虚实耦合动态货位实施方法

（1.上海大众汽车有限公司，上海201805；2.同济大学汽车学院，上海201804）

虚实耦合动态货位实施方法

邵文华1，钟绮莎2

（1.上海大众汽车有限公司，上海201805；2.同济大学汽车学院，上海201804）

为了解决定置定位库位管理方式库位利用率较低的问题，对动态货位管理方式进行了研究，建立了虚实耦合动态货位模型。实施结果表明，虚实耦合动态库位不仅能够提升库位利用率，还能避免传统动态库位对系统的高依赖性，规避断电风险。

定置定位动态库位虚实耦合动态库位

1 前言

在上海大众实施动态库位管理的过程中，发现虽然动态库位能大幅提升库位利用率，但是其最大的缺点是动态库位对系统依赖性高，断电时会无法及时找到物料，从而发生生产线停线的风险。所以在大范围推广实施动态货位方法时，如何规避断电风险则成为首当其冲的目标。针对这一缺点，本文提出虚实耦合动态货位优化模型，其目的是在实施动态时规避断电风险。

2 上海大众汽车货位管理模式介绍及特点

目前，上海大众仓库中的货位管理方式有两种，一为定置定位法，二为动态货位法。定置定位法是为每一种零件在特定的区域安排不变的货位号及货位数量的库位管理方法。作为一种传统的货位管理方法，它有零件位置明确、便于管理和人工控制操作、抗风险能力高的特点。但这种方法在库位的设定上有着绑定作用，导致库位利用率较低。

基于这一原因，动态货位在近年来越来越受到青睐。动态货位的管理可确定每一品种的恰当储存方式，并在恰当的储存方式下进行储存空间优化分配。动态货位综合考虑了不同设备和货架类型特征、货品分组、货位规划、人工成本内置等因素，以实现最佳的货位布局，能有效掌握商品市场的变化，将成本节约最大化。货位优化管理能够为正在营运的配送中心挖掘效率和成本提供帮助，并能为一个建设中的物流中心提供营运前的管理准备[1]。图1即为定置定位法和动态库位法两种货位管理方式的直观图。

在上图中，不同填充的方块表示不同的货物，被存放在货架中。当采用定置定位法时，因库位与零件具有绑定关系，即使该库位仍有较多空余，但仍不可进入新的零件；但若采用动态货位法进行存储，取消了零件与库位的对应关系，使库位利用率得到了极大的提高。如上图动态货位法所示，同样的零件种类与数量，运用动态货位法进行存储时，占用库位数20个，在如图所示货架中仍有12个库位可得到利用；而用定置定位法，虽然库位仍有空余，但不能用于存放其它种类的零件，故实际上这20个料箱占用的库位数为32个，这是造成库位利用率较低的主要原因之一，而采取动态货位法则可解决这一问题。目前上海大众采用定置定位这种货位管理模式下，平均库位利用率约为65%。在动态货位的实施上，上海大众自2008年底开始在189个高层库位上选择实施。在实施动态货位的库位区域，平均库位利用率达到了78%，最高约可达到92%。但作为刚引入这类管理方式的企业，存在着对系统依赖性高，断电时风险大这一缺点。目前因实施库位较少，采用打印库位条码这一方法来规避断电风险；但如果将动态货位法推广实施，如何规避断电风险则成为首当其冲的目标。针对这一缺点，本文提出了虚实耦合动态货位的方法来解决此问题。

图1 定置定位法与动态货位法直观图

3 虚实耦合动态货位原理说明和应用前提

3.1 虚实耦合动态货位原理阐述

虚实耦合动态货位方法的原理如下：首先选定一定种类的零件并将其分为虚实两类，分类基本原则为零件库存量的大小。一般情况下，将库存量相对较高的零件定义为实类零件，库存量相对较低的零件定义为虚类零件。按照定置定位的思想，为实类零件设立一定的库位数量。对于实类零件，系统推荐的库位仅在这一块区域，即实类零件在固定区域内存储，不采用动态的方式存放。而对于虚类零件，结合库位数及实类零件的库存数，选择与其相匹配的（何为相匹配将在下一节模型建立中详细说明）实类零件，进行库位的优先级设定[2]。如表1所示。在表1中，大写英文字母代表实类零件，小写字母表示虚类零件。需说明的是，表格中的库位编号并不是代表一个库位，而是代表一定库位数量的某一块区域。在这里为对其原理进行说明，假定每个库位编号中有8个库位，但这8个库位的物理位置相邻。

表1 虚实零件对应表

当实类零件来料时，则直接进入相对应编号的库位中。例如A零件来料时，则可进入库位1中8个库位中任何空余的一个；B则进入库位2中任何空余的一个，C则进入库位3中任何空余的一个，依次类推。

当虚类零件来料时，首先在其对应的实类零件的库位中寻找空余库位，若有空余，则进入其对应的库位；若对应实类零件的库位已满，则向下一级去寻找空余库位，直到寻找到空余的库位为止。以a为例，当a零件来料时，系统首先在对应的库位1中寻找相应库位，若库位1中有空余库位，则a即进入该库位进行存储；若库位1中的8个货位均已被占用，则系统向相邻的库位2中寻找空余库位；若库位2仍已满，则继续向下一级库位3寻找，直到找到空位，将a进行存储。

虚实耦合动态货位法的基本思想如上。运用此法，在原则上，零件仍是进行动态存放的，故库位利用率较高。而在存放方式上，实类零件的存放区域固定，故都较易寻找；虚类零件虽为动态存放，但存放的库位存在优先级的特点，若遇到断电或系统瘫痪等意外状况时，根据其优先级先后，采用人工方法仍可寻找到其具体位置。

3.2 虚实耦合动态货位适用的地点

并不是所有的配送中心都需要进行货位优化，毕竟这项工作需要一定的资金投入，花费管理人员不少精力。对于小型仓库，只要加强员工培训，高信息技术水平，增强员工责任心，就能得到有效的管理。作为盈利性的制造企业，要考虑投入产出的可能性，只有给企业带来更多的效益，才有必要开展动态货位优化工作。以下可作为判断是否需要给物流中心引入动态货位优化的标准：

（1）中心运营单位在2 500个单元甚至更多，凡是作为仓库一个单独货位管理的物品都算是一个单元，既可指一个纸箱，也可指一个托盘；

（2）业务处理以上面所阐述的单元为单位，不允许更加细致的划分，以便于管理和优化；

（3）商品种类繁多，周转率高；

（4）仓库造价高，租金及维护费用较大；

（5）仓库任务量大，拣选工作量大，劳动力成本高。

综合以上几个方面，作为整车厂的物流中心，上海大众具备以上条件，并适合开展动态货位优化这一项工作。

因地面存储的货物有以下特点：多桩脚、多为专用料架尺寸不统一、库存量较大且为零的情况基本不可能出现，故不适合做动态。

高层货架每个库位的容量为1或2，便于WMS（Warehouse Management System，仓库管理系统）管理，且周转频率较快，料箱尺寸较统一。综上，选择高层货架作为动态优化的地点更为合适。

3.3 虚实耦合动态货位的数据要求

为了进行有效的动态货位优化，不仅要从基本层面上了解仓库情况，更重要的是要从数据及其变化上来把握相关零件的出入库频率及库存量状况。盲目地或者想当然地货位优化会得到适得其反的结果，因此数据收集是非常重要的环节。

从整体上看，所需数据主要包括以下3个方面：（1）在库储存商品单元的信息：在库储存商品单元的数量、在库储存商品单元的重量、容器或者箱子的数量尺寸和重量、商品编码等；（2）货位信息：货位编码、货位的空间属性（长、宽、高）、承重重量、货架类型（隔板货架、立体托盘货架，或者其他）；（3）货物变动信息：周转率、货物在库数量、货物库存预测等。

有关库位的信息可从实地测量获得,货物变动信息取自于WMS。因上海大众的信息管理系统只具备实时输出与管理的功能，而无法获得历史库存记录，为了获得货物的平均库存、最高库存和周转率等参数，故在每天固定的时间对一批零件进行库存跟踪，为期25天。

4 虚实耦合动态货位模型的建立

4.1 确定动态货位的零件与库位

（1）地点选择

根据库位特点，高层货架较适合实施动态；加之上海大众公司POLO车的总装件是最先实施动态货位的零件，故将试验地点选在存放该车零件的LC2中2#仓库高层货架。

（2）零件选择

选出与高层货架最匹配的料箱——POLO车总装件中的408#铁箱与N408#铁箱，共41个零件；其尺寸规格可满足每个库位容量为2，每个高层单元具有3个库位，即每个高层单元料箱容量为6。

（3）库位数及库位号确定

根据多天库存量跟踪数据统计，这批零件的最大库存量为350箱。

库位使用量＝零件箱数/每库位容量，即最大库位使用量＝350/2＝175。

虚实动态耦合货位的期望最大库位利用率为87%左右，故为这批零件分配总库位数，记为。

库位利用率＝最大库位使用量/总库位数

总库位数＝最大库位使用量/期望最大库位利用率

故＝175÷87%＝201.11，取整数，为这批零件分配201个库位。

选择2#库中的NS-2-025、NS-2-027、NS-2-029的三个高层货架中的高层库位，共198个库位及相邻的NS-2-031高层货架中的12个库位作为具体实施地点。

4.2 实现方法

试验中零件数为41种，选择地点为三个高层货架。在此为叙述简洁明了，故仅选取其中的14种零件，一个高层货架为例。

步骤一，数据整合。根据20天的库存跟踪，并将其数据进行整合，得到该批零件的最大库存量及平均库存量。通过库存量计算出最大库位使用量及平均库位使用量，见表2。

步骤二，对零件进行虚实分类。以最大库位占用量为筛选标准，按最大库位占用量降序进行排序，发现选出库存量较高的四个零件，及最大库位占用量较高的零件5J6863459A 47H、5JD601147 MHB、6Q1815159A、6Q0201307C，将其归为实类零件，并将其进行编号，用大写英文字母标记为实类货物，见表3。

步骤三，实体零件库位分配。根据实类零件的最大库位占用量，同时结合库位信息，确定分配给实类零件的库位数量与位置。高层货架示意图见图2。如图2所示，现选取的高层货架层数为3层，每层有7个单元格，放置408#及N408#铁箱时，每个单元格为3个库位，库位容量为2。在库位编号上，以横向的字母与纵向的数字相结合表示库位编号，如D1、F7等。D1即表示一个单元格，包含3个库位。

表2 零件数据整合表

表3 实类零件标记

图2 高层货架示意图

现有实类零件4个，最大库存数为1∶1∶1∶0.64，将高层货架上的库位对应接近的比例分配给A、B、C、D四个零件，同时从人机工程角度考虑，为使零件分布整齐便于人工寻找，将库位以1∶1∶1∶0.5的比例分配给A、B、C、D，具体库位分配见表4。

表4 实类零件库位分配表

在此对库位余量进行定义，库位余量＝分配库位数－实类零件最大库位占用量。

步骤四，对虚类零件进行第一优先级库位匹配。为尽量使虚类零件更大概率地放置于第一优先级的库位当中，按照这一原则进行虚实耦合分配：实类零件最大库位占用量＋虚类零件平均库位占用量＝分配库位数，允许一定数量的偏差。

根据表4已得到各库位余量，按照剩余零件的平均库位占用量对其进行匹配，得到分配结果见表5。

表5 虚类零件匹配表

步骤五，对各零件进行库位分配，并导入WMS系统。在此，要注意以下两方面的问题：

（1）实类零件对应的库位中，有一定数量的库位只能为实类零件设置而不能为虚类零件设置，该库位为实类零件最后优先级的库位，设置目的为留出一定的备量保证实类零件能进入其对应的库位；

（2）同时为虚类货物设置一块货位区域，定义其为缓存区，库位编号以O1、O2、O3表示。该缓存区仅为虚类零件设置，且为所有虚类零件第二优先级的库位区域，这是为了尽量保证虚类零件存储于靠前优先级的库位，而达到我们想要的在实施动态存储时仍然保证货物堆垛较整齐的目的[3]。

表6为零件的库位设置举例（一个实类零件，两个虚类零件）。

表6 库位设置举例

4.3 实际应用效果

1）经过试验，对于高层货架相同数目的库位数，应用不同的库位管理方法，其库位利用率是有很大差异的。从下图中可以看出，完全动态法的库位利用率最高，约可达到93%。虚实耦合法次之，定置定位法的库位利用率最低，只有70%左右。库位利用率评价指标如图3所示。

2）、根据试验结果，得出定置定位法，虚实耦合动态库位法和完全动态法在库位利用率、对系统的依赖性、抗风险能力以及便于管理程度[4]等方面有不同程度的差异，其对比情况如表7所示。

图3 库位利用率评价指标

表7 对比表

5 结论

虚实耦合动态库位方法，一方面克服了定置定位法库位利用率较低的缺点，另一方面，与完全动态法相比，虽然其库位利用率有所下降，但是其对系统的依赖性和抗风险方面有了较大的提高。其缺点是虚实货位的设定方法比较复杂，前期准备工作量较大。

1（美）Craig C.Sherbrooke.装备备件最优库存建模——多级技术（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2008.

2孙红，任杰.全新理念的仓库管理模型设计[J].仪器仪表学报，2006，（7）：1-2.

3阳平华，郝飞龙.仓库量化管理的数学模型[C].中国运筹学第六届学术交流会，2001.

4严云中.企业仓储物流效率的研究[D].上海交通大学，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

来稿日期：2010-01-20

邵文华（1973-），女，工程师，主要研究方向为包装和仓库规划。