班輪公司集裝箱空箱在途庫(kù)存控制研究

宋若辰，趙一飛

(1.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240;2.上海交通大學(xué)安泰經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200240)

班輪公司集裝箱空箱在途庫(kù)存控制研究

宋若辰1，趙一飛2

(1.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240;2.上海交通大學(xué)安泰經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200240)

為解決集裝箱管理問(wèn)題，在合理分析集裝箱空箱在途庫(kù)存成本構(gòu)成的基礎(chǔ)上，構(gòu)建空箱在途庫(kù)存成本優(yōu)化模型，并結(jié)合算例，以空箱在途庫(kù)存成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，給出班輪公司最佳調(diào)運(yùn)方案，同時(shí)驗(yàn)證該模型的可行性和有效性。

空箱;在途庫(kù)存;成本控制;整數(shù)規(guī)劃

0 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)和國(guó)際貿(mào)易的發(fā)展，集裝箱化已經(jīng)成為現(xiàn)代化運(yùn)輸?shù)闹匾獦?biāo)志之一。集裝箱班輪運(yùn)輸體現(xiàn)了明顯的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，所以成本控制是班輪公司營(yíng)運(yùn)是否成功的關(guān)鍵因素所在，降低集裝箱管理成本是班輪公司集裝箱管理部門(mén)與學(xué)術(shù)界共同探索的課題。

當(dāng)前若干針對(duì)集裝箱管理的研究均集中于空箱調(diào)運(yùn)問(wèn)題上，其核心是解決集裝箱需求與供給間的不平衡，控制和決策空箱從供應(yīng)地到需求地的流動(dòng)。一般可分為內(nèi)陸運(yùn)輸和海洋運(yùn)輸兩類(lèi)。陸運(yùn)方面，Kai Homberg，等［1］對(duì)鐵路集裝箱空箱調(diào)運(yùn)進(jìn)行了研究，建立了多貨種網(wǎng)絡(luò)流模型;劉大镕，等［2］研究了單箱種集裝箱陸上調(diào)運(yùn)模型，以公路和鐵路為主的調(diào)運(yùn)優(yōu)化問(wèn)題的研究日益完善。海運(yùn)方面，大多數(shù)研究借鑒陸運(yùn)但仍不夠完善。周紅梅，等［3］建立了海上集裝箱空箱調(diào)運(yùn)優(yōu)化靜態(tài)模型;施欣［4］采用Games軟件包對(duì)構(gòu)造的海運(yùn)集裝箱空箱調(diào)運(yùn)系統(tǒng)模型進(jìn)行模擬;丁敏，等［5］應(yīng)用啟發(fā)式算法對(duì)集裝箱空箱調(diào)運(yùn)進(jìn)行優(yōu)化研究。除此之外，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者和相關(guān)研究人員也逐漸開(kāi)展對(duì)空箱調(diào)運(yùn)的多式聯(lián)運(yùn)研究，S.T.Choong，等［6］建立了以美國(guó)5 大湖區(qū)為實(shí)際調(diào)運(yùn)背景的空箱多式聯(lián)運(yùn)調(diào)運(yùn)整數(shù)規(guī)劃模型，考慮了公路、鐵路和水運(yùn)3種運(yùn)輸情況;丁菲［7］分別建立了陸運(yùn)、海運(yùn)和多式聯(lián)運(yùn)條件下空箱調(diào)運(yùn)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型。

但是，研究大多局限于空箱調(diào)運(yùn)成本方面，忽略了由于空箱調(diào)運(yùn)這一動(dòng)作產(chǎn)生的空箱在途庫(kù)存成本，忽視資金占用的時(shí)間價(jià)值，從而低估了班輪公司進(jìn)行集裝箱管理的成本，這不利于對(duì)其進(jìn)行有效合理的控制。筆者在本文中建立班輪公司集裝箱空箱在途庫(kù)存成本控制模型，通過(guò)降低空箱在途庫(kù)存成本，提高集裝箱班輪公司運(yùn)營(yíng)效益，彌補(bǔ)現(xiàn)有研究不足。

1 空箱在途庫(kù)存成本

通過(guò)對(duì)集裝箱運(yùn)輸及管理過(guò)程的理解，描述班輪公司空箱流轉(zhuǎn)過(guò)程如圖1。

圖1 班輪公司集裝箱空箱流轉(zhuǎn)過(guò)程Fig.1 Liner operators’circulation process of empty containers

1.1 物理空箱與財(cái)務(wù)空箱

由圖1可看出，集裝箱由空箱CY調(diào)運(yùn)至CFS時(shí)屬于物理形態(tài)意義上的空箱，運(yùn)送過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生空箱成本。但由于貨主提重箱及歸還空箱的時(shí)間具有很大不確定性，導(dǎo)致對(duì)此期間所產(chǎn)生的成本費(fèi)用進(jìn)行單獨(dú)衡量非常困難。在實(shí)際操作過(guò)程中，班輪公司已將這部分成本分?jǐn)偟竭\(yùn)費(fèi)中，無(wú)論貨主是否提前取箱或還箱，不會(huì)造成班輪公司額外成本的產(chǎn)生，不改變(或僅增加)原有收益。故在此期間集裝箱雖然處于空置這一物理形態(tài)，但從財(cái)務(wù)的角度上來(lái)看，并不會(huì)導(dǎo)致空箱資金占用成本的增加，即財(cái)務(wù)空箱是指在進(jìn)行成本費(fèi)用計(jì)算時(shí)有實(shí)際意義的空箱，這便產(chǎn)生物理空箱與財(cái)務(wù)空箱在概念及使用上的差別。

在對(duì)空箱在途庫(kù)存成本進(jìn)行研究時(shí)，研究對(duì)象僅指財(cái)務(wù)空箱，認(rèn)為物理空箱流轉(zhuǎn)是非有效流轉(zhuǎn)，不需計(jì)算運(yùn)輸物理空箱而導(dǎo)致的成本費(fèi)用。

結(jié)合財(cái)務(wù)空箱概念，筆者將空箱有效流轉(zhuǎn)過(guò)程分為3種情況:

1)空箱在樞紐港之間的海上運(yùn)輸;

2)空箱在樞紐港與支線港之間的海上運(yùn)輸;

3)空箱在CY與港口碼頭之間的內(nèi)陸運(yùn)輸。

1.2 空箱在途庫(kù)存成本定義及構(gòu)成

在途庫(kù)存是指尚未到達(dá)目的地，正處于運(yùn)輸狀態(tài)或等待運(yùn)輸狀態(tài)而儲(chǔ)備在運(yùn)輸工具中的庫(kù)存，其大小取決于需求和生產(chǎn)-配送周期。迄今，有關(guān)在途庫(kù)存的研究的文獻(xiàn)不多，并且對(duì)其構(gòu)成尚存在多家爭(zhēng)論［8］，對(duì)于空箱在途庫(kù)存成本定義及構(gòu)成更無(wú)明確解釋及劃分。

筆者將空箱在途庫(kù)存成本定義為由空箱需求節(jié)點(diǎn)下達(dá)空箱需求指令后，通過(guò)各種運(yùn)輸工具，將空箱由供給節(jié)點(diǎn)運(yùn)至需求節(jié)點(diǎn)這一過(guò)程所產(chǎn)生的庫(kù)存持有成本。成本構(gòu)成主要分為以下4部分:空箱在途庫(kù)存資金成本、在途保險(xiǎn)成本、在途風(fēng)險(xiǎn)成本和機(jī)會(huì)成本。

1)空箱在途庫(kù)存資金成本。主要指班輪公司自有或者租用空箱在流轉(zhuǎn)過(guò)程中所占用的資金成本，與所需調(diào)運(yùn)空箱量及其處于在途庫(kù)存狀態(tài)的時(shí)間緊密相關(guān)。

2)空箱在途保險(xiǎn)成本。空箱在途保險(xiǎn)成本是主要組成部分之一，當(dāng)空箱處于在途庫(kù)存狀態(tài)時(shí)有可能發(fā)生跌落等事故，因此很多班輪公司都會(huì)為集裝箱辦理保險(xiǎn)，且所辦理險(xiǎn)種一般為一切險(xiǎn)。

3)空箱在途風(fēng)險(xiǎn)成本。反映了除保險(xiǎn)公司承擔(dān)的責(zé)任之外，班輪公司仍需負(fù)責(zé)的其它損失及費(fèi)用。通常包括集裝箱內(nèi)在缺陷和特性、延遲、工人罷工、戰(zhàn)爭(zhēng)、核武器威脅、武裝集團(tuán)扣押等所引起的損失和費(fèi)用。

4)機(jī)會(huì)成本。班輪公司在正常營(yíng)運(yùn)過(guò)程中一般首先會(huì)保證重箱的運(yùn)輸需求，之后再利用剩余艙位滿足空箱調(diào)運(yùn)需求，但有時(shí)由于空箱資源的極度不平衡，會(huì)導(dǎo)致班輪公司需要占用重箱運(yùn)輸箱位來(lái)安排空箱的調(diào)運(yùn)。由于空箱在途運(yùn)輸而產(chǎn)生重箱額外庫(kù)存成本為空箱在途庫(kù)存導(dǎo)致的間接成本，即為機(jī)會(huì)成本。

2 空箱在途庫(kù)存成本控制模型

2.1 模型假設(shè)

研究空箱在途庫(kù)存的目的是尋求需求與成本之間的平衡，在此做出如下假設(shè)條件:①僅考慮自有箱在各樞紐港之間的海上調(diào)度，以及租用空箱的內(nèi)陸運(yùn)輸，暫不考慮自有空箱的支線運(yùn)輸以及內(nèi)陸運(yùn)輸;②已知各個(gè)港口(或場(chǎng)站)初始空箱保有量;③所有集裝箱都具有相同尺寸，即不考慮箱型約束，均為20尺箱;④不考慮集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)和往復(fù)運(yùn)輸情況，即空箱是由供給港直接送達(dá)到需求港;⑤保證重箱運(yùn)輸需求能夠及時(shí)得到滿足，暫不考慮機(jī)會(huì)成本;⑥航班航線固定不變，船舶到達(dá)港口時(shí)立刻卸箱、卸貨，從而獲得可用空箱;⑦首先考慮進(jìn)行港口間空箱調(diào)運(yùn)，當(dāng)自有空箱供給量無(wú)法滿足需求量時(shí)再考慮租箱。

2.2 參數(shù)與變量

2.2.1 基本參數(shù)

N 為港口節(jié)點(diǎn)集合，i，j=1，2，…，N，i，j∈ N;

k為模型周期數(shù)，k=1，2，…，K ，根據(jù)實(shí)際操作和簡(jiǎn)化問(wèn)題的客觀需要，在模型中假設(shè)其為離散;

q 為港口掛靠船舶數(shù)量，q=1，2，…，Q;

2.2.2 確定性變量

j

Uj表示j港口的最大存儲(chǔ)能力;

cij_cap，cij_ins，cij_risk分別表示單位時(shí)間內(nèi)單位空箱在途庫(kù)存資金占用成本、在途保險(xiǎn)成本及在途風(fēng)險(xiǎn)成本;

tj表示在j港口將租用的單位空箱由空箱堆場(chǎng)調(diào)運(yùn)至碼頭的時(shí)間;

c'j表示在j港口的租箱費(fèi)率。

2.2.3 決策性變量

2.3 模型建立

2.3.1 目標(biāo)函數(shù)

根據(jù)參數(shù)設(shè)置，可以定義一個(gè)班輪公司自有集裝箱空箱在途庫(kù)存控制系統(tǒng)。式中:cg表示空箱單位價(jià)值;α表示集裝箱預(yù)計(jì)凈殘值率;Ts表示單位自有集裝箱預(yù)計(jì)使用年限;cb表示單位集裝箱保險(xiǎn)金額;φb表示集裝箱保險(xiǎn)費(fèi)率;Tb表示集裝箱投保年限;cf表示由于發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)、工人罷工等事件造成集裝箱損失;ηij表示由i港到j(luò)港的航線上發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)、工人罷工等事件概率。

2.3.2 約束條件

3 算例分析

假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)港口數(shù)N=4，船舶數(shù)q=2，航線上兩條船舶對(duì)開(kāi)，在滿足重箱運(yùn)輸需求后可運(yùn)載空箱數(shù)量上限分別為60 TEU和50 TEU。階段數(shù)(周期數(shù))k=4，每一個(gè)班期開(kāi)始前安排空箱調(diào)運(yùn)計(jì)劃。各港口初始空箱保有量X0分別為300，350，550，250 TEU，考慮租箱，認(rèn)為港口存儲(chǔ)能力完全能滿足港口空箱保有量所需。結(jié)合集裝箱運(yùn)輸市場(chǎng)相關(guān)定價(jià)，令 cij_cap=4.65元，cij_ins=4.6元。由于空箱在途風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生一般為小概率事件，故在此假設(shè)cij_risk=0。具體運(yùn)輸路徑如圖2。

圖2 某班輪公司集裝箱運(yùn)輸航線Fig.2 A liner operator’s container transport routes

表1 各港口通過(guò)某條船舶重箱進(jìn)出口量Table 1 Full containers’volume of import and export each port through a liner /TEU

表2 港口之間運(yùn)輸時(shí)間Table 2 Transport time between ports

表3 各港租箱所需運(yùn)輸時(shí)間及費(fèi)率Table 3 Transport time and rates of renting containers

根據(jù)港口初始空箱保有量及重箱進(jìn)出口箱量，不考慮成本及調(diào)運(yùn)時(shí)間，以必須滿足各港空箱需求為前提進(jìn)行空箱調(diào)運(yùn)安排，最終求得空箱在途庫(kù)存成本為28 704.75元，調(diào)運(yùn)方案如表4。

表4 空箱調(diào)運(yùn)方案Table 4 Scheme of empty containers allocation /TEU

若構(gòu)建空箱在途庫(kù)存成本最小化模型，k=1時(shí)，根據(jù)各港口初始空箱保有量及實(shí)際重箱進(jìn)出口箱量，有:

同理，令k=2，3，4繼續(xù)求解，最終求得目標(biāo)函數(shù)值為25 819.35，即空箱在途庫(kù)存總成本最小為25 819.35元，最優(yōu)空箱調(diào)運(yùn)方案如表5。

表5 最優(yōu)空箱調(diào)運(yùn)方案Table 5 Optimal scheme of empty containers allocation/TEU

由表5可知，除了第1、4階段需在H3和H2港口分別租用30，45個(gè)空箱以外，其它階段通過(guò)空箱調(diào)運(yùn)即可滿足空箱需求。4個(gè)階段結(jié)束時(shí)空箱調(diào)運(yùn)總量較優(yōu)化前減少92 TEU，租箱量增加15 TEU，總空箱在途庫(kù)存成本節(jié)約2 885.4元。

根據(jù)計(jì)算可知，筆者所建的空箱在途庫(kù)存整數(shù)規(guī)劃模型可解出班輪公司在各個(gè)階段最優(yōu)空箱調(diào)運(yùn)方案，并且使得規(guī)劃期內(nèi)總空箱在途庫(kù)存成本費(fèi)用最低。

4 結(jié)語(yǔ)

從財(cái)務(wù)成本角度對(duì)空箱及空箱在途庫(kù)存進(jìn)行分析與定義，并針對(duì)多個(gè)港口之間的空箱調(diào)度問(wèn)題建立空箱在途庫(kù)存成本控制模型，成功的進(jìn)行了算例分析與求解，證明了模型的可行性。這種方法在研究空箱調(diào)運(yùn)方案等問(wèn)題上十分方便，可快速有效地進(jìn)行空箱調(diào)運(yùn)流量調(diào)控。由于現(xiàn)實(shí)中各周期空箱需求和供給具備不確定性，并且這種不確定性隨著時(shí)間跨度延長(zhǎng)而增大，故本方法更適用于短期調(diào)運(yùn)方案規(guī)劃。

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Study on Liner Operators’Controlling of Empty Containers’In-Transit Inventory

Song Ruochen1，Zhao Yifei2
(1.School of Naval Architecture，Ocean ＆ Civil Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China;
2.Antai College of Economics＆ Management，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China)

To solve the issue of container management，based on rational analysis concerning the cost composition of empty containers’in-transit inventory，an optimization model which aims to minimize the overall cost of empty containers’in-transit inventory is devised.Besides，a specific case is also taken into consideration，so as to provide the best distribution program for liner operators as well as verify the feasibility and efficiency of this model.

empty container;in-transit inventory;cost control;integer programming

U169.6

A

1674-0696(2012)04-0890-05

10.3969/j.issn.1674-0696.2012.04.37

2011-10-18;

2012-04-11

2010年度上海市政府決策咨詢研究重大研究項(xiàng)目(2010-Z-66)

宋若辰(1987—)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，主要從事航運(yùn)與物流管理方面的研究。E-mail:srcsjtu0902@126.com。