基于供应链管理的集装箱港口物流资源优化配置研究精编版.docx
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基于供应链管理的集装箱港口物流资源优化配置研究精编版
基于供应链管理的
集装箱港口物流资源优化配置研究
王丹迎
华南理工大学
经济与贸易学院09级物流工程系
【内容摘要】
伴随着经济一体化、全球化趋势的发展和社会主义市场经济的不断完善，我国国民经济和对外贸易迅速增加，集装箱运输量保持了较高的增长速度。
同时，由于近年来现代物流的发展，越来越多的客户要求货物运输能够实现“门到门”的服务，这就需要无缝连接的运输链作为支撑。
集装箱港口作为运输链上的一个重要节点，不仅要有足够的容量适应快速增加的物流需求，而且要求港口的管理者合理配置资源，降低作业成本，提高其作业物流的效率，从而快速响应现代物流发展的要求。
本文以集装箱港口作业物流资源利用的优化为研究方向，运用基于供应链管理的物流思想，对集装箱港口作业物流资源配置的理论和方法进行了研究和探析。
首先，本文运用物流的思想来研究集装箱港口的资源配置问题。
针对集装箱港口物流资源所包含的范围，以我国的集装箱港口物流资源利用现状为载体，剖析出集装箱港口资源值得优化配置的几个方面，并着力从一个方面进行了深入探讨。
其次，运用供应链管理的思想来研究上面提出的问题，把供应链管理对资源优化的思想运用到港口资源的优化配置上。
最后，通过优化前后资源配置的结果总结出对集装箱港口的作业实践有益的理论指导和方法支持。
【关键词】集装箱港口物流资源优化配置供应链管理
【目录】
一．研究背景
1.现代集装箱港口物流的发展
2.集装箱港口物流资源涵盖的范围
3.我国集装箱港口资源利用的现状
二．对现状的分析和思考
1.用物流的思想分析现有港口资源配置的研究及其缺陷
2.用供应链的思想从现有港口资源配置得到的启发
3.论文的目的和研究的意义
三．基于供应链管理的资源配置优化
1.供应链与供应链管理
2.基于供应链管理的集装箱港口物流资源优化配置建议
四．总结
【正文】
一．研究背景
1.现代集装箱港口物流的发展
集装箱运输具有经济性、安全性、可靠性、准时性等优点，且对生态环境的负面影响较小，是现代交通运输发展的典型代表，己成为国际货物运输的主要形式。
集装箱运输的优越性使沿海国家都相继开辟了集装箱航线，集装箱船舶也由原来的改装船逐渐过渡到专用船舶，船队的规模也在不断扩大。
各国为了适应集装箱的发展，纷纷对港口设施投入巨额资金，改建、扩建了集装箱专用码头，并装备了集装箱专用的机械，使港口装卸效率有了极大的提高，有效地促进了集装箱运输的发展。
港口物流是最近几年才频频出现在学术研讨和各类媒体上的新名词。
港口物流是指中心港口城市利用其自身的口岸优势，以先进的软硬件环境为依托，强化其对港口周边物流活动的辐射能力，突出港口集货、存货、配货特长，以临港产业为基础，以信息技术为支撑，以优化港口资源整合为目标，发展具有涵盖物流产业链所有环节特点的港口综合服务体系。
港口物流是特殊形态下的综合物流体系，是作为物流过程中的一个无可替代的重要节点，完成整个供应链物流系统中基本的物流服务和衍生的增值服务。
随着人们对现代物流理论的研究不断深入与成熟，发展中心城市的港口物流已经越来越引起物流学术界、产业界以及政府部门的高度重视，港口物流取得迅速发展。
据统计，全球国际贸易海港约有2500多个，位于世界各海洋的要道，其中吞吐量超过1000万ｔ的有100多个，5000万ｔ以上的有20多个。
目前，世界上吞吐量在千万吨以上的大港有80％以上集中在发达国家，它们往往也是大工业中心。
发展中国家的港口，多是原料出口港，工业不够发达。
世界港口的发展大体经历了三代，第一代港口功能定位为纯粹的“运输中心”，主要提供船舶停靠、海运货物的装卸、转运和仓储等；第二代港口功能定位为“运输中心＋服务中心”，除了提供货物的装卸仓储等，还增加了工业和商业活动，使港口具有了货物的增值功能；第三代港口功能定位为“国际物流中心”，除了作为海运的必经通道在国际贸易中继续保持有形商品的强大集散功能并进一步提高有形商品的集散效率之外，还具有集有形商品、技术、资本、信息的集散于一体的物流功能。
第三代港口处理的主要货物是集装箱，服务的主要对象是班轮公司联盟，是国际海陆间物流通道的重要枢纽和节点、是区域性乃至国际性的商务中心、是区域性的信息中心。
目前，世界主要港口中第二代港口仍是发展的主流，但随着经济全球化、市场国际化和信息网络化，一些大型港口如鹿特丹港、安特卫普港、香港港和新加坡港等已经开始向第三代港口转型。
我国主要港口的转型尚处于起步阶段，上海、深圳、天津等港口都在积极规划建设港口物流基地，但还不成熟，因此我们要适时研究现代港口物流业的发展策略，为我国港口物流业的理性发展指明方向。
1、港口物流发展势头良好
我国外贸货物90%以上由海运完成。
截止到2010年底，我国规模以上港口年货物吞吐量64.44亿吨，增长14.1%；完成集装箱吞吐量1.36亿TEU，增长19.4%%，全国共有上海港、宁波港-舟山港、广州港、深圳港、天津港、秦皇岛港、青岛港、大连港、日照港、营口港、苏州港、南京港、南通港、连云港港、烟台港、湛江港、唐山港等22个亿吨大港，我国已经成为世界上港口吞吐量和集装箱吞吐量最大的国家，连续6年稳居世界位。
2、港口物流基础设施不断改善
港口建设继续向大型化、专业化方向发展。
大型专业化的散杂货装卸设备在港口中得到了广泛应用；大型集装箱码头的自动化程度显著提高，集装箱装卸桥最高台时效率达到70个自然箱以上；采用自动导航集装箱运输车组成的无人驾驶集装箱港内运输系统，使车辆定位精确度达到数厘米以内；港口码头泊位持续增加。
3、港口总体格局日趋合理
目前我国已形成了以主枢纽港为骨干、区域性重要港口为辅助、地方中小港口为补充的港口地理布局；港口功能已由以装卸、集散货物为主的运输功能逐步扩展到仓储、加工和商贸等多个领域。
现在我国已经形成了三个主要港口群，即珠江三角洲港口群、长江三角洲港口群和环渤海港口群，它们覆盖了我国主要的沿海和内河港口，有效地推动了港口之间的分工合作和当地的经济发展。
4、港口物流软环境建设逐渐完善
各地方政府十分重视港口物流的发展，纷纷提出了以港兴市的发展战略，制定了一系列与港口物流发展相关的法律法规和政策措施，推动了港口发展新一轮热潮，现代港口物流发展的软环境正在逐渐完善，宏观政策体系正在逐步形成。
2.集装箱港口物流资源涵盖的范围
物流资源是指人、财、物、时间和信息。
集装箱港口作业物流所直接关联的资源主要包括泊位资源、堆场资源、装卸设备资源、水平运输资源四大类，作为一个经济运作实体，集装箱港口作业物流资源还包括人力资源、信息资源、能源资源等。
3.我国集装箱港口资源利用的现状
自2001年实行港口管理体制改革以来，我国港口迎来了高速发展期，全国港口吞吐量年均增加14个百分点，规模以上港口数量增加到430多个。
但是，粗放型的发展模式也造成了港口资源的浪费、低水平重复建设和港口间的恶性竞争。
近年来，交通运输部与地方有关部门开始尝试推行港口资源整合。
目前，福建、广西、湖北等省区已在部分区域打破行政区划，探索实行跨区域的港口管理模式。
其中，广西的防城港、钦州港、北海港于2006年底整合形成广西北部湾港，整合效益明显。
2009年，在全国港口生产普遍低迷的情况下，北部湾港的货物吞吐量达9408万吨，是整合前的3倍，利润3年平均增长逾64%。
二．对现状的分析和思考
2.1用物流的思想分析现有港口资源配置的研究及其缺陷
2.1.1泊位资源配置的研究
船舶到达港口后最首要的就是要为其分配适当的泊位供其靠泊，以便进行装卸作业。
由于泊位空间是港口的一大稀缺资源，因此泊位配置问题是提高集装箱港口，尤其是亚洲集装箱港口利用效率的关键点之一。
从19世纪以来，学者们对泊位安排问题进行了一系列的研究。
E.D.Edmondetal.（1978）首次指出可以采用排队论模型处理港口作业问题。
A.Imaietal.（1997）假设船在调度计划开始时都已在港等候就泊，然后研究了以港口中船舶总的逗留时间最短以及船方因排队顺序而引起的船公司不满意度最小的多目标的港口泊位安置（BAP）问题。
就现有泊位配置问题的文献来看，关于泊位配置问题的研究己经从最初的离散仿真模拟逐渐发展为建立理论分析模型，但是，现有的解析模型大多都是静态的配置，假设船舶已在港等候靠泊，而且在这些船舶靠泊后的作业期间内其他船舶不会到达。
而实际的港口作业过程中，船只都是动态到达的，且在动态泊位配置问题模型的求解方面，尚缺乏相关的研究。
2.1.2.装卸资源配置的研究
集装箱港口装卸资源的配置主要包括桥吊、龙门吊和集卡的配置。
1、桥吊的配置
在桥吊配置方面，Daganzo（1989）对静态的桥吊作业计划建立了整数规划模型，其目标为使计划中所有船舶的等待时间最小;此后，PeterkofskyandDaganzo（1990）将作业中的桥吊视为平行作业的同种机械，则该问题转化为“openshopschedulingporblem"，建立了整数规划模型，采用分支定界法求解。
J.BSse等（2000）针对岸边有缓冲区的港口，建立了仿真模型，以桥吊作业的等待时间最短为目标，在给定各船集装箱装卸顺序的假设下，确定如何为各桥吊配备在缓冲区的跨运车，以及各跨运车应以何顺序操作具体的集装箱。
但是，目前世界上岸边有缓冲区的港口并不多，所以该模型的应用范围有限。
2、集卡和龙门吊的配置
Simchi-Levi等（2000）建立了基于车辆的集装箱港口集卡分派模型（一旦车辆空闲就将其分派给最早产生的任务），目标为船舶在港时间最小，并给出了一启发式算法;S.HChan（2001）建立了卸船集卡分派的网络流模型，分析了集卡的载箱能力为一个和两个的不同情况的比较，并提出了一种启发式算法。
他们都假设已知集装箱的起点和终点。
在进港集装箱的集卡配置方面，由于该问题涉及因素较多，相关文献比较少。
龙门吊配置、分派计划的合理与否关系到整个港区的操作，尤其对船舶装卸作业的效率影响极大，目前学术界对这一问题的研究尚处于起步探索阶段。
综上所述，港口物流资源配置的研究缺乏物流的思想。
集装箱班轮在抵港前会有预报，港口就要根据预先收知的船舶积载情况、装卸货量等，来安排岸边作业的桥吊、具体为该船开辟的堆场箱区及作业的龙门吊，以及连接堆场和岸边作业的集卡。
目前大多数港口的管理计划人员使用的方法是基于单船考虑的:
某一船舶计划员只为专门的一条船舶计划装船和卸船的物流作业，就桥吊、龙门吊、人力等配置资源而不同的船舶计划员之间缺乏相应的合作。
这就缺乏系统的思想，很可能导致在某一时间段同一资源被不同的计划员分派给不同的任务，产生资源利用的冲突，物流作业质量的下降也就不可避免。
集装箱港口的作业物流是一个非常复杂的动态过程，它涉及到岸边的桥吊作业、堆场的集装箱箱位分配、堆场龙门吊的作业以及集卡车队的作业。
与此同时，当今航运界集装箱船舶的大型化趋势日趋加强，这样导致每次船舶的靠泊作业量也大大增多.更为港口作业物流的资源配置带来了复杂的因素。
总体说来，目前国内学术界对集装箱港口资源分配计划的研究还未给予足够的重视，相关的文献也仅限于早期对集装箱船舶装卸作业的一些原则的探讨。
国外对该问题已有一些研究，但基本上处于理论探讨阶段，并且大多是只从单一资源的角度来考量的，缺乏物流观点的全局性和整体性，各个资源配置之间往往存在目标冲突。
2.2用供应链的思想从现有港口资源配置得到的启发
2.2.1集装箱港口产能过剩的影响
随着物流业被列入十大产业振兴规划，全国各地相继掀起港口建设热潮，各大港口纷纷树立起吞吐量标杆，喊出建设亿吨港口或者集装箱干线港的口号，然而在全球资源紧张的背景下，建设如此多的超级大港造成的资源浪费和产能过剩不仅使腹地资源竞争更加激烈，还影响着未来港口规划和物流行业的整体发展。
港口作为供应链物流的一个重要环节，产能过剩导致的资源浪费直接导致供应链下游的资源紧张，促使恶性竞争，不利于供应链的持续稳定发展。
因此，促进港口资源高效整合，优化港口资源配置就显得格外重要。
2.2港口物流信息化建设的必要性
随着港口在供应链中的思维逐渐增强，供应链管理对港口物流信息化和标准化的要求也越来越高。
近年来，物流信息化成为众多港口开展新业务、实现增值服务、延伸产业链的重要手段。
信息成为港口物流发展的第一要素，以互联网为依托的港口物流信息服务系统的完善迫在眉睫。
3.论文的目的和研究意义
1．运用物流的观点研究集装箱港口作业物流资源配置问题。
当前的研究多是仅从某个单一资源的角度进行优化，本文试图运用物流的观念，整体地研究集装箱港口作业物流资源配置的问题，并运用网络流思想建立面向整个港口作业的装卸资源配置模型。
2．运用供应链管理的思想优化港口物流资源配置
从供应链的整体角度出发，对港口物流资源进行全局规划，完善港口物流信息系统，实现供应链管理的标准化和信息化。
三．基于供应链管理的资源优化配置
3.1.供应链与供应链管理
随着社会化大生产和全球经济一体化的发展，企业需要在全球范围内进行市场资源的有效配置，由此产生了供应链和供应链管理的概念，实施供应链管理已经成为电子商务时代体改企业核心竞争力的重要途径和手段。
3.1.1供应链
关于供应链的概念，我国国家标准《物流术语》对供应链的定义是：
“供应链是生产及流通过程中，涉及将产品或服务提供给最终用户的上游与下游企业所形成的网链结构。
”
供应链是围绕核心企业，通过对信息流，物流，资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的将供应商，制造商，分销商，零售商，直到最终用户连成一个整体的功能网链结构。
它不仅是一条连接供应商到用户的物流链、信息链、资金链，而且是一条增值链，物料在供应链上因加工、包装、运输等过程而增加其价值，给相关企业带来收益。
3.1.2供应链管理
供应链管理（Supplychainmanagement，SCM）是一种集成的管理思想和方法，它执行供应链中从供应商到最终用户的物流的计划和控制等职能。
从单一的企业角度来看，是指企业通过改善上、下游供应链关系，整合和优化供应链中的信息流、物流、资金流，以获得企业的竞争优势
供应链管理是企业的有效性管理，表现了企业在战略和战术上对企业整个作业流程的优化。
整合并优化了供应商、制造商、零售商的业务效率，使商品以正确的数量、正确的品质、在正确的地点、以正确的时间、最佳的成本进行生产和销售。
《物流术语》国家标准（GB/T18354-2001）对供应链管理的定义：
利用计算机网络技术全面规划供应链中的商流、物流、信息流、资金流等，并进行计划、组织、协调与控制等。
全球供应链论坛（globalsupplyChainforum，GSCF）将供应链管理定义成：
为消费者带来有价值的产品、服务以及信息的，从源头供应商到最终消费者的集成业务流程。
3.1.3供应链与港口物流的联系与区别
港口物流是社会物流供应链中的一个组成部分或环节。
供应链的范围远远宽于物流，它还涵盖了生产、流通和消费，从广义上涉及了企业的生产、流通，在进入到下一个企业的生产、流通，并连接到批发、零售和最终用户，既是一个社会再生产的过程，又是一个社会再流通的过程。
狭义地讲，供应链是企业从原材料采购开始，经过生产、制造到销售到终端客户的全过程；通过信息和网络手段使其整体化、协调化和最优化是供应链的内涵；运用供应链管理实现生产、流通、消费的最低成本、最高效率和最大效益是供应链的目标。
所以，供应链侧重于管理，物流侧重于技术。
3.2.基于供应链管理的港口物流资源优化配置
3.2.1集装箱港口作业物流中的资源配置问题
集装箱港口是资本密集型的经济实体，要使物流顺利而经济地运行，物流资源的有效配置是其必要保障，而集装箱港口局部物流资源的配置更是关系到港口的运作效率及其竞争力，而全球集装箱运量的不断上升，更要求港口对其有限的资源做出恰当的配置。
港口作业物流可以分为两大类别.第一类是船舶作业（shipoperaitons），负责船舶的装卸作业;第二类是交接作业（receivinganddeliveryoperations），负责接收外集卡运抵港口的出口箱，以及将进口箱交付来提箱的外集卡。
由于第二类作业牵涉到的是和港口外部集卡的交接作业，外集卡的提箱、交箱作业带有极大的随机性，比如有
的货主地处内陆偏远地区，他们的集卡到达时间非常不确定，所以要对这类作业进行优化非常困难，因此，本文只涉及第一类船舶作业的优化。
除非另有申明，本文所称“港口作业物流”也是指船舶作业。
港口作业物流的资源配置包含了以下两大方面的内容:
第一，对到港船舶进行泊位资源的优化配置。
当集装箱船到港后，需要给其安排码头泊位以便进行装卸作业。
由于泊位空间是港口的一个稀缺资源，因此泊位安排问题是提高集装箱港口，尤其是亚洲集装箱港口的利用效率的关键点之一。
第二，对到港船舶进行装卸资源的优化配置。
由于操作人员总是按照装卸机械设备量依照一定比例进行配置，所以一旦得出装卸机械设备资源的配置，则人力资源的配置也就相应可以获知了，所以本文将忽略对人力资源配置的考虑。
本文的研究将主要从第一个方面来进行。
为船f的离港时间和船.7开始作业时间的差值。
那么，如果船舶1和/同时在一个泊位接受服务，式（3-11）和（3-12）均为正值。
而如果船.1在船.1'开始作业前己经完成作业，那么式（3-11）为负值，而式（3-12）则为正值。
反之，则式（3-11）为正值，而式（3-12）为负值。
因此，当yy,=1（两条船舶同时在一个泊位），约束式（3-6）的左边>0,而约束式（3-7）的左边=。
;若Y，一0（没有两条船舶同时靠泊一个泊位），则式（3-6）的左边=0，式（3-7）的左边<0.
从该模型可以得知，动态泊位配置问题（DBAP）是一个非线性整数规划问题，求解具有相当难度。
为了简化求解步骤，本文提出了基于遗传算法（GA-based）的启发式算法。
本文建立的泊位资源配置模型具有以下特点:
1.突破了现有研究中静态模型的局限，建立了动态的泊位配置模型，使模型更
符合实际情况。
2.DBAP模型允许船舶随机到达，这样就更具一般性。
3.可以实时滚动更新数据，使模型的计算结果更加准确。
3.2.2基于供应链的港口资源配置优化策略
3.2.2.1供应链成员信息共享
信息共享对于协调对供应链的各种因素起着非常重要的作用，有助于供应链成员制定各种决策，因此现代供应链管理要求其成员间高度共享业务计划、预测信息、库存信息、进货情况及物流协调的有关信息。
在集装箱码头供应链中，船公司和码头共享船期、船舶资料及载箱信息、到港离港时间信息，有助于码头预先进行作业计划，协调码头各资源作业；而货主企业与船公司和码头共享其出口计划、货物资料等信息，有助于船公司进行舱位安排及场站、空箱使用决策，码头根据相关信息做好收箱计划，可优化堆场、龙门吊等资源作业，从而提高资源利用率，降低货物在供应链中的周转时间。
总之，高度信息共享是供应链运营的基本保证，也是降低和减少供应链中不确定性和风险的关键，信息共享程度的高低决定着供应链的效率。
信息共享的有效实施是以完善的信息系统建设为前提，本文提出关于港口信息建设的几个建议：
1）信息的集成化管理
随着高新科技与信息化技术的迅猛发展，计算机网络技术、数据仓库技术、图形化技术、GPS/GIS技术、无线通信技术、信息交换技术、中间件技术、视频数字化等技术广泛应用于港口管理与生产作业，利用这些技术，将数据、图像、多媒体等信息集成于一体，统一管理，合理利用码头资源；运用现代管理理论和先进的信息技术及其产品，整合集团现有的内部业务系统、信息资源和OA系统，搭建起具有统一角色和权限、安全稳定可靠的港口管理平台,实现“一站式”访问；为港口决策层、经营层、管理层提供信息互动和信息共享，全面提升港口信息管理手段和管理水平。
实现信息数据的集成管理，是解决港口信息化发展问题的关键所在，也是港口信息化发展的必然趋势。
信息系统集成的架构：
信息集成平台是港口所有应用系统的集成，包含了港口从行政办公管理、业务应用处理、统计分析、核算与监控和决策支持等各个层次的业务需求，如覆盖了生产管理系统、集装箱管理系统、财务系统、设备系统、物资系统、固定资产管理系统、人力资源管理系统、工程管理系统、OA等各应用系统的数据。
信息集成平台利用数据仓库技术，通过数据的抽取、清洗、整合，实现了基础应用系统的数据由原来分散的、无规则或规则不强的业务数据的集成，形成分业务主题的各主题数据库，根据业务需求，形成多个数据集市，并通过统一的内部平台Portal进行数据展现，从而达到数据和应用的集成。
信息集成平台架构示意图如下：
2）基于Internet的集装箱港口EDI系统实践
EDI是ElectronicDataInterchange的缩写，即电子数据交换。
EDI技术是企业商务往来的重要工具，它的广泛应用是实现现代化信息社会的标志。
基于国际互联网的EDI相比传统封闭式EDI更节省投资和运营成本，接入更方便灵活且速度快，电子商务的参与形式更多样化。
在集装箱码头运用EDI技术可实现信息的及时传输，及时调度和整合物流资源，大幅缩短码头的物流时间，提高资源利用率。
3）物联网的运用
“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。
其定义是：
通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。
物联网使物流智能化的实现成为可能，根本性地改变现在的物流经营模式，增强供应链的可视性与可控性。
由于港口的吞吐量大、规模大、信息量大，在供应链中的地位尤为重要，所以运用物联网技术进行港口信息管理，是保证信息安全、实时、准确的重要手段，是实现港际信息互联、全面监控港口物流的必要趋势。
目前，基于物联网的集装箱感知系统已初步成型。
四．结论
进入新世纪，供应链管理已发展成为一种先进的业务管理模式，成为企业参与全球市场竞争的重要战略。
但传统的供应链管理主要应用集中在制造型企业和大型零售型企业中，而集装箱港口作为集装箱运输和国际贸易中的贸易节点和重要中转站，供应链管理的思想和理论还未得到充分的应用。
本文以集装箱港口作业物流资源利用的优化为研究方向，运用基于供应链管理的物流思想，对集装箱港口作业物流资源配置的理论和方法进行了研究和探析。
主要研究工作和研究成果如下:
1.运用了物流的系统的观点，探讨了集装箱港口作业物流的资源配置问题。
本文着眼于整个港口的物流运作，将作业物流的资源配置问题划分成港口泊位资源的配置，装卸资源的配置这两个方面来加以解决。
现有的文献研究多是从单一资源的角度来考虑，且大多只针对某一条具体的船舶来配置资源。
本文则以物流的理念来考察港口资源配置问题，提供了一种更为系统化、集成化的研究角度。
2.建立了更为符合现实的动态泊位配置模型DBAP。
对于泊位资源配置问题，针对目前动态配置研究较少的现状以及实践中单凭经验的情况，本文提出的动态配置模型及其算法，具有创新意义。
模型中所有的船舶都是动态到达，而不是静态的己停靠在港口的情形，这样跟实际情况更加吻合。
另外,DBAP是一个非线性整数规划问题，求解具有相当难度。
为了简化求解步骤，提高求解效率，本文提出了基于遗传算法（GA-based）的启发式算法。
3.运用了供应链管理的思想来研究港口资源的优化。
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