（系统工程专业论文）钢铁成品水运配载物流计划模型与系统开发.pdf

一 户 0 i at h e s i sf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ri ns y s t e m se n g i n e e r i n g m o d e l i n gt os h i p s t o w a g e s t e e lc o i l sa n di t s l o g i s t i c sp h o ff i n i s h e d l o g i s t i c s p l a n n i n go l n i s h e s y s t e md e v e l o p m e n t b yz h e n gh u i j u a n s u p e r v i s o r p r o f e s s o rt a n gl i x i n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y m a r c h2 0 0 8 独创性声明 钆 一 本人声明 所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的 论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外 不包含其他人己经发表或撰写过 f 0 研究成果 也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料 与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意 学位论文作者签名 菜f 慧 柏 日期 猡四罕2 闩如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留 使用学位论 文的规定 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索 交流 如作者和导师不同意网上交流 请在下方签名 否则视为同意 学位论文作者签名 签字日期 导师签名 签字日期 l 一 0 3 东北大学硕士学位论文摘要 钢铁成品水运配载物流计划模型与系统开发 摘要 钢铁企业产品的成本主要取决于原料成本 制造成本和物流成本 目前国际 原料供应日趋紧张 价格上涨 致使许多钢铁企业产品成本居高不下 利润空间 十分狭小 企业降低产品成本的传统做法主要是通过改进工艺和制造手段来降低 产品的制造成本 但是当制造成本降低到一定程度时就难以再改进 因此物流成 本的降低成为近年来钢铁企业主要的竞争焦点 对提高企业的市场竞争力具有重 要的现实意义 本文针对某钢铁企业成品水运配载物流计划问题进行了深入研究 水运配载 物流计划是指钢铁企业根据成品去向 到港站 成品在库存取位置 成品重量 和规格等信息对于给定的船体确定适合装船的钢铁成品 本文针对该问题进行了 以下三方面工作 1 根据钢铁企业成品出厂水运配载物流计划问题的特点 本文以最大化船 舶装载率为主要目标 考虑了钢卷出库倒垛 到港站 钢卷直装比率 交货期 合同状态等因素和情况 以不大于船舶额定载重和不拆分直装准发单据作为约 束 建立了数学规划模型 2 本文采用禁忌搜索算法求解该问题 根掘水运配载工艺k n o w h o w 构造 启发式算法 并将其作为禁忌搜索算法的初始解 在禁忌搜索算法的邻域设计上 先后分别采用了带选择的交换 s w a p 令 g 域和变深度邻域 实际配载数据测试结果 表明禁忌搜索算法和禁忌搜索与变深度搜索的混合算法都能够有效求解该问题 各项指标明显优于人工配载计划 其中变深度搜索和禁忌搜索的混合算法在时间 允许情况下可以获得问题更好的解 3 为了更好地将理论成果应用到实际工作中 本文设计并开发了钢铁成品 水运配载物流优化决策支持系统 嵌入智能优化算法的决策支持系统将实现水运 配载的自动化 有助于钢铁企业的水运配载计划的科学合理制定 关键词 水运配载 钢卷 禁忌搜索 变深度搜索 决策支持系统 p l w p r o d u c tc o s ti ni r o n s t e e le n t e r p r i s e sm a i n l yd e p e n d so nr a wm a t e r i a lc o s t m a n u f a c t u r i n gc o s ta n dl o g i s t i c sc o s t n o w a d a y s t h es u p p l ys h o r t a g ea n dp r i c er i s i n g o fi n t e r n a t i o n a lr a wm a t e r i a l sc a u s e sh i g hp r o d u c tc o s ta n dl o wp r o f i t t h et r a d i t i o n a l m e t h o d st od e c r e a s ep r o d u c tc o s to fe n t e r p r i s e sf o c u so nr e d u c t i o no fm a n u f a c t u r i n g c o s tb yi m p r o v i n gt e c h n o l o g ya n dp r o c e s s b u ti ti sh a r dt oc o n t i n u e r e d u c i n gw h e n m a n u f a c t u r i n gc o s td e c r e a s e s t oac e r t a i nd e g r e e t h e r e f o r e r e d u c t i o no fl o g i s t i c s c o s tb e c o m e st h em a i nf o c u so f c o m p e t i t i o na m o n gs t e e le n t e r p r i s e si nt h e s ey e a r s t h i sp a p e rc a r r i e so u td e e pi n v e s t i g a t i o na n dr e s e a r c ho ns h i p s t o w a g el o g i s t i c s p l a n n i n go ff i n i s h e ds t e e lc o i l si ni r o n s t e e le n t e r p r i s e s s h i p s t o w a g el o g i s t i c s p l a n n i n gi st od e t e r m i n es u i t a b l ec o i l sf o rt h es h i pw h o s ei n f o r m a t i o nh a sb e e ng i v e n c o n s i d e r i n gd e s t i n a t i o n s t o r a g ep o s i t i o n w e i g h t a n ds i z eo fc o i l s t h i sp a p e ri st o p e r f o r mt h er e s e a r c ha sf o l l o w 1 a c c o r d i n gt oa c t u a l s i t u a t i o na n dc h a r a c t e r so fs h i p s t o w a g e l o g i s t i c s p l a n n i n g am a t h e m a t i c a lp r o g r a m m i n gm o d e li se s t a b l i s h e d i ti sm a i n l yd e s i r e dt o m a x i m i z es h i pl o a d i n gr a t i o s i m u l t a n e o u s l yc o n s i d e r i n gd i r e c ts t o w a g ep r i o r i t y d u e d a t ep r i o r i t y c o n t r a c ts t a t u sp r i o r i t ya n ds oo n a n dt h i sp r o b l e mh a st w oc o n s t r a i n t s t h ep l a nm u s t n te x c e e dt h es h i p sr a t e dw e i g h t t h es a m er e a d yb i l l i nd i r e c tl o a d i n g w a ym u s tb es e l e c t e di n t op l a na tt h es a m et i m e s u p p o r ts y s t e m i v 1v 1 2 1 船舶配载问题国外研究情况 2 1 2 2 船舶配载问题国内研究情况 3 1 2 3 本文研究特点 4 1 3 本文的主要工作和技术路线 4 第二章钢铁成品配载系统分析 7 2 1 配载总体流程 7 2 2 水运配载介绍 8 2 2 1 水运库区 8 2 2 2 码头装卸区 1 0 2 2 3 船舶配载特点 1 1 2 2 4 水运配载计划制定流程 1 4 2 3 铁运配载介绍 1 5 2 3 1 铁运库区 1 5 2 3 2 铁运配载规程 1 6 2 3 3 铁运配载计划制定流程 1 6 2 4 汽运配载介绍 1 6 2 4 1 汽运库区 1 6 2 4 2 汽运配载规程 1 7 2 4 3 汽运配载计划制定流程 17 2 5 本章小结 18 第三章水运配载物流计划问题建模 1 9 3 1 研究水运配载计划的重要意义 1 9 3 2 钢铁成品水运配载计划问题 1 9 3 2 1 水运配载计划的产生 19 3 2 2 现状分析 o 2 0 3 3 钢铁成品水运配载计划的问题描述 2 1 3 3 1 问题目标 2l 3 3 2 问题约束 2 3 3 4 制定钢铁成品水运配载计划问题的数学模型 2 3 一v 一 目录 4 5 2 测试结果及分析 3 8 4 6 本章小结 4 l 第五章钢铁成品水运配载物流优化决策支持系统的设计与开发 4 3 5 1 决策支持系统介绍 4 3 5 2 系统业务流程分析 4 4 5 3 系统架构设计 4 5 5 4 系统功能设计 一4 6 5 5 数据库设计 5 5 5 5 1 数据库设计原则 5 5 5 5 2 数据库实现 j 5 6 5 6 数据接口设计 5 9 5 7 预计达到的技术指标和经济指标 5 9 5 8 本章小结 6 0 第六章结束语 6 1 参考文献 6 3 致谢 6 7 一v i 一 1 t 一 心 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 如何降低成品库存 减少物流成本 缩短产品发货周期 将产品按时 按质 按量地送达到客户手中 成为钢铁业一项重要的经营课题 在某钢铁企业中 水路 运输方式发货是其成品的一种重要发货方式 占总发货成本的很大比例 而船舶 配载是水陆运输方式发货的一个重要环节 合理的船舶配载计划既可以缩短装船 的周期 降低物流成本 提高效率 又可以实现资源的均衡利用 近年来 随着 国际钢铁企业的物流化与信息化 我国钢铁企业发展钢铁物流化已经成为了一个 必然的趋势 这不仅可以使钢铁企业在应对市场变化时能够快速响应市场 提高 服务水平和产品质量 还可以降低物流成本 提高管理效率 1 1 问题背景 研究目的和意义 钢铁工业长期以来一直是各个工业化国家的重要产业 最近二十年来 由于 宏观环境因素特别是经济 技术 自然和社会环境因素的影响 钢铁企业面临诸 多挑战 客户对产品的质量要求越来越高 在现有生产方式下如何提高能源利用 率等等 为了应对国内外环境的变化 目前钢铁工业已进入了一个巨大的变革时 期 钢铁制造业为了适应企业新的市场变化 正努力寻求一种新的物流管理和生 产模式 以便从根本上和整体上进行变革 l 实施制造业信息化 是以信息化带动工业化 促进传统钢铁行业结构调整和 优化升级的必然选择 2 近十多年来 国内大型钢铁企业先后都配备了企业资源 计划系统 e r p e r p 系统实现了企业产销一体化的要求 为企业生产 决策提 供了精确和及时的数据 3 j 然而 承载了巨大信息量的e r p 系统并不能为用户 提供具有智能化的解决方案 很多生产计划 任务调度的制定还需要人工完成 而人工操作往往依赖于人工经验 结果带有很大的波动性和随意性 这样给生产 和管理带来了很多不利因素 所以 目前企业亟待开发一种决策支持系统 即具 有智能优化处理功能的管理信息系统 为操作者或者计划员提供最优或近优的解 决方案 协助人们完成好各项工作 钢铁工业是典型的资源消耗型产业 当前 钢铁制造业的快速发展和世界能 源相对短缺的矛盾 使得 节能降耗 的思想越来越被企业所重视和倡导 经过研 究发现 钢铁企业生产之外的运输环节占据和消耗了相当的资源和能源 而这些 消耗很大程度上是由于运输环节自动化程度不高 工作效率低所导致 本人的研 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 究结论就是根据对国内某钢铁企业运输部的实地调研得出的 该钢铁企业产品出 厂运输环节已经使用了e r p 系统 但是我们发现e r p 系统对于产品运输只能做 到信息的共享和及时传递 而不能提供具体的配载计划和配载方案 目前 该钢 厂全部运输工具的实际配载很大程度上还依赖于人工经验 并且最终的配载记录 不够规范和详细 面对当前该钢厂运输工具配载环节所表现出的工作效能不高 管理方法不够先进的状况 研究并设计开发自动配载决策支持系统将优化该厂的 配载业务 减少物流成本 为钢铁行业的现代化发展作出贡献 1 2 相关问题的国内外研究现状以及本文的研究特点 无论对于国内学者还是国外学者 钢铁企业产品出厂配载优化问题的研究都 是一个非常新的课题 因为以前几乎所有的学者都把目光投入到钢铁企业生产过 程中的优化问题上 很少有人关注生产之外的运输优化问题 其实 在钢铁企业 内部 生产之外的运输 存储环节消耗了相当的资源和能源 如果钢铁企业内部 的物流问题得到切实优化 物流成本将大大降低 这将会提升整个钢铁企业的国 际竞争力 带来巨大的利润 4 5 1 2 1 船舶配载问题国外研究情况 钢铁企业成品 主要是钢卷 出厂配载计划的编制是一个复杂的问题 由于问 题规模很大 需要考虑的约束非常复杂 在以前系统地完成配载计划编制相当困 难 在国际范围内 关于钢铁企业钢卷配载问题研究的文章作者仅在日本文献中 看到过 而其他国家几乎没有这方面的文献发表 2 0 0 1 年日本学者t o y o h i r o u m e d a 发表的 o p t i m i z a t i o ns e a r c ha l g o r i t h mo f a l l o c a t i o np l a n n i n gf o rs t r i pc o i l si n h o l df o rs h i p m e n tb yu s i n go p e r a t i o n a lk n o w h o w 一文中提出了使用模拟退火算法 来解决钢卷装船的三维位置分派问题 他在文章中主要追求三个目标 即船舶的 载重平衡最优 装载率最大 以及装载工作效率最优 并且通过模拟退火算法在 可接受时问内得到了较好的钢卷配载方案 6 在同本文献中 船舶的吨位较大 而且运输钢卷的轮船也都是专用的 因为船舱内部都有固定的垛位 就像库区一 样 垛位的宽度有大有小 适合大小不同的钢卷 如图1 1 所示 相比之下日本 装载钢卷的船舶比中国更加专业化 目前 国外对于钢卷配载问题的研究还很有限 但是对于集装箱配载问题的 研究却非常成熟 虽然它们之间的差别很大 但是也有共性 很多集装箱配载的 研究成果对本文的研究具有启发和指导作用 例如集装箱配载也需要考虑船舶的 一2 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 装载率 船舶的装载时和运行时的稳定性 货物倒垛 以及码头龙门吊运行时间 和距离等问题 现代海上运输追求的是 在满足装载率最大的同时最小化运输时 间和运输费用 而船舶的运输时间和费用主要受到港口码头装运操作的影响 所 以编制一个合理的优化的配载计划将大大节省装载时间和装载费用 7 1 j gk a n g 等人以最小化倒垛时间和吊机运行距离 建立数学模型 然后提出了一个配载计 划的启发式解决方法 8 o 学者a k i oi m a i m o r d e c a ia v r i e l 等人提出了配载计划 的多目标函数 即最大化船舶平衡 最小化集装箱倒垛次数1 9 1 并设计了各自的 求解策略 h o l d b l o c k 二 图1 1 日本装载钢卷的轮船不意图 f i g1 1t h ep i c t u r eo f as h i ps t o w i n gc o i l si nj a p a n 1 2 2 船舶配载问题国内研究情况 钢铁企业成品 主要是钢卷 船舶配载问题的研究在国内发表的文献较少 2 0 0 2 年 学者宋健海 刘士新 王梦光 唐立新在钢铁企业产成品发货装船调度 的模型与算法一文中 以某钢铁企业产成品发货系统中装船调度问题为背景 建 立了产成品装船调度问题多目标资源受限工程调度的数学模型 结合遗传算法和 模拟退火的特点 设计了求解该问题的多目标智能优化算法 1 0 1 2 0 0 2 年 学者 王鸿鹏针对目前国内船舶配载还仅限于凭借人工经验的现状 提出了一种优化编 制船舶装载计划的新方法 即针对船体结构不同的船舶 应用有效的数学原理分 别对船舶稳性 纵强度 和吃水差三个主要目标进行整合 使得通过优化计算得 到的装载计划很好的满足了上述三方面的要求 从而达到优化船舶积载的目的 l l j 2 0 0 5 年 学者蔡真亮在其文中介绍了集装箱船舶配载计划编制系统的概况和 特点 合理配载对保证船舶安全 货物完整无损 加速船舶周转 缩短营运周期 一3 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 提高船舶营运经济效益具有极其重要的作用 1 2 学者刘勇使用神经网络的方法 对船舶配积载进行优化 并提出准确的数学模型代替人为经验数据 以提高船舶 配积载质量 1 3 1 2 3 本文研究特点 本文主要研究钢铁企业成品水运配载物流优化问题 该问题是以船舶配载计 划的制定问题作为出发点展开研究的 涉及到了产品库存管理 船舶配载的规则 以及配载计划编制等问题 本文详细分析了造成钢铁企业运输环节成本消耗高的 原因 综合考虑运输工具的满载率 客户满意度 以及库区倒卷问题 提出了优 化船舶配载计划的解决方案 1 3 本文的主要工作和技术路线 本文主要研究钢铁成品水运配载物流优化问题 结合国内某钢铁企业实际配 载现状和亟待解决的问题 研究了水运配载计划编制问题的建模和相应的求解算 法 最后丌发了一套与之匹配的决策支持系统 具体工作概括为如下几个方面 1 在国内某钢铁企业进行了长期的实地调研 充分了解钢铁企业成品出 厂 运输整个流程以及各个部门的协调关系 对于本文重点研究的钢铁成品水运 配载计划制定问题与企业的师傅们进行了充分的讨论与学习 认真收集了当前运 输配载环节的详细资料 观察师傅手工编制配载计划 为本文的研究工作打下了 坚实的基础 使理论研究具有实际意义 2 查阅了大量的国内外会议 杂志 报告和书籍等文献 了解了国内外 钢铁企业成品配载问题的研究现状和未来发展趋势 为本文所研究问题的建模及 算法设计提供了理论依据 3 基于某钢铁企业实际配载情况 将船舶配载计划问题归结为具有能力 限制的背包问题 建立了数学规划模型 4 认真分析模型的复杂度 并制定求解策略 由于该问题属于n p 难问 题 本文设计了禁忌搜索算法和禁忌搜索与变深度搜索混合算法两种智能优化方 法对问题进行求解 5 丌发一套钢铁成品水运配载物流优化决策支持系统 该系统的应用将 使钢铁企业配载环节实现自动化 并 指标 本文的工作路线示意图如图1 2 查 垄堂塑主堂堡垒奎 第一章绪论 一 图1 2 本文研究的技术路线 f i g1 2r e s e a r c hp r o c e s so ft h ed i s s e r t a t i o n 一5 一 一6 一 东北大学硕士学位论文第二章钢铁成品配载系统分析 第二章钢铁成品配载系统分析 2 1 配载总体流程 本文结合国内某钢铁企业产品出厂配载环节的真实情况 完成对钢卷配载问 题的研究 该钢厂产品主要为热轧钢带 其运输方式有三种 分别是水路运输 汽车运输和铁路运输 其中 水路运输量占全部运输量的7 0 汽运和铁运各占 1 5 目前 该钢厂各生产和运输环节已经使用了e r p 系统 e r p 系统对于信 息的录入和传递起到了十分重要的作用 但是经过调研 我们发现该e r p 系统 并不能为计划员提供配载计划的人工智能优化解决方案 目前 该钢厂所有运输 工具的实际配载很大程度上还依赖于人工经验 而且最终的配载记录不详细也不 规范 该钢铁企业产品配载环节表现出的自动化程度不高 工作效率不优的情况 在国内十分普遍 面对当前国内钢铁企业产品配载环节的落后现状 研究相应的 智能优化算法并设计开发自动配载系统将有十分重要的意义 图2 1 配载业务流程图 f i g 2 1t h ef l o wc h a r to fs t o w a g e 钢铁企业产品出厂的主要流程根据运输方式的不同而稍有区别 如图2 1 所 示 水路运输和铁路运输存在两种装载方式 一是钢卷从热轧厂发出以后 首先 一7 一 东北大学硕士学位论文 第二章钢铁成品配载系统分析 运送到目的库区进行入库 然后等待配载计划下达以后 再出库进行装载 另一 种是钢卷从热轧厂发出以后 直接运送到装载区 直接装入运输工具 我们称第 一种方式为场装 第二种方式为直装 在汽车运输当中 只有一种装载方式 就 是场装 由于直装这种装载方式在钢卷出厂的整个运输过程中省略了目的库的保 存环节 必然降低了目的库区的库存管理费用 又由于减少了入库和出库操作 将大大降低钢卷的断带率 更好地保持了钢卷的品质 但是目前 由于国内钢铁 企业产品出厂运输计划和调度技术有限 场装这种装载方式占有较大比例 然而 由于直装能为企业节省更多的成本 带来更大的利润 企业也在鼓励使用这种方 式 相信在不远的未来 直装比率一定会超过场装 2 2 水运配载介绍 2 2 1 水运库区 水运库区共有6 个 库存量大约4 万吨 其中2 个是室内堆场 分别是1 群 成品库和2 撑成品库 全部储存出口钢卷 其他4 个是室外堆场 储存国内钢卷 如图2 2 所示 b j 2 c c d 公d e e 一一 日 路 i d d e e l 成品库 2 i i 成品库 1 一 一 j 图2 2 水运库区平面图 f i g2 2s t o r a g ef i e l dn e a rt h ep o r t 一8 一 东北大学硕士学位论文 第二章钢铁成品配载系统分析 室外堆场分为四个库区 分别为1 撑 2 拌 3 撑 4 撑 每个库区又分5 个跨 每个跨都规定了具体的到港站 只有相应到港站的钢卷才能够放入对应的跨内 每个跨一般可放8 至9 行 每行1 2 列 这主要是由钢卷大小所决定 库区内钢 卷摆放两层 每个库区都有一个行车负责钢卷的入库和出库 室外堆场平面图如 图2 3 所示 1 2 排 黪a 隧 鼢眩 b l 口 d e a b 口 c d e 口 b c d e a b 口 d e 图2 3 室外堆场平面图 f i g 2 3 s t o r a g ey a r d sn e a rp o r t 堆场内全部堆放的是热轧卷 全部按照合同号堆放在一起 堆场内钢卷的信 息主要有库区 库位号 材料号 准发单据号 品名 牌号 厚 宽 长 毛重 净重 转库状态 运输方式 材态 收货单位 到港站等 钢卷入库首先是按照到港站选择对应的跨 然后再根据合同号进行入库 同 一合同号的钢卷必须堆放在一起 钢卷出库也有规律 首先按照库区顺序 取完 一个库区的钢卷后再去取下一个库区的钢卷 同一库区内的钢卷出库时 按照合 同顺序取出的 取完一个合同再取下一个合同 如果需要出库的钢卷在下层 而 它上层的钢卷又不出库 此时则需要 倒垛 倒垛操作不仅增加了钢卷出库的时 间 行车的能源损耗 而且还增加了钢卷的断带几率 在搬运过程中极易使钢卷 受到损坏 所以倒垛现象应该尽量避免 1 撑成品库内部分为a b 左右两个库区 共3 4 排 库区每一排可放置1 1 个 钢卷 上5 下6 或者9 个钢卷 上4 下5 放置钢卷的数量是由钢卷的大小决定的 以9 个钢卷为例 第一排的钢卷的放置位置如图2 5 所示 其它各排都是按照这 样的方法安排库位 每个库区内有一个桥式行车 分别标为l 撑和2 群 2 拌成品库内部分为四个库区 a b c d 库区内每一排可放置1 1 个钢 9 东北大学硕士学位论文第二章钢铁成品配载系统分析 卷 上6 下5 或者1 3 个钢卷 上7 下6 这是由钢卷的大小决定的 在该成品库 的前后库区 2 a 1 2 a 2 2 a 3 2 b g 2 b h 2 b i 2 c 1 2 c 2 2 c 3 2 d g 2 d h 2 d i 是梯形状 所以这部分库区钢卷会装的少一些 库位排号与图2 5 所示的方 法相同 2 捍成品库内有两个桥式行车 分别为3 拌和4 拌 3 撑行车负责a 区和b 区 4 群行车负责c 区和d 区 l 群和2 拌成品库平面图如图2 4 所示 l b l 图2 41 和2 成晶库平面图 f i g2 4l 撑a n d2 捍s t e e lp r o d u c tw a r e h o u s en e a rt h ep o r t 一 蕊 2 2 2 码头装卸区 图2 5 成品库内一排钢卷的摆放方式 f i g 2 5t h ew a yo fc o il sa r r a n g e m e n t 1 a l 码头装卸区有三台龙门桥吊负责钢卷装船 一台额定载重是4 0 吨 另外两 台是3 2 吨 年作业量约是2 0 0 力 吨 运送到码头装载区的钢卷有两个来源 一 是从水运库区由黄色卡车运送过来 另一种是从热轧厂由绿色卡车运送过来 每 辆堆场内黄色卡车每次最多运送三个钢卷 而每辆堆场外绿色卡车每次最多运送 四个钢卷 卡车从码头的入口进入装载区 然后在桥吊的下方停下 装载工人丌 一1 0 东北大学硕士学位论文 第二章钢铁成品配载系统分析 始协助吊机将钢卷吊入船只 直到装完为止 最后空卡车开出装载区的出口 如 图2 6 所示 图2 6 码头装载区平面图 f i g 2 6t h el o a d i n ga r e ai np o r t 实施装船操作时 需要注意以下事项 1 装载人员和船主共同协商装船方案 即钢卷装入船只的摆放布局 2 无论在装船过程 船舶航行过程 还是在卸货过程中 都要保持船体 的平衡 3 钢卷装入船以后 要摆放成列 每列之间必须保持至少3 0 c m 的间距 否则钢卷无法被吊出 4 钢卷装船时 还要充分考虑到港站的先后顺序 一般原则是 先到港 的钢卷后装 这也是为了防止再次倒垛的原因 5 当遇到多个到港站的情况 要求相同到港站的钢卷必须保持平衡 这 样能够保证先到港的钢卷卸货后 船只仍然平衡 也避免了重新倒卷 操作 2 2 3 船舶配载特点 到港的船舶共有两类 内河轮和海轮 内河轮 般都属于当地的船运公司 它们航行的距离较近 到港站也非常固定 而海轮则恰恰相反 海轮和内河轮相 比较 无论从船体结构 载重 装船方法等方面都有巨大的差别 下面将对其进 行详细介绍 东北大学硕士学位论文 g 章钢铁成品配载系统分析 2 2 2 1 内 n i 轮 1 船体结构和载重 内河轮通常只有一个船舱 基本为长方体 船舱内部结构简单 因为内河轮 船体较小 所以其载重一般不超过1 8 0 0 吨 最小3 0 0 吨 2 内河轮装载要求 内河轮的到港站可以是一个 也可以是多个 在船方无要求情况下 各到港 站的钢卷不加区分地摆放在船上 如果船方有要求 就要根据到港站安排货区 即同一到港站的货物集中堆放 不同到港站的货物分开放置 有时候 船方还有 其他特殊要求 例如将货物按照不同的收货单位堆放等等 内河轮可以装一层 也可以装两层 但最多摆放两层 这都是依据船的情况 而定 一般地 尽量将钢卷摆放在下层 如果下层已满 才选择摆放两层 但是 如果放两层 上下层的货物都必须是同一个到港站 这一原则是为了方便卸货 3 内河轮装载方法 内河轮的装船方法很多 原则只有一个 就是保证船在装载时一直保持平衡 但是最常见的操作方法是从船尾装起 一直装到船头 如图2 7 所示 i 目翰闭嚣现p 目溺 l 囱一 翰l k 2 目浏k 翰犁培i 矽 三 口0 口口 目目酗阁豳鞫f 蜀翻圈曩飘 皤纠嵫密 k 目e 纠嘲翻一 图2 7 内词轮装载j i 瞑序图 f i g2 7t h em e t h o do fl o a d i n gc o i l si n s i d eo f av e s s e l 另外 即使保证了船舶装载时的平衡 还要注意船舶的结构和承受力方面的 要求 以下是两种错误的装船方法 如图2 8 所示 这两种装法极易使船身折断 而且图 b 所示方法也不符合常理 因为先将钢卷放置在装船的中间部位 钢卷 很容易滚动 虽然内河轮到港非常频繁 但是每次到港时 都需要重新决定船舱装多少排 每排装多少钢卷 这是因为每次装船的钢卷大小不一样 这就需要根据钢卷的尺 寸来决定船舱的摆放情况 一1 2 二 东北大学硕士学位论文 g 章钢铁成品配载系统分析 f 吻同两 竹 嘲阳 蚓蚓蚓吲 翟铆 一 j 固翰 嘲 倒吲 蚓1 剧 阳阳 嗡j 嘲磷 捌训倒吲 a 鳓隅 啕剧 剖 扫固 阳阳 均瞄掣均豫一 b 图2 8 内河轮错误装载顺序图 f i g2 8t h ew r o n gm e t h o d so fl o a d i n g c o i l si n s i d eo fv e s s e l s 内部形状也各不相同 多数到港的海轮载重是2 0 0 0 吨至3 0 0 0 吨 最大6 0 0 0 吨 2 海轮装载要求 海轮到港站可以是一个 也可以是多个 同一个到港站的货可能是一家的 也可能是多家的 对于多个到港站的海轮 要根据到港站分区装 相同到港站的 钢卷装在同一区内 由于要考虑航行中各个到港站卸货后船体的平衡 所以具体 的配载图需要船方和码头负责人共同协商决定 海轮上钢卷的摆放方向与民船的不一样 海轮装载钢卷时必须放置两层 一 般每排上层放1 到2 个卷 这是为了保持船舱的平稳 因为上层的钢卷由于重力 会挤压住下层的钢卷 从而保证海轮远航时 船舱内不发生晃动 同时为了卸货 方便 上层钢卷的到港站要与其下层的钢卷相同 并且不允许大卷压小卷 如图 2 9 所示 3 海轮装载方法 7 t 一 一一r l 暧 图2 9 海轮装载图 f i g2 9t h el o a d i n gs i t u a t i o ni n s i d eo fas h i p 一1 3 东北大学硕士学位论文g 章钢铁成品配载系统分析 海轮的装载方法主要取决于船舱的个数 但总的装载原则是保证装载时船体 的平衡 下面将两个船舱和三个船舱的装载方法总结如下 两个船舱的海轮装载顺序 首先从前舱的后部开始装 装到一定量以后 再 从后舱的前部装 装到一定量后再去前舱接着装 按照此顺序直到船舱全部装满 如图2 1 0 所示 0 00 固00 与0 0婴 广一 uu 0 0 0 o o 0 图2 1 0 两个船舱的海轮装船顺序图 f i g 2 10t h em e t h o do fl o a d i n gc o i l si n s i d eo fas h i pw i t ht w oc a b i n s 三个船舱的海轮装船顺序 首先从前舱的后部装 装到一定重量 然后再装 第二个舱 从后部丌始 装至一定量 然后装第三个舱 从前部开始 装至一定 量 按照此顺序直到将三个船舱全部装满 如图2 1 l 所示 000 00 0 7 三 n t gr 一 鲤 r o 00 0 9 0 图2 11 三个船舱的海轮装船顺序图 f i g2 11t h em e t h o do fl o a d i n gc o i l si n s i d eo f as h i pw i t ht h r e ec a b i n s 2 2 4 水运配载计划制定流程 目前 配载计划主要是由有经验的计划员作出的 做计划的原则是 计划绝 对不能超过船舶的额定载重 并且在不超过额定载重的前提下 计划重量越大越 好 同时还要兼顾钢卷的倒垛情况和合同交货期情况 只有同时平衡各方面的要 求 并且得到最大的船舶装载率 才算是一个好的计划 下面是计划员制定计划 的主要步骤 1 首先确定所做计划的船舶信息 以及船舶去向信息 然后根据到港站 信息查询出所有满足条件的合同 形成了 组批 数据池 2 在 组批 数据池中 优先选择直装的合同 如果直装合同满足船舶额 定载重 则不选择场装 如不满足 则将直装合同全部选入计划的同时 再选择 部分场装合同 优先选择场装合同的条件依次为 合同交货期 合同状态 转库 状态 一1 4 东北大学硕士学位论文第二章钢铁成品配载系统分析 3 当船方对钢卷的牌号有具体要求时 需要考虑这一项 但若无牌号的 要求 就可以不用考虑它了 补充一点 当到港站有多个时 分两种情况 一是船方不告知各个到港站的 具体装载量 这时需要计划员根据合同情况自己决定各到港站的装载量 二是船 方严格规定某个或某几个到港站的装载量 这时需要计划员制定计划时 充分考 虑各到港站的装载量 最终满足船方要求 2 3 铁运配载介绍 2 3 1 铁运库区 铁运库区主要分为a b 两区 每区均有一个行车 a 区可放置钢卷1 7 列 b 区可放置2 0 列 其中a 1 a e 和b 4 b k 每列最少放置1 2 排钢卷 最多放置 1 7 排 a f a h 和b 1 b 3 最少放置6 排钢卷 最多放置8 排 如图2 1 2 所示 2 3 2 铁运配载规程 铁运配载具有严格的装车规程 具体归纳为以下四条 1 一列火车共有7 节车皮 要求每一节车皮装的货物必须都是同一到港 站 并且都是同一收货人 但是一列火车可以装不同去向的货物 2 每节车皮装载量不得超过车皮的额定载重6 0 吨 同时不能低于5 0 吨 3 每节车皮装完之后 要保证车皮两头重量差小于1 吨 车皮左右重量 一1 5 东北大学硕士学位论文 第二章钢铁成品配载系统分析 差小于0 5 吨 4 每节车皮装载2 或4 6 8 件时 分为两组装在车辆两端 每组为l 或2 3 4 件的货组重心分别落在车辆转向架中心销上 货组长度大于3 8 m 的 靠车辆两端板装载 每车装载3 或5 7 9 件时 车辆中部装一件 该件重量不 得大于1 3 吨 其余分为两组 重心分别落在车辆转向架中心销上 货物长度大 于3 8 m 的 靠车辆两端板装载 2 3 3 铁运配载计划制定流程 配载计划主要是由计划员作出的 其制定计划的步骤如下 1 计划员根据合同到站信息查询出所有满足条件的合同 形成了 组批 数据池 2 计划员判断 组批 数据池内钢卷的大小 根据钢卷的大小估算出一个 车皮能装钢卷的个数 然后再根据 组批 池内钢卷数量 依据公式 总钢卷数量 一个车皮装的钢卷数木车皮数 大致估算出所需的车皮数 并将车皮数上报至铁 运处 3 计划员作配载计划时 优先考虑直装合同 在无直装合同的前提下 东北大学硕士学位论文第二章钢铁成品配载系统分析 e 公路 d cba 4 5 公路 图2 1 3 汽运厍区图 f i g2 13t h ep i c t u r eo fw a r e h o u s es t o r i n gc o i l sl o a d e db yt r u c k 2 4 2 汽运配载规程 由于汽车装载量较小这一特点 汽车通常应用于近距离运输 一辆汽车额定 载重范围是1 0 吨至3 0 吨 所以一辆汽车每次大约可以运送3 至6 个钢卷 汽车 装载并没有复杂的装载规程 主要的原则是在不超载的情况下 使各个钢卷摆放 平衡 汽车装载过程如下 每次提货的司机都是拿着一张 提单 来取货 库区的工 作人员根据 提单号 从产销系统下载该提单包含的所有钢卷 然后按照一定顺序 顺次出库 这样做的好处是 使行车运行距离尽可能短 2 4 3 汽运配载计划制定流程 目前 配载计划主要是由有经验的计划员作出的 做计划的原则是 计划绝 对不能超过船舶的额定载重 并且在不超过额定载重的前提下 计划重量越大越 好 同时还要兼顾钢卷的倒垛情况和合同交货期情况 2 5 本章小结 经过为期半年的实地调研和考察 本章汇总了所有的调研资料 对钢铁成品 一1 7 l 2 3 4 s 6 7 8 9 m n n n n n n m 9 8 7 6 s 4 3 2 l h q 厂孔 q jli 东北大学硕士学位论文第二章钢铁成品配载系统分析 出厂发运配载相关业务进行了详细的归纳总结j 钢铁成品出厂发运总共有三种方 式 船舶运输 铁路运输和汽车运输 船舶运输具有周期长 运量大 装载复杂 的特点 铁路运输具有运量大 操作方便的特点 而汽车运输主要是短距离运输 装载量小 其中对于出口的钢铁产品只能采用船舶运输的方式 所以靠近港口的 钢铁企业具有非常便利的出口条件 目前钢铁企业配载计划的制定主要依靠人工 经验 缺乏优化的管理思想和科学的理论指导 它们亟待提高配载业务的自动化 程度 而且由于水运配载环节要求在保证船舶装船时 航行时 以及卸货时平衡 的同时 还要考虑如何选择钢卷 哪些钢卷组合装船装载量最大 钢卷的位置分 派等等一系列优化问题 这些都为从事物流优化领域的人们提供了很多的研究内 容 目前该领域尚未引起专家学者的广泛关注 因此认真研究钢铁企业内部船舶 配载将具有十分巨大的科研发展前景 一1 8 东北大学硕士学位论文第三章水运配载物流计划问题建模 第三章水运配载物流计划问题建模 本章首先介绍钢铁成品水运配载计划与水运配载之间的关系 提出了该问题 的研究意义 然后详细分析了问题的目标和约束 并建立了数学规划模型 最后 对数学模型以及问题的解的性质进行了较为深入的分析 3 1 研究水运配载计划的重要意义 在国内某钢铁企业中 水路运输方式是该企业最重要的一种发货方式 占该 企业成品总发货量的7 0 而船舶配载又是水路运输的一个关键环节 科学优化 的船舶配载计划既可以提高船只的满载率 降低物流成本 提高配载效率 又可 以实现资源的均衡利用 而目前该钢铁企业水路运输成本居高不下 其主要原因就是在船舶配载计划 制定时 没有全面考虑库存 配载 以及船方的要求 制定的配载计划导致钢卷 出库时大量倒卷 同时又由于是人工凭借经验制定计划 根本无法得到计划的最 优结果 使得船舶满载率一直无法提高 近几年 全球的钢铁市场产量与消费量都呈上升趋势 而钢铁成品的贸易也 越来越频繁 越来越重要 因此 钢铁成品物流开始在世界范围内得到了比以往 更多关注 降低物流成本 提高运输效率成为钢铁企业生存发展的必然趋势 目 前 钢铁企业由人工制定的水运配载计划导致了高物流成本 低发运效率 已成 为水运配载的瓶颈 这种落后的人工配载方法使得企业在日益激励的竞争中 愈 发失去竞争力 如何改善钢铁企业的这一状况 制定出科学优化的配载计划正是 本文所努力研究的课题 3 2 钢铁成品水运配载计划问题 3 2 1 水运配载计划的产生 水运待组批钢卷 从字面理解是等待组批的钢卷 也就是可以进行装船的钢 卷 根据选定的船舶到港据站 以及船方对钢种的要求 从待组批钢卷集合中选 择符合要求的钢卷 组成 水运组批钢卷 集合 水运配载计划 就是从水运组批 钢卷集合中按照一定的选择原则选出的钢卷集合 最终形成配载计划 水运配载 计划的产生过程如图3 1 所示 水运配载计划的制定是一项比较复杂的工作 它需要综合考虑多项因素 并 东北大学硕士学位论文第三章水运配载物流计划问题建模 最终从组批钢卷中选择出最好组合 形成配载计划 选入计划的条件主要有 1 优先选择直装钢卷 同一准发单据号的直装钢卷必须同时选入计划 2 场装钢卷按照交货期从前到后排序 优先选择交货期早的合同 3 在交货期相同的条件下 尽量按照合同号选取钢卷 优先选择合同状 态大于等于5 1 的合同 4 当一个完整的合同无法选入计划时 优先选择上层钢卷和转库状态高 的钢卷 这样尽量避免钢卷出库倒垛 5 选入计划的钢卷总重量必须小于等于船的额定载重 水运配载计划制定的好坏 主要根据以下几个目标综合判定 1 船舶装载率越高越好 船舶装载率 r 即配载计划的总重量 船舶额定 载重 装载率合理的取值范围是o r l 水运组批钢刭匿至二7 箩睦 不嘉嚣轼g 匕黝一根据钢种黟 匕剥考虑交货期矿幽 东北大学硕士学位论文第三章水运配载物流计划问题建模 合同信息 形成 组批 数据 第二步 计划员仔细察看 组批 数据内合同的交货期 是否直装等特征 优 先选择直装合同 如果直装合同满足船舶额定载重 则不选择场装 如不满足 则将直装合同全部选入计划的同时 再选择部分场装合同 选择直装合同时 按 照准发单据号来选 因为不可以拆分直装准发单据号 第三步 选择场装钢卷要优先考虑合同的交货期 合同状态 转库状态 在 不超过船舶额定载重的条件下 首先选择交货期最早的合同 接着 交货期相同 的情况下 优先选择合同状态大于等于5 1 的合同 当无法全部选入合同时 计 划员往往就按照随机顺序将合同的一部分钢卷选入计划 从上述钢铁成品配载计划制定的过程来看 其存在如下几点不足 1 组批 数据规模较大 合同属性信息较多 且手工选择的速度较慢 因而 制定计划过程需要消耗大量的时间 2 由于计划追求多个目标 计划人员在选择时难以兼顾 很容易疏漏某 一项 对于优先级的考虑也是如此 计划人员无法精确按照所规定的优先级操作 所以经常会出现比较随意的情况 难以保证计划的质量 3 大规模的数据中挑选适当的钢卷 组合成计划 组合过程要求很高的 技巧才能得到最大装载率的计划 而这一点计划员很难做到 因为计划员当场无 法进行精确计算 所以得到一个最优的计划是非常困难的 综上 目前钢铁成品水运配载计划的制定仍处于靠经验工作的状态 受操作 人员的主观因素影响较大 整个过程的稳定性较差 船舶的装载率亟待提高 3 3 钢铁成品水运配载计划的问题描述 3 3 1 问题目标 水运配载计划主要是在 组批 数据内部进行合理选择及组合 其目标是 严 格按照各项优先级关系进行选择 以相对较低的物流成本为代价 最大化船舶装 载率 同时最大程度地满足其他目标 例如倒垛次数尽可能少 到港站尽可能少