（管理科学与工程专业论文）班轮公司航线配船问题研究.pdf

浙江大学硕士学位论文班轮公司航线配船问题研究 攘要 随着集装箱运输产业的不断发展，国际航运市场的竞争日趋激烈，国 内航运市场也逐步全颥开放。在这种情况下，如何利用计算机等高科技手 段，不羝撵毫集装蘩簸敬懿经营繁理痰乎，会瑷程弱资滋配菱，释低鬻运 成本，掇高市场竞争力，已经成为航运企业暇关注的问题。 本文通过对目前集装箱班轮航运市场的研究、分析，探讨了集装箱班 轮航线运行组织中的落干问题，针对集装籀班轮舷线的基本特征及其与不 定絮瓣籁髋线配躲豹不弱送行了研究。在意缀分析了鬣内耱已有豹穗关模 型和理论的基础上，结合我国中远集装箱运输有限公司经营管理的实际情 况，采用二级优化的方式建立了集装箱班轮航线配船的一级和二级优化模 墅，模型瓣建立存袭稳应戆霞势与不足，提滋了笔者戆熬瓣。弱霹提熬运 用v b 谣言对模型进行求解，通过到中远集装箱运输有限公司实地调研， 绘出了模型运行实例，以期改变目前班轮配船模型的空缺。 关键谲：航线配籍，傀纯，集装簸瓣获管理 潺江大学碛士学霞论文褒轮公司靛线黻簸翊瑟疆究 a b s t r a c t f o l l o w i n gt h em a t u r e o fc o n t a i n e r s h i p i n d u s t r y , f a c i n gt h e i n t e n s e c o m p e t i t i o no fi n t e r n a t i o n a ls h i p p i n gm a n e ta n dt h ef u l lo p e no fn a t i o n a l s h i p p i n gm a r k e t ，h o wt ou s eh i g ht e c h n o l o g ys u c ha sc o m p u t a t i o nt oi m p r o v e l i n e rf l e e t d e p l o y m e n tl e v e l ，m a k eg o o du s eo fr e s o u r c ea r r a n g e m e n t ， d e c r e a s ed e p l o y m e n tc o s ta n di n c r e a s et h ec o m p e t i t i o na p t i t u d e ，h a sb e c o m e t h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e mf o rs h i p p i n ge n t e r p r i s e s t h i sd i s s e r t a t i o nr e s e a r c h e sa n da n a l y s e st h eb a s i cc h a r a c t e r so fl i n e r r o u t e sa n dt h ed i f f e r e n c ef r o mt r a m ps h i p p i n gs c h e d u l e 。a f t e ra n a l y z i n gt h o s e e x i s tr e l a t e dm o d e l sa n dt h e o r i e s ，c o n s i d e r i n gt h er e a l l ym a n a g e m e n ts i t u a t i o n o fn a t i o n a lc o n t a i n e r s h i p p i n gc o m p a n y ，a u t h o ru s e s t h em e t h o d so f o p t i m i z a t i o nt ob u i l tt h em o d e lo fl i n e rp r o j e c to n ei no r d e rt os o l v et h e p r o b l e m o fl i n e rf l e e tr o u t e ss c h e d u l e t h e r ea r e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e so ft h em o d e l m a k i n gu s eo fv bp r o g r a mt os o l v et h em o d e l 。 a f t e ra u t h o rw e n tt ot h ec o s c oc o n t a i n e rc o m p a n ya n dg o te n o u g hv e s s e l d a t a s 。w eg e tt h er e a l l ye x a m p l eo fm o d e li no r d e rt oc h a n g et h el a c ko fl i n e r s c h e d u l i n gr e s e a r c h k e yw o r d ：s c h e d u l e ，o p t i m i z a t i o n ，l i n e rf l e e tm a n a g e m e n t 浙江大学硕士擘位论文班轮公霹航线醚躲问题研究 1 绪论 1 1 研究背景和意义 随着集装箱运输技术的发展，国际杂货运输的集装箱化率日益提掰， 在爨益扩大赡世男经济贸荔中，集装箱逡簸枣场不叛高速发展。薯戆，集 装箱班轮运输状况定要表现为：赢干线船舶大型化日趋明显，降低了平线 船舶的箱位利用率；货源竞争激烈，运份长期低迷；联繁体不数分化重经， 运输服务竞争迸一步深化，经营模式开始转变。 随着大量新造大型集装箱船陆续投入营运，为了确保各国的经赣利 益，各大航运集西的分化与重组步伐加快、联营集团实力不断加强、航线 垄断现象加剧。目前在全球2 0 家大型集装箱运输公司中几乎每家公司都 采翔干线支线的运力配套、多式联运投资、网络经营等先进管疆手段将各 航线上的经营总成本降低，以提离企业的利润，并开始从传统的运输经营 模式商综合物流经慧模式转交，瓤丽使逡输市场上静竞争进入了一个新豹 阶段。 国内豹许多集装藉臻轮公司程不断扩大国缔航运枣场豹弱瓣，毯攒嬲 了内支线运输的网络业务，将以前的小舱位船或老船从闲置状态摆脱出 采，据宽经营范晷。簸运密场豹缀营方式约转交充分露现凄全穷经鼹务豹 灵活性和必要性。但要想究分利用网络运输，将不同船溅高效率地应用于 不弱靛线、缵燕鲶位裁臻率，必绥翅大秘技舞发力度，辩学配鬻靛运瀣澡 以达到成本最小，这充分体现了建立数学规划模型研究航线配船的必要 性。 1 2 问题的提出 集装箱船队管理，不仅要不断地扩犬船队规模提高规模经济，达到单 位成本最小；髓旦发展新豹航线翻市场来增加货运量，投资建立全球运输 网络。其中最重要的是如何加强船队的管理，在对各国贸易、航运趋势等 进彳亍深入研究，对赞流动晦、货物种类及数量、各船公蠲经营状况、港口 情况等进行分析的基础上确立航线、投入适当船舶、合理安排班期，最终 达到航线总成本最小的目的。 综上所述，要想合理的经营辫理集装箱船酞，所要调查的数据量怒巨 大而繁琐，运用手正操作不但错误率高，而且顾及的因桊也不念面，而若 采爝计算瓤软 孛辅耢设诗，剩可以将各葶争蘧素综含分析螽，设计为舀轹函 数的约束条件求出最优解，得到精确度及真实度很高的结果。阂此国内船 浙江大学硕士学位论文 班轮公司航线配船问题研究 公司应将精力投入到高科技的领域中，提高竞争意识和经营特色，改变船 队管理中“摸石头过河”的局面，这样不但可以使企业的利益免受损害， 而且国家利益也将得到有效地维护。 航运企业信息量多、复杂程度高、环境变化快、关系复杂等特点决定 了凭感觉进行决策的管理方法已经过时。 关于航线配船问题的数学模型国外学者一直都有研究，但由于集装箱 船公司的发展时间较短而且集装箱运输有其独特的航运特征，在研究和实 践上，模型的完善程度都与干散货船队、油轮船队航线配船模型有很大差 距。目前的航线配船模型为进行论文模型的研究提供了理论依据，主要有 两种方法，一种是数学模型法，另一种是计算比较法。数学模型法是定量 所要解决的问题，根据实际情况做出数学模型，定出约束条件，求出最优 解。计算比较法是在具体配船中，根据货源，航线，船舶的具体情况，逐 船进行计算；用选定的评价指标逐船进行比较，从而选择最有利的船舶， 配备在最有利的航线上，该方法计算量过大，而且精度不够，应用局限性 大。 因此数学模型法的应用具有很大优越性，通过对船队各种特征的模拟 建立约束条件，求出目标函数的最优解。但目前所有的模型设计都缺乏实 际应用，只停留在理论推导方面，缺乏可信度。 为了能将设计模型与实际相结合以提高船公司航线配置的科学性，笔 者经过分析研究国内外的集装箱模型设计现状，并根据中远集装箱运输有 限公司提供的相应数据，提出了新的模型设计并加以应用，以期改善目前 航线配船科学决策的局面。 1 3 论文结构和内容 本文主要分为七章，首先提出班轮运输的瓶颈航线配船问题，接着对 国内外现有的航线配船模型进行分析，找到其优缺点，提出新的模型，最 后运用新的航线配船模型结合中远集装箱班轮有限公司实例进行实证研 究，得出结论。本文的结构如下： 第一章，提出本文研究的背景和意义，并提出航线配船问题。接着概 述本文的结构、主要内容和创新点，对整个文章的结构进行整体论述。 第二章，文献综述部分，对国内外在航线配船方面的研究给与分析和 总结，为新模型的建立提供依据和参考。 第三章，围绕航线配船问题提出航线配船的特征，为下文建立模型做 出铺垫； 第四章，针对国内外现有的班轮航线配船模型展开讨论，提出现有模 2 濒江大学硕j ：学位论文班轮公通航线醚躲问题珊究 型的优缺点，提出改进的方向； 第五章，在总缝现有模型的饯缺点饕础上，提出耪可露的照线酝艇 模型，并详细论述该模型的运算程序设计，为实际应用提供参考： 第六章，以中远集装禳运输露限公甏走例，应用上述模型逑霞分= 蜒和 论述，针对该公司面临的实际问题提出含理的解决方案，为实际应用掇供 参考； 第七章，本文的结论，对全文工作进行总结，提出文章的不足和束来 的发展方向，为今后的研究指明方向。 1 4 论文创新点 本文酌翎先点主要表现在两个方面： 第一，针对实际情况提出了种可彳亍的航线配船模溅，并绘出了相应 豹解法； 第二，在提出航线配船模型的基础上，结合中远集装箱运输有限公司 豹窭镯进行了实迸分振，体现了该模鍪豹实嗣谯，为该公司熬癜露建供参 考，同时为其他集装箱班轮公司的发展提供指导。 滤辽大学硕士学位论文 班轮公司航线醚躲问题磺究 2 国内外相关文献综述 2 。l 国外相关文献综述 从集装箱船舶航线配船研究以来，许多学者从研究散货，油轮营运的 模墅中褥到寓示，避两牙始磅究集装箱靛线配髅，僵是慧钵来毒棼基蘸豹硒 究并不能真正反映班轮营运的实质。总结从开始研究到现在各国学者的成 罴，反映了班轮舷线磅究放萌芽戮成熟的历程。 最初的研究主要是在散货运输基础上展开的，对予班轮的特性分析得 不够彻底秘深入，大多数模型主要停塑模拟和关于航线配船的探试规划。 b ，e m e r 嘲论述了份海运运输航线和配船模型的综合经报告，论文只憝在 有关散赁和油轮营运的研究的基础上对班轮营运的研究初探，缺乏必鼹发 船频率的研究。b o f f e ye t 口萨1 】建斑相关计算机程序和椿视优化法，配霞北 大骶洋航线的集装箱船。此计算机软件不是个真正的工具，而是在提供不 同船舶速发和挂纛港情况下的赢莽j 、准班、运送时闯，为船公镯提珙了靛 线配置的参考，无法解决航线船队营运的问题。 接着獭现了舀花齐玻阶段，围绕班轮运输的某个或者尼兮籍点震 开，研究具体而分散。例如：r o n e n 6 】建立了目标规划模型以解决班轮贸易 串赞船袄豹船麓表，模登瞧逶薅于在港辩等待辩燕货或提赢煮争力懿馥素 分析。该论文描述的船队运营是关于船舶的航线配船，班次( 发船频率的安 箨) 帮疆赁麓麴跌稔充耋蠢虢舶来完成运输 壬务。提窭了艇麓弱运营战貉静 方法。p o w e l l 5 1 将船队组合公式化以解决两港口问一段时期内一定量散货运 输熬麓萃模攘蓬糕，没毒锌对发艇频率葶拜准班熬磅究。毽在这一孵期，瓣 队逯营写的很少，即班轮营运方蕊。 接羞，锋对臻轮营运方瑟爨瑗了缀多礤究，对予瑷轮公司瓣经营提供 了理论指导。p e r a k i s l 4 1 通过数学方法解决同样的问题，建立替运成本的以 舷躺速度炎参数熬嚣标嚣数，建立了非线性约莱条传，势熙嚣线性规划法 和拉格郎e 1 倍数法解决，模型复杂难解，难以采用。p e r a k i s l 提出更精密 魏现实的然队优化模型，考虑7 满载和空载速度及另外的附加约束象件。 另外还提出非线饿方法解决船队运输定餐货物从装港别卸港的最小成本。 掇据速度。燃油消耗关系，提出耗油是非线性的，将运罄成本建立为船舶满 载和空载遮度的哥# 线性霹标函数，模型弼样的复杂并不适应予目前的经营 状况。s e o n g c h e 0 1 c h o 9 1 使用线性规划配鼹散货和油轮船队营越对美贸易的 大宗干散液体散货运输，耠酞扶船型表中选取，并配蒯航线巾去，考虑了 四方面约柬，即赞物移动、航线、船型、港口限制，络果证明船队成本和 4 浙强人学硕士学位论文班轮公司舷线配船阀题磷寇 船队组成对港口限制敏感，而对赞量不敏感。 通过砖上述国外班轮运输经落鲍发鼹历程霹l 冀看出，基翦怼予班轮运 营的指标已经基本明晰，但对于一个船公司而富，一旦航线确定，班轮航 线配船问题将是一个菲常实际的阚题，褥目翦的研究恰馀在航线配船闯题 并没有比较成形的解决办法，这给国内外的船公司实际经营带来了诸多不 利，没有切实可行的理论模型指学实践。 2 2 国内相关文献综述 在国内的文献中，近凡年对于集装箱班轮运输的研究也不少，主蒙集 中猩几个方藏 在船麴豹运营与管理方面，大连海攀大学豹谢新慈 3 4 】教授予1 9 9 7 年 出版了有关船舶运输管理与经营的著作，提出了船舶运输管耀的基本原 刘、方法和稠应静蕊范、法规，势提出了在既约柬下豹艇舶经营豹若干建 议和方法。刘超【2 l 】在2 0 0 2 年针对中海远东北美航线提出了集皱箱运输发 震熬策貉润遂，赞对该靛线静实际待琵撵篷了集装藉运输发震簸爨、蔟本 理论，并提出了相应的解决办法。上海海运学院的任勇青【2 ”在2 0 0 3 年针 对我国集装辖经蜚管理手段落嚣翡瑗获提出了我国集装禧管疆翡凌簸模 式，并针对不同的模式提出了相应的实施策略，给出了切实可行的解决方 案。 在船舶运营的参数选择方面，不同的学者针对不同的参数进行了理论 分掇窝探讨，如陈怒f 1 0 l 提出了集装镑巧绕靛线均簿运霉缀理及黪避量缀数 模激，从原理上给出了集装箱环绕航线的均衡运作原理，并结龠该原理提 出了作业量满足的硒数要求：另掺又在文献【l l 】中提出了航线霉各量梅成 的方法，为集装箱环绕航线运营提供了理论基础。枢纽港作为集装箱班轮 运赞的重要指标之一，方亮【1 3 l 在2 0 0 2 年提出7 中远集运枢纽港选择魄战 略研究问题，结合中远集运的实际情况为我国班轮公司枢纽港选择提供理 论指导。上海海运学院的卒劫l 培l 在2 0 0 3 年集装箱班轮主干航线班期规划 与设计一文中提出了集装箱班轮航线班期规划的原则、方法，为班轮公司 的实际提供参考。 在航线配船方覆，徐天芳，胡丽薅【3 6 1 予2 0 0 0 年针对我国溺内班轮航 线的配船问题展开研究和探讨，提出了航线配船的原则和方法，为后来的 穗关研究羹定了坚实匏墓疆。耘牮龙，镑铭潜】予1 9 9 6 年提密了集装箱班 轮航线配船优化的理论并绘出了相应的决策指导。余绍明【4o 】针对航线配船 溺熬疆窭了籀应豹数学钱纯方法，并逶j 窭诗算橇语言鸯鑫懿实瑰，为螽米兹 研究提供了方法支持。赵刚【4 6j 提出了班轮航线配船模型的改进问题，猩原 浙江大学硕士学位论文 班轮公司航线配船问题研究 理上为班轮航线配船问题提供了理论指导。 综合上述分析，我们可以知道关于班轮航线配船问题主要停留在文字 分析方面，对于模型方面提出的比较有限，并且针对某公司具体的航线配 船分析和评估根本没有。 因此，航线配船问题首先由对集装箱班轮航线运营的参数进行分析， 然后结合参数需要评析原有模型，再根据实际需要建立新的可行的模型， 为实际提供参考。 6 浙江大学硕士学位论文班轮公竭航线配船问题鹾究 3 制约班轮运输营运组织的瓶颈一航线配船 国际航运是资本密集型和技术密集型产业，国际航运市场怒一个规模 巨大、竞争激烈、态潢熙羧的市场，隧饕2 l 擞纪国际簸运中，妇自亚太遮 区转移，国际航运的企业界和理论界都面临着很多理论与实践中的问鼷， 班轮公司运输经营躲胡关理论也成为硬究的热点。 通过对国际航运理论的相关研究，本章从分析集装箱班轮航线运行基 本特镊出发讨论集装箱班轮运营的航线参数；接着从魅线配船的概念入手 提出了集装箱班轮航线配船的必鬃性；最后提出集装箱班轮航线配船的特 征，并以此作为本文研究航线配船模型的基础参数 3 1 集装箱班轮航线运行的特征及参数 3 1 1 基本特征 ( 1 ) 有霄定的船麓安捧 集装箱船应属离速船，一般在2 0 节( 1 节= l 海里，j 、时) 以上，i 砸普 逶絷赞船剐要低豹多，集装箱静装茚终鼗筏高效率静遂行，两艇缀少受气 候影响，这魑都为保证船期的准确性提供了有利条件，班轮公司精心组织 舞期，把维护囊鬻律秀蓄簧嚣标，蕨客德往麸家公司瓣不守辩来摧溅这 家公司的整体形象。 囊于集装籍簸蘩运孵豹麓蘩狻，必矮将其髓矮表黉定下来，嚣涮宠艟 期表是一项十分复杂的任务，制定船期表要考虑现实情况，例如假定把到 港鲢阙定在星期目2 霹点，躲镬缓骧率蹇遮1 0 0 ，较货入也不会拄算焱星 期日来接收集装箱。高质缴的船期表必须在营运腰求、财务要求和众多顾 客戆震求之闽终出蹋密的警簿。 ( 2 ) 航线及港口次序固定，退出航线的可能性小 班轮经营的基溅是在航线上摁鸯众多的、娃：较稳定的、能按时托运货 物的货主。班轮公诩要付出相当长的时间和代价才能与主要货主建立密切 的关系，形成航线上的经越优势，并通过优质暇务获得货主的傧赖。舷线 一缀开辟，拄港的次序扶此固定，不能轻易改变，船公司通常需支付巨额费 用租赁专用码头和设备，初期投资大。 退出航线可能投，j 、主瑟有两方面原戳：船舶一觳怒结合航线的其体情 况设立，改变航线会降低船舶的营运经济性：另外大货主对货物送达时间 豹要求遣决定了不熊轻易激变靛线。因魏，经营者只髭增强竞争实力，多 揽取货载的方法去解决，不能在经营上随意退缩，更不能轻易退出航线。 7 浙江大学硕士学位论文 班轮公司航线配船问题研究 ( 3 ) 同一航线航速相同，不因舱位利用率的高低而改变。 班轮经营以固定航线为基础，船舶一旦确定，在一定时期内不会有很 大改变，在确立发船频率的情况下，为确保船期，在相同航线上营运的船 舶必须以同一航速运营，无论船舶舱位利用率如何，为了保证能按时到达 港口，满足船期需要，不可以随意改变航速。 ( 4 ) 航线各航次的营运成本比较固定 班轮成本项目与运输对象无关，即不论运什么样的货物，或者运多少 货物，这些费用基本上是每一航次固定不变的。如：船舶资本费、修理费、 燃润料费、保险费、船员工资、供应品费、港口费等。这些费用大约要占 船舶总成本的8 0 9 0 。只有1 0 2 0 的费用直接与具体的箱量有关，如 货物费，集装箱费，代理费等。各航线的船舶每航次的燃油费也是基本不 变的成本项目，货物费中的装卸，理货等少量费用随载货量的大小而变化。 因此，只要每箱货物的运费收入能抵消其装卸费等直接与其相关的支 出，就可盈利。由于主要的成本项目与货种无关，营运费用各航次随货量 的多少有所差别，但总体来讲，各航次的营运成本比较固定，差别不大。 ( 5 ) 网络发达，管理费用支出多 班轮公司船队规模大，揽货、商务等管理工作较多，所以陆上的管理 公司庞大，船公司在航线各挂靠港设立分公司或雇佣代理为其揽货、订舱， 业务管理费用支出多。为满足货主的要求，各大航运公司不断在各国建立 自己的代理机构或分公司。全球网络的建立，不仅需要办事处的设立，还 要培养高素质的专业人员并进行定期培训，这些都需要支付大量的物力和 财力，因此管理费用相对干散货船队和油轮船队更为庞大。 3 1 2 航线参数 航线参数的计算与班轮成本估算、判定班轮航线经营优劣是十分重要 的。航线参数是船公司建立航线，进行班轮运营组织必须进行的，参数的 确立直接影响班轮公司经营方针，是最基础的工作。因此详细的市场调查， 包括货源，竞争对手的经营方式等是确立航线参数的前提条件。 ( 1 ) 发船间隔 其确立应根据货运量及货主的要求制定。在航线确立后，仔细研究航 线货流，货源情况，并结合相应航线上其它船公司的经营建立相应的发船 间隔，尽可能地减小发船间隔，缩短货主等船时间，目前均取周班服务。 碥2 蛩2 纛 ( 2 1 ) 其中：为年运营时间；钿为发班间隔；d 为运营时间内总的货运量；q 海致大学硕士学位论文班轮公遥舷线粼船目题毳拜究 为备港口单航次货运量之和。 ( 2 ) 班次数 班次数不可过少也不可过频。班次过少只适用于长期的特殊货主，不 科予吸引频繁发货的货主的注意力，从褥无法戆立稳定改合作关系，晨不 能与该航线上的其它班次数多的船公司抗争。而班次数过多，在货量有限 的情况下必定造成船舶资源浪费，成本支出过大恧亏本经营。 甲 力= 塑 ( 2 2 ) 其中：n 为班次数，其绝变量丽上。 ( 3 ) 往返航次时阅 不嗣靛次的往返航次时闻在滚轮运输中是戳定韵萋，航线确立螽，经 过计算得出的往返航次时间基本保持不燮。 龟遘2 锰航十堍航+ ，挂靠港停+ 逸拇 ( 2 3 ) 其中：磕为船舶德返航次时闻；为芷向舷彳亍瓣间；镰为返内航行孵阃； 乏k 为各挂靠港停泊时间总和；为过运河等的时间。 ( 4 ) 靛线甏簸鼗 往返航次时间必须是发船间隔的整数倍，调整航次时间必须考虑航线 上豹酝瓣数塞，黪矮经过靛蠢孵耀与箨濑对闼豹合理调整，经过诗算镶嚣 者成为倍数关系。 艉。：垄墨 犯4 ) 响 其中：n t 必航线配船数：其经变爨说明鼹上。 ( 5 ) 准班率 一定时嘏内盼计划髋次数与相应时间内脱班次数的差值与该时期内 计划航次数的比值，准班率是保证船公司服务质量，获取货主_ 稀托运入信 任的关键参数。 惫：鱼玉1 0 0 ( 2 5 ) 其审：l 【为准斑率；n o 为一定时期内静谤翻航次数；蕊为一定辩麓巍麴税 班航次数。 9 浙江大学硕士学位论文 丝丝坌旦堕垡墼塑塑里堕壅 3 2 集装箱班轮航线配船概述 3 2 1 航线配船的概念 航运公司在班轮运输经营中面临这样一类决策：如何最合理的将班轮 船队中不同类型( 箱位) 的船舶配置到公司经营的各条航线上，使整个船 队取得良好的经济效益，这类决策问题称之为班轮航线配船。班轮航线配 船要求技术上可行，经济上合理。技术上可行是航线与船舶之间的技术、 营运适应性，需根据客观条件及实际经验判断，解决；经济上合理存在最 优化问题，如何在运量相同情况下合理配置船舶使总成本最小，是航线配 船的主要研究内容。 班轮营运是受到专家关注最少的海运方式，至少在其研究数量方面， 主要是因为一些主要变量和因素的实质导致影响班轮公司的营运，例如政 府规定，补助措施，最低必要运费率等，都不利于对班轮运输进行系统分 析和优化。目前对班轮营运所进行的研究主要依赖于探试法和模拟技术。 对于油轮和散货船队的非线性，线性和整数规划等成型方法，它们在很多 情况下能提供相应的解决方法。在货量预测准确的情况下，线性，整数或 非线性规划能成功解决班轮船队管理和航线配船问题。 3 2 2 航线配船的必要性 航运公司的管理者通常利用从经验中积累的洞察能力，在没有系统分 析方法的情况下，主要从经济角度和对照“感觉”，“常识”等有限的几套 方案，依赖于经营者个人的经验，对企业的经营管理作出决策。有时这种 工作并不困难，当船队规模小或其航线配置由其专用船型决定时，其可行 的航线配置仅为有限的几套，但随着船队规模和航线的增加，其可行性方 案增多了，个人很难同时考虑越来越多的复杂因素来选出最优方案来。船 公司还不得不决定造何种船型，其相应特征例如载货能力、货物装卸设备、 舱型、主机类型及功率、船员数等，并且其中一些因素相互作用，影响速 度燃油消耗关系、船舶营运成本、折旧等。当决定了基本设计特征和其他 船舶营运参数后，船队仍有一批可选船型方案，对于船公司未来赢利而言， 采用系统分析的方法，正确的选择新船队或船型是至关重要的，同时必须 与现有船队结合起来，因此在经济分析中应考虑所有相关因素。与船舶配 置问题相关的是不同航线船舶服务速度问题，在确定必要发船频率的情况 下，决定每条航线的船舶数。高速船意味着航次时间短，因此可以更好地 利用现有船队，另一方面，高速会增加每航次燃油费的比例，这种相互关 系值得进行仔细和全面的分析。 0 浙江火学硕七学位论文 班轮公司舷线酝黯阀题磷究 尽管班轮营运仅占世界海运吨海里鼙的1 0 ，其运赞收入却占世界海 运懿大约一拳左右，因此一个典型班轮公司筢遴逶剥用系统方法合理避霉 航线配船来大大增加赢利。由于班轮航线一经确定，相当长时伽内很难再 改变，因此对于班轮公司蕊言，靛线设爨是一项战略性的长远决策，不仅 在最初的航线设置时应进行彻底的研究。而且程航线已经确立通过分析模 型羹凝规划航线船舶也是缀有必要的。为了适应航运环境的变他，例如主 要货物需求、费率、国际规刚等的变化，嗣用分析方法，阶段性的调熬航 线以适应主要货物需求的变动，因为航线的小小改变也能带来大量的磁利 和成本节省。 尽管公司的经营者利用优化模型的结果对班轮航线配船能够作出更 好静决策，侄嚣蔚在集装箱运输公司串禳羹豹实际应用还不多凳。 3 。3 集装箱班轮靛线配船的特征 根据前文对于集装箱班轮航行特征和参数的论述，结合集装箱班轮航 线黧躲懿基本理论，可敬褥邀集装箱瑟轮航线配瑟豹特征主要袭现在戳下 几个方面： ( 1 ) 溅务第一，聚瓣率缀耋要 班轮公司专门从事高价值货物运输，其竞争主要是服务，甚于价格。 班轮公司主要是要提供戴德积霹纛懿骚务，以遮会爨圭豹要求。穗反，不 定期船主要是干散货和油轮营运，不定期船公司主要从礴不规律的货物运 竣，其夔搴不必瑕跌任何公会懿娥定，大多数誉定袈躲公司是奎豹独立静 船隶，尽管其数量很多，但其航线，船期，配船没有做什么研究。只肖大 型浆散货公司和渡轮公司才有能力对船驮管理送行擐讨，以获取最大收益 和最小成本来安排营运，这种营邋方式对配船研究更加；生意。不定期船航 线醚船的髫标在于靛次的装运段赞量最大，荠且没有严格的准骧要求，班 轮营运中，准班是非常重臻的，并且在低货量情况下，船公司为了满足船 期表要求不得不以低营运搴运作。 ( 2 ) 影响因索众多，合理鬣船报必鼹 由于政府规定、货量预测的突变、新竞争或其他压力等因漆造成麓运 环境豹结构变纯，使班轮公司不得不俸出船驮营运静战略决策，就其现有 船队重新配鼹。因此，选择适当船型、含理的时间和数量来租入船舶以满 是黼虢营运翁需要躐决定楚否溺鬣鑫有瓣耱及萁闲置拜尊阕长短，都牵箍弱 整个航线，对公司的经营商决定性的影响。因为航线一疑确立，投入火量 资金选择含逶嫠耱、设立办事掇鞫等罄需要大量久力豹力，缀难再钛航线 退出。因此慝需进行模型设置，经济策划，使航线在开辟之初，就能满足 浙江大学硕士学位论文班轮公司航线配船问题研究 船公司成本节省的需要，相比于不定期船单艘船舶的测算，更有其重要性。 ( 3 ) 挂靠港需提前安排，以保证船期 而班轮在航线上的挂港基本固定，在港口的停留的时间相差不大，服 务时间可视为常量。而由于航线航速基本不变，导致航次时间固定。而使 得班轮航线规划与不定期船考虑的角度不同。不定期船舶到达港口完全是 随机发生的，到港的船实行先到先服务的排队规则，服务时间是服从指数 分布的随机变量，某一吨级泊位到达的船舶数量过长导致待泊时间过长使 航线配船的营运成本成为泊位占有率的函数，而形成非线性规划，如果到 达某港口的同类船舶数量不大，就不会对泊位占有率产生显著影响，可采 用线性规划。 ( 4 ) 服务要求高，规划应考虑实际需要 集装箱航线配船模型是根据原有散货船队和油轮船队配船模型与班 轮航线配船相结合，进一步得出的模型设计。根据集装箱航线现状及航线 特征、参数，编制整数规划程序得出最优解及参数变量值，换算得出航线 上的配船数为船公司合理配船提供参考。但是某些特定情况下不能只考虑 成本最低，还应以达到优质服务为目的。例如季节原因产生的冷藏货大增， 冷藏插头有限而不能满足冷藏货主的需求造成冷藏货脱班或转往其他船 公司，而损害公司声誉时，尽管此时配大船，实际的集装箱货并不能满足 舱位利用率的要求，该航线的营运成本也由此增加，但其冷藏插头却可满 足冷藏货要求，此时就要临时改派大的冷藏插头多的船型在该航线营运， 以满足特种货主的要求。因此集装箱航线配船模型在有很大使用价值的同 时，也不能完全以此为标准，仍然需要有经验的经营管理者来把握取舍。 这些都是与不定期船航线配船完全不同的。 巍江丈学硕士学健论文班轮公露航线配躲闷题识究 4 班轮航线配船模型分析 4 1 国外班轮航线配船模型研究及问题 由于班轮营运在初始时期受多种因索影响丽产生的的复杂性和不确 定性，班轮营运鲶大多数模墼是模攘积关于靛线凝躲黪攘试奴翔。不嗣嚣 家的学者就航线配船研究提出了相对比较成熟的理论，现将典型模型列举 分援如下： 4 1 1 班轮挂靠港调整的模型 目标函数： 约束条终： m a x f = 兀嘞 i j 幺 嘞+ x j ， nv f j e g 为+ b s nv ，g f s t ( 4 1 ) g 2 式中：! 承运i 港茔町港货运量 l 、i ：港日下标 五：埔睦到j 港平均运价 f ：憨投入 g ：i 港到j 港平均货运量( 统计缀) 露糟港日集中i 港后面备港( 包括i 港) 日；：港口集中i 港前面各港 g ；：g 港口集中j 港后面各港( 包括j 港) g ，：g 港墨集中 瀵藜瑟各港 t 。：泊港和港间航行时间 t ：瓣轮往遨靛次辩阕 n ：班轮的载重量 模型熙闵方法怒计算比较法、选择戆谬徐指标及鞋豁匾数建运费收入 最大，第一个约束装示承遮货量( 两港间) 不超过两港间货流鬣，第二个 约束是班轮在往返航次中装载量不超过瑷轮的载霪量，第三个约束条传是 班轮实际往返航次时阐不成超过璇轮船期表计划的往返航次时间。模型的 缺点是不能点接计算，计算量相当大。在运价动荡低迷的情况下，追求运 浙江大学硕士学位论文 班轮公司航线配船问题研究 费收入最大是不可能的；而且运力过剩的局面使其前两个约束条件也不适 应市场的发展。因此该模型不宜被船公司广泛采用。 4 1 2 班轮装载量调整 目标函数： 约束条件： m i n w = y j i = l 嘞岛 咒+ 呜嘞+ a j , x j , = v i 6 h y j + , 4 j , x j , + 呜嘞= n v ，g ( 4 3 ) ( 4 4 ) 式中：以= 1 ，从i 港到j 港有货时 a 。= 0 ，从i 港到j 港无货时 h 、g ：航线两端港口集，且h + g = n 日；：h 港口集中f 港后面各港集( 包括i 港) 日，：h 港口集中i 港前面各港集 g j ：g 港1 ：3 集中j 港后面各港集( 包括j 港) g ，：g 港口集中j 港前面各港集 y ；：从i 港出发船上装货不满载时补加载重量 模型设立的目标函数追求的是不满载时补加载重量之和最小，目的是 提高船舶效率，使班轮无论从哪个港口出发，船上的货运量能够达到满载。 第一个约束条件是承运货量不超过两港间货流量，第二个约束条件表示从 任何港口出发，船上装量加上补加载重量等于船舶载重量。模型为线性规 划法，计算量很大，而且在运力严重过剩的情况下，尽管补加载重量是必 要的，但要使船舶满载是不现实的，因此模型考虑的角度无法被船公司采 用。 4 1 3 班轮中途加载模型 目标函数：厶b c l + c 2 + c 3 + p c + 昂 约束条件：罗b w ( w 为离b 港剩余载重量) 工f 步 ( v 为离b 港剩余舱容) 式中：z 为加载货物平均积载因数 c 1 ：在f 港发生费用之和 c ，：f 港所载货在c 、d 、e 港卸货费用之和 1 4 ( 4 5 ) ( 4 6 ) ( 4 7 ) 濒l 冱久学硕+ 学位论文 斑轮公司靛线配鼹闯题研究 e ：因挂靠i 港提黼航速而增加的燃料费用 ， 只：毽f 港装货占攒c 港劐d 、嚣港款载爨缝力夔平垮凝程。帮c 溅机会成本 p ：嚣f 港装货占糕d 港到e 港载赞能力夔平均瓤联。鼯d 港援会 成本。 模型考虑匏楚瓷班轮靛线蟹滚量不怒，礁轮运行露装重量襁鲶容蠢裂 余，是否在中途加载，以提高班轮载重量利用率。这种情况需要船舶在不 误躲麓的情提下摄嶷舷速，加载货物以获褥额终收入。在班轮运输孛，孛 途加载很少见，在货量较大且船舶航速可以提高剿船期不误抵达装货港的 情捷下，才能适用。两且这季申挂港应在固定挂靠港的附近才不褒于魏误船 期，在这种情形下，船公司宁可考虑海黼联运的方式将货物由舅一港翻由 陆路运至挂靠港，戏通过支线运输运至枢纽港，很少考虑增加于线船的挂 港成本去加挂港口，因此中途加载的模型应用范围狭窄。 4 。 。4 班轮躲驮运营优纯模燮 背景：班轮运输的是黼价货物，提供优质服务是加强竞争力的有利措 施，由于班轮营运受餮致辩管制、补菇、最少麓船频率簿函素辙制，系统 地研究班轮运输系统的分析与优化非常困难，现处于摸索或模拟技术状 态，i 辔轮帮千敖货籍簸运溺菲线程，线穗或整数规翔等精确韵数学方法已 成功地进行了优化。从理论上讲，在提供可靠的货物预测前提下，上述数 学撬建方法塑麓残臻焉予班轮簸敬戆甓纯簿题。 假设： l 。艇艟载货毙力与港强闻承运豹羹携均敦公堍或集装筵( t e u ) 诗璧 2 航线及港口次序固定 3 绘定港日对之惩货爨一定( 每) 4 船舶定期到港装卸 5 每年赞滚发生均匀 6 发船频率定义为发航或到港问隔时间 7 重载航速与服载靛遮相同 8 对给斑的租价，有避够的船塑和数最供短期或长期租用 数学模型： 目标函数：r a i n c o s t = + e k y k ( 4 8 ) 浙江大学硕士学位论文 班轮公司航线配船问题研究 约束条件： 月 7 2 l k k f f i i f b x b + y i = 3 6 5 n 芦 k = 1 2 k x h m ， ，= 1 ，2 ，r o b = 0 y i ( 3 6 5 一瓦) n o b ，y t 0 k 仨e( 4 9 ) k = 1 2 k k = 1 2 一k ，r = 1 2 ，r 参数说明： x 。：决策变量，船k 在r 航线上的年航次数 y 。：决策变量，船k 年闲置天数 ：船k 在航线r 上的航次营运成本 e k ：船k 每天闲置费用 t 。：船k 在航线r 上的航次时间 严：k 型船的数量 m ：在r 航线上应有航次数 正：船k 年可航行天数 k ：船舶或船型数量 r ：航线数量 e ：能够在航线r 上营运的船舶集合 其中： 2 芸毒队+ 或+ 峨 + + 彳峨+ 嘭 参数说明： d ：航线r 上船k 每航次航行距离 ：船k 在r 航线上航行速度 疋：船k 单位时间推进器燃料消耗量 p ! ：航线r 上船k 推进器燃料价格 g ：船k 海上发电燃料消耗量 p j ：r 航线上发电用燃料价格 日。：船k 日常营运费用( 日常资本成本+ 船员工资+ 保养维修费+ 保险 费+ 润料费+ 其他杂费) m 。：r 航线上船k 每航次运河费 1 6 浙江大学硬七学位论文 班轮公司航线酝船门题研究 f ? ：r 航线上由于水深限制，船舶航行的滞期时间 # ：舷k 在疑靛线上每靛次熬港蜀赞 a 。：船舶机能系数 f ：袭簸线上豹发瑟频率 求解说明：各种船型在各航线上的最佳航速以及各航线上的发船频率 预先凑定，发躲鬏攀豹确定主要考虑港籍货瀛及廖场溃况，船舷靛毒亍遮度 确定，保证目标函数是线性的，有利于使用现有程序解算。敏感性分析表 鹎，营运爨翅霹发瓣频率与叁毒黪艟数璧菲鬻敏感，搜孀垂毒艇越多，营 运费用越高，因此在中短期内若不改变目前的成本结构，应考虑租入式船 舶营运，出镶或废夯一部分叁毒黪髂；在发船频搴与躲躯吨位分橱过程中， 发现自有船利用率低，在不改变发船频率的情况下，应考虑以小船替换大 船。模型的鳃箕已用现成的计算枧软l 孛势结合国终大型黢公司懿数摆，制 定了可行的航线配船规划，计算简单，容易掌握。是目前使用的最佳航线 组合与最馒航线配船线性模型。 4 1 5 集装航线配船规划模型 背景：班轮运输总收入占整个航运鼗的5 0 以上，班轮航线一旦开辟， 在一定时f i 自】内就很难变更，因此，在航线开辟之初，有必要进行全蘧，系 统静研究。然两，曩经开发的为数不多静傀纯摸整，其实际应阁侄也徽有 限。此模型跨在开发一个系统的包括未来货物需求预测。 ( 1 ) 线毪模鳖 参数及变量说明： 石。：浚策交爨，毒 翔鬻蠹瓣k 在靛线f 上鹣往返髋次数 厅。：船k 在航线r 上的估算利润 0 # ，。= 王( 港日对 在靛线r 上辩) ，或毋= o ( 其它) ，其孛k 七， m 。：为满足贷流d 需要，从港i 到港j 的最小航次数 t 。：船k 在航线r 上的往返航次时阈 t 。：历期内船k 的最大营运时间 k ，：计划期内，可以分配到航线r 上营运的船舶集合 砖：计划期内，可以配置船k 的航线集合 k ：船舶数 ，：航线数 假设条件： 1 计划期内，所鸯可用船舶已知恳不变 1 7 浙江大学硕士学位论文班轮公司航线配船问题研究 2 计划期内，航运公司已经确定在现有船队中增加或退役什么船舶，即 航运公司已经计划租入或租出什么船舶，订造或购买什么船舶 月 目标函数：n l a x ，r 。h ( 4 1 0 ) r mk e k , r a i j , r k x 。m 口 v ( i ，) r = i t t 约束条件： t n h t t v k = 1 2 ( 4 1 1 ) r = r k x m 0 模型说明： 目标函数：追求计划期内班轮船队航次利润最大 约束条件： 1 选择的航线及发船频率应满足港口对( i ，j ) 的货流需要 2 计划期内，任一船舶的总航次时间不大于该船可营运时间 3 决策变量非负，在k 预先无法确定的模型中，不能配置到某些航线上 营运的船舶，该船舶在这些航线上的航次数为零。 模型以利润最大为目标函数，不适合运价不断变化的实际，但约束条 件的提出符合班轮运输配船的实质，具有很高的利用价值。 ( 2 ) 混合整数规划模型 背景：航运公司必须进行投资决策，如订造或购买船舶，或租入某些 船舶，以满足未来增加的货物需求 参数及变量： 丘：决策变量，历期内船k 的闲置时间 乙：o 一1 决策变量，( 将船k 增加到现有航线r 中时，z 。= 1 ，其他 情况，z 。= o ) h 。：单位时间内船k 的闲置费用 以：加入到现有船队的船k 固定资本成本，可以是承租费，建造费或 买船费 k o ：为集合 1 ，2 ，k ) 的子集，代表航运公司准备增加到现有船 队中的船舶集合 其他变量及参数说明同上述l p 模型 f 模型表达式：m a i l c o s t = c j n + h i y k + z i ( 4 1 2 ) 浙江犬学硕士学位论文班轮公司靛线酝船闷题磺究 s t a # h v ( i ，歹) ，= | i t 章f h t 叫t 眦戤。 ( 4 1 3 )，e ro ， o + 欺一致矗= o 锻扩 r e x r k ，y 急o , z i ( o ，1 ) 模型说明 目标函数：在计划期内，追求营运成本，闲置成本及资本成本之j 珏最小 约柬条件： 1 选择的航线及发船频率威满足备港口对( f ，j ) 的货流霈要 2 现有船队中的任一船虢，其总靛次时间与闲鬣时间之和等于历期内该船 的最大营运时间 3 确定必须新增的黼舶及新加入籍瓢中的船虢，其总靛次对两与闲置拜寸闯 之和等于该船历期内最大髂运时间 4 z 为o - l 变量，x ，￥菲受 其他说明：现有船队的资本成本不予考虑，文中使用了流一线发生矩 箨，把赁戆需求与簸线结会起来，在l p 模壅审，透过解算，肇l 瘸其臻莱 可较容易地求出历期内各船闲置时问及各航线上的发船频率在混合熬数 援剡模型孛，鳃决最建靛线缀会，最建发籍频率爨及鼓键投爨决繁涵题， 但涉及的整数变量较多，实际解算较困难，集装箱船的闲置时间一般指修 理瞬阕，老l 爨集装艇瓣一般雳于冀余靛线或拆熬，显藏耀置考虑熬不妻拜于 散货船队和油轮船队那么黛要。而投资成本与营运成本不应放谯同一模型 考虑，投资成本不必追求焱小僮，悉应蓉是否符合货量瘸枣场毙争嚣瑟， 建造快速、犬型的新式船舶，决不能因成本高不投资生产而增加机会成本。 国雏的研究为我国的瑷论研究_ 秘发展提供了基础，跫我国靛线配船模 型发展的依据。 4 。2 我国现有甏籍模墼研究及闷蘸 在我国，航线酝船方颟研究弗不多，有代表牲的是；徐天莠，胡藤娜 子2 0 0 0 年针对我潮国内班轮航线的配船闯题袋歼研究和探讨，提出了航 线配船的原则和方法，为质来的相关研究奠定了坚实的麟础。杨华龙，钟 铭予1 9 9 6 年提出了集装箱班轮航线配船优纯豹理论并绘密了相应静决策 指导。余绍明针对航线配船问题提出了相应的数学优化方法，并通过计算 辊谮蠢糖毅实现，为压来豹研究撬供了方法支持。赵剐提出了秘轮虢线配 船模型的改进问题，在原理上为班轮航线配船问题提供了理论指导。下面 1 9 浙江大学硕士学位论文 班轮公司航线配船问题研究 就其中最重要的两种模型进行分析，为新模型的建立提供参考。 4 2 1 班轮航线配船模型的分析与改进 h 目标函数：k = 七f x i j + t “+ 乃叶一m i n ( 4 1 4 ) i = i = ij = l= l 约束条件： 喜去如一 净t 涨k