2所示。

图2 装卸机械设备与物流任务匹配模式图

2.通用储备仓库的任务分析

通用储备仓库是储存通用储备物资的主要场所。一般而言，综合仓库的业务主要围绕两个方面展开：一方面是承担战略储备物资（如有色金属、稀贵金属、天然橡胶等）的管理任务，根据上级下达的指令，按照有关规定、要求进行物资的接收、检验、索赔、保管、保养、出库发运等工作，总体看战略储备物资的周转不频繁，一般几年1次，本文按照每2年周转1次的设计出发；另一方面是在做好通用储备仓库设施的维修、更新、改造等工作的同时，根据通用储备仓库自身的实际情况主动向地方政府、军队、社会提供仓储物流服务，盘活用好国有资产，提高国有资产的使用效率和效益，实现以用促管、以用促养。具体物资储备任务主要包括以下A、B、C 3类：

A类：履行即时保障功能作用，完成战略物资储备的任务。确保储备物资数量真实、质量良好、储存安全，按照储备主管部门计划指令及时、高效完成物资接收转运的任务要求。

B类：履行急时应急的职能，服务我国的军事物流体系。急时应急，参与应急物流体系建设，在服务军事物流和参与应急物流方面主动而为。例如，湖北储备物资管理局提出建立以湖北应急物资储备基地（武汉337处）为核心，依托下属10个储备仓库的“1+10”应急响应圈；辽宁储备物资管理局成立东北地区（辽宁）仓储物流动员中心，旨在满足军事物流需求以及提升投送筹划与指挥、运力动员、物资集结、装载、运行、卸载、运达、后勤保障、信息系统等战略投送环节一体化的运作水平。

C类：平时服务。在履行好自身职责的前提下，利用闲置仓储物流资源提供社会化物流服务，通过“以用促养、以用促管”来实现战略物资储备仓库的可持续发展。经营活动涉及的物资品种较为多样，包括黑色金属、棉花、粮食、烟叶、成套设备等工业用品，其周转率较高，每年一般为 12～20 次。

各通用储备仓库从市场需求订单或指令计划中提取物资储备任务，对任务进行分解，明确任务所对应的仓储规模、所需仓储面积大小、完成储备作业所需要的时间、需要提供的仓储物流服务。根椐任务性质，可以确定所需作业的步骤、不同作业之间的衔接关系，并确定装卸搬运设备的类型，不同设备的数量配比关系。本文配置的仓储装卸机械设备主要包括叉车、吊车、堆高机、起重机等。

3.作业流程分析

根椐仓库整体空间的布局，结合仓储作业量及物资的物理特性（单位体积、大小、重量），对物资的出入库及库内存储作业区域、作业流程进行划分，对每种物资如何进行装卸、搬运、集装、存储、加工等一系列作业活动进行分析。装卸搬运设备的移动距离、作业时间及装卸物资的单元重量分析，为后续进行装卸设备的类型识别和作业能力计算提供了基础。

（1）入库流程

通用仓库收到物资接收指令后，根据接收物资的特性制定接收方案。物资到库后的入库流程主要包括：接车检验、卸货、数量验收、分配储位、物资堆码、物资信息录入。

（2）出库流程

通用仓库收到物资出库指令后组织出库，具体流程包括：保管员备货、数量清点、装车、信息录入。

通用仓库向社会提供社会化服务的出入库流程与上述流程基本一致。

4.装卸搬运设备类别的匹配

根椐作业活动的特点，结合物品的特征，依据设备可以执行的物流活动的不同，对装卸搬运过程中所需的设备进行类别划分，明确各作业环节中所需要的设备的基本类别，如：装卸搬运作业活动是否涉及集装箱、是否需要吊装设备；装卸作业是在室内还是室外、需要内燃还是电动叉车等。

根椐对仓库出、入库作业流程的分析，考虑物品的单元体积、重量、堆码方式，及作业量与基本作业环境、作业时间的要求，根据所选定的搬运设备类别，进一步明确各种搬运设备的型号（电动叉车、内燃叉车）及吨位的确定。按照建立完善仓储设备配置的模式，通过对物资储备的物流任务的分解、作业流程的分析，对装卸搬运设备类别与物流任务和业务流程的特征匹配，明确装卸搬运设备的类型，最后要解决的就是求出各种类型的装卸搬运设备的数量问题，使得完成全部物流任务的时间最短、作业效率最高。

三、装卸搬运设备保有量的配置模型

1.基本假设

通常情况下认为，通用储备仓库装卸搬运设备的使用率、完好率、台时作业能力等关键绩效指标基本稳定。然而，设备在日常运营过程中由于磨损、折旧、日常保养、维护、日常管理等方面的差异，导致不同新旧设备、不同品牌、装卸能力和作业效率会有很大差异。因此，在设备保有量的配置下进行如下假设：

（1）通用储备仓库正式运营较长一段时间，设备的各种性能指标在平时、应急或战备状况下的管理水平和运转使用情况基本稳定；

（2）通用储备仓库内储存的物资种类结构相对稳定；

（3）模型中配备的装卸设备根椐仓储作业需要进行配置，并满足所有作业条件要求。

2.模型的建立

（1）模型变量假设

设一个完整的作业流程由Q项基本作业活动环节构成，完成每项基本作业活动需要M类搬运设备，每类搬运设备有N种型号。

令Xkij (1≤k≤Q，1≤i≤M，1≤j≤N)表示第k项基本作业活动环节中第i类搬运设备第j种型号设备的台数。

qkij 表示第k项基本作业环节第i类搬运设备第j种型号设备每小时的搬运量，计算如公式1所示：

qckij表示第k项基本作业环节第i类搬运设备第j种型号设备每叉叉取的额定载荷，单位为t/叉。

表示第k项基本作业环节第i类搬运设备第j种型号设备的额定载荷利用系数。

Tkij表示每吊装或搬运1次货物的周期。如：1次叉取货物，经提升、位移（纵、横向）、卸下，并将搬运设备回复到下次叉取货物位历经的时间，单位为s/叉。

Ykij表示第k项基本作业环节第i类搬运设备第j种型号完成作业所需的时间。

（2）目标函数

在上述假设下，建立如下目标函数：

目标函数中：装卸搬运设备的效率通过作业过程中设备的装卸能力qkij体现，设备的作业效率是搬运设备配置方案的函数，作业效率与每叉叉取的额定载荷、利用系数、单位时间作业次数成正比。Ykij表示第k项基本作业环节第i类第j种型号搬运设备完成作业所需的时间。

总成本等于固定成本加可变成本。可变成本与设备作业时间成正比，固定成本主要是设备的折旧费用，可变成本主要包括燃油动力费用和日常保养维修的费用。

对于搬运系统而言，设备类型、数量、作业时间的改变最终都会影响配置方案的总成本和整体作业效率。

（3）约束条件

②设备的作业时间要合理安排，上限设置是在完成物流任务的前提下，避免设备过度使用而影响设备寿命，下限设置为保证设备在生命周期内使用的经济合理水平。

③依据物资的特殊性，选择特定型号的装卸设备，例如：某铝锭重达13t、超过2m，在库内移动只能用大吨位（20t）桥式起重机进行吊装搬运。

式中，Qs特殊物资的总的物流搬运量（t）。

④所有装卸设备的搬运作业能力总和大于等于所需搬运物资的总吞吐量。

式中，E仓储物资的总吞吐量（t）。

四、实证分析

为验证上述模型的有效性，本文以某通用储备仓库为案例进行装卸搬运设备配置的实证，该仓库的具体情况如表1所示。

表1 国储某通用储备仓库的概况

通过对该通用储备仓库的物流任务进行分解，明确所储存物资的数量、种类、特性、出入库方式，以及机械作业的场合，在对物资仓储作业活动进行分析的基础上，明确所需装卸搬运机械设备的类型包括：桥式起重机和叉车。把物流量分配到对应的装卸搬运机械设备，计算每种设备的工作能力和费用，把计算结果代入目标函数和约束条件中，并用lingo进行双目标求解，求得最终结果如表2所示。

表2 卸搬运机械设备数量配置情况

最终计算结果：15t起重机1台；10t叉车5辆；8t叉车3辆；6t叉车5辆；3吨叉车6辆。这一结果与目前该仓库搬运设备的合理拥有量与实际需求基本吻合。

本文在理解通用储备仓库装卸搬运设备配置内涵的基础上，运用现代物流系统的科学知识和理论，将物流任务、作业流程和搬运设备配置综合起来考虑，提出多任务属性的仓储设备的配置原则，归纳形成了搬运设备配置的理论模式和通用方法，设计了面向物流任务的仓储设备配置的概念模型和计算模型，并建立了基于作业效率、费用方面的双目标优化搬运设备配置模型。这种定量分析方法丰富和发展了通用储备仓库物流资源配置的理论成果，并通过实证分析得到进一步的验证。该模型对其它类型储备仓库及一般社会仓库的装卸搬运设备配置也具有一定的借鉴意义。