王鳳忠，文正中,何 健，呂亞飛

（軍事交通學(xué)院，天津 300161）

車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材組合單元的優(yōu)化及設(shè)計(jì)

王鳳忠，文正中,何 健，呂亞飛

（軍事交通學(xué)院，天津 300161）

通過對(duì)車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材包裝單元化問題展開研究，提出了器材包裝組合單元的優(yōu)化和設(shè)計(jì)方法，為提高部隊(duì)車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材包裝單元化水平提供技術(shù)與方法依據(jù)。運(yùn)用模數(shù)化方法對(duì)器材組合單元進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)，根據(jù)人機(jī)工程理論和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，結(jié)合尺寸系列限定了箱體的總質(zhì)量；通過模數(shù)化協(xié)調(diào)，建立完善的模數(shù)尺寸系列，結(jié)合尺寸系列限定了合理的箱體總質(zhì)量，使其在運(yùn)輸、儲(chǔ)存中排布合理、配合協(xié)調(diào)和經(jīng)濟(jì)有效。

車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材;組合單元；模數(shù)化方法；優(yōu)化及設(shè)計(jì)

1 引言

車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材是為了保障部隊(duì)隨時(shí)投入戰(zhàn)斗任務(wù)的戰(zhàn)備器材。它是從軍區(qū)、軍兵種戰(zhàn)役儲(chǔ)備器材中撥出一定數(shù)量的器材，儲(chǔ)存于部隊(duì)、以保障部隊(duì)隨時(shí)擔(dān)負(fù)作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)使用，它是車輛器材戰(zhàn)備儲(chǔ)備的重要組成部分。車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材一般儲(chǔ)備時(shí)間較長(zhǎng)，如果不進(jìn)行有效的包裝，就不能確保其原有質(zhì)量和性能。戰(zhàn)儲(chǔ)器材包裝涉及到器材的運(yùn)輸、裝卸、儲(chǔ)存、分發(fā)、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)“保障有力”和提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的重要影響因素之一。作為器材包裝的發(fā)展趨勢(shì)，單元化的實(shí)施使得車輛器材保障符合現(xiàn)代軍事物流的要求，將進(jìn)一步提高車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材的綜合保障能力。

2 研究背景

近些年來，針對(duì)車輛器材種類多，品種繁雜，籌措供應(yīng)渠道廣，不同廠家、不同系統(tǒng)包裝規(guī)格尺寸不一，配套性差，包裝數(shù)量隨意，包裝結(jié)構(gòu)和封存不合理，不利于裝卸、運(yùn)輸、儲(chǔ)存保管和分發(fā)使用等情況。從而直接影響了車輛戰(zhàn)儲(chǔ)器材包裝單元化水平的提高，制約著車輛戰(zhàn)儲(chǔ)器材高效、快速保障能力。因此，總部加大了車輛戰(zhàn)儲(chǔ)器材包裝工作的力度，以基數(shù)組套包裝改革為突破口，開展車輛戰(zhàn)儲(chǔ)器材包裝單元化方面的研究。為提高車輛戰(zhàn)儲(chǔ)器材包裝單元化程度，適應(yīng)車輛戰(zhàn)儲(chǔ)器材儲(chǔ)備基數(shù)化、運(yùn)輸集裝化、管理信息化和補(bǔ)給野戰(zhàn)化要求，進(jìn)一步增強(qiáng)車輛戰(zhàn)儲(chǔ)器材的快速保障能力，總后司令部于2012年下達(dá)的全軍后勤科研補(bǔ)充計(jì)劃“軍隊(duì)?wèi)?zhàn)備儲(chǔ)備物資包裝系列化與單元化研究”的任務(wù)，本論文就是在此背景下展開的相關(guān)研究。

研究車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材包裝單元化，就是把一定數(shù)量的戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材經(jīng)初級(jí)包裝后，按一定標(biāo)準(zhǔn)和系列集合成單元，并在整個(gè)器材保障過程中始終保持其單元形態(tài)。車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材包裝單元化為戰(zhàn)儲(chǔ)器材實(shí)施基數(shù)化、模塊化和集裝化保障創(chuàng)造條件?，F(xiàn)行的包裝及儲(chǔ)運(yùn)模式不能很好地滿足軍事斗爭(zhēng)對(duì)車輛戰(zhàn)儲(chǔ)器材提出的高效、快速保障和一體化、精確化的要求。因此，加強(qiáng)車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材包裝單元化研究，提高車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材包裝單元化水平，對(duì)于有效地保護(hù)車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材的使用價(jià)值，提高車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材快速保障能力具有重要意義。

3 器材組合單元優(yōu)化及設(shè)計(jì)

3.1 器材組配單元優(yōu)化

3.1.1 戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材情況說明。戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材的儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)中包括：物資代碼、品種規(guī)格、原廠編號(hào)、單位、每車用量、單價(jià)（元）、單件重量（Kg）、每基數(shù)儲(chǔ)備量、備注等幾項(xiàng)內(nèi)容，表1為東風(fēng)EQ1118G車型的戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材明細(xì)表 。

表1 東風(fēng)EQ1118G車型的戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材明細(xì)表

3.1.2 器材組合單元優(yōu)化的原則。

（1）分類組合原則。要根據(jù)各類器材的各自屬性，如材質(zhì)、重量、抗壓性等，對(duì)各類器材進(jìn)行合理的分類、組合。

（2）尺寸規(guī)范原則。通過多種器材分裝組合后，能夠使眾多非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的器材包裝單元的尺寸規(guī)范到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列上來。

（3）包裝數(shù)量與儲(chǔ)備基數(shù)相匹配原則。

（4）包裝與人工、機(jī)械作業(yè)相匹配原則。就人工搬運(yùn)來講，每個(gè)包裝件的重量一般不應(yīng)超過30-40kg。因此通過調(diào)整或限定包裝單元的重量，使包裝單元符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（5）提高質(zhì)量。提高器材包裝質(zhì)量，以滿足器材防護(hù)和儲(chǔ)運(yùn)要求，是器材包裝的基本功能。

3.1.3 器材組合單元優(yōu)化的方法。首先，對(duì)車輛器材進(jìn)行進(jìn)行合理分類。通過分類，一方面可以將不適合組配在一起的器材進(jìn)行有效分離，避免器材損傷；另一方面將器材在材質(zhì)、重量、抗壓性、使用功能等方面存在相似性的器材集中，使用時(shí)便于器材的查找。

接著，依據(jù)戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材標(biāo)準(zhǔn)，綜合分析標(biāo)準(zhǔn)中各類器材的屬性特征，將器材大致分為5類，見表2。

表2 戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材分類情況

在對(duì)器材分類后，接下來就是要將各類器材經(jīng)防護(hù)包裝后，進(jìn)行組合單元化。選用George和Robinson算法作為器材組合準(zhǔn)則，對(duì)器材組合單元化進(jìn)行研究，該方法能夠很好地滿足戰(zhàn)術(shù)器材組配單元化的實(shí)際要求，而且實(shí)際操作性較強(qiáng)。

在此過程中，我們對(duì)器材進(jìn)行單元化組合時(shí)候做如下假設(shè)：

（1）待裝器材均經(jīng)過中間包裝抽象為形狀規(guī)則的長(zhǎng)方體，且尺寸大小適當(dāng)；（2）組合單元的尺寸已經(jīng)確定，且器材在容器內(nèi)的堆碼為簡(jiǎn)單的塊狀堆碼；（3）優(yōu)化目的是容器的空間利用率最高。

該方法的關(guān)鍵兩點(diǎn)：一是引入層的概念；二是待裝填器材的優(yōu)先順序的確定。

器材在組合過程中被分為兩類，如果某類器材中已有一些被裝入箱內(nèi)，則稱該器材處于打開狀態(tài)，反之，處于非打開狀態(tài)，處于打開狀態(tài)的器材將先被裝入。通常選取處于打開狀態(tài)且尚未裝入的器材數(shù)量最多的那一類作為新層的開始。其次，對(duì)于待裝入的器材，即處于非打開狀態(tài)的器材，其裝填的順序的優(yōu)先級(jí)別按照以下三個(gè)步驟來確定：

第一，先對(duì)每一類器材的長(zhǎng)、寬、高三個(gè)尺寸中的最小尺寸進(jìn)行排序，最小尺寸越大，器材級(jí)別越高。這樣做的目的，是考慮到最小尺寸最大的器材，越到后來越難以裝入；

第二，如果按照第一步選擇后，出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)別相同的器材，再按器材的數(shù)量分級(jí)，數(shù)量多者優(yōu)先裝填，之所以這樣做，是考慮到盡量把同一類型器材裝填到同一層中，以提高層的空間利用率；

第三，如果按照前兩步進(jìn)行排序后，仍有兩類器材優(yōu)先級(jí)別相同，則對(duì)每一類器材的長(zhǎng)、寬、高三個(gè)尺寸中的最大尺寸進(jìn)行排序，最大尺寸越大，級(jí)別越高，這樣做是為了將尺寸特別長(zhǎng)那一類器材盡早裝填完畢。

確定了器材的優(yōu)先級(jí)別后，就可以開始裝箱。George和Robinson按照建層的方式裝箱，采用的層是YZ—X層，即裝滿YZ平面的沿深度方向的某一豎直層。具體做法是：從原點(diǎn)出發(fā)，先裝填第一層。一層中第一個(gè)器材的選取至關(guān)重要，因?yàn)椋鼪Q定了這一層的深度。由于裝入第一層的第一個(gè)器材之前，肯定沒有處于打開狀態(tài)的物資，所以按三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)選出第一個(gè)器材。對(duì)于以后各層，第一件器材應(yīng)該從處于打開狀態(tài)且未被裝入的物資數(shù)量最多的一類中選取，如果沒有處于打開狀態(tài)的物資，再按那三級(jí)進(jìn)行選取。

當(dāng)一件器材被裝填進(jìn)去后，在器材周圍就會(huì)出現(xiàn)三個(gè)空閑空間，如圖1所示。當(dāng)下一件器材被裝入時(shí)，應(yīng)以前一個(gè)器材為基準(zhǔn)，采取的遍歷方式是：選取優(yōu)先級(jí)別高的器材按照先向上、再向旁邊、最后向前的順序進(jìn)行裝填。待裝填完一層后，再沿容器深度方向裝填新層，直至器材全部裝入容器內(nèi)為止。

圖1 George&Robinson算法中空閑空間

3.2 組合單元的設(shè)計(jì)

3.2.1 組合單元設(shè)計(jì)的原則。器材組合單元設(shè)計(jì)的原則是以包裝標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，通過科學(xué)、合理的方法，規(guī)范和整合包裝的規(guī)格尺寸，以達(dá)到減少器材包裝單元規(guī)格尺寸的目的。另外，組合單元尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)在綜合考慮保障需求、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限制、裝載與運(yùn)輸工具內(nèi)部空間利用率、車輛器材相關(guān)尺寸、重量、理化特性等約束條件下，并盡可能地選用兼容性強(qiáng)、共享性好的外部尺寸系列，便于單箱人力裝卸搬運(yùn)、便于機(jī)械設(shè)備的承載攜行、集成固定和存取，便于集裝運(yùn)輸、倉儲(chǔ)堆碼、便于實(shí)現(xiàn)器材的快速保障。

3.2.2 組合單元尺寸系列設(shè)計(jì)的流程

（1）確定集裝基礎(chǔ)模數(shù)尺寸。最小集裝尺寸稱為集裝基礎(chǔ)模數(shù)尺寸，它可以從物流基礎(chǔ)模數(shù)尺寸600mm×400mm按倍數(shù)系列推導(dǎo)出來，也可以在滿足600mm×400mm的前提下，從運(yùn)輸設(shè)備或集裝箱的尺寸分割出來。集裝基礎(chǔ)模數(shù)尺寸的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以1 200mm×1 000mm為主，也允許1 200mm× 800mm和1 200mm×1 000mm，這個(gè)尺寸也就是托盤標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

（2）確定尺寸系列。器材組合單元的尺寸系列以集裝基礎(chǔ)模數(shù)尺寸為基礎(chǔ)，以分割及組合的方法確定。分割及組合方式有：整數(shù)分割、組合分割和其它組合。

①整數(shù)分割。為了不失一般性，以（M×N）mm為例（M×N為600mm×400mm的倍數(shù)系列）。用從1開始的連續(xù)整數(shù)去除M和N，計(jì)算出和兩邊的尺寸，最大為（M×N）mm，最小為200×200mm。分割尺寸系列見表3。

表3 整數(shù)分割形成的系列

在設(shè)計(jì)組合單元包裝尺寸時(shí)，就可以從兩邊長(zhǎng)度中各選一個(gè)作為包裝尺寸，也就是說，包裝尺寸不僅局限于上表兩邊尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而應(yīng)該是他們的組合，例如當(dāng)一邊取值為M值時(shí)，另一邊的取值可以是（N，N/2，…，200）中任何一個(gè)，他們的組合構(gòu)成了整數(shù)分割尺寸系列。

②組合分割。組合分割所得的包裝尺寸系列也是一種比較常見的包裝尺寸系列，它也具有整數(shù)分割所得包裝尺寸系列的優(yōu)點(diǎn)，并且，由此得出的尺寸系列的長(zhǎng)和寬與集裝單元的長(zhǎng)或?qū)挿较蛏嫌薪M合的情況，能夠?yàn)榘b提供更多可供選擇的包裝尺寸。組合分割時(shí)將器材包裝的長(zhǎng)c和寬d按比例分割組合并存在以下關(guān)系：

式中：n，m分別為沿寬度N方向上擺放橫向和縱向包裝個(gè)數(shù)，n′,m′分別為沿長(zhǎng)度M方向擺放橫向和縱向包裝個(gè)數(shù)；A為剩余間隙。

從式1中可以看出，組合的變量比較多，確定起來相當(dāng)麻煩，況且如果n,m,n′,m′均不為0，則相應(yīng)的堆碼譜將是十分的復(fù)雜，不利于規(guī)?；\(yùn)輸包裝。因此在最大化利用集合包裝容器的情況下，需要對(duì)1式進(jìn)行簡(jiǎn)化，通常的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如下面的表達(dá)式：

在式（2）中，n,m為縱向或橫向能夠容納包裝尺寸長(zhǎng)或?qū)挼膫€(gè)數(shù)，其值為正整數(shù)，c,d為大于200的正整數(shù)。

在制定組合包裝尺寸系列時(shí)，我們采用組合分割和整數(shù)分割相結(jié)合的方法：首先從式（2）中求出滿足條件的最小的m×n值，此時(shí)對(duì)應(yīng)的分割尺寸面積c×d為最大，不妨設(shè)此時(shí)的m，n值為m0,n0。其次對(duì)組合分割所得的尺寸進(jìn)行整數(shù)分割，從而得出組合分割尺寸系列。

由此方法得出的c/d的比值很多常使用c/d的比值有3/2，4/3，5/4，6/5，17/12等。

組合分割所得到最終包裝箱尺寸的堆碼譜為磚堆狀，上下左右均有聯(lián)系，有效防止了整數(shù)分割堆碼譜易倒塌的不足，尤其是在托盤包裝時(shí)，整數(shù)分割和組合分割一起，構(gòu)成了包裝尺寸系列制定的主要方法。

③其他組合。由于器材組合單元形狀和規(guī)格的多樣性，要想滿足所有器材組合單元的包裝要求，單靠上述分割和組合產(chǎn)生的尺寸系列是不行的，因此除了以上的分割和組合外，另外還有其他8種系列組合，以c和d分別代表包裝的長(zhǎng)和寬：1c+ 3d=M，2c=N；22c+d=M，4d=N；32c+d=M，3d=N；42c+d=N；5c+ 4d=M，3c=N；63c+d=M，4d=N；74c=M，c+3d=N；86d=M，2c+d=N。

按照上述方法，以物流基礎(chǔ)模數(shù)尺寸600mm×400mm按倍數(shù)系列推導(dǎo)，并輔以整數(shù)分割和組合分割，并將1 200mm× 800mm和1 200mm×1 000mm作為包裝單元的最大尺寸基數(shù)。將此數(shù)值加以分割，或者通過整數(shù)去乘或去除以模數(shù)尺寸600mm×400mm，可以得到如圖2所示的部分尺寸系列。

圖2 600mm×400mm模數(shù)組合分割出的部分尺寸系列

3.2.3 組合單元總質(zhì)量的確定。器材組合單元包裝主要應(yīng)用于車輛器材的包裝防護(hù)、集裝承載和攜行運(yùn)輸，且適于人工裝卸搬運(yùn)。在此背景下，組合單元總質(zhì)量的確定主要考慮以下因素：一是人力搬運(yùn)作業(yè)時(shí)的人機(jī)工程適應(yīng)性；二是體力搬運(yùn)的重量限值；三是不同尺寸系列其箱體最大總質(zhì)量的限值應(yīng)有所差距。

根據(jù)《后勤裝備研制實(shí)用手冊(cè)》中對(duì)人機(jī)工程適應(yīng)性的要求，一般溫度條件下（＜30℃）行軍時(shí)單兵最大允許負(fù)荷量為25kg。我軍現(xiàn)役戰(zhàn)士在屈肘度為150°時(shí)，手臂可達(dá)到的最大拉力為249N，相當(dāng)于25.41kg的力。充分考慮到2人可抬得動(dòng)，4人可實(shí)施裝卸和碼垛時(shí)，手臂需要從拉力轉(zhuǎn)為舉升力，屈肘度在60°-90°時(shí)，手臂最小推力為98N，相當(dāng)于10kg的力，但當(dāng)一手拉一手舉時(shí)，總體合力不小于25kg，裝卸高度不低于我軍戰(zhàn)術(shù)部（分）隊(duì)現(xiàn)役主要載貨汽車車廂底板離地高度1 400mm。另外，根據(jù)《GB 12330-199體力搬運(yùn)重量限值》的相關(guān)規(guī)定，除去高原地區(qū)、山區(qū)、泥濘路面及坡度大于10°的道路外，成年人體力搬、扛、推或拉最大重量限值見表4。

表4 人體搬運(yùn)重量最大限值

對(duì)于平面尺寸為200mm×200mm的器材組合包裝單元，建議總質(zhì)量不超過10kg；對(duì)于平面尺寸為400mm× 300mm、200mm的器材組合包裝單元，建議總質(zhì)量不超過25kg；對(duì)于平面尺寸為600mm×500mm、400mm、200mm的器材組合包裝單元，建議總質(zhì)量不超過40kg；對(duì)于平面尺寸大于800mm的，考慮到人體搬運(yùn)限值，建議不要超過50kg。

4 結(jié)語

本文從部隊(duì)車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材包裝單元化問題展開，應(yīng)用George和Robinson算法和、模數(shù)化方法和分割組合法對(duì)車輛器材進(jìn)行組合單元優(yōu)化和設(shè)計(jì)，為提高部隊(duì)車輛戰(zhàn)術(shù)儲(chǔ)備器材包裝單元化水平提供技術(shù)與方法依據(jù)和巨大的軍事經(jīng)濟(jì)意義，不僅能夠保護(hù)內(nèi)裝物資，減少儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)倪^程損失，方便裝卸搬運(yùn)，其基數(shù)化保障還能夠提高物資分發(fā)速度,增強(qiáng)部隊(duì)的應(yīng)急作戰(zhàn)保障能力。

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Optimization and Design of Combination Units of Tactical Vehicle Reserve Equipment

Wang Fengzhong,Wen Zhengzhong,He Jian,Lv Yafei
(Military Transportation Academy,Tianjin 300161,China)

In this paper,through studying the issues in the packaging units of the tactical vehicle reserve equipment,we proposed the method for the optimization and design of the packaging combination units of such equipment so as to provide technical and methodological reference in improving the packaging unit level of the tactical vehicle reserve equipment of the Chinese army,used the fuzzy number method to design the dimensions of the units and then according to the ergonomics theory and relevant standards,limited the total mass of the boxes. At the end,through module coordination,we comprehensively determined the dimensions of the modules,and then accordingly limited the total mass of the boxes.

tactical vehicle reserve equipment;combination unit;modular method;optimization and design

E246

A

1005-152X(2015)11-0209-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.11.055

2015-09-12

王鳳忠（1969-），男，山東萊陽人，軍事交通學(xué)院副教授，研究方向：軍事供應(yīng)鏈、軍用車輛器材管理；文正中（1992-），通訊作者，男，四川金陽人，碩士研究生，研究方向：車輛器材裝備管理。