煙草行業(yè)物流托盤監(jiān)測(cè)管理模型研究

王毅君，梁?jiǎn)s，尚　偉，葉　斌

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江　杭州　310000）

煙草行業(yè)物流托盤監(jiān)測(cè)管理模型研究

王毅君，梁?jiǎn)s，尚偉，葉斌

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江杭州310000）

針對(duì)托盤共用化中塑料物流托盤存在的劣化問(wèn)題，建立了以每次塑料物流托盤發(fā)生失效的機(jī)會(huì)成本小于每次監(jiān)測(cè)成本，且使總代價(jià)最小，求最少的監(jiān)測(cè)次數(shù)和監(jiān)測(cè)周期方案為目標(biāo)的煙草行業(yè)物流托盤檢測(cè)管理模型，通過(guò)對(duì)塑料物流托盤期望壽命、強(qiáng)度函數(shù)參數(shù)、破損參數(shù)以及成本參數(shù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，并采用Monte-Carlo數(shù)值模擬方法計(jì)算檢測(cè)周期代價(jià)，最終優(yōu)化了檢測(cè)周期，促進(jìn)了共用化物流托盤全生命周期管理的發(fā)展。

煙草行業(yè)；物流托盤；監(jiān)測(cè)管理；生命周期

1　引言

托盤聯(lián)運(yùn)是提高物流效率的重要手段。目前，我國(guó)煙草行業(yè)已經(jīng)具備全面實(shí)現(xiàn)托盤聯(lián)運(yùn)的基礎(chǔ)條件。在硬件條件上，煙草行業(yè)工商企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高，產(chǎn)品包裝規(guī)格十分統(tǒng)一且規(guī)整；在體制層面，我國(guó)煙草屬于國(guó)家專屬經(jīng)營(yíng)，全國(guó)所有煙草相關(guān)工商企業(yè)均屬于國(guó)家煙草總公司所有，并且遍布全國(guó)各個(gè)省區(qū)市，有利于托盤聯(lián)運(yùn)社會(huì)化［1］；在戰(zhàn)略層面，由于卷煙屬于快速消費(fèi)品，在市場(chǎng)化改革的大潮下，在越來(lái)越強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)時(shí)物流、精益物流，將物流視為企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的今天，煙草物流服務(wù)是否及時(shí)、靈活、準(zhǔn)確、優(yōu)質(zhì)，必將直接影響企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，因此對(duì)于改善物流服務(wù)有著內(nèi)在動(dòng)力。所以，在煙草行業(yè)實(shí)現(xiàn)托盤共用化前景廣闊［2］。

但是，實(shí)現(xiàn)托盤共用化面臨如下問(wèn)題：（1）需要有一個(gè)專業(yè)的托盤運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)團(tuán)隊(duì)，對(duì)行業(yè)所有共用托盤進(jìn)行全面管控，減少或避免空托盤運(yùn)輸帶來(lái)的浪費(fèi)；（2）當(dāng)前無(wú)論是國(guó)家通用標(biāo)準(zhǔn)還是行業(yè)托盤標(biāo)準(zhǔn)，均只有對(duì)于托盤形狀、尺寸、規(guī)格、質(zhì)量等的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，并沒有可以用來(lái)在流轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行可用性進(jìn)行評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)，其所處的生命周期時(shí)點(diǎn)，是否需要維修、是否應(yīng)該被淘汰等難以量化評(píng)估，是共用化體系中的一項(xiàng)重要缺失；（3）需要建設(shè)一套適合行業(yè)構(gòu)架和運(yùn)營(yíng)特色的托盤循環(huán)共用系統(tǒng)，利用信息化手段建立行業(yè)托盤管理平臺(tái)。

本文針對(duì)托盤共用化存在的問(wèn)題，建立物流托盤監(jiān)測(cè)管理模型，計(jì)算檢測(cè)周期代價(jià)函數(shù)，通過(guò)數(shù)值分析和模擬仿真，確定相關(guān)參數(shù)，最終優(yōu)化了檢測(cè)周期。

2　煙草行業(yè)物流托盤監(jiān)測(cè)管理模型

2.1監(jiān)測(cè)代價(jià)函數(shù)

塑料物流托盤進(jìn)入流轉(zhuǎn)系統(tǒng)之后，任何時(shí)間段都存在因?yàn)榱踊鴮?dǎo)致失效的可能性，因此需要定期對(duì)托盤的可靠度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是在塑料物流托盤的整個(gè)生命周期內(nèi)，期初單位時(shí)間內(nèi)的失效概率很小，由此造成的風(fēng)險(xiǎn)成本很低，而單次檢測(cè)成本不變；而隨著使用時(shí)間的增加，單位時(shí)間內(nèi)的失效概率不斷增大，風(fēng)險(xiǎn)成本不斷增加。

在整個(gè)塑料物流托盤生命周期內(nèi)，定義累計(jì)n次投入的監(jiān)測(cè)成本和失效機(jī)會(huì)成本的總和為總代價(jià)函數(shù)：

優(yōu)化目標(biāo)在于：保證每次塑料物流托盤發(fā)生失效的機(jī)會(huì)成本小于每次監(jiān)測(cè)成本，且使總代價(jià)最小，求最少的監(jiān)測(cè)次數(shù)和監(jiān)測(cè)周期方案。表示為：

其中常數(shù)C表示塑料物流托盤每次檢測(cè)的成本，常數(shù)R表示托盤失效風(fēng)險(xiǎn)成本。

第n次檢測(cè)時(shí)，落入失效概率區(qū)間為II區(qū)，其覆蓋面積（灰色陰影部分）顯著增大，說(shuō)明失效概率顯著增加，為單次檢測(cè)成本為C，在此期間，托盤失效機(jī)會(huì)成本為

圖1　累積性能劣化分布曲線的比較圖

2.2監(jiān)測(cè)周期優(yōu)化分析

監(jiān)測(cè)周期包括三種類型：定長(zhǎng)周期、變長(zhǎng)周期及視情監(jiān)測(cè)。其中定長(zhǎng)周期監(jiān)測(cè)較容易管理，只要設(shè)定一個(gè)監(jiān)測(cè)周期，按照軟件系統(tǒng)安排監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)，由托盤調(diào)運(yùn)系統(tǒng)按照監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)，優(yōu)化調(diào)度托盤進(jìn)入檢測(cè)流水線即可。

本文僅研究定長(zhǎng)周期監(jiān)測(cè)，主要研究如何確定監(jiān)測(cè)的周期。根據(jù)塑料物流托盤在時(shí)間［t,t+s］t，t+s內(nèi)性能退化量Xt，t+s的數(shù)學(xué)期望和方差關(guān)系：

3　參數(shù)估計(jì)及數(shù)值仿真分析

3.1塑料物流托盤期望壽命

目前托盤全生命周期管理系統(tǒng)尚無(wú)法跟蹤分析使用之前的托盤壽命，但是歷年托盤采購(gòu)和報(bào)廢的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)都建有臺(tái)賬，根據(jù)托盤的采購(gòu)和報(bào)廢流動(dòng)過(guò)程，可以估計(jì)托盤的期望壽命。

自2005年逐步實(shí)行托盤聯(lián)運(yùn)開始，托盤保有量逐年增加，2010年起進(jìn)入托盤大規(guī)模更新期，具體托盤報(bào)廢數(shù)據(jù)見表1。如果忽略托盤年采購(gòu)量的波動(dòng)，可以計(jì)算得到年均更換托盤比例為：14.6%，由此估算托盤的期望壽命為6.8年，即平均6.8年托盤更新一次。

表1　歷史年份托盤報(bào)廢數(shù)據(jù)

3.2強(qiáng)度函數(shù)參數(shù)的期望估計(jì)值

根據(jù)式（1）中的沖擊破損次數(shù)的強(qiáng)度函數(shù)atb-1，其中參數(shù)a和b，采用以下試驗(yàn)進(jìn)行估算：取不同年份的托盤100只，分別統(tǒng)計(jì)其破損部位的數(shù)量，結(jié)果見表2。

表2　不同年份托盤破損部位數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

利用Matlab提供的cftool工具進(jìn)行指數(shù)函數(shù)曲線擬合，得到估計(jì)值和（95%的置信區(qū)間）；擬合后曲線如圖2所示。

圖2　強(qiáng)度函數(shù)參數(shù)擬合曲線

3.3破損參數(shù)的期望估計(jì)值

根據(jù)式（2）假設(shè)每次沖擊對(duì)塑料物流托盤造成的性能變化量Yi相互獨(dú)立且服從相同的正態(tài)分布，μ和σ是表征這個(gè)正態(tài)分布的參數(shù)。為了估計(jì)這兩個(gè)參數(shù)，同樣，本文采用試驗(yàn)的方法，取20只破損較嚴(yán)重的托盤，分別測(cè)量其每個(gè)破損位置的破損率，即：?jiǎn)蝹€(gè)破損部位面積和整個(gè)托盤側(cè)面積的比例。得到單個(gè)破損部位的破損率區(qū)間的頻數(shù)見表3。

表3　單個(gè)破損部位破損率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

利用Matlab提供的工具cftool進(jìn)行正態(tài)函數(shù)曲線擬合，得到估計(jì)值和（95%置信區(qū)間），擬合曲線如圖3所示。

圖3　破損參數(shù)擬合曲線

3.4成本參數(shù)分析

公用輔助一體化：為了合理利用能源、減少消耗，根據(jù)化工區(qū)區(qū)內(nèi)化工主體項(xiàng)目，形成供水、供電、供熱、供氣為一體的公用工程“島”，實(shí)行區(qū)內(nèi)能源的統(tǒng)一供給。

塑料物流托盤每次檢測(cè)的成本C包括：檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備折舊檢修損耗費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、檢測(cè)人員的工薪費(fèi)用、叉車搬運(yùn)的費(fèi)用等，按照現(xiàn)行費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)，估計(jì)每次檢測(cè)每個(gè)托盤的成本C≈4元人民幣。

托盤失效風(fēng)險(xiǎn)成本R包括：托盤造成貨物墜落、重新組垛、引起自動(dòng)設(shè)備停車、造成流水線停車，從而影響整體效率，這些風(fēng)險(xiǎn)成本大小不盡相同，近似估計(jì)每次未預(yù)防失效造成的風(fēng)險(xiǎn)成本R≈2 000元人民幣。

3.5數(shù)值仿真分析

考慮到式（2）缺乏解析解，本文采用Monte-Carlo數(shù)值模擬［4-5］方法計(jì)算最優(yōu)監(jiān)測(cè)周期。Monte Carlo方法實(shí)質(zhì)是通過(guò)大量隨機(jī)試驗(yàn)，利用概率論解決問(wèn)題的一種數(shù)值方法。仿真步驟如下：

（1）遍歷監(jiān)測(cè)周期區(qū)間為T∈［］1，90，步長(zhǎng)為1天的等間距自區(qū)間的3個(gè)月時(shí)間；

（2）跟蹤托盤狀態(tài)從進(jìn)入流轉(zhuǎn)系統(tǒng)的t=1天開始，一直跟蹤到托盤壽命的F=2 500天；

（5）根據(jù)式（2）的優(yōu)化約束條件，每次檢測(cè)結(jié)果和破損率失效閾值Ls≈0.377比較，如果超過(guò)該閾值，則該托盤淘汰出局，對(duì)應(yīng)的托盤對(duì)象標(biāo)記為空，不參與后續(xù)仿真運(yùn)算；

（6）根據(jù)式（2）累積總代價(jià)函數(shù)求和公式值，得到該監(jiān)測(cè)周期下的值；

（7）更改時(shí)間下標(biāo)t=t+1，如果到達(dá)下一個(gè)檢測(cè)窗口，則重復(fù)第4步至第7步；

（8）重復(fù)第3步至第7步，遍歷每一個(gè)監(jiān)測(cè)周期步長(zhǎng)；

（9）重復(fù)第1步至第8步，重復(fù)計(jì)算10 000次，并求平均值。

仿真結(jié)果如圖4所示，可求得最佳監(jiān)測(cè)周期約為：T*≈33天。

圖4　優(yōu)化監(jiān)測(cè)周期代價(jià)函數(shù)關(guān)系

4　結(jié)語(yǔ)

對(duì)于現(xiàn)存12萬(wàn)片托盤的浙江中煙來(lái)說(shuō)，每次都對(duì)回庫(kù)托盤進(jìn)行上線檢測(cè)顯得費(fèi)時(shí)費(fèi)力且并無(wú)必要，但是不檢測(cè)則又無(wú)法得到檢測(cè)數(shù)據(jù)用于評(píng)估其是否還適合繼續(xù)被用于成品運(yùn)輸。因此，本文建立了物流托盤監(jiān)測(cè)管理模型，通過(guò)計(jì)算檢測(cè)周期代價(jià)函數(shù)，最終優(yōu)化了檢測(cè)周期，較好地解決了這一問(wèn)題。

［1］胡堅(jiān)，劉鷹.標(biāo)準(zhǔn)托盤社會(huì)共用化的應(yīng)用分析［J］.上海商業(yè)，2013，（6）∶20-21.

［2］全鶯歌，王麗.煙草工業(yè)企業(yè)物流技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)解析［J］.物流技術(shù)，2013（8）∶13-17.

［3］盛勇.工商卷煙整托盤聯(lián)運(yùn)中的“經(jīng)濟(jì)學(xué)”［J］.中國(guó)煙草，2014，（11）∶77-79.

［4］蘇錦霞，趙學(xué)靖，李維國(guó).基于剩余壽命的劣化系統(tǒng)最優(yōu)維修策略［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，47（4）∶103-107.

［5］鄭安明，李浩.建立中國(guó)的CPAL刻不容緩［J］.物流與包裝，2010，（8）∶42-43.

Study on Logistics Pallet Monitoring and Management Model for Tobacco Industry

Wang Yijun，Liang Qirong，Shang Wei，Ye Bin
（China Tobacco Zhejiang Industrial Co.， Ltd.， Hangzhou 310000， China）

In this paper， in view of the deterioration of the plastic logistics pallet experienced in many shared pallet systems， weestablished the logistics pallet monitoring and management model for the tobacco industry wherein the opportunity cost in the event of plasticpallet failure was less than the monitoring cost thereof， the total cost was minimized and the least number of monitoring acts and circles werepursued， then estimated the plastic pallet expected service life， strength function parameter， breakage parameter and cos

tobacco industry； logistics pallet； monitoring and management； life circle

F426.8；F252.1

A

1005-152X（2016）03-0078-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.03.018

2015-12-08

王毅君（1986-），男，浙江杭州人，工程師，研究方向：托盤化物流、托盤全生命周期管理及共用化。