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物流安全运筹学的构建研究

作者:admin 更新时间:2018年08月07日 10:52:05

  摘要:为完善安全物质学的学科体系,促进物流安全研究与应用,开展物流安全运筹学构建研究。通过分析安全科学、物流学、运筹学和系统科学等文献资料,提炼物流安全及物流安全运筹学含义,解析其研究对象、目的、核心思想、原理和方法等学科基本问题。然后,论述物流安全运筹学的综合性交叉学科属性,建立学科基础框架,构建物流安全运筹学的一般研究程序,提出物流安全运筹学研究的6步骤法,详述各程序研究方法和内容。结果表明,所构建的物流安全运筹学的理论基础牢固、研究内容丰富、应用前景广泛,将成为物流学、安全科学及运筹学等学科体系的新兴交叉分支学科。


  关键词:安全运筹;安全物质学;物流安全;运筹学;学科构建;


  作者简介:黄浪(1990—),男,四川泸州人,博士研究生,研究方向为安全科学基础理论、安全物质学。


  0引言


  物流活动贯穿于人类生产和生活的各方面,特别是近年电子商务的兴起,使我国物流业进入高速发展时期,各方面亟待解决的问题随之出现,其中物流安全问题最为突出。因此,为确保物流系统安全运行,开展物流系统安全与危险演变规律研究。


  国内针对安全科学和运筹学在物流安全领域的研究起步较晚:1在物流安全科学研究方面,文献[1-7]分别从供应链、安全管理措施、人的不安全行为和物的不安全状态、系统工程、风险评价等方面进行论述;此外,循环物流[8]、绿色物流[9]、逆向物流[10]、应急物流[11]、军事物流[12]等概念的提出,充分扩展物流安全的内涵。以上研究均是不同学者从各自的研究领域和研究视角出发,对物流安全进行定义与分析,且多集中在某些具体技术层面,对于物流安全的定义、内涵、研究内容、步骤及方法等,没有形成统一认识。2在物流运筹研究与应用方面,文献[13-17]介绍物流管理的各种运筹方法,包括物流与运筹关系、线性规划、运输规划、动态规划、图与网络分析、决策论、存储论,以及用Excel解决实际物流管理问题等内容。但这些研究只限于运筹方法在物流管理中的应用,没有探讨物流系统安全问题。由上述文献分析可知,安全科学与运筹学在物流安全领域的研究存在缺陷,过去间断,粗放及传统的物流安全研究方法已经不能满足人们日益提高的物流安全要求和标准。


  鉴于此,笔者将从大安全视角出发,梳理物流安全定义及内涵;基于安全科学和运筹学的理论基础,探讨建立物流安全运筹学相关内容;根据安全科学理论,辨识与分析物流系统存在的安全问题;结合运筹学方法,提供优化和实现物流系统安全的相关措施,以期系统化物流安全研究问题,完善安全科学、运筹学和物流工程学科体系。


  1物流安全运筹学定义及内涵


  1.1物流安全定义


  物流安全概念是物流安全理论中的关键问题,是物流安全理论及相关问题的基础,从根本上限定物流安全运筹学理论体系框架。现行国家标准术语[18]规定,物流是指为物品及其信息流动提供相关服务的过程;物流活动是指物流过程中的运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工与信息处理。物流安全问题贯穿于物流活动的各个环节,任何环节出现问题都会带来不同程度的人员伤亡和财产损失。


  研究物流安全问题是为预防和控制物流安全事故的发生。根据事故致因理论[19],可以把导致物流安全事故的主要因素归纳为人、物、管理和环境4个主要方面。在对有关物流安全的研究进行扬弃的基础上,从事故致因视角出发,物流安全是为确保一定时空范围的物流活动免遭人的不安全行为、物的不安全状态、管理和环境缺陷等不利因素影响而正常进行的状态。


  1.2物流安全运筹学定义及内涵


  安全科学[20-21]是以保障人类在生产、生活、生存过程中的身心安全与健康、相关设备与财产安全以及生存环境安全,对整个客观世界及其规律总结基础上形成的知识体系。运筹学[22-24]使用数学工具和逻辑判断方法,研究系统中的人力、物力、财力的组织和筹划调度问题,寻找复杂系统问题中的最佳或近似最佳的方案,改善和优化现有运行系统,从而为决策者提供最优方案。作为一门应用型学科,运筹学应用领域广泛,包括生产计划、库存管理、运输问题、人员管理等和物流相关的领域。


  综合物流安全相关概念、安全科学理论、运筹学理论及事故致因理论,提炼物流安全运筹学定义:从物流安全的角度和着眼点出发,以系统科学理论为核心思想,运用安全科学辨识与分析物流系统中存在的安全问题,通过运筹学的原理和方法解决物流安全问题的一门新兴学科。


  1)以物流系统为研究对象。物流系统是一个复杂动态系统,物流系统的总目标是实现物资的时空变化,是一个多目标、多决策函数系统,如希望物流流量最大、物流时间最省、物流服务最好、物流成本最低等。这些目标往往与物流安全形成矛盾,物流系统在这些矛盾中运行,这些矛盾就是物流安全运筹学的研究要点。从事故致因层面划分,物流系统主要涉及人(物流活动职能人员、周边人员)、物(被运输的物质、运输设备或工具、物流活动保障设备等)、管理(事前预防管理、事中应急救援管理、事后善后管理)、环境(社会环境、自然环境)等。


  2)以物流系统安全运行为目的,使物流活动更好地为人类社会服务。主要包括包装安全、仓储安全、运输安全、装卸搬运安全、流通加工安全和物流信息安全。物流活动是为满足人们的生产、生活需求,按照人们的意愿在一定的时间、空间范围内发生的一系列有序活动,物流安全事故的发生可能导致有序的物流活动走向无序和终止,并引起一系列事故。


  3)以系统科学为核心思想。系统思想和方法为实现物流安全提供理论基础,物流系统中任何一个要素的变化都可能引起其他要素的变化进而影响到整个系统的安全性,物流系统安全或危险状态是其整体涌现性的表现。


  4)运用安全科学的原理和方法对物流过程中人、物、管理、环境等方面的危险有害因素进行辨识、分析、评价、控制和消除。运用运筹学原理和方法,根据危险有害因素辨识与分析结果,为物流系统的安全规划和设计、物流安全资源配置、物流安全路径优化选择、物流过程安全管控等过程的最优方案和决策提供理论参考。


  2物流安全运筹学学科基础及研究内容


  2。1学科属性与学科基础


  在物流安全运筹学研究中,首先要认识学科属性。从物流安全运筹学定义及内涵可知,物流安全运筹学属于典型的综合性交叉学科,是安全科学、运筹学与物流学有机结合、交叉渗透而形成的具有特定功能的知识体系。另外,物流安全运筹学是在人类物流实践活动中产生的,是为解决物流活动中的危险有害因素,从而保障物流安全,使物流活动更好的为人类生产、生活服务的学科。因此,实践性是其基本特征。物流安全运筹学综合属性和学科基础关系,如图2所示。


  2。2研究内容


  基于物流系统安全辨识与分析结果,使用运筹学方法从总体上根据物流安全需求,优化和确定包装计划、运输计划、装卸计划、仓储计划、再加工计划、回收和废弃计划,在此基础上进行物流安全人员、物流安全工具与设备、物流活动安全保障措施等的统筹安排和调度;运用运筹学方法对多种物质同时库存进行安全管理,如库存能力量算、库存量匹配预算、安全库存位置优选等;综合考虑运输成本、安全性、运输工器具等进行运输路径的优化和选择;对物流安全职能人员的需求、人员指派与分配等的统筹管理。按照物流安全运筹学内涵结构,将其主要研究内容概括为6个方面:


  1)包装安全。包装在整个物流活动中具有特殊的地位,处于生产过程的末尾和物流过程的开始,既是生产的终点,又是物流过程的始点,是物流活动的基础。包装材料、形式、方法以及外形设计都将对后续物流环节安全性产生重要影响。因此,包装安全是物流安全的基础。


  2)运输安全。运输主要是改变物质的空间状态,根据运输方式不同,运输安全可以分为公路运输安全、水路运输安全、铁路运输安全、航空运输安全、管道运输安全等。运输是物流活动的主要流程,因此运输安全也是物流安全的研究重点。


  3)仓储安全。仓储是物流活动的中心环节之一,是对进入物流仓库的物质进行堆垛、管理、保管、保养、维护等一系列活动,主要是改变物质的时间状态。由于储存物质本身的特性、环境和管理等方面的因素,仓储环节存在大量的不安全因素,仓储安全就是消除和控制这些不安全因素。


  4)装卸搬运安全。装卸搬运活动在物流过程中不断出现和反复进行,它的出现频率高于其他物流活动,工作量大、作业环境复杂、不可控因素多,导致装卸搬运作业不安全因素多且复杂。


  5)流通加工安全。流通加工是为弥补生产过程中的不足,更有效地衔接生产和需求环节,对物质进行辅助性加工。流通加工过程可能使物质发生物理或化学性质变化,存在事故隐患。


  6)信息安全。物流活动离不开物流信息,特别进入现代物流时期,正确、全面的物流信息显得更加重要,如运输调度信息、物质安全或危险信息、仓储信息等。各方面研究内容的实例见表1。


  3物流安全运筹学研究程序与方法


  物流安全运筹学的研究是包含一系列步骤的有序过程。结合物流系统特性,综合系统安全分析和运筹学分析方法,将物流安全运筹学研究的一般程序概括为:明确物流安全运筹问题、问题归类与概念化、建立数学模型、求解模型、结果分析与模型检验、物流安全运筹问题对策措施的提出与实施,如图3所示。


  1)明确物流安全运筹问题。在物流安全系统规划与设计、物流安全系统建立与运行2个阶段,采用系统安全分析方法,对物流系统危险有害因素进行辨识、分析与评价,明确物流安全运筹问题(可控变量、已知参数、随机因素等),主要方法有安全检查表法、预先危险性分析法、危险性与可操作性研究、故障类型与影响分析、事故树分析、事件树分析、因果分析等。


  2)问题归类与概念化。明确物流安全运筹问题后,需要对其进行归类,以便于根据不同的运筹问题进行数学建模,具体类别包括:包装安全问题、装卸搬运问题、运输问题、仓储问题、流通加工问题、物流信息问题。


  3)建立数学模型。建模的目的是寻找规律,求解实际问题。物流安全运筹问题的数学建模有2个关键因素:1用数学方法描述物流系统预定发挥的安全功能,即目标函数,用G=G(x1,x2,…,xn)表示。物流安全运筹学的目标是使物流系统安全功能最大化(max)或危险性最小化(min),是一个优化问题,通过目标函数最大化(安全功能)或最小化(危险性)实现;2用数学方法表述物流系统的约束条件,即约束函数,用f=f(x1,x2,…,xn)表示。在物流系统中,约束条件可归纳为:运输物质方面(物理化学性质、数量等),包装方面(包装材料匹配性、性能优劣性等),仓储方面(仓库位置、建筑结构、库存能力、库存量、抗震级别、火灾级别等),装卸搬运方面、运输方面(运输成本、车辆安全性能、运输能力、运输路径等)、物流再加工方面、物流信息方面。将上述2个关键因素结合起来,可得物流安全运筹问题数学模型的一般形式:


  在上述模型一般形式基础上,根据不同的物流系统建立具体运筹学模型:1线性规划模型。解决物资安全调运、配送和安全人员分配等问题;2整数规划论模型。求解物流安全目标所需的人数、运输工器具,以及仓库和中转站等的安全选址问题;3动态规划论模型。解决运输安全路径优选、安全资源分配、仓库安全库存量等问题;4图论模型。主要解决运输安全路径优选、仓库安全库存量等问题;5决策论模型。解决运输时间、安全成本、运输量、仓储量等与物流系统安全性的矛盾问题;6排队论模型。主要解决物流信息安全、流通加工安全方面的问题;7存储论模型。用于获取在保证物流系统安全的条件下的最优库存量、补货频率、周转周期等。建立思路和方法见表2。


  4)求解模型。数学模型可采用解方程组、推理、图解、软件模拟和定理证明等方法求解。求解结果分为:1最优解。模型的所有可行解中最优的一个,安全功能最好或危险性最小。2满意解。即次优解,表示对应安全功能可接受。3描述性的解。对应于描述性模型,用于描述物流系统在不同条件下的安全或危险状态,可用于预测和分析物流系统的行为特征。


  5)结果分析与模型检验。求得模型解以后,需要进行模型检验,包括:1正确性分析。将不同条件下的数据代入模型,检验相应的解是否符合实际,是否能够反应实际问题。2灵敏度分析。分析模型中的参数发生小范围变化时对解的影响。通过检验,如果模型不能很好地反映实际问题,则需要对问题进行重新分析并修正模型,直到输出满意结果。


  6)物流安全运筹问题对策措施的提出与实施。根据危险有害因素辨识结果和运筹学模型分析结果,从物流安全人员、安全设备、物流安全物质、物流环境等方面提出人-物-环安全交互措施、本质安全措施、工程防护措施、个体防护措施等。若物流系统危险有害因素没有得到有效控制和消除,则反馈到问题辨识阶段,重新进行物流系统安全优化,直到系统缺陷被纠正与完善。


  4结论


  1)以物流系统为研究对象,以物流系统安全运行为目的,以系统科学为核心思想,运用安全科学和运筹学的原理和方法,对安全科学、运筹学和物流学进行交叉渗透研究,提炼物流安全含义,提出物流安全运筹学定义,阐释物流安全运筹学内涵。


  2)论述物流安全运筹学综合性交叉学科属性和实践性基本特征。从安全人体学、安全物质学、运筹学等方面构建学科基础框架。从包装安全、运输安全、仓储安全、装卸搬运安全、流通加工安全、物流信息安全6方面概述其研究内容,并分析各个方面的研究实例。


  3)提出物流安全运筹学研究的6步骤法:明确物流安全运筹问题、问题归类与概念化、建立数学模型、求解模型、结果分析与模型检验、物流安全运筹问题对策措施的提出与实施,并阐释各个程序研究方法和内容。


  4)物流安全运筹学的构建可以促进物流安全的研究与应用,系统化物流安全研究问题,并完善安全科学、运筹学和物流学科体系。