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)濟與管理學(xué)院，上海 200240)

班輪公司集裝箱空箱在途庫存控制研究

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)濟與管理學(xué)院，上海 200240)

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

空箱;在途庫存;成本控制;整數(shù)規(guī)劃

0 引言

隨著世界經(jīng)濟和國際貿(mào)易的發(fā)展，集裝箱化已經(jīng)成為現(xiàn)代化運輸?shù)闹匾獦?biāo)志之一。集裝箱班輪運輸體現(xiàn)了明顯的規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，所以成本控制是班輪公司營運是否成功的關(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與學(xué)術(shù)界共同探索的課題。

當(dāng)前若干針對集裝箱管理的研究均集中于空箱調(diào)運問題上，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。一般可分為內(nèi)陸運輸和海洋運輸兩類。陸運方面，Kai Homberg，等［1］對鐵路集裝箱空箱調(diào)運進行了研究，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)運模型，以公路和鐵路為主的調(diào)運優(yōu)化問題的研究日益完善。海運方面，大多數(shù)研究借鑒陸運但仍不夠完善。周紅梅，等［3］建立了海上集裝箱空箱調(diào)運優(yōu)化靜態(tài)模型;施欣［4］采用Games軟件包對構(gòu)造的海運集裝箱空箱調(diào)運系統(tǒng)模型進行模擬;丁敏，等［5］應(yīng)用啟發(fā)式算法對集裝箱空箱調(diào)運進行優(yōu)化研究。除此之外，近年來國內(nèi)外學(xué)者和相關(guān)研究人員也逐漸開展對空箱調(diào)運的多式聯(lián)運研究，S.T.Choong，等［6］建立了以美國5 大湖區(qū)為實際調(diào)運背景的空箱多式聯(lián)運調(diào)運整數(shù)規(guī)劃模型，考慮了公路、鐵路和水運3種運輸情況;丁菲［7］分別建立了陸運、海運和多式聯(lián)運條件下空箱調(diào)運的靜態(tài)和動態(tài)模型。

但是，研究大多局限于空箱調(diào)運成本方面，忽略了由于空箱調(diào)運這一動作產(chǎn)生的空箱在途庫存成本，忽視資金占用的時間價值，從而低估了班輪公司進行集裝箱管理的成本，這不利于對其進行有效合理的控制。筆者在本文中建立班輪公司集裝箱空箱在途庫存成本控制模型，通過降低空箱在途庫存成本，提高集裝箱班輪公司運營效益，彌補現(xiàn)有研究不足。

1 空箱在途庫存成本

通過對集裝箱運輸及管理過程的理解，描述班輪公司空箱流轉(zhuǎn)過程如圖1。

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

1.1 物理空箱與財務(wù)空箱

由圖1可看出，集裝箱由空箱CY調(diào)運至CFS時屬于物理形態(tài)意義上的空箱，運送過程中必然會產(chǎn)生空箱成本。但由于貨主提重箱及歸還空箱的時間具有很大不確定性，導(dǎo)致對此期間所產(chǎn)生的成本費用進行單獨衡量非常困難。在實際操作過程中，班輪公司已將這部分成本分?jǐn)偟竭\費中，無論貨主是否提前取箱或還箱，不會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)，但從財務(wù)的角度上來看，并不會導(dǎo)致空箱資金占用成本的增加，即財務(wù)空箱是指在進行成本費用計算時有實際意義的空箱，這便產(chǎn)生物理空箱與財務(wù)空箱在概念及使用上的差別。

在對空箱在途庫存成本進行研究時，研究對象僅指財務(wù)空箱，認(rèn)為物理空箱流轉(zhuǎn)是非有效流轉(zhuǎn)，不需計算運輸物理空箱而導(dǎo)致的成本費用。

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

1)空箱在樞紐港之間的海上運輸;

2)空箱在樞紐港與支線港之間的海上運輸;

3)空箱在CY與港口碼頭之間的內(nèi)陸運輸。

1.2 空箱在途庫存成本定義及構(gòu)成

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

筆者將空箱在途庫存成本定義為由空箱需求節(jié)點下達(dá)空箱需求指令后，通過各種運輸工具，將空箱由供給節(jié)點運至需求節(jié)點這一過程所產(chǎn)生的庫存持有成本。成本構(gòu)成主要分為以下4部分:空箱在途庫存資金成本、在途保險成本、在途風(fēng)險成本和機會成本。

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

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

3)空箱在途風(fēng)險成本。反映了除保險公司承擔(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、核武器威脅、武裝集團扣押等所引起的損失和費用。

4)機會成本。班輪公司在正常營運過程中一般首先會保證重箱的運輸需求，之后再利用剩余艙位滿足空箱調(diào)運需求，但有時由于空箱資源的極度不平衡，會導(dǎo)致班輪公司需要占用重箱運輸箱位來安排空箱的調(diào)運。由于空箱在途運輸而產(chǎn)生重箱額外庫存成本為空箱在途庫存導(dǎo)致的間接成本，即為機會成本。

2 空箱在途庫存成本控制模型

2.1 模型假設(shè)

研究空箱在途庫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)陸運輸，暫不考慮自有空箱的支線運輸以及內(nèi)陸運輸;②已知各個港口(或場站)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)運和往復(fù)運輸情況，即空箱是由供給港直接送達(dá)到需求港;⑤保證重箱運輸需求能夠及時得到滿足，暫不考慮機會成本;⑥航班航線固定不變，船舶到達(dá)港口時立刻卸箱、卸貨，從而獲得可用空箱;⑦首先考慮進行港口間空箱調(diào)運，當(dāng)自有空箱供給量無法滿足需求量時再考慮租箱。

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)實際操作和簡化問題的客觀需要，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港口的最大存儲能力;

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

tj表示在j港口將租用的單位空箱由空箱堆場調(diào)運至碼頭的時間;

c'j表示在j港口的租箱費率。

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，可以定義一個班輪公司自有集裝箱空箱在途庫存控制系統(tǒng)。式中:cg表示空箱單位價值;α表示集裝箱預(yù)計凈殘值率;Ts表示單位自有集裝箱預(yù)計使用年限;cb表示單位集裝箱保險金額;φb表示集裝箱保險費率;Tb表示集裝箱投保年限;cf表示由于發(fā)生戰(zhàn)爭、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、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，航線上兩條船舶對開，在滿足重箱運輸需求后可運載空箱數(shù)量上限分別為60 TEU和50 TEU。階段數(shù)(周期數(shù))k=4，每一個班期開始前安排空箱調(diào)運計劃。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)為港口存儲能力完全能滿足港口空箱保有量所需。結(jié)合集裝箱運輸市場相關(guān)定價，令 cij_cap=4.65元，cij_ins=4.6元。由于空箱在途風(fēng)險的發(fā)生一般為小概率事件，故在此假設(shè)cij_risk=0。具體運輸路徑如圖2。

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

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

表2 港口之間運輸時間Table 2 Transport time between ports

表3 各港租箱所需運輸時間及費率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出口箱量，不考慮成本及調(diào)運時間，以必須滿足各港空箱需求為前提進行空箱調(diào)運安排，最終求得空箱在途庫存成本為28 704.75元，調(diào)運方案如表4。

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

若構(gòu)建空箱在途庫存成本最小化模型，k=1時，根據(jù)各港口初始空箱保有量及實際重箱進出口箱量，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，即空箱在途庫存總成本最小為25 819.35元，最優(yōu)空箱調(diào)運方案如表5。

表5 最優(yōu)空箱調(diào)運方案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個空箱以外，其它階段通過空箱調(diào)運即可滿足空箱需求。4個階段結(jié)束時空箱調(diào)運總量較優(yōu)化前減少92 TEU，租箱量增加15 TEU，總空箱在途庫存成本節(jié)約2 885.4元。

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

4 結(jié)語

從財務(wù)成本角度對空箱及空箱在途庫存進行分析與定義，并針對多個港口之間的空箱調(diào)度問題建立空箱在途庫存成本控制模型，成功的進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)運方案等問題上十分方便，可快速有效地進行空箱調(diào)運流量調(diào)控。由于現(xiàn)實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間跨度延長而增大，故本方法更適用于短期調(diào)運方案規(guī)劃。

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［3］周紅梅，方芳.航運集裝箱空箱調(diào)運優(yōu)化模型的研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2000，27(3):384-387.

Zhou Hongmei，F(xiàn)ang Fang.Research on the optimization model of empty container distribution［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2000，27(3):384-387.

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Shi Xin.The optimization of sea-bound empty container distribution［J］.Systems Engineering:Theory ＆ Practice，2003，23(4):70-89.

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［8］何芬，翁玉婷，張玲玲，等.庫存成本的分解及結(jié)構(gòu)［J］.物流工程與管理，2010，32(11):35-36.

He Fen，Weng Yuting，Zhang Lingling，et al.The decomposition and composition of the inventory costs［J］.Logistics Engineering and Management，2010，32(11):35-36.

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，主要從事航運與物流管理方面的研究。E-mail:srcsjtu0902@126.com。