基于A公司倉(cāng)儲(chǔ)中心立體倉(cāng)庫(kù)貨位優(yōu)化研究

楊麗

摘 要：本文以A公司倉(cāng)儲(chǔ)中心新建立體倉(cāng)庫(kù)為研究對(duì)象，根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)中心貨位管理目標(biāo)，確定以提高倉(cāng)儲(chǔ)管理效率為目標(biāo)的貨位優(yōu)化模型，探討貨位優(yōu)化在倉(cāng)儲(chǔ)中心的可行性，為企業(yè)貨位優(yōu)化提供有力的參考。

關(guān)鍵詞：倉(cāng)儲(chǔ)中心;貨位優(yōu)化;倉(cāng)儲(chǔ)管理效率

一、A公司倉(cāng)儲(chǔ)中心現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

A公司倉(cāng)儲(chǔ)中心主要業(yè)務(wù)是零部件產(chǎn)前配送和整車(chē)物流業(yè)務(wù)，產(chǎn)品種類(lèi)繁多、數(shù)量多。但由于存儲(chǔ)空間的限制，該公司需要對(duì)原倉(cāng)儲(chǔ)中心進(jìn)行貨位優(yōu)化，以期提高倉(cāng)儲(chǔ)效率。通過(guò)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)中心管理的現(xiàn)狀和問(wèn)題進(jìn)行有效分析，發(fā)現(xiàn)貨位管理過(guò)程中主要的問(wèn)題有庫(kù)存利用率不高、作業(yè)效率低以及倉(cāng)庫(kù)布局不合理等問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題，本文提出了兩個(gè)目標(biāo)：倉(cāng)儲(chǔ)存儲(chǔ)策略目標(biāo)和倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)效率目標(biāo)。

二、貨位優(yōu)化模型的建立

1、模型假設(shè)

在對(duì)A公司現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，已知A 公司倉(cāng)儲(chǔ)中心貨架排數(shù)、貨架列數(shù)、巷道數(shù)量和寬度、貨位信息、托盤(pán)信息、零件的出入庫(kù)頻率、高位叉車(chē)的移動(dòng)速度、零部件的需求和種類(lèi)，對(duì)貨位優(yōu)化模型進(jìn)行假設(shè)和描述：1、每個(gè)貨位只存儲(chǔ)一種零件，如果零件數(shù)量較多，一個(gè)貨位存不下時(shí)，將一種零件當(dāng)作兩種零件考慮;2、假設(shè)高位叉車(chē)在作業(yè)過(guò)程均為勻速運(yùn)動(dòng);3、零件在揀取過(guò)程中耗費(fèi)的時(shí)間忽略不計(jì)，只考慮高位叉車(chē)揀選過(guò)程的水平和垂直行進(jìn)時(shí)間。

2、建立貨位優(yōu)化模型

根據(jù)企業(yè)的實(shí)際狀況選擇兩種可量化的目標(biāo)——保證貨位相關(guān)性和減少出入庫(kù)作業(yè)時(shí)間。即通過(guò)縮短貨物出入庫(kù)時(shí)間來(lái)提高出入庫(kù)效率，通過(guò)將需求量大的貨物放在較低的位置方便在配送過(guò)程中對(duì)貨物的揀選。假設(shè)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)共有l(wèi)排，每排有m列n層，將離倉(cāng)庫(kù)入口最近的貨架底層定義為第 1 排第1列第1層，則處于第x排y列z層的貨位坐標(biāo)為（x，y，z）（x=1、2、3……l）（y=1、2、3……m）（z=1、2、3…… n）。假設(shè)第 i 類(lèi)的第j種零件的貨位坐標(biāo)為（xij，yij，zij）（xij=1，2……l;yij=1，2……m;zij=1，2……n）。在上述假設(shè)和目標(biāo)下建立貨位模型：

（1）出入庫(kù)作業(yè)效率分析

假設(shè)高位叉車(chē)的原點(diǎn)在貨架的起始位置，提高出入庫(kù)效率即使零件周轉(zhuǎn)率、高位叉車(chē)運(yùn)行時(shí)間和零件所在層的乘積之和最小，并保證周轉(zhuǎn)率大的零件存放在較低的貨架上，方便存取。則出入庫(kù)效率目標(biāo)函數(shù)如下：

其中fij 、tij分別表示為第i類(lèi)的第j種零件的出庫(kù)頻率和用高位叉車(chē)移動(dòng)到出貨區(qū)的運(yùn)行時(shí)間，s0表示出庫(kù)作業(yè)區(qū)到第1排第1列第1層貨架的距離，s1表示貨架之間的距離，s2表示單層貨位的高度，l0表示單位貨位長(zhǎng)度1200mm，vx 、vy 、vz分別表示叉車(chē)水平、縱向和垂直的運(yùn)行速度。

（2）貨物相關(guān)性分析

A 公司倉(cāng)儲(chǔ)中心的貨物相關(guān)性一般由兩方面因素決定：貨物訂單和成對(duì)產(chǎn)。假設(shè)倉(cāng)儲(chǔ)中心的 N 種不同類(lèi)型的零件可以按照相關(guān)性將其分為 p 類(lèi)，每類(lèi)有 q 種不同類(lèi)型的零件，即 N=q×p。第i類(lèi)零件的均值坐標(biāo)為：

該零件的坐標(biāo)到第i類(lèi)零件的均值坐標(biāo)的距離為：

由式可知所有i類(lèi)零部件的坐標(biāo)到i類(lèi)零件的均值坐標(biāo)的距離為：

，則所有i類(lèi)零部件的均值坐標(biāo)為：

假設(shè)所有i類(lèi)零件的中心到所有i類(lèi)零部件的均值坐標(biāo)的離散度為每類(lèi)中心到C的距離之和，即：

考慮到零部件種類(lèi)繁多且存儲(chǔ)過(guò)重中應(yīng)具有一定的相關(guān)性，所以應(yīng)該使其離散度值盡量小，則貨物相關(guān)性目標(biāo)函數(shù)為：

其中? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?，為所有零件的均值坐標(biāo)Ci到出口的距離。

綜上所述，貨位優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型如下：

約束條件為：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?且xij，xij，xij均為正值

由于目標(biāo)函數(shù)居委求解最小值，因此采用線(xiàn)性加權(quán)法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化：

其中0≤wi≤1;i=1，2且w1+w2=1。綜合大量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)與專(zhuān)家意見(jiàn)，利用判斷矩陣法得出貨位優(yōu)化目標(biāo)權(quán)重：w1=0.76，w2=0.24，即本文的貨位優(yōu)化目標(biāo)主要以出入庫(kù)效率為主，貨物相關(guān)性為輔的一種貨位優(yōu)化策略。

3、貨位優(yōu)化仿真過(guò)程

通過(guò)對(duì)貨位優(yōu)化模型進(jìn)行分析，本文選用 MATLAB 軟件設(shè)計(jì)算法求解多貨位優(yōu)化最優(yōu)解。

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集

倉(cāng)儲(chǔ)中心新建 2 個(gè)封閉式庫(kù)區(qū)，每個(gè)庫(kù)區(qū)分為 A、B、C 三個(gè)區(qū)，三個(gè)區(qū)對(duì)應(yīng)的分揀區(qū)長(zhǎng)為 32 米，寬為 30 米。其中 A 區(qū)的辦公室占地寬 8 米;對(duì)應(yīng)的倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)長(zhǎng) 90 米，寬 30 米;每個(gè)區(qū)共有 13 排貨架。每一排貨架共有 7 層，每層共有 31 個(gè)貨格，每個(gè)貨格有 2 個(gè)貨位（可放置 2 個(gè)托盤(pán)），高1.5米，每個(gè)托盤(pán)的長(zhǎng)為 1.2 米，寬為 1.2 米。考慮到論文篇幅有限，本文選取倉(cāng)儲(chǔ)中心中層立體倉(cāng)庫(kù)的部分區(qū)域數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行仿真優(yōu)化，則選取的倉(cāng)庫(kù)有貨架l=12排m=12列n=6層，此區(qū)域有高位叉車(chē) 1 臺(tái)，高位叉車(chē)的運(yùn)行速度分別為：vx=1m/s、vy=1m/s、vz=0.25m/s，托盤(pán)長(zhǎng)度l0=1200mm。 仿真選取2019年倉(cāng)儲(chǔ)中心200 種貨物為優(yōu)化研究對(duì)象。

（2）仿真結(jié)果分析

將上述數(shù)據(jù)代入模型，利用軟件進(jìn)行仿真求解。隨機(jī)選取其中20種貨物對(duì)比優(yōu)化前后的出庫(kù)時(shí)間，如下表所示。

從表1和圖1 中可以看出單次出入庫(kù)作業(yè)時(shí)間普遍減少，例如編碼為1 的零部件優(yōu)化前貨位坐標(biāo)為（7，4，3），出入庫(kù)作業(yè)時(shí)間為 50.4 秒，優(yōu)化后貨位坐標(biāo)為（4.1.3），出入庫(kù)作業(yè)時(shí)間為 36 秒，優(yōu)化后平均每件貨節(jié)省14.4秒; 編碼為 199 的零部件，優(yōu)化前貨位坐標(biāo)為（10，7，5），出入庫(kù)作業(yè)時(shí)間為 54.4秒，優(yōu)化后貨位坐標(biāo)為（9，4，1），出入庫(kù)作業(yè)時(shí)間為39.2秒，優(yōu)化后平均每件貨節(jié)省15.2秒。如果上述 20 種零部件保證每天出庫(kù) 6 次，則可節(jié)省時(shí)間 3057.6 秒，共計(jì) 51 分鐘。從200種零部件來(lái)看，優(yōu)化前零部件的出庫(kù)時(shí)間為 12483.6 秒，優(yōu)化后零部件的出庫(kù)時(shí)間縮減 8587.2 秒，前后零部件出庫(kù)時(shí)間相差 3896.4 秒，大大減少了出入庫(kù)作業(yè)時(shí)間，提高了出入庫(kù)作業(yè)效率

3、總結(jié)

本文通過(guò)對(duì) A 公司倉(cāng)儲(chǔ)中心倉(cāng)庫(kù)管理現(xiàn)狀以及倉(cāng)儲(chǔ)管理實(shí)際情況進(jìn)行分析，找出倉(cāng)儲(chǔ)管理中存在的問(wèn)題，提出了以出入庫(kù)效率最大的貨位優(yōu)化目標(biāo)和以?huà)x距離最短的揀選路徑優(yōu)化目標(biāo)，建立相應(yīng)的優(yōu)化模型，仿真后結(jié)果顯示經(jīng)過(guò)出入庫(kù)作業(yè)效率分析和相關(guān)性分析的貨位優(yōu)化存儲(chǔ)的貨物，其出入庫(kù)作業(yè)時(shí)間有著明顯的縮減，出入庫(kù)作業(yè)效率也有了明顯的提高。

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