虛實耦合動態(tài)貨位實施方法

（1.上海大眾汽車有限公司，上海201805；2.同濟大學(xué)汽車學(xué)院，上海201804）

虛實耦合動態(tài)貨位實施方法

邵文華1，鐘綺莎2

（1.上海大眾汽車有限公司，上海201805；2.同濟大學(xué)汽車學(xué)院，上海201804）

為了解決定置定位庫位管理方式庫位利用率較低的問題，對動態(tài)貨位管理方式進行了研究，建立了虛實耦合動態(tài)貨位模型。實施結(jié)果表明，虛實耦合動態(tài)庫位不僅能夠提升庫位利用率，還能避免傳統(tǒng)動態(tài)庫位對系統(tǒng)的高依賴性，規(guī)避斷電風(fēng)險。

定置定位動態(tài)庫位虛實耦合動態(tài)庫位

1 前言

在上海大眾實施動態(tài)庫位管理的過程中，發(fā)現(xiàn)雖然動態(tài)庫位能大幅提升庫位利用率，但是其最大的缺點是動態(tài)庫位對系統(tǒng)依賴性高，斷電時會無法及時找到物料，從而發(fā)生生產(chǎn)線停線的風(fēng)險。所以在大范圍推廣實施動態(tài)貨位方法時，如何規(guī)避斷電風(fēng)險則成為首當(dāng)其沖的目標。針對這一缺點，本文提出虛實耦合動態(tài)貨位優(yōu)化模型，其目的是在實施動態(tài)時規(guī)避斷電風(fēng)險。

2 上海大眾汽車貨位管理模式介紹及特點

目前，上海大眾倉庫中的貨位管理方式有兩種，一為定置定位法，二為動態(tài)貨位法。定置定位法是為每一種零件在特定的區(qū)域安排不變的貨位號及貨位數(shù)量的庫位管理方法。作為一種傳統(tǒng)的貨位管理方法，它有零件位置明確、便于管理和人工控制操作、抗風(fēng)險能力高的特點。但這種方法在庫位的設(shè)定上有著綁定作用，導(dǎo)致庫位利用率較低。

基于這一原因，動態(tài)貨位在近年來越來越受到青睞。動態(tài)貨位的管理可確定每一品種的恰當(dāng)儲存方式，并在恰當(dāng)?shù)膬Υ娣绞较逻M行儲存空間優(yōu)化分配。動態(tài)貨位綜合考慮了不同設(shè)備和貨架類型特征、貨品分組、貨位規(guī)劃、人工成本內(nèi)置等因素，以實現(xiàn)最佳的貨位布局，能有效掌握商品市場的變化，將成本節(jié)約最大化。貨位優(yōu)化管理能夠為正在營運的配送中心挖掘效率和成本提供幫助，并能為一個建設(shè)中的物流中心提供營運前的管理準備[1]。圖1即為定置定位法和動態(tài)庫位法兩種貨位管理方式的直觀圖。

在上圖中，不同填充的方塊表示不同的貨物，被存放在貨架中。當(dāng)采用定置定位法時，因庫位與零件具有綁定關(guān)系，即使該庫位仍有較多空余，但仍不可進入新的零件；但若采用動態(tài)貨位法進行存儲，取消了零件與庫位的對應(yīng)關(guān)系，使庫位利用率得到了極大的提高。如上圖動態(tài)貨位法所示，同樣的零件種類與數(shù)量，運用動態(tài)貨位法進行存儲時，占用庫位數(shù)20個，在如圖所示貨架中仍有12個庫位可得到利用；而用定置定位法，雖然庫位仍有空余，但不能用于存放其它種類的零件，故實際上這20個料箱占用的庫位數(shù)為32個，這是造成庫位利用率較低的主要原因之一，而采取動態(tài)貨位法則可解決這一問題。目前上海大眾采用定置定位這種貨位管理模式下，平均庫位利用率約為65%。在動態(tài)貨位的實施上，上海大眾自2008年底開始在189個高層庫位上選擇實施。在實施動態(tài)貨位的庫位區(qū)域，平均庫位利用率達到了78%，最高約可達到92%。但作為剛引入這類管理方式的企業(yè)，存在著對系統(tǒng)依賴性高，斷電時風(fēng)險大這一缺點。目前因?qū)嵤煳惠^少，采用打印庫位條碼這一方法來規(guī)避斷電風(fēng)險；但如果將動態(tài)貨位法推廣實施，如何規(guī)避斷電風(fēng)險則成為首當(dāng)其沖的目標。針對這一缺點，本文提出了虛實耦合動態(tài)貨位的方法來解決此問題。

圖1 定置定位法與動態(tài)貨位法直觀圖

3 虛實耦合動態(tài)貨位原理說明和應(yīng)用前提

3.1 虛實耦合動態(tài)貨位原理闡述

虛實耦合動態(tài)貨位方法的原理如下：首先選定一定種類的零件并將其分為虛實兩類，分類基本原則為零件庫存量的大小。一般情況下，將庫存量相對較高的零件定義為實類零件，庫存量相對較低的零件定義為虛類零件。按照定置定位的思想，為實類零件設(shè)立一定的庫位數(shù)量。對于實類零件，系統(tǒng)推薦的庫位僅在這一塊區(qū)域，即實類零件在固定區(qū)域內(nèi)存儲，不采用動態(tài)的方式存放。而對于虛類零件，結(jié)合庫位數(shù)及實類零件的庫存數(shù)，選擇與其相匹配的（何為相匹配將在下一節(jié)模型建立中詳細說明）實類零件，進行庫位的優(yōu)先級設(shè)定[2]。如表1所示。在表1中，大寫英文字母代表實類零件，小寫字母表示虛類零件。需說明的是，表格中的庫位編號并不是代表一個庫位，而是代表一定庫位數(shù)量的某一塊區(qū)域。在這里為對其原理進行說明，假定每個庫位編號中有8個庫位，但這8個庫位的物理位置相鄰。

表1 虛實零件對應(yīng)表

當(dāng)實類零件來料時，則直接進入相對應(yīng)編號的庫位中。例如A零件來料時，則可進入庫位1中8個庫位中任何空余的一個；B則進入庫位2中任何空余的一個，C則進入庫位3中任何空余的一個，依次類推。

當(dāng)虛類零件來料時，首先在其對應(yīng)的實類零件的庫位中尋找空余庫位，若有空余，則進入其對應(yīng)的庫位；若對應(yīng)實類零件的庫位已滿，則向下一級去尋找空余庫位，直到尋找到空余的庫位為止。以a為例，當(dāng)a零件來料時，系統(tǒng)首先在對應(yīng)的庫位1中尋找相應(yīng)庫位，若庫位1中有空余庫位，則a即進入該庫位進行存儲；若庫位1中的8個貨位均已被占用，則系統(tǒng)向相鄰的庫位2中尋找空余庫位；若庫位2仍已滿，則繼續(xù)向下一級庫位3尋找，直到找到空位，將a進行存儲。

虛實耦合動態(tài)貨位法的基本思想如上。運用此法，在原則上，零件仍是進行動態(tài)存放的，故庫位利用率較高。而在存放方式上，實類零件的存放區(qū)域固定，故都較易尋找；虛類零件雖為動態(tài)存放，但存放的庫位存在優(yōu)先級的特點，若遇到斷電或系統(tǒng)癱瘓等意外狀況時，根據(jù)其優(yōu)先級先后，采用人工方法仍可尋找到其具體位置。

3.2 虛實耦合動態(tài)貨位適用的地點

并不是所有的配送中心都需要進行貨位優(yōu)化，畢竟這項工作需要一定的資金投入，花費管理人員不少精力。對于小型倉庫，只要加強員工培訓(xùn)，高信息技術(shù)水平，增強員工責(zé)任心，就能得到有效的管理。作為盈利性的制造企業(yè)，要考慮投入產(chǎn)出的可能性，只有給企業(yè)帶來更多的效益，才有必要開展動態(tài)貨位優(yōu)化工作。以下可作為判斷是否需要給物流中心引入動態(tài)貨位優(yōu)化的標準：

（1）中心運營單位在2 500個單元甚至更多，凡是作為倉庫一個單獨貨位管理的物品都算是一個單元，既可指一個紙箱，也可指一個托盤；

（2）業(yè)務(wù)處理以上面所闡述的單元為單位，不允許更加細致的劃分，以便于管理和優(yōu)化；

（3）商品種類繁多，周轉(zhuǎn)率高；

（4）倉庫造價高，租金及維護費用較大；

（5）倉庫任務(wù)量大，揀選工作量大，勞動力成本高。

綜合以上幾個方面，作為整車廠的物流中心，上海大眾具備以上條件，并適合開展動態(tài)貨位優(yōu)化這一項工作。

因地面存儲的貨物有以下特點：多樁腳、多為專用料架尺寸不統(tǒng)一、庫存量較大且為零的情況基本不可能出現(xiàn)，故不適合做動態(tài)。

高層貨架每個庫位的容量為1或2，便于WMS（Warehouse Management System，倉庫管理系統(tǒng)）管理，且周轉(zhuǎn)頻率較快，料箱尺寸較統(tǒng)一。綜上，選擇高層貨架作為動態(tài)優(yōu)化的地點更為合適。

3.3 虛實耦合動態(tài)貨位的數(shù)據(jù)要求

為了進行有效的動態(tài)貨位優(yōu)化，不僅要從基本層面上了解倉庫情況，更重要的是要從數(shù)據(jù)及其變化上來把握相關(guān)零件的出入庫頻率及庫存量狀況。盲目地或者想當(dāng)然地貨位優(yōu)化會得到適得其反的結(jié)果，因此數(shù)據(jù)收集是非常重要的環(huán)節(jié)。

從整體上看，所需數(shù)據(jù)主要包括以下3個方面：（1）在庫儲存商品單元的信息：在庫儲存商品單元的數(shù)量、在庫儲存商品單元的重量、容器或者箱子的數(shù)量尺寸和重量、商品編碼等；（2）貨位信息：貨位編碼、貨位的空間屬性（長、寬、高）、承重重量、貨架類型（隔板貨架、立體托盤貨架，或者其他）；（3）貨物變動信息：周轉(zhuǎn)率、貨物在庫數(shù)量、貨物庫存預(yù)測等。

有關(guān)庫位的信息可從實地測量獲得,貨物變動信息取自于WMS。因上海大眾的信息管理系統(tǒng)只具備實時輸出與管理的功能，而無法獲得歷史庫存記錄，為了獲得貨物的平均庫存、最高庫存和周轉(zhuǎn)率等參數(shù)，故在每天固定的時間對一批零件進行庫存跟蹤，為期25天。

4 虛實耦合動態(tài)貨位模型的建立

4.1 確定動態(tài)貨位的零件與庫位

（1）地點選擇

根據(jù)庫位特點，高層貨架較適合實施動態(tài)；加之上海大眾公司POLO車的總裝件是最先實施動態(tài)貨位的零件，故將試驗地點選在存放該車零件的LC2中2#倉庫高層貨架。

（2）零件選擇

選出與高層貨架最匹配的料箱——POLO車總裝件中的408#鐵箱與N408#鐵箱，共41個零件；其尺寸規(guī)格可滿足每個庫位容量為2，每個高層單元具有3個庫位，即每個高層單元料箱容量為6。

（3）庫位數(shù)及庫位號確定

根據(jù)多天庫存量跟蹤數(shù)據(jù)統(tǒng)計，這批零件的最大庫存量為350箱。

庫位使用量＝零件箱數(shù)/每庫位容量，即最大庫位使用量＝350/2＝175。

虛實動態(tài)耦合貨位的期望最大庫位利用率為87%左右，故為這批零件分配總庫位數(shù)，記為。

庫位利用率＝最大庫位使用量/總庫位數(shù)

總庫位數(shù)＝最大庫位使用量/期望最大庫位利用率

故＝175÷87%＝201.11，取整數(shù)，為這批零件分配201個庫位。

選擇2#庫中的NS-2-025、NS-2-027、NS-2-029的三個高層貨架中的高層庫位，共198個庫位及相鄰的NS-2-031高層貨架中的12個庫位作為具體實施地點。

4.2 實現(xiàn)方法

試驗中零件數(shù)為41種，選擇地點為三個高層貨架。在此為敘述簡潔明了，故僅選取其中的14種零件，一個高層貨架為例。

步驟一，數(shù)據(jù)整合。根據(jù)20天的庫存跟蹤，并將其數(shù)據(jù)進行整合，得到該批零件的最大庫存量及平均庫存量。通過庫存量計算出最大庫位使用量及平均庫位使用量，見表2。

步驟二，對零件進行虛實分類。以最大庫位占用量為篩選標準，按最大庫位占用量降序進行排序，發(fā)現(xiàn)選出庫存量較高的四個零件，及最大庫位占用量較高的零件5J6863459A 47H、5JD601147 MHB、6Q1815159A、6Q0201307C，將其歸為實類零件，并將其進行編號，用大寫英文字母標記為實類貨物，見表3。

步驟三，實體零件庫位分配。根據(jù)實類零件的最大庫位占用量，同時結(jié)合庫位信息，確定分配給實類零件的庫位數(shù)量與位置。高層貨架示意圖見圖2。如圖2所示，現(xiàn)選取的高層貨架層數(shù)為3層，每層有7個單元格，放置408#及N408#鐵箱時，每個單元格為3個庫位，庫位容量為2。在庫位編號上，以橫向的字母與縱向的數(shù)字相結(jié)合表示庫位編號，如D1、F7等。D1即表示一個單元格，包含3個庫位。

表2 零件數(shù)據(jù)整合表

表3 實類零件標記

圖2 高層貨架示意圖

現(xiàn)有實類零件4個，最大庫存數(shù)為1∶1∶1∶0.64，將高層貨架上的庫位對應(yīng)接近的比例分配給A、B、C、D四個零件，同時從人機工程角度考慮，為使零件分布整齊便于人工尋找，將庫位以1∶1∶1∶0.5的比例分配給A、B、C、D，具體庫位分配見表4。

表4 實類零件庫位分配表

在此對庫位余量進行定義，庫位余量＝分配庫位數(shù)－實類零件最大庫位占用量。

步驟四，對虛類零件進行第一優(yōu)先級庫位匹配。為盡量使虛類零件更大概率地放置于第一優(yōu)先級的庫位當(dāng)中，按照這一原則進行虛實耦合分配：實類零件最大庫位占用量＋虛類零件平均庫位占用量＝分配庫位數(shù)，允許一定數(shù)量的偏差。

根據(jù)表4已得到各庫位余量，按照剩余零件的平均庫位占用量對其進行匹配，得到分配結(jié)果見表5。

表5 虛類零件匹配表

步驟五，對各零件進行庫位分配，并導(dǎo)入WMS系統(tǒng)。在此，要注意以下兩方面的問題：

（1）實類零件對應(yīng)的庫位中，有一定數(shù)量的庫位只能為實類零件設(shè)置而不能為虛類零件設(shè)置，該庫位為實類零件最后優(yōu)先級的庫位，設(shè)置目的為留出一定的備量保證實類零件能進入其對應(yīng)的庫位；

（2）同時為虛類貨物設(shè)置一塊貨位區(qū)域，定義其為緩存區(qū)，庫位編號以O(shè)1、O2、O3表示。該緩存區(qū)僅為虛類零件設(shè)置，且為所有虛類零件第二優(yōu)先級的庫位區(qū)域，這是為了盡量保證虛類零件存儲于靠前優(yōu)先級的庫位，而達到我們想要的在實施動態(tài)存儲時仍然保證貨物堆垛較整齊的目的[3]。

表6為零件的庫位設(shè)置舉例（一個實類零件，兩個虛類零件）。

表6 庫位設(shè)置舉例

4.3 實際應(yīng)用效果

1）經(jīng)過試驗，對于高層貨架相同數(shù)目的庫位數(shù)，應(yīng)用不同的庫位管理方法，其庫位利用率是有很大差異的。從下圖中可以看出，完全動態(tài)法的庫位利用率最高，約可達到93%。虛實耦合法次之，定置定位法的庫位利用率最低，只有70%左右。庫位利用率評價指標如圖3所示。

2）、根據(jù)試驗結(jié)果，得出定置定位法，虛實耦合動態(tài)庫位法和完全動態(tài)法在庫位利用率、對系統(tǒng)的依賴性、抗風(fēng)險能力以及便于管理程度[4]等方面有不同程度的差異，其對比情況如表7所示。

圖3 庫位利用率評價指標

表7 對比表

5 結(jié)論

虛實耦合動態(tài)庫位方法，一方面克服了定置定位法庫位利用率較低的缺點，另一方面，與完全動態(tài)法相比，雖然其庫位利用率有所下降，但是其對系統(tǒng)的依賴性和抗風(fēng)險方面有了較大的提高。其缺點是虛實貨位的設(shè)定方法比較復(fù)雜，前期準備工作量較大。

1（美）Craig C.Sherbrooke.裝備備件最優(yōu)庫存建?！嗉壖夹g(shù)（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

2孫紅，任杰.全新理念的倉庫管理模型設(shè)計[J].儀器儀表學(xué)報，2006，（7）：1-2.

3陽平華，郝飛龍.倉庫量化管理的數(shù)學(xué)模型[C].中國運籌學(xué)第六屆學(xué)術(shù)交流會，2001.

4嚴云中.企業(yè)倉儲物流效率的研究[D].上海交通大學(xué)，2001.

Implementation ofVirtual-ActualCoupled Dynamic Storage

Shao Wenhua1,Zhong Qisha2
（1.ShanghaiVolkswagen,Shanghai201805,China;2.TongjiUniversity,Shanghai201804,China）

In order to resolve low utilization ratioof fixed storage,dynamic storage is researched and the model of virtual-actual coupled dynamic storage is established.Implementation result shows that the virtual-actual coupled dynamic storage not only improves utilization storage ratio,but also avoids high dependenceon system and power-cut risk ofdynamic storage.

fixedstorage,dynamicstorage,virtual-actualcouplingstorage

10.3969/j.issn.1671-0614.2010.04.011

來稿日期：2010-01-20

邵文華（1973-），女，工程師，主要研究方向為包裝和倉庫規(guī)劃。