多种类型投资的船队规划模型

更多免费论文请到海员论坛下载中国船员招聘网基于多种类型投资的船队规划模型研究杨秋平，谢新连(大连海事大学交通运输管理学院，辽宁大连116026)摘要：在总结船队规划研究方法的基础上，针对变动的市场营运环境，提出了基于多种类型船舶投资的船队规划混合整数规划模型。模型将船队短期调配使用与长期发展规划结合起来统筹分析，以追求规划期内船队现金流量的折现值最大为目标，模拟和优化了一个船队在规划期内的投资、买卖、更新和使用情况。该模型既考虑了订造新船、买卖二手船和租赁船舶等多种实际可能存在的复杂情况，又考虑了船舶营运经济状态、运力配置、企业投资能力以及决策者对研究期后船队实物价值的重视程度等因素。以某航运公司为例进行仿真实验，对模型的有效性进行了验证。结果表明，该模型满足船队规划决策和船舶运行组织的实际需要，适用于大宗货物定线运输或班轮干线运输的船队规划问题研究。关键词：船队规划；船舶投资；船舶调配；混合整数规划中图分类号：文献标识码：Researchonfleetplanningmodelbasedonmulti-typeofinvestmentYANGQiuping,XIEXinlian(TransportationManagementCollege,DalianMaritimeUniversity,Dalian116026,China)Abstract:Afterasurveyofexistingmethods,afleetplanningmixedintegerprogrammingmodelbasedonmulti-typeofshipinvestmentwasdevelopedunderthefluctuantmarketenvironment.Theshipsdeploymentandfleetdevelopmentwereoptimizedinthemodelsimultaneouslytomaximizethediscountedvalueoffleetcashflowduringtheplanninghorizon.Thisoptimizationmodelnotonlyconsidersbuildingnewships,purchaseorsaleofsecond-handships,charterships,butalsotakesintoaccountmanyinfluencingfactorssuchastheeconomicstatusoftheships,shipsdeployment,theinvestmentcapacityofenterprise,aswellasreflectshowmuchweightthedecisionmakershavegiventophysicalvalueofthefleetattheendoftheresearchhorizon.Lastly,effectivenessoftheproposedmodelwasdemonstratedusingashippingenterpriseasanexample.Resultsindicatethat,themodelwellmeetsthepracticalneedsofthefleetplanningdecision-makingandshipoperationorganizations,thusitcanbeappliedtothefleetplanningstudyonindustrialtransportorlinertrunktransport.Keywords:fleetplanning;shipinvestment;shipdeployment;mixedintegerprogramming引言船队规划是航运企业发展战略中的一个重要组成部分，通常解决的是中、长期发展问题。它根据航运市场调研的结果，依据一定的原则和方法，对规划期内的船舶投资、买卖、使用、更新计划做出的系统动态安排。其核心是解决船队的规模和和船队的结构问题。随着世界海运贸易需求量的增长与国际航运市场的发展，特别是在当前全球性金融危机的环境下，制定合理的船队规划决策尤为重要。它的正确与否直接关系到航运企业能否发展、盈利乃至生存，是决定企业能否长期生存的关键因素。因此，这项工作的研究受到了航运理论界与实务界的高度重视。关于船队规划的研究工作最早始于1954年，Dantzig和Fulkerson利用运输模型研究了单种船型的油轮船队规模问题[1]；Nicholson和Pullen用动态规划法研究了一个逐步缩小规模的船队在10年内的规划问题[2]；Everett等根据对未来某一年货运任务的预测，用线性规划方法求解船队最佳结构与船队调配问题[3]；Murotsu等结合动态规划与非线性方法研究了单港装、单港卸简单航次的油轮船队规模优化问题[4]。Wijsmuller和Beumee介绍了一个以总净现值最大为目标函数的船队更新与贷款决策线性模型[5]；Cho和Perakis提出了适合于集装箱班轮航运公司进行船队规模和最优航线设计的线性模型[6]；Crary等通过将专家的意见与定量方法相结合研究了美国驱逐舰队的规模问题[7]；谢新连研究了一个已有船队连续若干年内的逐年最优构成和船队建设问题，分别建立了线性规划模型、动态规划模型和非线性规划模型[8-10]；李青璟针对集装箱班轮航运公司建立了基于多期程的船队规划整数规划模型[11]；苏绍娟提出了基于不确定性的动态船队规划模型[12]。从目前国内外研究取得的成果看，在各种运输组织模式中都有研究这类问题的案例，分别针对一些具体问题建立了数学模型，在一定程度上已经能够初步解决以变量之间呈线性关系为基础特征的较小规模船队规划问题。然而船队更多免费论文请到海员论坛下载中国船员招聘网规划实际问题往往具有规模大、随机因素影响复杂、运行环境多变等一系列特点，用数学方法建立的模拟模型往往很复杂、很抽象。特别是针对变动着的市场营运环境，考虑订造新船、买卖二手船和租赁船舶等多种实际可能存在的选择时，变量之间的关系更复杂，在已经发表的文献中尚缺少这方面的研究。因此船队规划的研究还需要进一步改进和完善。本文根据市场经济环境下的实际情况，建立了多种类型投资的船队规划数学模型。1问题描述与模型假设本文针对一个现有船队，研究其随着需求市场在未来的变化，怎样逐步调整船队的规模与结构，使其总是处于最佳状态。具体是指，在航线及其需求量预测的情况下，将船队调配与建设规划结合起来，综合考虑现有船队运输能力、船舶营运经济状况、企业自身实力以及多种类型投资方式等情况，建立以研究期内船队现金流量的折现值最大为目标函数的船队规划模型。通过求解该数学模型，希望对一个现有船队在研究期内各年的运力调整和调配做出如下决策：（1）如何订造新船；（2）如何购买二手船；（3）如何闲置船舶；（4）如何出售自有船；（5）如何租入船舶；（6）如何租出自有船；（7）如何在各航线上配置船舶。综上所述，该问题是一个动态的、多变的、复杂的实际问题，利用数学模型进行模拟存在一定难度，因此在建立模型之前，需对问题做适当的假设。（1）研究期（规划期）为N年，起始于第0年初，终止于第N-1年末，一年为资金结算的一个时间单位；（2）已对各航线及其货运量做出预测；（3）在研究期内共有K种船型可供选择；（4）船舶买卖、租赁均发生在年初，退租发生在年末；（5）考虑到造船周期内的预付资金利息或买船代理费等因素，令船舶买入价格比售价高一百分比；（6）考虑到船舶租出时船东应支付给经纪人佣金，令佣金等于所付租金乘以租约规定的百分比；（7）租船业务采用期租船形式，租期最少为一年，最长为整个研究期；（8）每年营运支出与买卖、租赁船舶支出发生在年初，不考虑研究期前的投资费用。由于考虑因素众多，该船队规划模型将是一个复杂、抽象的数学模型，变量之间存在着复杂的逻辑关系。因此，要想清晰的表达出它们之间的关系，构建出正确、合理的数学模型，首先对下面两个关键性的问题进行剖析。（一）资产继承性由于船舶是船东最主要的资产，它具有初始价值昂贵、运行费用巨大、投资回收期长等特点，因此船东在规划时并不会只考虑单一年份，而是在长期经营的理念下，从多年份的角度上考虑，因此各连续年份之间必然存在资产继承性，如图1所示。第1期所拥有的资产，取决于第0期末的资产数量加上该期对资产所做出的决策（新购、淘汰、租赁），且该期的资产也将转移到一下期，依此类推到第N-1年末。初始产出投入产出投入产出第0期初研究期第N-1年末图1研究期内各年度资产流动图（二）船舶使用状态由上述条件可知，船舶在研究期内的使用状态，分为以下十种情况：（1）研究期初拥有的自有船，在研究期限内退出；N-110N更多免费论文请到海员论坛下载中国船员招聘网（2）研究期初拥有的自有船，一直使用到研究期末；（3）研究期初拥有的租赁船，在研究期限内退出；（4）研究期初拥有的租赁船，一直使用到研究期末；（5）研究期中购置的船舶，在研究期限内退出；（6）研究期中购置的船舶，一直使用到研究期末；（7）研究期中租入的船舶，在研究期限内退租；（8）研究期中租入的船舶，一直使用到研究期末；（9）研究期中租出的自有船，在研究期限内退租；(10)研究期中租出的自有船，一直使用到研究期末。2模型构建2.1变量与参数定义决策变量：xjht第t年在h航线上配置的j型船数量；yjht第t年j型船配置在h航线上的年航次数；Ojt第t年j型船闲置数量；Cjbt第t年购买b年建造的j型船数量；Wjbt第t年出售b年建造的j型船数量；djbtV第t年租出b年建造的j型船数量，租期为d年；Ujdt第t年租入租期为d年的j型船数量。辅助变量：j船型标记；h航线标记；t规划年份标记；b船舶建造年份标记；d租期年份标记。参数：Z研究期内船队现金流量的折现值；Rjht第t年j型船在h航线上营运时的平均航次毛收益，由航次收入-航次成本确定；Pjdt第t年租赁租期为d年的j型船的租金；Sjbt第t年b年建造的j型船的新船造价或二手船价格；Fjt第t年j型船的年闲置成本；Ajb在研究期初船队中拥有的b年建造的j型船数量；Wj(b)b年建造的j型船在研究期末的回收价值；jht第t年j型船在h航线上的装载率；Djj型船的额定装载量；WTht第t年h航线的最大货物需求量；tjhj型船在h航线上的单航次往返时间；Tjj型船的每年最大营运时间；qjt在研究期初拥有的需于第t年末退租的j型租赁船的数量；Mt第t年船舶融资数量限额；njt第t年可租赁的j型船数量上限；更多免费论文请到海员论坛下载中国船员招聘网在研究期初船队中拥有的最老船舶的建造时间（B00）；i0考虑资金时间价值的折现率；买船代理费占售价的百分比；船舶租出的佣金占租金的百分比；对研究期末船队实物价值的重视程度系数（01）；K船型总数；N规划期年数；G航线总数；NT船舶的寿命期；Rt第t年营运的航线集合；ht第t年可在航线h上营运的船型集合。2.2优化模型Kj