基于泰森多邊形的油庫優(yōu)化配送研究

馬國光，劉源海，何方舟，黃 坤，蔣茂琴

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院(四川成都610500)

2.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司青海分公司(甘肅敦煌736202)

基于泰森多邊形的油庫優(yōu)化配送研究

馬國光1，劉源海1，何方舟1，黃 坤1，蔣茂琴2

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院(四川成都610500)

2.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司青海分公司(甘肅敦煌736202)

油庫作為倉儲(chǔ)物流鏈條中最重要一環(huán)，起著調(diào)節(jié)成品油供應(yīng)鏈資源“蓄水池”的作用。隨著成品油銷售企業(yè)傳統(tǒng)獲利空間不斷被擠壓，市場壓力不斷增加，基于大倉儲(chǔ)大物流的規(guī)劃，通過優(yōu)化措施來降低物流成本、完善物流管理、提高企業(yè)核心競爭力已成為所有成品油銷售公司不可回避的課題。運(yùn)用現(xiàn)代物流理論、運(yùn)籌學(xué)、圖論并結(jié)合XX銷售成品油庫配送典型現(xiàn)狀相結(jié)合，歸納了當(dāng)前油庫配送存在的問題，通過模型的建立與求解確定出了成品油庫優(yōu)化配送方案，為現(xiàn)代油庫優(yōu)化配送提供一定的指導(dǎo)作用。

油庫;泰森多邊形;優(yōu)化配送

油庫的配送對成品油的物流有著舉足輕重的作用。目前國內(nèi)大部分成品油銷售公司都存在按照行政區(qū)域劃分各自油庫的管轄范圍，即根據(jù)油庫與二級公司的從屬對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行配送區(qū)域劃分。這種劃分模式經(jīng)常導(dǎo)致“近庫配遠(yuǎn)站，遠(yuǎn)庫配近站”的現(xiàn)象出現(xiàn)，使得上級公司調(diào)運(yùn)處無法集中調(diào)度，出現(xiàn)局部區(qū)域運(yùn)力緊張、油庫油品配送不合理，既浪費(fèi)了人力、物力和時(shí)間，又增加了企業(yè)運(yùn)營成本［1-3］。本文以XX銷售公司為例，采用從煉油廠—油庫—加油站的二級配送模型進(jìn)行分析，建立了兩個(gè)約束模型，運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)、圖論學(xué)對模型求解，最后采用多目標(biāo)優(yōu)化理論將多個(gè)約束條件轉(zhuǎn)化為單一約束條件進(jìn)行求解，最終得到油庫的油品配送，保證油庫“高效、高利、高穩(wěn)”運(yùn)營。

1 模型建立

通過確定模型的假設(shè)條件，并確定出參數(shù)與決策變量，可以建立成品油庫優(yōu)化配送的模型(圖1)。文中建立兩個(gè)模型:包括一次配送量(最小庫存量模型)、二次配送費(fèi)用模型。

成品油一次資源的擺放到位將影響二次配送的最大效益，二次配送是整個(gè)物流活動(dòng)的終端，但它同時(shí)也是物流優(yōu)化工作的起點(diǎn)，因此必須以滿足加油站的需求為前提。而油庫是連接這兩個(gè)活動(dòng)的樞紐環(huán)節(jié)，所以需要對一次配送的量建立最小庫存模型，對二次配送的路徑建立最短路徑模型。

1.1 模型條件假設(shè)

假設(shè)1:一個(gè)成品油物流系統(tǒng)由I個(gè)煉廠，J個(gè)油庫和K個(gè)加油站組成;

假設(shè)2:油庫和加油站的位置分布已確定;

假設(shè)3:省級公司與煉廠確立的合同量穩(wěn)定，煉廠能夠滿足省級銷售公司與其所簽訂的輸油計(jì)劃，且煉廠油庫能夠通過不同的集輸方式滿足銷售公司所需的供貨量;

假設(shè)4:每個(gè)加油站的第m種油品只由一個(gè)油庫配送，即各油庫的m種油品能滿足所配送區(qū)域加油站的需求;

圖1 成品油物流模型

假設(shè)5:油庫運(yùn)送不同種油品的費(fèi)用單價(jià)相同;

假設(shè)6:不考慮意外事故，油庫能保證安全運(yùn)行，且油罐車在配送路徑中運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)油罐車故障問題;

假設(shè)7:成品油二次配送中加油站的單次需求量不大于油罐車的最大載重量;

假設(shè)8:各油庫的配送車輛完全能滿足配送要求。

1.1.1 最小庫存模型

對于XX銷售公司的油庫，油品可能通過3種途徑運(yùn)至:即公路，鐵路，管輸。對于公路運(yùn)輸，可能存在2種情況:一是通過煉廠專用公路運(yùn)輸;二是其它油庫公路運(yùn)輸。由于每種配送費(fèi)用的價(jià)格不同，要使得油庫的一次配送的來油量最合理，即庫存量最小，就要對未來銷量進(jìn)行預(yù)測，并優(yōu)化油庫所存庫的油品種類，所以本文建立的最優(yōu)庫存模型如式(1)所示。

式中:s為油庫的庫存量(t);i為煉油廠數(shù)量，i= 1，2……I;j為油庫數(shù)量，j=1，2……J;k為加油站數(shù)量，k=1，2……k;m為油品種類，m=1，2……m;qimj為由第i個(gè)煉廠向第j個(gè)油庫的運(yùn)送的第m種產(chǎn)品的數(shù)量;qjmk為油庫j向加油站k對第m種油品的配送量(t);

1.1.2 油品二次配送費(fèi)用模型

在油庫油品資源的合理配送中，二次配送是一個(gè)重要的影響因素，對于任何一個(gè)油庫，需要存放哪種油，每種油的存放量是多少，都與油品配送的量及種類密不可分，因此以油品的運(yùn)輸費(fèi)用最小為目標(biāo)來建立二次配送模型，如式(2)所示。

式中:z2為成品油二次配送的費(fèi)用;c0為運(yùn)距小于30km的油品單位噸價(jià)格(元/t);c1為運(yùn)距大于30km油品單位運(yùn)距的單位噸價(jià)格(元/t);dkmj為油庫j向加油站k配送第m種油品的運(yùn)距(km);Cpi為配送車輛i的通行費(fèi)用;Wi為配送車輛的其他費(fèi)用;X為運(yùn)距小于30km的加油站數(shù)量;K為油庫配送加油站的總數(shù)量;Y為配送車輛的數(shù)量。

2 油庫配送優(yōu)化

2.1 最小庫存優(yōu)化

對于最小庫存模型式:將油庫擺放總量(即油庫來油總量)確定為。即油庫的配送區(qū)域的需求量和油庫應(yīng)急庫存，區(qū)域需求量可以根據(jù)文中確定的配送區(qū)域的加油站需求量確定，對于應(yīng)急庫存主要從油庫的來油方式受到的限制，保證能應(yīng)急供應(yīng)需求量所需要的庫容，考慮到管道來油、鐵路來油和公路來油方式的特點(diǎn)［4］，將管道來油的油庫應(yīng)急庫存確定為1天銷售量，將公路來油的油庫應(yīng)急庫存確定為2天的銷量，將鐵路來油的油庫應(yīng)急庫存確定為4天銷售量。

2.2 配送運(yùn)距優(yōu)化

要使配送距離最短就必須找到與所配送加油站距離最近的油庫。本文采用泰森多邊形(又叫馮洛諾伊圖)［5］對油庫配送區(qū)域進(jìn)行初步劃分，以打破油庫配送區(qū)域按照行政管理區(qū)域劃分的界限，采用電子地圖的API功能進(jìn)行基于實(shí)際路線的修正，最終得出油庫配送區(qū)域圖。

2.2.1 泰森多邊形構(gòu)建

油庫坐標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)入后，采用格雷厄姆法將點(diǎn)集生成凸殼，如圖2連接最外圍的離散點(diǎn)，刪除非凸殼點(diǎn)(根據(jù)凸殼的每個(gè)頂點(diǎn)必須在凸殼任意一條邊的同一側(cè)這一原理)，完成凸殼的繪制;在凸殼形成之后，采用點(diǎn)插法構(gòu)建初始Delaunay三角網(wǎng)如圖2～圖4所示。

由圖2～圖5可以看出基于泰森多邊形初步劃分出每個(gè)油庫的配送區(qū)域，由于該配送區(qū)域是基于直線距離最短的，現(xiàn)實(shí)中的路徑距離并不是直線距離，所以必須根據(jù)實(shí)際道路對該配送區(qū)域圖進(jìn)行修正。

圖2 格雷厄姆方法構(gòu)建凸殼過程圖

圖3 優(yōu)化后的Delaunay三角網(wǎng)

圖4 泰森多邊形(配送區(qū)域的劃分)

2.2.2 基于實(shí)際道路的修正

通過Voronoi圖劃分出油庫的配送區(qū)域，在電子地圖上進(jìn)行運(yùn)距的調(diào)整。首先在地圖上標(biāo)示出油庫和加油站的位置信息，結(jié)合電子地圖API功能，尋找兩點(diǎn)(油庫與加油站)之間行車路徑最短的距離。如圖6～圖7所示，在地圖上可以找出B加油站到A、C油庫的最短路徑。

圖5 Voronoi圖的配送區(qū)域劃分

圖6 A油庫到B加油站的距離

圖7 C油庫到B加油站的距離

對A油庫和C油庫配送區(qū)域邊界上所有加油站進(jìn)行實(shí)際距離分析，可以確定出兩油庫的配送區(qū)域劃分邊界，因此對A油庫和C油庫配送區(qū)域的邊界進(jìn)行如圖8～圖10所示的調(diào)整。

圖8 基于Voronoi圖的配送區(qū)域邊界

圖9 調(diào)整后的配送區(qū)域邊界

3 優(yōu)化結(jié)果分析

由于本文中所涉及的油庫和加油站數(shù)目較多，所以這里只對優(yōu)化后每個(gè)油庫所覆蓋加油站的運(yùn)距進(jìn)行對比說明該方法的準(zhǔn)確性(表1)。

圖10 基于實(shí)際路徑的配送區(qū)域劃分圖

表1 優(yōu)化前后運(yùn)距對比表

加油站配送庫的重新確定，打破了行政區(qū)域，合理的劃分了油庫的配送范圍。2013年XX銷售平均運(yùn)距從73.74km下降到66.71km，減小了10.54%，噸油加油站送貨費(fèi)從45.99元下降至44.94元，同比降低1.05元，全年公路配送費(fèi)用共節(jié)約798萬元。

4 結(jié)論

成品油庫配送涉及的面廣點(diǎn)多，本文采用配送區(qū)域的劃分與圖論學(xué)的結(jié)合，較好規(guī)劃出了油庫的配送區(qū)域，從優(yōu)化結(jié)果可以看出，該方法的應(yīng)用性強(qiáng)，效果較好，適用于成品油庫配送區(qū)域劃分。

［1］宋國理.國內(nèi)成品油價(jià)格形成機(jī)制研究［D］.長春:吉林大學(xué)，2012:38-45.

［2］張亞雄，李繼峰.成品油價(jià)格上漲、行業(yè)補(bǔ)貼與我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)度［J］.改革，2010，198(8):49-57.

［3］邱法聚.成品油銷售企業(yè)物流配送決策支持系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2007:2-4，15-16.

［4］朱珊珊.蘭—成—渝成品油輸油管線生產(chǎn)運(yùn)行方案優(yōu)化［D］.成都:西南石油學(xué)院，2005:52-54.

［5］Amenta N.Bern M.Surface reconstruction by Voronoi filtering［J］.Discrete&Computational Geometry.1999，22(4):481-504.

As the most important part of warehousing--logistics chain，depot plays the role of＂tank＂in the supply chain of refined oil products to adjust the supply of the oil products.With the continuous reduction of the traditional profit space and the continuous increase of market pressure of refined oil product sales enterprises，it will become the problem to which the refined oil product sales enterprises must face to reduce logistics cost，to improve logistics management and to enhance the core competitiveness of the enterprises through optimization measures.The current problems existing in terminal distribution are summarized based on the modern logistics theory，operations research and graph theory and the current distribution situation of some oil depot.The optimized oil depot distribution program is determined through the establishment and solving of optimization model，which can provide the guidance for the optimal distribution of oil depots.

oil depot;Thiessen polygon;optimizing distributing

張簫鈴

2014-12-16

馬國光(1964-)，男，博士，主要從事石油天然氣儲(chǔ)運(yùn)教學(xué)、設(shè)計(jì)、科研工作。