物流作业优化方法---集装箱问题
一、集装箱装箱问题概述
集装箱装箱问题(Container LoadingProblem,CLP)是物流优化领域中一个经典的问题,具有很大的研究价值。一般的集装箱装箱问题更多的只是考虑空间方面的约束,而在现实的集装箱运输以及集装箱操作过程中,很多时候,重量约束(包括总体重量的约束以及各支撑轴的约束)也是一个很重要的因素。因此,考虑重量约束的集装箱装箱问题(Container Loading Problem of Weight Limit,CLP-WL)具有一定的现实意义,是集装箱装箱问题的一个新的分支,但目前国内外只有对集装箱装箱问题大方面的研究，并未出现针对性的研究。
国内对集装箱装箱问题的研究开始于上个世纪九十年代。如青岛大学学报出版的宫佩珊编写的《集装箱递阶优化装箱方法》，针对集装箱容积有效利用率普遍偏低的实际问题，建立了一个用于单一非可塑产品递阶优化装箱的数学模型及方法。如交通标准化出版的王利民、王彦勋、孙冰心编写的《集装箱装箱算法的研究及应用》，结合工程实例，提出一种三维空间的新的结构优化方法，并给出程序实现以及效果的评价。
国外对于集装箱装箱问题的研究比我国早。
二、集装箱装箱方式
现有的集装箱装箱方式大体有两种：
1.整箱(FullContainerLoad,FCL)。是指货主自行将货物装满整箱以后,以箱为单位托运的集装箱。这种情况在货主有足够货源装载一个或数个整箱时通常采用,除有些大的货主自己置备有集装箱外,一般都是向承运人或集装箱租赁公司租用一定的集装箱。空箱运到工厂或仓库后,在海关人员的监管下,货主把货装入箱内、加锁、铝封后交承运人并取得场站收据,最后凭收据换取提单或运单。
2.拼箱(LesSThanContainerLoad,LCL)。是指承运人(或代理人)接受货主托运的数量不足整箱的小票货运后,根据货类性质和目的地进行分类整理。把去同一目的地的货,集中到一定数量拼装入箱。由于一个箱内有不同货主的货拼装在一起,所以叫拼箱。这种情况在货主托运数量不足装满整箱时采用。拼箱货的分类、整理、集中、装箱(拆箱)、交货等工作均在承运人码头集装箱货运站或内陆集装箱转运站进行。
三、集装箱货物装载的一般要求
集装箱货物的现场装箱作业,通常有三种方法:A、全部用人力装箱;B、用叉式装卸车(铲车)搬进箱内再用人力堆装;C、全部用机械装箱,如货板(托盘)货用叉式装卸车在箱内堆装。这三种方式中,第三种方法最理想,装卸率最高,发生货损事故最少。但是即使全部采用机械装箱,装载时如果忽视了货物特性和包装状态,或由于操作不当等原因,也往往会发生货损事故,特别是在内陆地区装载的集装箱,由于装箱人不了解海上运输时集装箱的状态,其装载方法通常都不符合海上运输的要求,从而引起货损事故的发生,这种实例很多。集装箱货物装箱时一般要求如下:
.合理积载
积载是指各集装箱具体装载哪些货物和怎样装载的计划安排。无论是发货人(整箱交接情况下)还是运输经营人(拼箱交接情况下)在货物装箱前都要做好货物积载工作,即当不同种类的货物拼装同一箱时,应根据货物的性质、包装形态、重量及强度、卸箱顺序等分区、分层堆放。如不用性质的货物拼装在同一箱时,应保证它们的物理、化学性质不发生冲突和气味污染,以防止货损;将包装牢固、重件货物装在箱子底部,包装不牢、轻货装在上部;不同发货人(或收货人)的货物拼箱时,应考虑货物的流向要一致,如需要几次掏箱时,应根据货物在运输途中交货的先后顺序安排箱内堆放位置(先交的货放在靠箱门位置),以防止反复掏装箱。
2.均衡分布货物重量
货物在箱子内的重量分布应均衡。一般要求沿高度方向重量分布应均衡或下重上轻;沿长度和宽度方向应均衡,如箱子的某一部位、某一端或某一侧负荷过重,易引起吊运过程中箱子倾斜、装卸机械及运输工具(特别是拖车)等事故。
3.做好货物的堆码、衬垫和系固
在货物多次堆码时,堆码的层数应根据货物包装强度及箱底承载能力规定(单位面积承重量)来决定。为使下层货物不被压坏和防止装箱、运输过程中引起的撞击损伤,应适当考虑在各层之间垫入缓冲器材。货物的积载应严密、整齐。货区之间,货物与货物之间,货物与箱体之间的空隙应加适当的隔垫以防止货物的移动、撞击、沾湿和污损。对靠近箱门附近的货物要采取系固措施,以防止开箱和关箱时货物倒塌造成货物损坏和人身伤亡事故。
4.其他应注意事项
装载箱内的货物总重量不得超过箱子允许的额定载重量,包括箱子本身的毛重量绝不允许超高工50规定的各种规格尺度集装箱的总重量标准。由于货物超重而造成的运输过程中的一切损失均由装箱人负责,装箱时使用的隔垫料(胶合板、草席、缓冲器材、隔垫板等)和系固所用材料应清洁、干燥,以防止水渍、汗渍等货损事故。
四、现行装箱方法的问题
集装箱现行的装箱方法,一般都能够保证货物、装卸机械和人员安全,但是某些集装箱装卸效率不高,如常用的干货集装箱,一般在一端设有箱门,装卸时只能一端装,一般从里往外装至箱门,效率比较低;侧面箱门的装卸面相对后面箱门比较大,效率能高一些,所以可以考虑把只有一端箱门的集装箱尽量扩大装卸面,多面开门,多个方向同时进行装卸,以提高装卸效率,只有一端箱门的集装箱在条件允许下也尽量实行侧面开门。
目前大多数集装箱容积利用率不高,一个20英尺集装箱,一般利用率约为75%;一个40英尺集装箱,一般利用率约为S2%。如果货物的包装箱本身不饱满,那么集装箱的实际利用率会更低,集装箱没有达到最优化利用。尽管现在提出了一些集装箱装箱的方法,但是仍然存在一定的局限性,具体表现在无法解决多变量以及一些随时间而变化的问题。另外,当运力的供给能力小于运输需求的时候,可以在一个很小的范围内允许集装箱适当超载,这样既可以满足客户货物运输的需要,也可以降低运输成本。问题是如何控制超载的幅度,要控制超载。以上方法难以有效解决。
五、展望
由于一个集装箱装运的包装产品,可以是不同规格以及某些产品装运形式的特殊规格,所以模型的描述很复杂。本讨论在同一规格同一条件下,以及包装产品的长、宽、高方向无限制下,如何解决集装箱的装箱问题。另外,由于在实际的集装箱装箱操作中,会遇到许多比较特殊的约束条件,如货物的特殊性质要求特殊装载方法、集装箱结构材质不同、货主的特殊要求等,都是装箱问题的约束条件。更为实用有效的解决集装箱装箱问题的方法有待于对现行装箱方法和优化理论进行更深入细致的研究,以期获得更大的理论建树。
集装箱装箱问题(Container LoadingProblem,CLP)是物流优化领域中一个经典的问题,具有很大的研究价值。一般的集装箱装箱问题更多的只是考虑空间方面的约束,而在现实的集装箱运输以及集装箱操作过程中,很多时候,重量约束(包括总体重量的约束以及各支撑轴的约束)也是一个很重要的因素。因此,考虑重量约束的集装箱装箱问题(Container Loading Problem of Weight Limit,CLP-WL)具有一定的现实意义,是集装箱装箱问题的一个新的分支,但目前国内外只有对集装箱装箱问题大方面的研究，并未出现针对性的研究。
国内对集装箱装箱问题的研究开始于上个世纪九十年代。如青岛大学学报出版的宫佩珊编写的《集装箱递阶优化装箱方法》，针对集装箱容积有效利用率普遍偏低的实际问题，建立了一个用于单一非可塑产品递阶优化装箱的数学模型及方法。如交通标准化出版的王利民、王彦勋、孙冰心编写的《集装箱装箱算法的研究及应用》，结合工程实例，提出一种三维空间的新的结构优化方法，并给出程序实现以及效果的评价。
国外对于集装箱装箱问题的研究比我国早。
二、集装箱装箱方式
现有的集装箱装箱方式大体有两种：
1.整箱(FullContainerLoad,FCL)。是指货主自行将货物装满整箱以后,以箱为单位托运的集装箱。这种情况在货主有足够货源装载一个或数个整箱时通常采用,除有些大的货主自己置备有集装箱外,一般都是向承运人或集装箱租赁公司租用一定的集装箱。空箱运到工厂或仓库后,在海关人员的监管下,货主把货装入箱内、加锁、铝封后交承运人并取得场站收据,最后凭收据换取提单或运单。
2.拼箱(LesSThanContainerLoad,LCL)。是指承运人(或代理人)接受货主托运的数量不足整箱的小票货运后,根据货类性质和目的地进行分类整理。把去同一目的地的货,集中到一定数量拼装入箱。由于一个箱内有不同货主的货拼装在一起,所以叫拼箱。这种情况在货主托运数量不足装满整箱时采用。拼箱货的分类、整理、集中、装箱(拆箱)、交货等工作均在承运人码头集装箱货运站或内陆集装箱转运站进行。
三、集装箱货物装载的一般要求
集装箱货物的现场装箱作业,通常有三种方法:A、全部用人力装箱;B、用叉式装卸车(铲车)搬进箱内再用人力堆装;C、全部用机械装箱,如货板(托盘)货用叉式装卸车在箱内堆装。这三种方式中,第三种方法最理想,装卸率最高,发生货损事故最少。但是即使全部采用机械装箱,装载时如果忽视了货物特性和包装状态,或由于操作不当等原因,也往往会发生货损事故,特别是在内陆地区装载的集装箱,由于装箱人不了解海上运输时集装箱的状态,其装载方法通常都不符合海上运输的要求,从而引起货损事故的发生,这种实例很多。集装箱货物装箱时一般要求如下:
.合理积载
积载是指各集装箱具体装载哪些货物和怎样装载的计划安排。无论是发货人(整箱交接情况下)还是运输经营人(拼箱交接情况下)在货物装箱前都要做好货物积载工作,即当不同种类的货物拼装同一箱时,应根据货物的性质、包装形态、重量及强度、卸箱顺序等分区、分层堆放。如不用性质的货物拼装在同一箱时,应保证它们的物理、化学性质不发生冲突和气味污染,以防止货损;将包装牢固、重件货物装在箱子底部,包装不牢、轻货装在上部;不同发货人(或收货人)的货物拼箱时,应考虑货物的流向要一致,如需要几次掏箱时,应根据货物在运输途中交货的先后顺序安排箱内堆放位置(先交的货放在靠箱门位置),以防止反复掏装箱。
2.均衡分布货物重量
货物在箱子内的重量分布应均衡。一般要求沿高度方向重量分布应均衡或下重上轻;沿长度和宽度方向应均衡,如箱子的某一部位、某一端或某一侧负荷过重,易引起吊运过程中箱子倾斜、装卸机械及运输工具(特别是拖车)等事故。
3.做好货物的堆码、衬垫和系固
在货物多次堆码时,堆码的层数应根据货物包装强度及箱底承载能力规定(单位面积承重量)来决定。为使下层货物不被压坏和防止装箱、运输过程中引起的撞击损伤,应适当考虑在各层之间垫入缓冲器材。货物的积载应严密、整齐。货区之间,货物与货物之间,货物与箱体之间的空隙应加适当的隔垫以防止货物的移动、撞击、沾湿和污损。对靠近箱门附近的货物要采取系固措施,以防止开箱和关箱时货物倒塌造成货物损坏和人身伤亡事故。
4.其他应注意事项
装载箱内的货物总重量不得超过箱子允许的额定载重量,包括箱子本身的毛重量绝不允许超高工50规定的各种规格尺度集装箱的总重量标准。由于货物超重而造成的运输过程中的一切损失均由装箱人负责,装箱时使用的隔垫料(胶合板、草席、缓冲器材、隔垫板等)和系固所用材料应清洁、干燥,以防止水渍、汗渍等货损事故。
四、现行装箱方法的问题
集装箱现行的装箱方法,一般都能够保证货物、装卸机械和人员安全,但是某些集装箱装卸效率不高,如常用的干货集装箱,一般在一端设有箱门,装卸时只能一端装,一般从里往外装至箱门,效率比较低;侧面箱门的装卸面相对后面箱门比较大,效率能高一些,所以可以考虑把只有一端箱门的集装箱尽量扩大装卸面,多面开门,多个方向同时进行装卸,以提高装卸效率,只有一端箱门的集装箱在条件允许下也尽量实行侧面开门。
目前大多数集装箱容积利用率不高,一个20英尺集装箱,一般利用率约为75%;一个40英尺集装箱,一般利用率约为S2%。如果货物的包装箱本身不饱满,那么集装箱的实际利用率会更低,集装箱没有达到最优化利用。尽管现在提出了一些集装箱装箱的方法,但是仍然存在一定的局限性,具体表现在无法解决多变量以及一些随时间而变化的问题。另外,当运力的供给能力小于运输需求的时候,可以在一个很小的范围内允许集装箱适当超载,这样既可以满足客户货物运输的需要,也可以降低运输成本。问题是如何控制超载的幅度,要控制超载。以上方法难以有效解决。
五、展望
由于一个集装箱装运的包装产品,可以是不同规格以及某些产品装运形式的特殊规格,所以模型的描述很复杂。本讨论在同一规格同一条件下,以及包装产品的长、宽、高方向无限制下,如何解决集装箱的装箱问题。另外,由于在实际的集装箱装箱操作中,会遇到许多比较特殊的约束条件,如货物的特殊性质要求特殊装载方法、集装箱结构材质不同、货主的特殊要求等,都是装箱问题的约束条件。更为实用有效的解决集装箱装箱问题的方法有待于对现行装箱方法和优化理论进行更深入细致的研究,以期获得更大的理论建树。
