电力行业物资仓储网络布局的规划研究

国家电网公司努力构建“三集五大”体系,明确提出建立快捷高效、保障有力的现代物流网络的要求。而对于电力行业的物资仓储网络布局,应该主要遵循以下一些原则。

仓储体系的规划建设,应由省公司统一规划、宏观调控,以区域库为主体进行建设;要充分考虑省公司各单位组织结构与人员配置,整合利用现有仓储资源,全面完善信息化建设,配置数量合理、适度先进的仓储设备;要根据电力生产经营特点和省公司实际情况,有计划、分步骤地组织实施。

仓储体系的规划建设,应以加强物资集约化管理为目标,统一设计标准、建设标准、管理标准、技术标准、作业标准,统一形象标识、业务流程和信息平台。

仓储体系的规划建设,应注重实用性、兼顾先进性,按照高度信息化、适度自动化的要求,充分考虑投资回报和实际效果,严格控制投资规模,防止低水平重复建设,并为今后发展预留足够的实体空间。

仓储体系的规划建设,应应用运筹学思想,理论结合实际,建立可行的数学模型,充分依据实地调研数据、各单位实际情况以及目前土地征用情况,对模型的理论计算结果进行修正。

仓储体系的规划建设,要充分考虑本省的地理特点,符合本省物流发展的总体规划;参考本省交通发展规划,选择具有交通区位优势的备选节点,使物资配送网络与公路交通网络相结合;规划要符合环保与生态平衡要求,综合考虑,选取最合理的建设位置。

仓储网络体系架构图,如图1所示。

中心库负责接收物流需求业务,并向各区域库发出物流服务指令。中心库为物流服务的核心,但是并不发生实际的仓储、分拣、领用等实际的物流业务。

区域库作为本区域物资储备和向周转库配送所需物资的基地,是为应急抢修和所辖范围的电网建设和生产运维进行物资储备的核心仓库。

周转库分为区域检修公司周转库、地市供电公司周转库与县供电企业周转库,设在区域检修公司、市(县)供电公司和检修分公司等生产一线部门。

基于上述物流模式,在进行区域库RDC选址过程中,如何使供应商到区域库的一次配送费用与区域库到周转库的二次配送费用总和最小是其优化的目标。故物流网络布局结构原理图,如图2所示。

图中有m个供应点Ai (i=1,2,…,m),各点的供应量为ai,对于电力物资配送体系,供应点即各类物资生产厂家(供应商);有n个周转库FDCj(j=1,2,…,n),各点的需求量为bj;有q个可能设置区域库的备选地址RDCk(k=1,2,…,q)。

区域库(RDC)的数量及位置的变化决定运输费用的变化,故对运输费用(F)建立如下运输费用模型:

约束条件为:1)k=1,2,…,q;

式中:

F——网络布局方案的总运输费用;

Iik——备选区域库RDCk从供应商i进货的数量;

Ykj——备选区域库RDCk对周转库FDCj的配送量;

Wk——备选区域库RDCk是否被选中的决策变量;

Cik——备选区域库RDCk从供应商i进货的单位运费;

Ckj——备选区域库RDCk对周转库FDCj进行配送的单位运费;

网络布局模型经优化求解后,有的备选地址被选中,而另外一些被淘汰。被淘汰的备选网点,经它中转的物资数量应为零。这一要求可由下面的约束方程予以满足:

式中M是一个相当大的正数。由于Iik是物资调运量,不可能小于零,故当Wk为零时,Iik=0成立;当Wk为1时,M是一相当大的正数,Wk足够大,Iik为一有限值,所以不等式成立。

求解上述混合整数规划模型可得Iik、Ykj和Wk的值。Iik表示了区域库RDCk的进货来源,决定了该RDC的规模,表示了区域库RDCk与周转库FDCj的供求关系与供货量,相应地也就得出该区域库的辐射范围,为应布局区域库的个数。

在模型求解之前,需要获取以下基本参数。

使用基于MapInfo的地图测量系统,测量备选网点间的最短路径,并结合调研数据,求出各备选网点与其邻近点间的真实里程,生成路网。

在此路网图的基础上,采用以成本最低为目标的Dijkstra算法,运用BlueSwords-Pro-SPS最优路径软件,求出任意两点间的最低成本路径及其道路类型,得到任意备选网点间的最低成本里程矩阵。

综合考虑本省高速公路、国道、省道不同的收费标准,本省道路的可通行性以及干线运输过程中的车载效率,以高速公路为主要通行道路,确定电力物资干线运输的主要车型。

按照上述计算公式,在最低成本里程矩阵的基础上,得到供应商到各备选区域库和任意备选区域库间的单位运输费率矩阵。

得到基本参数如最低成本里程矩阵和单位费率矩阵后,对于上述基于区域库建设角度的布局模型,使用国际先进的数学规划软件LINGO1 1建模编程,代入相关参数后,运用CFLP (Capacitated Facility Location Problem)算法进行求解,最终求出建设q个区域库(RDC)时,每个区域库(RDC)的位置及辐射范围。然后列出建设1至N个RDC时干线总运输费用和区域库RDC的选址列表。

下面以A省电力公司仓储网络布局规划为例,进行相关的论证分析。

基于MapInfo的地图测量系统,运用前述方法,得到A省139个备选网点(含地市、区县)之间的最低成本里程矩阵,如表1所示。

综合考虑A省高速公路、国道、省道不同的收费标准,A省道路的可通行性以及干线运输过程中的车载效率,以高速公路为主要通行道路,确定10吨货车作为电力物资干线运输的主要车型。

对于10吨货车,根据调研数据,取高速公路收费标准为1.4元/公里,百公里油耗25升,柴油单价7.32元/升。通常情况下,10吨货车的车长9米、车宽2.3米、货物可装载高度为2.5米、因此理论装载空间为51.75立方米。考虑电力物资外形尺寸较大的差异性、供应商单次实际的送货数量以及物资需求点单次实际的提货数量,从供应商到区域库的实际装载空间按理论值的70%计,为36立方米,从区域库到物资需求点的实际装载空间按理论值的50%计,为26立方米。

按照前述计算公式,在最低成本里程矩阵的基础上,得到供应商到各备选区域库和任意备选区域库间的单位运输费率矩阵,如表2所示。

运用LINGO 11建模编程,代入以上相关参数后,经过多次求解,最终求出建设q个区域库(R DC)时,每个区域库(RDC)的位置及辐射范围,如表3所示。

物流总成本包括干线运输成本、土建成本、运营成本,通过对物流总成本的分析,可以看出:随着区域库(RDC)的增加,区域库(RDC)到周转库(FDC)的平均年干线运输费用会减少,平均年折旧费用与平均年运营费用会增加,平均年物流总费用呈现出先下降后上升的趋势,为U型曲线。当区域库(RDC)数量为3时,平均年物流总成本曲线位于最低点,平均年物流总成本最少。

仓储网络规划是一个多目标优化问题,经济性并不是唯一标准,在考虑经济性的同时,还要考虑配送时效性、管理便捷性、仓储现状以及政策相关因素。

为适应“五大”管理体制,进一步深化物资集约化管理,降低成本,减少层级,缩短链条,实现集中管控、专业协同、运行高效的管理新模式,需要控制仓库建设数量和规模。在充分考虑实际情况的前提下,提出建设1个区域库方案。建设基于大仓储、大配送、大调度的统一集中、精益高效的大物流体系,通过规模经济提高公司效益。此外,A省现有6个超高压公司管理处,考虑与区域检修公司相配套,因此提出建设6个区域库方案。

经综合分析考虑,以RDC数量分别为1、3、6的三种选址方式作为备选规划方案,并进行方案的比较选优,最终确定规划方案。

区域库网络布局规划是个多目标决策问题,影响最终决策的因素主要有7个:经济性(物流总成本)、配送时效性(交通运输条件)、管理便捷性(信息管理、业务管理、行政管理等)、规模效应性(存放物资数量)、自动化程度、维护检修方便性、分步实施可能性。我们运用系统科学理论中的层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)对前述三个方案进行评价与选择。

(1)建立层次结构模型

(2)建立判断矩阵

AHP提出者美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂(T.L.Saaty)给出AHP方法的判断标度,如表4所示。

运用方根法计算权重,相关公式为:

式中(PW)i为列向量PW中的第i个分量。

将求得的各判断矩阵的λmax代入,求出一致性检验指标C.I.的数值;根据平均一致性指标R.I.数值查出R.I.的值;最后用得出相对一致性检验指标C.R.的数值。当C.R.<0.1时,判断矩阵合理,求出的权重系数恰当,否则要对判断矩阵进行调整。

判断矩阵F-S (相对于目标层最优选址方案而言,各准则层因素相对重要性比较表)。例如:S1与S1的标度为1;S1与S2相比,S2比S1稍微重要一些,所以标度为2;S1与S2的标度则为其倒数,即0.5。依据这种原则,依次填完表中相应标度。根据公式,计算出wi和C.R.的值,如表6所示。

对经济性建立判断矩阵,根据公式,计算出wi和C.R.的值,如表7所示。

同理,分别对配送时效性、管理便捷性、规模效应性、自动化程度、维护检修方便性、分步实施可能性建立判断矩阵,计算C.R.的值,如表8所示。

由表8中数据可知各判断矩阵都有C.R.<0.1,故层次单排序结果是可以接受的。进而得到层次总排序表,如表9所示。

由表9可知,对于3RDC方案有:

3RDC方案的综合权重最大,故该方案相对较优,即A省在全省范围内宜建设3个区域库。周转库按照属地化管理原则,根据行政单位进行设置。

电力行业物资仓储网络规划的关键在于区域库、周转库两级物流节点的合理布局,目的在于实现物流资源的利用最大化、配送高效化、成本经济化,同时也需要综合考虑当地电网的实际运行情况。本文提供了省域范围内仓储网络规划的一种思路,网络规划是一个动态发展的问题,且因各省的具体情况其解决方案也不尽相同,因此,电力行业物资仓储网络布局优化也要在实践中不断研究和探索。