基于SLP和SHA的林產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)布局優(yōu)化

張永強(qiáng)，李星圓，趙塵

(1.南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，南京 210037)

由于林產(chǎn)品的屬性獨(dú)特，行業(yè)內(nèi)對(duì)于產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)沒有制定統(tǒng)一的要求，因此各種林產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)化方面有著缺陷，造成林產(chǎn)品在質(zhì)量和規(guī)格方面不能以規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)流通和市場(chǎng)交易的需要，因而導(dǎo)致了林產(chǎn)品在物流供應(yīng)鏈成本上的增加。

倉(cāng)儲(chǔ)作為林產(chǎn)品供應(yīng)鏈中重要的環(huán)節(jié)也越來(lái)越受到物流企業(yè)的重視，林產(chǎn)品原料公司開始采取科學(xué)合理的倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)存布局設(shè)計(jì)，充分利用資源，以提高林產(chǎn)品供應(yīng)鏈效率。

陳誠(chéng)等[1]從整體角度出發(fā)，就林產(chǎn)品物流供應(yīng)鏈系統(tǒng)進(jìn)行分析與展望；宋李玉[2]主要就林產(chǎn)品配送功能模塊，用態(tài)勢(shì)分析法展開論述；而倉(cāng)儲(chǔ)模塊，歷美岑等[3]也只是采利用Flexsim軟件對(duì)林產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)中心進(jìn)行仿真；孫孟丹等[4]針對(duì)配送中心倉(cāng)庫(kù)布局的復(fù)雜性和產(chǎn)品多樣性的特點(diǎn)結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法，借助模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，從而對(duì)各種布局方式進(jìn)行評(píng)判，求解倉(cāng)庫(kù)布局的最優(yōu)方案；陳榮等[5]針對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域的規(guī)劃問(wèn)題，提出了基于ABC法和自適應(yīng)混合遺傳算法的兩階段布局優(yōu)化策略，并應(yīng)用自適應(yīng)混合遺傳算法進(jìn)行求解；侯智等[6]利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法和系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)法(systematic layout planning, SLP)結(jié)合的方式建立倉(cāng)儲(chǔ)布局優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型以提高倉(cāng)儲(chǔ)布局的效率和效益。

綜上所述，目前我國(guó)對(duì)于林產(chǎn)品原料倉(cāng)庫(kù)布局優(yōu)化的理論研究較少?；贓IQ(entry item quantity)分析，SLP結(jié)合搬運(yùn)系統(tǒng)分析法(system handling analysis, SHA)應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)布局的研究基本是空白。筆者以林產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)布局為研究對(duì)象，采用優(yōu)化后的SLP法結(jié)合SHA法對(duì)布局進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并在EIQ分析基礎(chǔ)上，以搬運(yùn)成本最低為目標(biāo)比較多個(gè)方案，最終選擇最佳布置方案。

1 傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)布局的方法及存在問(wèn)題

1.1 傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)布局的方法

依據(jù)分析公司所經(jīng)營(yíng)林產(chǎn)品原料的品種和貨物量等信息，確定倉(cāng)庫(kù)的類型、面積大小以及平面布局等，再結(jié)合上述內(nèi)容，確定倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行所需要的人員和機(jī)械設(shè)備[7]，主要包括6個(gè)基本步驟[8]：

1)基礎(chǔ)資料的分析。

2)根據(jù)分析公司經(jīng)營(yíng)的主要原料產(chǎn)品特性和訂單變動(dòng)趨勢(shì)來(lái)確定對(duì)應(yīng)的物流功能區(qū)域。

3)對(duì)倉(cāng)庫(kù)作業(yè)功能區(qū)域面積和倉(cāng)庫(kù)作業(yè)區(qū)域能力進(jìn)行規(guī)劃。一般指標(biāo)如表1所示[9]。

4)根據(jù)倉(cāng)庫(kù)物流作業(yè)流程設(shè)計(jì)動(dòng)線。動(dòng)線大致有6種基本形式：直線型、鋸齒型、雙直線型或S型、U型、分流型和集中型。

5)綜合物流相關(guān)性分析和活動(dòng)相關(guān)性分析設(shè)計(jì)初始方案。倉(cāng)庫(kù)布置大致有3種方法：動(dòng)線布置法、活動(dòng)相關(guān)性布置法、圖形構(gòu)建法。

6)優(yōu)化多種倉(cāng)庫(kù)布局方案，選擇最優(yōu)方案。

表1 倉(cāng)庫(kù)生產(chǎn)區(qū)建筑面積的一般指標(biāo)Table 1 General index of building area of warehouse production area

1.2 傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)布局有以下3點(diǎn)問(wèn)題：1)以定性方法為主；2)是一種靜態(tài)的布局方法；3)缺少對(duì)不合理布局的預(yù)知能力。

2 系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)(SLP)

2.1 系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)的步驟

SLP即系統(tǒng)設(shè)施布置方法是一種常用的設(shè)施規(guī)劃方法。SLP主要思想[10]是依據(jù)各作業(yè)單位間相互關(guān)系和密切程度形成功能區(qū)位置關(guān)系圖，再依據(jù)各作業(yè)單位實(shí)際占地面積與功能區(qū)位置關(guān)系圖形成倉(cāng)庫(kù)功能區(qū)面積相關(guān)圖。通過(guò)對(duì)多個(gè)有效布置方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和調(diào)整，最后得到最優(yōu)布置方案(圖1)。

圖1 SLP的程序Fig. 1 SLP program

2.2 SLP存在的問(wèn)題

假如將傳統(tǒng)SLP不加改進(jìn)運(yùn)用于倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)存布置設(shè)計(jì)中，可能會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：1)缺少物流戰(zhàn)略規(guī)劃；2)缺少動(dòng)態(tài)規(guī)劃；3)缺少物料搬運(yùn)分析過(guò)程。

3 系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)法的改進(jìn)

針對(duì)傳統(tǒng)SLP法缺少物流戰(zhàn)略規(guī)劃、物料搬運(yùn)分析過(guò)程兩方面作出改進(jìn)[11]。

3.1 SLP和EIQ基本要素分析結(jié)合

EIQ分析法主要是對(duì)E、I、Q等關(guān)鍵物流要素進(jìn)行分析，再結(jié)合ABC分析法進(jìn)一步研究，從而解決物流戰(zhàn)略規(guī)劃問(wèn)題，有利于倉(cāng)庫(kù)的合理規(guī)劃。

3.2 SLP和SHA結(jié)合

倉(cāng)儲(chǔ)必然涉及物料搬運(yùn)，因此將物料搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法SHA與SLP結(jié)合[12]，才能設(shè)計(jì)出比較合理的倉(cāng)儲(chǔ)布局方案。

4 C公司倉(cāng)庫(kù)布局問(wèn)題案例分析

4.1 C公司林產(chǎn)品原料供應(yīng)倉(cāng)庫(kù)的基本情況

C公司是一家提供林產(chǎn)品原料供應(yīng)的物流一體化大型服務(wù)商，本研究以C公司旗下木質(zhì)人造板供應(yīng)倉(cāng)庫(kù)為對(duì)象。目前倉(cāng)庫(kù)布局及規(guī)模大小已經(jīng)不能適應(yīng)公司的業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)，因此C公司打算建造一個(gè)新倉(cāng)庫(kù)來(lái)迎合市場(chǎng)發(fā)展，目前C公司部分出庫(kù)單見表2。

表2 C公司倉(cāng)庫(kù)出庫(kù)單(部分)Table 2 Company C warehouse receipt (part)

將上述訂單數(shù)據(jù)整理成EIQ統(tǒng)計(jì)表，形成C公司倉(cāng)庫(kù)訂單材料的統(tǒng)計(jì)表，如表3所示。

表3 C公司訂單資料的EIQ統(tǒng)計(jì)表Table 3 EIQ statistical table of company C order data

4.2 倉(cāng)庫(kù)基本要素分析

對(duì)C公司倉(cāng)庫(kù)訂單原料進(jìn)行EQ分析，結(jié)果見圖2。將EQ分析結(jié)合ABC分類[13]可得：出貨量大于400箱屬于特大訂單，倉(cāng)庫(kù)需要重點(diǎn)管理；出貨量在100～400箱屬于較大訂單，劃分為B，一般揀貨作業(yè)基本上可以滿足；出貨量低于100箱如E21、E23歸為C類訂單可以共同揀選，節(jié)約時(shí)間。將C公司倉(cāng)庫(kù)訂單材料進(jìn)行IQ分析，結(jié)果見圖3。

從IQ分析可以看出，C公司倉(cāng)庫(kù)產(chǎn)品出貨量分布趨于兩極分化，使用ABC分類做進(jìn)一步管理，制成ABC分類統(tǒng)計(jì)表，結(jié)果見表4。

圖2 EQ分析Fig. 2 EQ analysis

圖3 IQ分析Fig. 3 IQ analysis

表4 ABC分類統(tǒng)計(jì)Table 4 ABC classification statistics

IQ分析可知，貨物出貨數(shù)量在200箱以上的品項(xiàng)僅有9種，所占比例是21.43%，占總出貨量的比重為60.19%，因此要對(duì)這9種品項(xiàng)進(jìn)行重點(diǎn)管理。

對(duì)訂單資料進(jìn)行IK分析如圖4所示。

結(jié)合IQ和IK分析可知，出貨量大小和出貨次數(shù)存在一定的聯(lián)系。

圖4 IK分析Fig. 4 IK analysis

通過(guò)訂單材料分析，目標(biāo)客戶J和X平均每個(gè)季度的貨物需求量比較固定，預(yù)計(jì)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)域物流量目標(biāo)客戶J出貨數(shù)量5 222箱，目標(biāo)客戶X出貨數(shù)量3 223箱。

4.3 倉(cāng)庫(kù)功能區(qū)綜合關(guān)系分析

物流關(guān)系和非物流關(guān)系是影響各功能區(qū)遠(yuǎn)近關(guān)系的主要要素。根據(jù)原倉(cāng)庫(kù)EIQ-ABC分析和表3制成從至表，如表5所示。

倉(cāng)庫(kù)內(nèi)同時(shí)存在與業(yè)務(wù)活動(dòng)沒有關(guān)系的功能區(qū)域，對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行活動(dòng)相關(guān)性分析[14]。用評(píng)級(jí)理由確定作業(yè)單位密切程度的主要影響因素，結(jié)果見表6。

表5 C公司倉(cāng)庫(kù)內(nèi)作業(yè)單位物流量從至表Table 5 Logistics volume of operation unit in warehouse of company C from to

表6 評(píng)級(jí)理由Table 6 Rating reasons

確定倉(cāng)庫(kù)作業(yè)單位物流相關(guān)圖如圖5所示，該圖直觀地反映了所有功能區(qū)域的關(guān)系。根據(jù)表4、表5確定非物流相關(guān)圖如圖6所示。

將物流關(guān)系和非物流關(guān)系結(jié)合時(shí)，需要確定這2種關(guān)系的相對(duì)重要性。綜上，C公司倉(cāng)庫(kù)布局優(yōu)化中，物流關(guān)系和非物流關(guān)系一樣重要。因此，倉(cāng)庫(kù)功能區(qū)間綜合相互關(guān)系見公式(1)[15]：

TRij=mMRij+nNRij

(1)

式中：TRij表示作業(yè)單位對(duì)i、j之間的綜合作用關(guān)系；MRij表示i、j功能區(qū)間的物流關(guān)系的密切程度；NRij表示i、j功能區(qū)間的非物流關(guān)系密切程度；m∶n表示物流關(guān)系與非物流關(guān)系的比較程度，且m∶n=1∶1；綜合得出相關(guān)圖見圖7。

圖6 倉(cāng)庫(kù)作業(yè)單位非物流相關(guān)圖Fig. 6 Non logistics related diagram of warehouse operation unit

圖7 倉(cāng)庫(kù)作業(yè)單位綜合相關(guān)圖Fig. 7 Warehouse operation unit comprehensive related diagram

4.4 倉(cāng)庫(kù)功能區(qū)位置相關(guān)圖

一般倉(cāng)庫(kù)平面布置方法常用的是線型圖法和關(guān)系表法[16]。關(guān)系表法的邏輯條理較強(qiáng)，容易得到較好的布置結(jié)果，故本研究采用此法。采用關(guān)系表法得出倉(cāng)庫(kù)功能區(qū)初始位置布置圖：首先根據(jù)圖8得到倉(cāng)庫(kù)作業(yè)單位綜合相關(guān)圖，然后據(jù)此繪制出關(guān)系工作表見表7。

圖8 無(wú)面積拼塊圖Fig. 8 Block diagram without area

表7 關(guān)系工作表Table 7 Relationship worksheet

目前不考慮各功能區(qū)的現(xiàn)實(shí)占地面積，統(tǒng)一將各作業(yè)單位做成大小一致的方塊。每一個(gè)拼塊上，將作業(yè)單位代號(hào)用筆寫在中間，名稱接著代號(hào)后面，格式如“X=？”寫在代號(hào)下面；4個(gè)角分別對(duì)應(yīng)寫上A、E、I、O級(jí)，U級(jí)關(guān)系暫不考慮，結(jié)果如圖8所示。

擺放規(guī)則：在擺放過(guò)程中，首先尋找A級(jí)。假如出現(xiàn)幾個(gè)A級(jí)的數(shù)量一致，再去比較E級(jí)的數(shù)量，然后將拼塊放在正中央位置。

接著觀察左上角的A和右上角的E。要做到：A級(jí)關(guān)系要邊靠邊，E級(jí)關(guān)系至少角靠角，X級(jí)關(guān)系不能靠邊也不能靠角。

然后給多個(gè)方案評(píng)級(jí)。其方法是：如果A級(jí)沒有靠邊，扣2分；X級(jí)的邊靠邊也扣2分；A級(jí)只角靠角，扣1分；X級(jí)角靠角，E級(jí)沒有角靠角也扣1分。最后選出較優(yōu)布局方案，結(jié)果見圖9。

圖9 倉(cāng)庫(kù)無(wú)面積拼塊初始布置方案Fig. 9 Initial layout plan of warehouse without area

4.5 倉(cāng)庫(kù)功能區(qū)面積相關(guān)圖

通過(guò)實(shí)地調(diào)研可知C公司倉(cāng)庫(kù)各作業(yè)單位面積，結(jié)合圖9可得出各作業(yè)單位的面積需求，結(jié)果見表8。

通過(guò)計(jì)算，各作業(yè)單位總需求面積為1 248 m2，圓整為1 500 m2，按長(zhǎng)寬比3∶5得到長(zhǎng)寬尺寸。以25m2為基本單元格，共60個(gè)單元格。在60個(gè)格子上分布各作業(yè)單位形成了面積塊狀布置，根據(jù)實(shí)際需求面積和其他因素限制，對(duì)所需面積進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并結(jié)合搬運(yùn)動(dòng)線優(yōu)化后得到2種方案(圖10)。

表8 各作業(yè)單位的面積需求Table 8 Area demand of each operation unit

圖10 SLP規(guī)劃方案Fig. 10 SLP planning scheme

方案一中將倉(cāng)庫(kù)分為10個(gè)功能區(qū)域，與原倉(cāng)庫(kù)布局圖相比，新建倉(cāng)庫(kù)的改進(jìn)一是依據(jù)訂單資料將貨物量較大的產(chǎn)品分為A、B、C區(qū)，進(jìn)行高架存儲(chǔ)，取代以往任意產(chǎn)品都可以擺放高架區(qū)的現(xiàn)象，解決了人員和貨物分流的安全問(wèn)題；改進(jìn)二是設(shè)置專門的包裝區(qū)，解決了以往在地推區(qū)進(jìn)行包裝加工的環(huán)節(jié)，而且包裝區(qū)靠近出貨區(qū)，加工后的產(chǎn)品可以直接進(jìn)行出庫(kù)處理，提高了包裝作業(yè)效率；改進(jìn)三是根據(jù)貨物量的大小重新調(diào)整了目標(biāo)客戶產(chǎn)品的位置，滿足未來(lái)需求量。

方案二與方案一比較有兩點(diǎn)區(qū)別，一是出入庫(kù)位置沒有改動(dòng)；二是貨物存儲(chǔ)區(qū)兩兩之間的距離比較擴(kuò)散，不如方案一緊湊，不便于揀選作業(yè)的進(jìn)行。因此，總體來(lái)說(shuō)方案一更優(yōu)。

4.6 SLP布局優(yōu)化方案評(píng)價(jià)和選擇

假設(shè)倉(cāng)庫(kù)總面積為S，共有n個(gè)功能區(qū)，倉(cāng)庫(kù)內(nèi)有任意兩個(gè)功能區(qū)i和j，面積分別是Si和Sj，功能區(qū)i的邊長(zhǎng)為ai和bi，功能區(qū)j的邊長(zhǎng)為aj和bj，功能區(qū)之間的間隔為功能區(qū)中心間的直線距離。如果在布置方案x下，功能區(qū)i到功能區(qū)j之間的距離為dij(x)，物流量為fij(x)，單位搬運(yùn)費(fèi)用為Cij(x)。設(shè)搬運(yùn)工具費(fèi)用為I=1,2,…,n，單位小時(shí)人工費(fèi)用是m，人工搬運(yùn)效率為Pij(x)。那么方案x下的物流搬運(yùn)單位費(fèi)用率為：

(2)

目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)公式如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

Xi=xi+ai/2,Yi=yi+bi/2

(7)

xi+ai≤a,yi+bi≤b

(8)

式中：xi和yi為功能區(qū)起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)X、Y軸的坐標(biāo)；Xi和Yi為功能區(qū)i的中心點(diǎn)在X、Y軸對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。

對(duì)于C倉(cāng)庫(kù)的基本費(fèi)用情況和倉(cāng)庫(kù)各個(gè)功能區(qū)流程之間流轉(zhuǎn)的工作效率見表9和表10。

表9 倉(cāng)庫(kù)費(fèi)用明細(xì)Table 9 Warehouse expense details

表10 倉(cāng)庫(kù)工作效率Table 10 Warehouse efficiency

代入公式計(jì)算得出：方案一的單位搬運(yùn)成本為C(F1)=100 268元；方案二的單位搬運(yùn)成本為C(F2)=108 466元。對(duì)比方案一、二的單位搬運(yùn)成本，選擇方案一最為優(yōu)化方案。

5 結(jié) 論

本研究采用優(yōu)化后的SLP法，以林產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)布局為對(duì)象，結(jié)合SHA法對(duì)林產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)布局進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，在EIQ數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，提出了新的林產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)布局方案。

本研究將傳統(tǒng)工業(yè)布局方法SLP優(yōu)化后，結(jié)合SHA法提出了一種針對(duì)林產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)布局的新方案。該方案構(gòu)建了高效的林產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)布局系統(tǒng)，提升了林產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有利于我國(guó)林業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。