一种石化产品供应链配送区域的划分与选址方法

技术领域

本发明涉及石化产品配送技术领域，具体为一种石化产品供应链配送区域的划分与选址方法。

背景技术

石化产品即为石油化工产品的简称，也就是石油化工可以生产出来的产品，石油产品可分为：石油燃料、石油溶剂与化工原料、润滑剂、石蜡、石油沥青、石油焦等6类。其中，各种燃料产量最大，约占总产量的90％；各种润滑剂品种最多，产量约占5％。各国都制定了产品标准，以适应生产和使用的需要。

炼油厂，油库和城镇被认为是石化供应链中的三大主要实体。通常，石化产品需要从炼油厂，通过油库运输到城镇。一般来说，一个大的区域会被划分为多个配送区域对石化产品进行储存和配送。而大的区域会被分为“带有炼油厂的区域”和“没有炼油厂的区域”，这两种区域的在划分配送区域的区别是：“带有炼油厂的区域”的第一次配送区域划分需要以炼油厂为中心，而“没有炼油厂的区域”在区域划分的时候，只需要考虑区域中配送的最大平均化。

当前汽油运输主要存在油库选址不合理、运输道路占用高、配送时间长、油库占用率低等问题。其中，油库选址是物流运输优化的节点，而当前我国针对石化产品运输配送优化的探讨基本局限于理论方式探讨，很少通过建立数学模型来解决问题，并通过仿真验证。当前，我国石化的供应链优化工作仅从采购、配置、生产加工方面进行了优化，从油库选址上进行优化的方案暂缺，目前，我国的石化工业仅仅从采购、配置、生产加工方面进行优化仅仅能减少石化产品在生产过程中的成本，并不能减少在运输过程中的成本。

基于此，本发明设计了一种石化产品供应链配送区域的划分与选址方法，以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石化产品供应链配送区域的划分与选址方法，通过先列出所选地区所有城镇的顺序代码和坐标信息，通过计算确定配送区域的配送半径范围，然后比较并选择最适合的配送半径，对各个配送区域划分，先对对油库位置进行第一次调整，再对油库位置进行第二次调整和对油库位置进行第三次调整，最后对油库位置进行第四次调整，能够极大的降低运输成本，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石化产品供应链配送区域的划分与选址方法，包括以下步骤：

S1，列出所选地区所有城镇的顺序代码和坐标信息；

S2，确定配送区域的配送半径范围：包括最小配送半径和最大配送半径，确认方法为通过对研究区域加入地球球面积的计算公式，通过纬度和经度用矩阵的计算办法，使用MATLAB计算所有城镇包括油库和炼油厂的距离，通过这个办法，可以确定一个有效的配送范围，具体方法为：

最小配送范围值：是指在研究区域内，从区域内任意一个城镇到其它任意另一个城镇最小的配送距离，也就是说，所有区域内的城镇都需要算出到其它城镇的距离，并作比较，得到那个最短的运输距离，这个距离就是最小配送半径(最小配送范围值)，因为任意一个城镇至少要到达另外一个其它城镇才能认为这个半径(范围)是有意义的。

最大配送范围值：是研究区域中的配送范围最大值，在这个范围内，任意一个城镇都可以把其它所有城镇全部包括，这个配送范围可以无限大(因为配送范围越大，就越可以把所有城镇都包括在内，但不是最优上限范围)，但程序只选取最小的可以包括其它所有城镇的配送范围作为最大配送范围值，换句话说，这个最大配送范围值就是程序计算最优配送区域划分半径的计算上限；

S3，比较并选择最适合的配送半径：在最小和最大有效配送半径这个范围内，选出一个配送半径，该配送半径到任意一个城镇的距离为最短，这个半径将作为最优半径对所选地区进行首次划分；

S4，对各个配送区域划分：通过对最优配送半径的确认，各个配送区域将通过MATLAB程序被划分。每个配送区域拥有至少一座油库，理论上来讲，每个配送区域内的从中心点(油库位置暂定中心点)到各个城镇的配送距离小于等于15公里。炼油厂有自己的油库，该油库将被作为第一个被划分区域的油库对15公里范围内的城镇进行石化产品的配送，在第一个配送范围被确认后，该配送区域将不再作为待选点，并从图中消失，剩下的城镇将通过配送半径15公里逐步进行划分。其划分条件将按照由多到少依次进行处理。在划分完毕后，会有少数较为偏远的城镇未被包含在已划分配送区域内；

S5，对油库位置进行第一次调整：在配送区域划分完毕后，油库位置首先将按照不同城镇对石化产品的需求作为权重，从各个配送区域的配送半径(15公里)中心点位置进行推移。此时，各个配送区域中的油库位置为相对最优，但是超出最优配送半径15公里的相对较远的城镇，未进行配送安排，所有这些超出最优配送半径的相对偏远城镇将在接下来的步骤进行考虑；

S6，对油库位置进行第二次调整：在S5中的油库位置的基础上，通过MATLAB嵌入半正矢公式矩阵的计算，所有超过最优配送半径的城镇都经过计算和比较，归入与其较近的油库配送区域，由于这些新归入城镇的加入，这些配送区域对石化产品的需求和权重将发生变化，通过再次计算，新加入城镇配送区域的油库位置会根据各个区域中城镇的权重(石化产品需求量)进行二次推移，此时，由于油库位置的变化，各个配送区域交界城镇的最优配送距离也会发生变化，经过比较，从各个油库到各个城镇，只有最近的配送距离为最优，也就是说，各个油库到各个城镇的配送距离将再次通过矩阵计算比较进行确认，通过各个油库到各个城镇配送距离的比较，相对较短的配送距离会组合成各自的矩阵集，将最为新的配送区域进行确认；

S7，对油库位置进行第三次调整：由于从一次物流从炼油厂到油库的权重远大于二次物流从油库到城镇的权重，而一次物流在运输中主要使用的运输方式是船运和铁路运输，因此，基于S6中优化油库的位置，其最近的港口(或河道沿线)和铁路站台(或铁路沿线)就是各个配送区域油库的最终位置；

S8，对油库位置进行第四次调整：各个配送区域的最终划分，基于S7中各个配送区域河路沿线或者铁路沿线的最终油库位置，通过程序中的矩阵计算和比较，把所有城镇位置在矩阵中的点和最终油库位置在矩阵中的点利用半正矢公式进行测算和比较，最终从各个城镇到各个油库配送距离近的将作为最终配送区域进行划分，通过矩阵的形式进行集群划分，最终，不同的配送区域将有各自不同的配送半径，油库位置也根据不同配送区域的特点进行优化。

优选的，所有城镇的坐标都需要保留至少小数点后两位数字，，在运算中，小数点后保留的数字越多，计算量就越大，也越精确。

优选的，所述S3中的划分原则为：使用尽可能短的配送半径来负责尽量多的城镇数量，且每个被划分配送区域中城镇的数量尽量平均。

优选的，所述S2中的计算公式为：

限制条件为:

x

参数:

i：城镇索引(i＝1,2,3,…,n)；

j：炼油厂索引(j＝1,2,3,…,m)；

J：待测试配送区域数量；

RA：炼油厂坐标；

TL：油库坐标；

TLj：待测试油库坐标；

SG：各个城镇坐标；

n：城镇总数；

m：油库总数；

Vi：城镇i的石化产品总消耗；

Nj：城镇j的石化产品的需求；

TKp：从炼油厂到油库间一次物流运输成本；

TKs：从油库到城镇间二次物流运输成本；

RA＝(e,f)：炼油厂的纬度和经度；

TLj＝(cj,dj)：油库的纬度和经度；

SGi＝(ai,bi)：城镇的纬度和经度；

f(RA,TLj)：从炼油厂到油库j的一次物流运输距离，从(e,f)到(cj,dj)；

f(RA,TLj)＝R*arcos[sin(e)*sin(cj)+cos(e)*cos(cj)*cos(f-dj)]*Pi/180

R为地球半径；

g(TLj,SGi)：从油库j到城镇i的二次物流运输距离，从(cj,dj)到(ai,bi)；

g(TLj,SGi)＝R*arcos[sin(cj)*sin(ai)+cos(cj)*cos(ai)*cos(dj-bi)]*Pi/180

R为地球半径。

优选的，x

优选的，所述S6中的半正矢公式为：

d＝R·c

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过对不同影响因素的比较，对石化产品配送区域的划分和对油库位置的调整，可以大幅度地提高石化供应链的运输效率并降低运输成本。

2、本发明中，通过先列出所选地区所有城镇的顺序代码和坐标信息，通过计算确定配送区域的配送半径范围，然后比较并选择最适合的配送半径，对各个配送区域划分，先对对油库位置进行第一次调整，再对油库位置进行第二次调整和对油库位置进行第三次调整，最后对油库位置进行第四次调整，能够极大的降低运输成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明石化产品配送区域的划分和油库位置的调整示意图；

图2为本发明优化前后一次物流货物装载最短时间比较示意图；

图3为本发明优化前后一次物流需要油船数量及需要装载石化产品货物量对比示意图；

图4为本发明优化前后一次物流相对河道占用率对比示意图；

图5为本发明结构优化前后二次物流公路占用相对率比较示意图；

图6为本发明结构运输成本及其他成本统计比较示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种石化产品供应链配送区域的划分与选址方法技术方案：包括以下步骤：

S1，列出所选地区所有城镇的顺序代码和坐标信息；

S2，(请参阅图1：a，b)确定配送区域的配送半径范围：包括最小配送半径和最大配送半径，确认方法为通过对研究区域加入地球球面积的计算公式，通过纬度和经度用矩阵的计算办法，使用MATLAB计算所有城镇包括油库和炼油厂的距离，通过这个办法，可以确定一个有效的配送范围，具体方法为：

最小配送范围值：是指在研究区域内，从区域内任意一个城镇到其它任意另一个城镇最小的配送距离，也就是说，所有区域内的城镇都需要算出到其它城镇的距离，并作比较，得到那个最短的运输距离，这个距离就是最小配送半径(最小配送范围值)，因为任意一个城镇至少要到达另外一个其它城镇才能认为这个半径(范围)是有意义的。

最大配送范围值：是研究区域中的配送范围最大值，在这个范围内，任意一个城镇都可以把其它所有城镇全部包括，这个配送范围可以无限大(因为配送范围越大，就越可以把所有城镇都包括在内，但不是最优上限范围)，但程序只选取最小的可以包括其它所有城镇的配送范围作为最大配送范围值，换句话说，这个最大配送范围值就是程序计算最优配送区域划分半径的计算上限；

S3，(请参阅图1：a，b)比较并选择最适合的配送半径：在最小和最大有效配送半径这个范围内，选出一个配送半径，该配送半径到任意一个城镇的距离为最短，这个半径将作为最优半径对所选地区进行首次划分；

S4，(请参阅图1：c～g)对各个配送区域划分：通过对最优配送半径的确认，各个配送区域将通过MATLAB程序被划分。每个配送区域拥有至少一座油库，理论上来讲，每个配送区域内的从中心点(油库位置暂定中心点)到各个城镇的配送距离小于等于15公里。炼油厂有自己的油库，该油库将被作为第一个被划分区域的油库对15公里范围内的城镇进行石化产品的配送，从图1d中可以看出，在第一个配送范围被确认后，该配送区域将不再作为待选点，并从图中消失，剩下的城镇将通过配送半径15公里逐步进行划分。其划分条件将按照由多到少依次进行处理。在划分完毕后，会有少数较为偏远的城镇未被包含在已划分配送区域内，例如图1中的城镇“m”；

S5，(请参阅图1：g～h)对油库位置进行第一次调整：在配送区域划分完毕后，油库位置首先将按照不同城镇对石化产品的需求作为权重，从各个配送区域的配送半径(15公里)中心点位置进行推移(参照图1中的h)。此时，各个配送区域中的油库位置为相对最优，但是超出最优配送半径15公里的相对较远的城镇，未进行配送安排，所有这些超出最优配送半径的相对偏远城镇将在接下来的步骤进行考虑；

S6，(请参阅图1：h～i)对油库位置进行第二次调整：在S5中的油库位置的基础上，通过MATLAB嵌入半正矢公式矩阵的计算，所有超过最优配送半径的城镇都经过计算和比较，归入与其较近的油库配送区域，由于这些新归入城镇的加入，这些配送区域对石化产品的需求和权重将发生变化，通过再次计算，新加入城镇配送区域的油库位置会根据各个区域中城镇的权重(石化产品需求量)进行二次推移，此时，由于油库位置的变化，各个配送区域交界城镇的最优配送距离也会发生变化，经过比较，从各个油库到各个城镇，只有最近的配送距离为最优，也就是说，各个油库到各个城镇的配送距离将再次通过矩阵计算比较进行确认，通过各个油库到各个城镇配送距离的比较，相对较短的配送距离会组合成各自的矩阵集，将最为新的配送区域进行确认；

S7，(请参阅图1：i～j)对油库位置进行第三次调整：由于从一次物流从炼油厂到油库的权重远大于二次物流从油库到城镇的权重，而一次物流在运输中主要使用的运输方式是船运和铁路运输，因此，基于S6中优化油库的位置，其最近的港口(或河道沿线)和铁路站台(或铁路沿线)就是各个配送区域油库的最终位置；

S8，(请参阅图1：j)对油库位置进行第四次调整：各个配送区域的最终划分，基于S7中各个配送区域河路沿线或者铁路沿线的最终油库位置，通过程序中的矩阵计算和比较，把所有城镇位置在矩阵中的点和最终油库位置在矩阵中的点利用半正矢公式进行测算和比较，最终从各个城镇到各个油库配送距离近的将作为最终配送区域进行划分，通过矩阵的形式进行集群划分，最终，不同的配送区域将有各自不同的配送半径，油库位置也根据不同配送区域的特点进行优化。

其中，所有城镇的坐标都需要保留至少小数点后两位数字，，在运算中，小数点后保留的数字越多，计算量就越大，也越精确。

其中，所述S3中的划分原则为：使用尽可能短的配送半径来负责尽量多的城镇数量，且每个被划分配送区域中城镇的数量尽量平均。

其中，所述S2中的计算公式为：

限制条件为:

x

参数:

i：城镇索引(i＝1,2,3,…,n)；

j：炼油厂索引(j＝1,2,3,…,m)；

J：待测试配送区域数量；

RA：炼油厂坐标；

TL：油库坐标；

TLj：待测试油库坐标；

SG：各个城镇坐标；

n：城镇总数；

m：油库总数；

Vi：城镇i的石化产品总消耗；

Nj：城镇j的石化产品的需求；

TKp：从炼油厂到油库间一次物流运输成本；

TKs：从油库到城镇间二次物流运输成本；

RA＝(e,f)：炼油厂的纬度和经度；

TLj＝(cj,dj)：油库的纬度和经度；

SGi＝(ai,bi)：城镇的纬度和经度；

f(RA,TLj)：从炼油厂到油库j的一次物流运输距离，从(e,f)到(cj,dj)；

f(RA,TLj)＝R*arcos[sin(e)*sin(cj)+cos(e)*cos(cj)*cos(f-dj)]*Pi/180

R为地球半径；

g(TLj,SGi)：从油库j到城镇i的二次物流运输距离，从(cj,dj)到(ai,bi)；

g(TLj,SGi)＝R*arcos[sin(cj)*sin(ai)+cos(cj)*cos(ai)*cos(dj-bi)]*Pi/180

R为地球半径。

其中，x

其中，所述S6中的半正矢公式为：

d＝R.c

实施例2

以德国鲁尔区石化产品供应链优化为例，通过仿真对比优化结果

a.一次物流(从炼油厂到油库)中货物的装载时间

由于石化产品的运量(包括体积)较大，所以装载时间在运输中的位置非常重要，尤其是石化产品的一次物流，会对整个供应链产生很大的影响。此外，油船的空载(回程)也是一个非常重要的影响因素，当油船在完成配送后，需要及时返回炼油厂，为下一次配送做准备，这就意味着油船的数量在整个一次物流中非常重要。

通过图2结果可以发现，无论是优化前还是优化后，鲁尔区都需要29艘油轮(最短装载时间包括空载回程)进行配送，但是，优化后的装载时间比优化前共节省约4.28小时(138,477秒-123,079秒)。

b.一次物流中需要运输货物量

石化产品的运输属于大宗货物运输。一般来说，水运和铁路运输是其主要运输方式，借助其主要运输方式，可以在较短的运输时间内有效运输大量货物。为了尽可能减少油库的压力，在配送过的过程中，量的把握非常重要。

通过图3可以发现，通过油船对石化产品一次物流进行配送，在配送区域范围和油库位置调整后，鲁尔区的货物运输量都有明显减少。鲁尔区货物运量减少的最主要原因是，优化后的配送区域是根据炼油厂进行划分，所有炼油厂附近的城镇将直接由炼油厂自带的油库进行配送，也就是说，在炼油厂这个配送区域，一次物流和二次物流将合为一体，这样一来，可以减少炼油厂附近城镇的货物配送量。货物运输总体减少约12.9％。

c.一次物流水路相对占用率

一个成功的物流系统必然要通过最短的等待时间和最有效的回程时间进行实现。多余的运输费用和运输成本需要通过准确的配送时间来尽量避免，也只有这样才能增加石化产品运输的竞争优势。

通过图4结果对比可以发现，经过优化后，一次物流运输的河道占用率有明显的下降。此外，通过对比图还可以发现，所有的运输时间都在优化后提前结束，也就是说，所有油船都提前完成配送(包括空载回程)，这也就意味着，经过配送区域的重新划分和油库位置的调整，更少的河道占用率和更短的配送时间就可以完成运输总量的任务。其整体效率得到大幅度提高。

d.二次物流(从油库到加油站)公路相对占用率

从油库到各个城镇的加油站，通过高速公路、省道以及普通街道进行的运输是石化产品二次物流的主要运输方式。而运输道路的相对占有率则是一个非常重要的评估指标。在模型中，所有道路的占用都是通过模型中的“道路”进行仿真模拟，并得到运输过程中的具体数据的。通过模型运行可以得到以下数据结果。

e.油库能力负荷

油库的储量是判定油库是否可以正常运行的一个非常重要的指标。长期的高储量会引起一系列的费用和成本方面的问题，此外，由于长时间的高储量还可能使油库的部分功能处于停滞状态，例如，一些特殊的油产品并不适合进行长期存放，比如夏天的柴油和冬天的柴油，由于季节性的需求并不适合放在相反的季节进行使用和储存。因此，在二次物流中，油库的储量非常重要。

Duisburg油库和Hünxe油库为两个重要的转运油库，它们的储油能力非常大。可储存油品为：汽油、柴油、煤油、重油、天然气和生物柴油等(鲁尔区的总油库储量约为20亿升)。通过仿真可以发现，在整体优化后，鲁尔区从第一周到第四周仿真结束比起现有油库储存状态共下降了1％(约200万升)。通过油库储量的下降，可以使油库的整体运营更加高效，同时也可以使油库各个储油罐的使用更加灵活。

f.运输成本统计数据

最后，为了进一步对比油库位置优化后的统计数据，文章将一次物流分别通过水路、铁路和公路进行统计并配合二次物流按照公路进行计算，在基本运输成本的基础上加入其他运输成本(包括治理噪音成本、治理二氧化碳成本、治理其他有害物质成本以及以治理交通事故成本)，最整个鲁尔区石化产品的运输做了详细的对比统计。通过对比可以发现，按照最优的运输办法，该区域在优化后总运输成本减少约10.16％

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。