【導(dǎo)讀】基于物流一體化的我國進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)系統(tǒng)研究

　　

【正文】 ，是勢單力薄的一方，造成我國鋼鐵企業(yè)首先在礦石的進(jìn)價(jià)上就難以具有競爭力；運(yùn)輸環(huán)節(jié)由于各家企業(yè)自行組織運(yùn)輸，雖然也有的企業(yè)交給航運(yùn)公司來完成運(yùn)輸，但企業(yè)內(nèi)并沒有以物流系統(tǒng)的觀念來對待進(jìn)口礦石的運(yùn)輸；堆存環(huán)節(jié)，各家企業(yè)由于與航運(yùn)公司間缺 乏足夠的信息溝通，使的礦石的到達(dá)數(shù)量與鋼鐵廠的處理能力之間會產(chǎn)生一定程度的不匹配，當(dāng)不匹配的量過大時(shí)就會在鋼鐵廠內(nèi)產(chǎn)生較大的堆存，從而帶來很大的堆存成本。圖 3－ 1 是各鋼鐵企業(yè)自行組織物流的交易關(guān)系圖，從圖上我們可以看出，每家鋼鐵企業(yè)同時(shí)與數(shù)家供應(yīng)商交易，涉及到訂購與運(yùn)輸各個環(huán)節(jié)，交易關(guān)系非常復(fù)雜，再加上中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，其復(fù)雜程度可想而知，因而整個系統(tǒng)的物流成本也居高不下。 我國進(jìn)口鐵礦石物流系統(tǒng)的改進(jìn) 如果建立完善的物流系統(tǒng)，包括在主要港口建立礦石物流中心，并由第三方物流公司來承擔(dān)運(yùn)輸與堆存任務(wù)，建立 起信息管理系統(tǒng)，將有助于改進(jìn)上述情況，提高鐵礦石物流的服務(wù)質(zhì)量，并有效降低物流成本。鋼鐵企業(yè)可以聯(lián)合起來，進(jìn)行聯(lián)合采購，以取得價(jià)格上的優(yōu)惠，一般來說鋼鐵企業(yè)都會一次性簽訂一年的采購合同，第三方物流公司（可由航運(yùn)公司拓展業(yè)務(wù)后承擔(dān)）根據(jù)各家鋼鐵企業(yè)預(yù)期的礦石需求情況向相應(yīng)的供應(yīng)商分批發(fā)出送貨要約，同時(shí)根據(jù)各家企業(yè)的即時(shí)需求情況從礦石物流中心運(yùn)輸?shù)V石至鋼鐵廠供生產(chǎn)之需。這樣就能在多家鋼廠不同的需求峰谷之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，即能發(fā)揮運(yùn)輸上的規(guī)模效應(yīng)，又能使堆存總量保持最低，而這對于單個鋼廠來說都是很難做到的。 從圖 3－ 2 可以看出，第三方物流公司（包括鐵礦石物流中心）可以承擔(dān)運(yùn)輸功能、堆存功能、信息處理功能，甚至可以幫鋼鐵企業(yè)向供應(yīng)商進(jìn)行訂購，所有的供應(yīng)商和鋼鐵企業(yè)都與第三方物流公司直接聯(lián)系，第三方物流公司將進(jìn)口鐵礦石的供需雙方緊密的聯(lián)系起來，使得交易次數(shù)明顯減少，保證了物流鏈的順暢，提高了服務(wù)的質(zhì)量，使得物流網(wǎng)絡(luò)大大簡化，同時(shí)也降低了物流成本。這都可以大大減少交易環(huán)節(jié)，節(jié)省交易成本。 鐵礦石的通過物流中心的中轉(zhuǎn)供貨方式，由第三方物流公司集中各相關(guān)鋼鐵企業(yè)圖 3－ 2 各鋼鐵企業(yè)通過物流中心組織物流的交易關(guān)系圖 基于物流一體化的我國進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)系統(tǒng)研究 24 的進(jìn)貨信息，根據(jù)計(jì)劃大批量從國外進(jìn)口礦石，從而增大運(yùn)輸批量，減少運(yùn)輸次 數(shù)，并且使礦石的堆存相對集中。這樣既節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用，又有利于降低用戶庫存，對鐵礦石物流系統(tǒng)本身和整個社會都是有益的，特別是對需求量小的中小型鋼鐵企業(yè)效益更加明顯。 在這一運(yùn)輸系統(tǒng)中，第三方物流公司將礦石供應(yīng)商處的礦石不直接運(yùn)至需求方，而是先運(yùn)至港口的堆存中心（或稱物流中心），再根據(jù)鋼鐵廠的即時(shí)需求運(yùn)至鋼鐵廠，有的可能還需要一次或幾次轉(zhuǎn)運(yùn)。對整個鐵礦石供應(yīng)鏈依據(jù)地理位置對鋼鐵企業(yè)進(jìn)行區(qū)域劃分，并在每個區(qū)域建立一個物流中心。 物流中心是鐵礦石供應(yīng)商與鋼鐵企業(yè)之間的中間環(huán)節(jié)，有幾個主要作用：一是起著轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)的作用，二 是可以對礦石進(jìn)行保管，三是可以嘗試提供初步的礦石配比等增值服務(wù)。對于我國的進(jìn)口鐵礦石物流系統(tǒng)，由于供應(yīng)商與鋼鐵企業(yè)之間的距離較遠(yuǎn)，運(yùn)費(fèi)昂貴，物流中心（通過對鐵礦石的轉(zhuǎn)運(yùn)和保管）有利于減少供應(yīng)鏈的成本，通過使進(jìn)貨地點(diǎn)靠近最終目的地，物流中心使進(jìn)口礦石物流鏈獲取了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)槊總€鋼鐵企業(yè)都通過自己所在區(qū)域范圍的物流中心進(jìn)貨，使得物流中心能夠大批量少批次進(jìn)口礦石，同時(shí)由于物流中心只為鄰近地區(qū)鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)運(yùn)礦石，使得二程轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用不會太高。 由此我國構(gòu)建出我國進(jìn)口鐵礦石物流系統(tǒng)的框圖如下： 圖 3－ 3 進(jìn)口鐵礦石物流系統(tǒng)的框圖 A1 寧波 馬跡山 青島 天津 蛇口 黃埔 防城 湛江 Am B1 Bj Bk Bn 供應(yīng)商 物流中心 二次中轉(zhuǎn)及三次中轉(zhuǎn) 鋼鐵企業(yè) …… …… …… …… …… 基于物流一體化的我國進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)系統(tǒng)研究 25 第四章 海運(yùn)物流系統(tǒng)優(yōu)化模型的建立 模型的假設(shè)條件 ： 本模型的建立以及求解基于如下的假設(shè)條件： （ 1）假定共有 I 個供應(yīng)商（ i =1， 2???， I）， K 個鋼鐵企業(yè)（ k =1， 2???， K）， 1個物流中心，礦石種類有 1 種。 （ 2）進(jìn)口鐵礦石的運(yùn)輸是一個動態(tài)過程，對于物流服務(wù)商而言，幾乎隨時(shí)隨地都要作出決策，因此本文所涉及的變量 tiX ， tkY 是帶有時(shí)間標(biāo)志的。從理論上講， t應(yīng)該是連續(xù)的，但根據(jù)操作實(shí)踐及簡化問題的需要， t 是離散的，由此產(chǎn)生了如何確定 t 的間隔區(qū)間的問題。確定間隔區(qū)間的方案有多種，有按日歷時(shí)間、流轉(zhuǎn)活動的起止點(diǎn)，以及流轉(zhuǎn)活動時(shí)間長度的最小公倍數(shù)等方法。本文運(yùn)輸計(jì)劃的制定中，用日歷時(shí)間月來作為時(shí)間間隔期，選定一年為一個研究期，共 12 個時(shí)間間隔，即 t＝ 1， 2???，12。這可以使問題大大簡化，又符合實(shí)際情況。 （ 3）供應(yīng)商運(yùn)輸階段以及最終港口至鋼鐵廠的運(yùn)輸階段忽略。主要是鐵礦石產(chǎn)地到海運(yùn)港口間的距離，以及最終港口到鋼鐵廠之間的 距離或遠(yuǎn)或近，都需要一種或幾種運(yùn)輸工具來運(yùn)輸，而這段運(yùn)輸與本文所研究的進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)物流關(guān)系不大，因此不予考慮。 （ 3）海運(yùn)方式僅限兩種船型。雖然在航運(yùn)市場上有著噸位、船齡、國籍等各不相同的很多種干散貨船舶，但隨著遠(yuǎn)洋船舶大型化的進(jìn)一步發(fā)展， capsize 船型在長距離遠(yuǎn)洋運(yùn)輸中體現(xiàn)的優(yōu)勢十分明顯；而在沿海運(yùn)輸中， handy 船型在實(shí)踐中也體現(xiàn)出很好的經(jīng)濟(jì)效果。因此，本文只針對這兩種船型進(jìn)行討論。 （ 4）船舶運(yùn)輸能力約束。假定供應(yīng)商處的礦石均能滿足每個 capsize 航次的運(yùn)輸需求，只考慮船舶每航次都能滿載的情況 。同樣，假定物流中心處的礦石也能滿足每個 handy 航次的運(yùn)輸需求。 （ 5）庫存能力的共享。多用戶的礦石可以堆放在同一堆場，每個堆場并不一定是為某一用戶專用，而是多用戶共享。 模型參數(shù)： t—— 表示研究期內(nèi)的某個時(shí)間段 （ t =1， 2… … 12） 基于物流一體化的我國進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)系統(tǒng)研究 26 T? —— 表示研究期內(nèi)的時(shí)間段的長度（天） kD —— 鋼鐵企業(yè) k 在時(shí)間段 t 內(nèi)對鐵礦石的需求量 iS —— 供應(yīng)商 i在時(shí)間段 t 內(nèi)對鐵 礦石的最大供應(yīng)量 iG —— 將鐵礦石從供應(yīng)商 i運(yùn)至物流中心的單位航次運(yùn)輸費(fèi)用 kC —— 將鐵礦石從物流中心運(yùn)至用戶 k 的單位航次運(yùn)輸費(fèi)用 stC —— 時(shí)間段 t 內(nèi)鐵礦石在物流中心的單位堆存費(fèi)用 P—— 港口物流中心的總的堆存能力 tST —— 時(shí)間段 t 物流中心的鐵礦石的平均庫存量 tSS —— 鐵礦石的在 t 時(shí)間段的安全庫存量 iT —— 由供應(yīng)商 i到物流中心的航次時(shí)間 kT —— 由物流中心到用戶 k 的航次時(shí)間 α—— 遠(yuǎn)洋船舶的營運(yùn)效率 β—— 沿海船舶的營運(yùn)效率 模型變量 iX —— 供應(yīng)商 I 所在的航線上船隊(duì)配船數(shù)量。 kY —— 鋼鐵企業(yè) k 所在的航線上船隊(duì)配船數(shù)量。 DWTi—— 從供應(yīng)商 i向物流中心運(yùn)輸?shù)V石的船舶的運(yùn)輸能力。 dwtk—— 從物流中心向 用戶 k 運(yùn)輸?shù)V石的船舶的運(yùn)輸能力。 模型構(gòu)造 目標(biāo)函數(shù) 本模型以某個時(shí)段為研究對象，時(shí)段長度取為一個月。研究某個月內(nèi)，為滿足用戶需求物流中心要派出的沿海船舶的數(shù)量，同時(shí)，物流中心在向用戶運(yùn)送完礦石后，應(yīng)保有一定的礦石堆存量，以供下一時(shí)段的需求。這就需要定期定量的從供應(yīng)商處運(yùn)輸?shù)V石，也就產(chǎn)生了遠(yuǎn)洋運(yùn)輸中的派船問題。研究遠(yuǎn)洋派船費(fèi)用、沿海派船費(fèi)用以及庫存費(fèi)用的總和最小，就成為本模型的目標(biāo)。本文即是研究如何在合理配置遠(yuǎn)洋船數(shù)量、噸位以及沿海船的數(shù)量、噸位，使得物流中心的堆存數(shù)量在滿足用戶需求的前提下，堆存費(fèi)用與運(yùn)輸費(fèi)用的總和最小。 基于物流一體化的我國進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)系統(tǒng)研究 27 對于面對眾多用戶的進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)物流系統(tǒng)來講，要以整個海運(yùn)環(huán)節(jié)的總費(fèi)用最小為系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)，這些費(fèi)用中包括遠(yuǎn)洋運(yùn)輸費(fèi)用、港口物流中心庫存費(fèi)用、二程中轉(zhuǎn)費(fèi)用。 遠(yuǎn)洋運(yùn)輸費(fèi)用： iiti iTXGT??? ? ??? （ 41） 庫存費(fèi)用： t stt ST C?? （ 42） 二程中轉(zhuǎn)運(yùn)輸費(fèi)用： kktkiTYCT??? ? ??? （ 43） 所以海運(yùn)系統(tǒng)總的目標(biāo)函數(shù)即總費(fèi)用最小： MIN i i k k t s tt i t k tiiTTX G Y C S T C?? ??? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 44） 約束條件 物流中心礦石堆存數(shù)量的變化，因用戶的礦石需求而起。當(dāng)沿海船向用戶運(yùn)出礦石后，物流中心的礦石數(shù)量減少，為滿足下一時(shí)段的礦石供應(yīng)，物流中心需從供應(yīng)商處運(yùn)輸?shù)V石，運(yùn)送的數(shù)量是派船航次數(shù)與船舶運(yùn)輸能力的乘積，也就是該時(shí)段運(yùn)進(jìn)物流中心的礦石數(shù)量，運(yùn)送的數(shù)量需要滿足物流中心向用戶供應(yīng)的約束條件 。對于遠(yuǎn)洋船舶來說運(yùn)輸?shù)V石的數(shù)量則不能超過供應(yīng)商的供應(yīng)能力。 1） 鋼鐵企業(yè)對鐵礦石的需求約束： 基于物流一體化的我國進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)系統(tǒng)研究 28 ? 二程中轉(zhuǎn)的礦石數(shù)量要滿足各時(shí)間段內(nèi)鋼鐵廠生產(chǎn)的最低需求 121212, , . . . . . ., , . . . . . ., , . . . . . .()()()kkkkTTTTdw t Y Ddw t di ag dw t dw t dw tY y y yD d d d?? ? ???? （ 45） ? 對某一鋼鐵廠來說，整個研究期內(nèi)物流中心發(fā)往該用戶的所有運(yùn)量應(yīng)等于該用戶整個研究期內(nèi)的總需求量。 kTk k kTttd w t y d?? ? ??? （ k =1， 2… … K） （ 46） 2） 供應(yīng)商供應(yīng)能力約束： 物流系統(tǒng)的運(yùn)輸策略要不超過供應(yīng) 商在某時(shí)間段內(nèi)所能提供的供應(yīng)能力 121 , 2 , . . . . . .1 , 2 , . . . . . ., , . . . . . .()()()iiTTTTiiD W T X SD W T di ag D W T D W T D W TX X X XS S S S?? ? ???? （ 47） （ i =1， 2… … I） 3) 物流中心的堆存量與遠(yuǎn)洋運(yùn)輸量、中轉(zhuǎn)運(yùn)輸量之間的內(nèi)在關(guān)系： 1t t i kikikTTS T S T X D W T Y d w t???? ? ? ? ? ? ??? ,itk? （ 48） 4) 物流中心的堆存量約束 ? 物流中心的安全庫存： ttST SS? （ 49） ? 物流中心堆存能力約束： tST P? t? （ 410） 基于物流一體化的我國進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)系統(tǒng)研究 29 5) 非負(fù)約束： 在計(jì)算模型中各個變量不能為負(fù)數(shù)。 iX ， kY ， DWT， dwt≥ 0 ,ikt? 6）整數(shù)約束： 在每個期間內(nèi)，根據(jù)優(yōu)化的訂購策略所做出的派船計(jì)劃中，船舶的艘數(shù)必須是整數(shù)。 iX ， kY ? int , ,ikt? 模型形式 根據(jù)以上分析 ， 本文所研究的我國進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)物流系統(tǒng)優(yōu)化模型可以表現(xiàn)為以下形式 ： Minimizei i k k t s tt i t k tiiTTX G Y C S T C?? ??? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?Subject to （ 1） kTTTTd w t Y D?? ? ? （ 2） kTk k kTttd w t y d?? ? ??? （ 3） iTTTTD W T X S?? ? ? （ 4） ttST SS? 基于物流一體化的我國進(jìn)口鐵礦石海運(yùn)系統(tǒng)研究 30 （ 5） tSP? t? （ 6） iX ， kY ， DWT， dwt≥ 0 ,ikt? （ 7） iX ， kY ? int ,ikt? 船隊(duì)規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)分析 運(yùn)輸系統(tǒng)都有兩個特性：動態(tài)性和不確定型。系統(tǒng)的不確定性主要表現(xiàn)在鐵礦石的需求和供應(yīng)，干線運(yùn)輸與中轉(zhuǎn)運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸時(shí)間等方面。這種不確定性給本來規(guī)模就相當(dāng)大的系統(tǒng)優(yōu)化又增添了復(fù)雜性。動態(tài)性：由于需要在不同時(shí)期內(nèi)對 tiX ， tkY 進(jìn)行決策，因此所產(chǎn)生的決策變量是相當(dāng)多 的。假定 I 個供應(yīng)港， k 個需求企業(yè)，有 m條capsize 船， q 條 handy 船，每遠(yuǎn)洋航次需時(shí)間 a，二程航次需時(shí)間 b，整個計(jì)劃期為T