配送中心裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計研究

王成林,袁 娜,王小亮

（北京物資學院 物流學院,北京 101149）

配送中心裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計研究

王成林,袁 娜,王小亮

（北京物資學院 物流學院,北京 101149）

從現(xiàn)代物流的發(fā)展需求出發(fā)，提出了基于供應(yīng)鏈的裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計理念，并從流程優(yōu)化入手提升裝卸搬運系統(tǒng)能力，最后建立了裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計的量化評價體系。

裝卸搬運系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計;供應(yīng)鏈

1 引言

裝卸搬運是配送中心物流作業(yè)的核心環(huán)節(jié)之一，目前針對裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計的研究主要集中在區(qū)域關(guān)系分析、設(shè)備能力評價、路徑優(yōu)化等方面，出現(xiàn)了SLP等系統(tǒng)化布置設(shè)計方法，為裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計提供了一些方法和依據(jù)，但是對于裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計的一些核心問題，比如系統(tǒng)全面的設(shè)計理念、裝卸搬運量的核算、系統(tǒng)能力評價等還缺少相關(guān)的研究。本文主要針對一些相關(guān)核心問題展開論述。

2 基于供應(yīng)鏈的裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計理念分析

對于一般的物流節(jié)點，裝卸搬運量主要包括中心外部和中心內(nèi)部裝卸搬運量兩個部分，以配送中心類節(jié)點為例，外部裝卸搬運量主要來自上游供應(yīng)商和下游用戶，配送中心內(nèi)部裝卸搬運量主要受到配送中心自身作業(yè)條件、作業(yè)環(huán)節(jié)等方面的因素影響，目前配送中心往往將自身定義成為派生性需求的執(zhí)行者，在裝卸搬運對象的形式確認方面缺乏整合的理念，造成了當前配送中心只能定位于單一的貨物轉(zhuǎn)移處理功能，未達到基于供應(yīng)鏈進行整體作業(yè)模式分析的要求，單純的將系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化目標集中于裝卸搬運量值的消減，沒有起到供應(yīng)鏈系統(tǒng)核心節(jié)點的作用。

基于供應(yīng)鏈的裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計理念是以整體最優(yōu)為目標，以汽車裝配生產(chǎn)環(huán)節(jié)為例，要求JIT生產(chǎn)，零件運送幾個小時內(nèi)就要求運動到工位，供應(yīng)鏈的盈利額度在于最后終端企業(yè)的生產(chǎn)速度，這樣就要求零件的流轉(zhuǎn)速度很快，傳統(tǒng)的配送中心以單純減小零件的運輸體積、降低配送中心內(nèi)部裝卸搬運對象體積等為優(yōu)化目標，將零件設(shè)置成為集成包裝模式，以木箱等作為裝卸搬運對象形式，雖然在配送中心內(nèi)部的出入庫作業(yè)和運輸環(huán)節(jié)上降低了成本，但增加了最后終端的轉(zhuǎn)換時間，不滿足現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)模式要求，增加了最后生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本，并沒有為供應(yīng)鏈整體提供最優(yōu)的服務(wù)；因此目前已經(jīng)按照零件尺寸定制專用貨架，并加工移動行走機構(gòu)，其體積增加甚至超過了一倍，但是在這種條件下，配送中心做簡單處理也不需要更換作業(yè)形式，最后的汽車裝配廠也是如此，裝卸過程中也擺脫了對叉車等專用設(shè)備的依賴度，可以快速完成流轉(zhuǎn)，提高了流通的整體效率，為供應(yīng)鏈整體提供了更為優(yōu)化的解決方案。配送中心為零件提供簡單的流通加工，作為中介形成轉(zhuǎn)換節(jié)點出現(xiàn)。在裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計能力時也需要合理地根據(jù)供應(yīng)鏈供貨的時機確定裝卸搬運量，在配貨過程中合理地使用延時技術(shù)可以降低庫存周轉(zhuǎn)量。

綜上所述，配送中心基于供應(yīng)鏈的整體利益進行裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計，可以為供應(yīng)鏈的成員形成新的利潤增長點，并通過合理的分配形式使供應(yīng)鏈上的參與主題實現(xiàn)共贏，而不是單純地將盈利模式定位于削減搬運量，在一定程度上增加裝卸搬運量仍可以為企業(yè)帶來利潤，要用更為先進的整體理念來分析此類問題。

3 基于流程改善的裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計分析

在傳統(tǒng)的配送中心作業(yè)體系中配送中心的作業(yè)流程已經(jīng)模式化，這與配送中心傳統(tǒng)的區(qū)域布局也有很大的關(guān)系，入庫作業(yè)區(qū)、存儲作業(yè)區(qū)、揀選作業(yè)區(qū)、分揀作業(yè)區(qū)、出庫作業(yè)區(qū)已經(jīng)成為系統(tǒng)的經(jīng)典組成部分，在這種條件下，驗收、入庫、出庫、揀選、分揀、集貨、出庫、補貨等也就形成了經(jīng)典的作業(yè)環(huán)節(jié)組成部分。此種模式下，貨物沿著入庫作業(yè)區(qū)、存儲作業(yè)區(qū)、揀選作業(yè)區(qū)、分揀作業(yè)區(qū)、出庫作業(yè)區(qū)進行流轉(zhuǎn)，形成了經(jīng)典的路徑組成部分。在分析需求的基礎(chǔ)上，已經(jīng)提出了直撥或者越庫等作業(yè)模式，通過簡化作業(yè)流程消減配送中心的內(nèi)部裝卸搬運量，但這種作業(yè)模式適合特定需求，不能大量使用，因此開發(fā)“一機多能”的復合型設(shè)備，優(yōu)化流程，成為提升裝卸搬運系統(tǒng)能力的又一突破口。以籠車為例，以往使用中單純地定位為流轉(zhuǎn)設(shè)備，而將其進行適當?shù)母脑旌?，可以兼具存儲和移動功能，如加上電子標簽等顯示附件，還可以具備揀選和集貨功能，從而以籠車為載體將存儲、揀選、集貨等功能集成，形成了一體化的作業(yè)模式，改變了傳統(tǒng)的配送中心布局，優(yōu)化了作業(yè)流程，減少了作業(yè)環(huán)節(jié)，增強了作業(yè)功能，縮短了搬運路徑，大幅度地降低配送中心的裝卸搬運量。

綜上所述，在流程再造方面，要適當?shù)匾牍こ碳夹g(shù)，擴展原有的設(shè)備能力，例如集成存儲和補貨功能為一體的自動化立體倉庫等，擴充流程優(yōu)化的參考依據(jù)，進而削減裝卸搬運量。

4 裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計的量化分析

裝卸搬運作業(yè)是典型的作業(yè)區(qū)域連接環(huán)節(jié)，其設(shè)計涉及到系統(tǒng)的方方面面，歸納如下：

裝卸搬運量：工作量值是設(shè)計的主要依據(jù)，裝卸搬運量值是制定規(guī)則的核心要素，裝卸搬運量直接決定著設(shè)計的主要因素，衡量裝卸搬運量的單位以重量、數(shù)量以及體積為主。

裝卸搬運形式：裝卸搬運形式主要是指裝卸搬運的貨物包裝形式，包括散裝、箱式、托盤以及其他集裝形式等，決定著裝卸搬運設(shè)備的選擇，并決定著單位裝卸搬運量的確認。

裝卸搬運時間：裝卸搬運時間是指搬運量的執(zhí)行時間以及需要的完成時間，裝卸搬運時間往往具有典型的波動性。

裝卸搬運路徑：裝卸搬運路徑是裝卸搬運操作的形式距離以及路徑的具體形式，裝卸搬運路徑要考慮具體的路線形式，比如轉(zhuǎn)彎等對速度的影響。

裝卸搬運速度：該參數(shù)主要是設(shè)定相關(guān)裝卸搬運設(shè)備在單位時間內(nèi)的位移改變值，裝卸搬運速度包括多個作業(yè)維度，速度值有一定的區(qū)別性。

裝卸搬運節(jié)點數(shù)量：裝卸搬運節(jié)點數(shù)量包括裝卸搬運人員的起始點以及終止點數(shù)量，其分布也影響最終的裝卸搬運量值評定。

裝卸搬運對象特征：裝卸搬運對象具有典型的物理屬性和化學屬性，二者在一定程度上決定著應(yīng)采用的物流作業(yè)形式和采取的設(shè)備類型。

裝卸搬運設(shè)備屬性：任何一個裝卸搬運作業(yè)都需要有一定的設(shè)備或者人員作為執(zhí)行基礎(chǔ)，在進行裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計的過程中要和具體的設(shè)備屬性進行結(jié)合，典型的設(shè)備屬性信息包括額定載重量、運行速度、作業(yè)形式等。

裝卸搬運流程設(shè)置：物流作業(yè)流程設(shè)置是裝卸搬運作業(yè)必須考慮的因素，合理的流程安排可以使裝卸搬運優(yōu)化。

裝卸搬運強度是綜合描述裝卸搬運工作的參數(shù)，目前在配送中心運營過程中大多是采用分項列舉的方式來衡量裝卸搬運的工作量，這樣建立的指標體系框架不夠綜合，無法對裝卸搬運量進行系統(tǒng)評價，因此可以建立相應(yīng)的裝卸搬運強度參數(shù)進行作業(yè)總量評價，該參數(shù)的定義可以包括一系列的參數(shù)，主要包括裝卸搬運需求強度參數(shù)、裝卸搬運能力參數(shù)等。

上述公式中X1代表裝卸搬運需求強度參數(shù)，m1代表單位時間內(nèi)裝卸搬運對象質(zhì)量，也可以根據(jù)作業(yè)形式不同使用其他單位；n1代表單位時間內(nèi)裝卸搬運對象數(shù)量；f1代表單位時間內(nèi)裝卸搬運作業(yè)需求頻率；p1代表單位時間內(nèi)裝卸搬運作業(yè)的目標地點數(shù)量；c1代表單位時間內(nèi)裝卸搬運作業(yè)需求質(zhì)量的變化率，可以利用平均質(zhì)量值與峰值質(zhì)量值之間的比值來進行描述，c2代表單位時間內(nèi)裝卸搬運作業(yè)需求數(shù)量的變化率，可以利用需求平均值數(shù)量與需求數(shù)量的峰值之間的比值來進行描述，根據(jù)實際工作的需要可以將此類參數(shù)進行進一步的擴充，來對裝卸搬運的需求進行進一步的修正，以反映裝卸搬運的需求的動態(tài)變化情況，如裝卸搬運對象的物理性質(zhì)的差異程度，比如體積、質(zhì)量等，本參數(shù)只是給定具體的描述方法。以當前配送中心裝卸搬運作業(yè)人員的工作強度為例，可以利用上述參數(shù)為基礎(chǔ)，建立作業(yè)人員作業(yè)強度或者效率評價參數(shù)，該參數(shù)可以參考如下：

其中l(wèi)1代表單位時間內(nèi)裝卸搬運對象的運輸距離，t1代表單位時間內(nèi)裝卸搬運對象的有效工作時間，因為很多裝卸搬運操作都面臨任務(wù)接受等輔助作業(yè)；式中k1至kn表示相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)，可以根據(jù)具體的作業(yè)情況進行因素選擇和數(shù)值設(shè)定，以工作設(shè)備為例，采用叉車、橋式起重機等都可以選擇不同的調(diào)整值，傳輸?shù)穆窂角€比例也可以作為參數(shù)進行統(tǒng)一考慮，建議同具體應(yīng)用現(xiàn)場的工時設(shè)定等進行并行計算，比如連續(xù)式傳輸設(shè)備對人員的要求就比較低，這樣更能夠體現(xiàn)指標的實用性。

5 裝卸搬運設(shè)備的活性定義

目前對于物料裝卸搬運能力一般應(yīng)用物料活性進行定義，分為4級，目前已經(jīng)被廣泛的使用在物流系統(tǒng)的分析之中，筆者認為傳統(tǒng)的物料活性定義沒有考慮與具體的設(shè)備匹配，適合一定形式的貨物，為了更好地描述裝卸搬運特點，可以增加裝卸搬運設(shè)備的活性定義，該定義主要闡述裝卸搬運設(shè)備的能力，可以根據(jù)其與物料的配合關(guān)系進行定義，首先定位裝卸搬運設(shè)備與作業(yè)對象之間的配合活性，設(shè)定為以下級別，見表1。

從表中的分析可以得出，裝卸搬運設(shè)備的配合活性是考慮設(shè)備與搬運對象之間關(guān)系的一組參數(shù)，單純的設(shè)備活性則可以設(shè)定為是對裝卸搬運設(shè)備自身進行定義，即選擇裝卸搬運設(shè)備的作業(yè)活性進行描述，見表2。

裝卸搬運設(shè)備的作業(yè)活性說明了裝卸搬運設(shè)備的綜合能力，比如設(shè)備柔性等，以機器人為例，通過調(diào)整抓取方式可以適合拆垛、碼垛、分揀、裝卸搬運等多項業(yè)務(wù)，用來做裝卸搬運限制較小，特別是目前具有較大裝卸搬運重量的機器人，如有增加相應(yīng)的走形機構(gòu)則靈活性更強，比如目前AGV上已經(jīng)出現(xiàn)了利用機器人作為裝卸移載的應(yīng)用案例。

配送中心的裝卸搬運作業(yè)實現(xiàn)不同作業(yè)區(qū)域、不同作業(yè)任務(wù)、不同作業(yè)時間的動態(tài)變化，是配送中心內(nèi)部作業(yè)的核心環(huán)節(jié)，以更先進的理念指導配送中心的裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)計，以合理的統(tǒng)計參數(shù)量化裝卸搬運操作可以為系統(tǒng)的設(shè)計提供良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，在此基礎(chǔ)上進行設(shè)備的合理選型和集成就會更加的準確，為配送中心服務(wù)水平的提升提供有利的支撐基礎(chǔ)。

[1]李健，李明.基于SLP的CH油泵廠布局優(yōu)化[J].機械，2010,（3）.

[2]周曉輝.基于物流優(yōu)化的設(shè)施仿真系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].物流與采購研究,2009,（10）32-33.

Design of the Materials Loading and Handling System at Distribution Centers

WANG Cheng-lin,YUAN Na,WANG Xiao-liang
（School of Logistics,BeijingWuzi University,Beijing101149,China）

Starting from the necessities for the development of modern logistics,the paper proposes the idea of the SC-based loading and handling system,sets out to expand its capacity through process optimization,and finally formulates its quantitative evaluation system.

loading and handling system;system design;supply chain

F252

A

1005-152X（2011）03-0067-02

10.3969/j.issn.1005-152X.2011.03.022

2011-02-21

國家科技重大專項-175Kg公斤機器人；北京市物流系統(tǒng)與技術(shù)重點實驗室；北京物資學院物流與采購科技創(chuàng)新平臺；北京市教委面上科研資金；北京市組織部優(yōu)秀青年人才培養(yǎng)專項資金資助

王成林（1979-），男，黑龍江牡丹江人，副教授，主要從事物流工程領(lǐng)域的教學和科研工作。