基于SLP和SHA的林产品仓储布局优化

2021-02-03张永强李星圆赵尘

林业工程学报 2021年1期

张永强，李星圆，赵尘

(1.南京林业大学汽车与交通工程学院，南京 210037；2.南京林业大学土木工程学院，南京 210037)

由于林产品的属性独特，行业内对于产品的标准没有制定统一的要求，因此各种林产品在标准化方面有着缺陷，造成林产品在质量和规格方面不能以规范化的标准适应流通和市场交易的需要，因而导致了林产品在物流供应链成本上的增加。

仓储作为林产品供应链中重要的环节也越来越受到物流企业的重视，林产品原料公司开始采取科学合理的仓储库存布局设计，充分利用资源，以提高林产品供应链效率。

陈诚等[1]从整体角度出发，就林产品物流供应链系统进行分析与展望；宋李玉[2]主要就林产品配送功能模块，用态势分析法展开论述；而仓储模块，历美岑等[3]也只是采利用Flexsim软件对林产品仓储中心进行仿真；孙孟丹等[4]针对配送中心仓库布局的复杂性和产品多样性的特点结合模糊综合评价法，借助模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，从而对各种布局方式进行评判，求解仓库布局的最优方案；陈荣等[5]针对仓储区域的规划问题，提出了基于ABC法和自适应混合遗传算法的两阶段布局优化策略，并应用自适应混合遗传算法进行求解；侯智等[6]利用社会网络分析法和系统布置设计法(systematic layout planning, SLP)结合的方式建立仓储布局优化的数学模型以提高仓储布局的效率和效益。

综上所述，目前我国对于林产品原料仓库布局优化的理论研究较少。基于EIQ(entry item quantity)分析，SLP结合搬运系统分析法(system handling analysis, SHA)应用于仓储布局的研究基本是空白。笔者以林产品仓储布局为研究对象，采用优化后的SLP法结合SHA法对布局进行重新设计，并在EIQ分析基础上，以搬运成本最低为目标比较多个方案，最终选择最佳布置方案。

1 传统仓库布局的方法及存在问题

1.1 传统仓库布局的方法

依据分析公司所经营林产品原料的品种和货物量等信息，确定仓库的类型、面积大小以及平面布局等，再结合上述内容，确定仓库运行所需要的人员和机械设备[7]，主要包括6个基本步骤[8]：

1)基础资料的分析。

2)根据分析公司经营的主要原料产品特性和订单变动趋势来确定对应的物流功能区域。

3)对仓库作业功能区域面积和仓库作业区域能力进行规划。一般指标如表1所示[9]。

4)根据仓库物流作业流程设计动线。动线大致有6种基本形式：直线型、锯齿型、双直线型或S型、U型、分流型和集中型。

5)综合物流相关性分析和活动相关性分析设计初始方案。仓库布置大致有3种方法：动线布置法、活动相关性布置法、图形构建法。

6)优化多种仓库布局方案，选择最优方案。

表1 仓库生产区建筑面积的一般指标Table 1 General index of building area of warehouse production area

1.2 传统仓库存在的问题

传统仓库布局有以下3点问题：1)以定性方法为主；2)是一种静态的布局方法；3)缺少对不合理布局的预知能力。

2 系统布置设计(SLP)

2.1 系统布置设计的步骤

SLP即系统设施布置方法是一种常用的设施规划方法。SLP主要思想[10]是依据各作业单位间相互关系和密切程度形成功能区位置关系图，再依据各作业单位实际占地面积与功能区位置关系图形成仓库功能区面积相关图。通过对多个有效布置方案进行评价和调整，最后得到最优布置方案(图1)。

图1 SLP的程序Fig. 1 SLP program

2.2 SLP存在的问题

假如将传统SLP不加改进运用于仓储库存布置设计中，可能会出现以下问题：1)缺少物流战略规划；2)缺少动态规划；3)缺少物料搬运分析过程。

3 系统布置设计法的改进

针对传统SLP法缺少物流战略规划、物料搬运分析过程两方面作出改进[11]。

3.1 SLP和EIQ基本要素分析结合

EIQ分析法主要是对E、I、Q等关键物流要素进行分析，再结合ABC分析法进一步研究，从而解决物流战略规划问题，有利于仓库的合理规划。

3.2 SLP和SHA结合

仓储必然涉及物料搬运，因此将物料搬运系统设计方法SHA与SLP结合[12]，才能设计出比较合理的仓储布局方案。

4 C公司仓库布局问题案例分析

4.1 C公司林产品原料供应仓库的基本情况

C公司是一家提供林产品原料供应的物流一体化大型服务商，本研究以C公司旗下木质人造板供应仓库为对象。目前仓库布局及规模大小已经不能适应公司的业务量增长，因此C公司打算建造一个新仓库来迎合市场发展，目前C公司部分出库单见表2。

表2 C公司仓库出库单(部分)Table 2 Company C warehouse receipt (part)

将上述订单数据整理成EIQ统计表，形成C公司仓库订单材料的统计表，如表3所示。

表3 C公司订单资料的EIQ统计表Table 3 EIQ statistical table of company C order data

4.2 仓库基本要素分析

对C公司仓库订单原料进行EQ分析，结果见图2。将EQ分析结合ABC分类[13]可得：出货量大于400箱属于特大订单，仓库需要重点管理；出货量在100～400箱属于较大订单，划分为B，一般拣货作业基本上可以满足；出货量低于100箱如E21、E23归为C类订单可以共同拣选，节约时间。将C公司仓库订单材料进行IQ分析，结果见图3。

从IQ分析可以看出，C公司仓库产品出货量分布趋于两极分化，使用ABC分类做进一步管理，制成ABC分类统计表，结果见表4。

图2 EQ分析Fig. 2 EQ analysis

图3 IQ分析Fig. 3 IQ analysis

表4 ABC分类统计Table 4 ABC classification statistics

IQ分析可知，货物出货数量在200箱以上的品项仅有9种，所占比例是21.43%，占总出货量的比重为60.19%，因此要对这9种品项进行重点管理。

对订单资料进行IK分析如图4所示。

结合IQ和IK分析可知，出货量大小和出货次数存在一定的联系。

图4 IK分析Fig. 4 IK analysis

通过订单材料分析，目标客户J和X平均每个季度的货物需求量比较固定，预计仓库存储区域物流量目标客户J出货数量5 222箱，目标客户X出货数量3 223箱。

4.3 仓库功能区综合关系分析

物流关系和非物流关系是影响各功能区远近关系的主要要素。根据原仓库EIQ-ABC分析和表3制成从至表，如表5所示。

仓库内同时存在与业务活动没有关系的功能区域，对这些区域进行活动相关性分析[14]。用评级理由确定作业单位密切程度的主要影响因素，结果见表6。

表5 C公司仓库内作业单位物流量从至表Table 5 Logistics volume of operation unit in warehouse of company C from to

表6 评级理由Table 6 Rating reasons

确定仓库作业单位物流相关图如图5所示，该图直观地反映了所有功能区域的关系。根据表4、表5确定非物流相关图如图6所示。

将物流关系和非物流关系结合时，需要确定这2种关系的相对重要性。综上，C公司仓库布局优化中，物流关系和非物流关系一样重要。因此，仓库功能区间综合相互关系见公式(1)[15]：

TRij=mMRij+nNRij

(1)

式中：TRij表示作业单位对i、j之间的综合作用关系；MRij表示i、j功能区间的物流关系的密切程度；NRij表示i、j功能区间的非物流关系密切程度；m∶n表示物流关系与非物流关系的比较程度，且m∶n=1∶1；综合得出相关图见图7。

图6 仓库作业单位非物流相关图Fig. 6 Non logistics related diagram of warehouse operation unit

图7 仓库作业单位综合相关图Fig. 7 Warehouse operation unit comprehensive related diagram

4.4 仓库功能区位置相关图

一般仓库平面布置方法常用的是线型图法和关系表法[16]。关系表法的逻辑条理较强，容易得到较好的布置结果，故本研究采用此法。采用关系表法得出仓库功能区初始位置布置图：首先根据图8得到仓库作业单位综合相关图，然后据此绘制出关系工作表见表7。

图8 无面积拼块图Fig. 8 Block diagram without area

表7 关系工作表Table 7 Relationship worksheet

目前不考虑各功能区的现实占地面积，统一将各作业单位做成大小一致的方块。每一个拼块上，将作业单位代号用笔写在中间，名称接着代号后面，格式如“X=？”写在代号下面；4个角分别对应写上A、E、I、O级，U级关系暂不考虑，结果如图8所示。

摆放规则：在摆放过程中，首先寻找A级。假如出现几个A级的数量一致，再去比较E级的数量，然后将拼块放在正中央位置。

接着观察左上角的A和右上角的E。要做到：A级关系要边靠边，E级关系至少角靠角，X级关系不能靠边也不能靠角。

然后给多个方案评级。其方法是：如果A级没有靠边，扣2分；X级的边靠边也扣2分；A级只角靠角，扣1分；X级角靠角，E级没有角靠角也扣1分。最后选出较优布局方案，结果见图9。

图9 仓库无面积拼块初始布置方案Fig. 9 Initial layout plan of warehouse without area

4.5 仓库功能区面积相关图

通过实地调研可知C公司仓库各作业单位面积，结合图9可得出各作业单位的面积需求，结果见表8。

通过计算，各作业单位总需求面积为1 248 m2，圆整为1 500 m2，按长宽比3∶5得到长宽尺寸。以25m2为基本单元格，共60个单元格。在60个格子上分布各作业单位形成了面积块状布置，根据实际需求面积和其他因素限制，对所需面积进行适当调整，并结合搬运动线优化后得到2种方案(图10)。

表8 各作业单位的面积需求Table 8 Area demand of each operation unit

图10 SLP规划方案Fig. 10 SLP planning scheme

方案一中将仓库分为10个功能区域，与原仓库布局图相比，新建仓库的改进一是依据订单资料将货物量较大的产品分为A、B、C区，进行高架存储，取代以往任意产品都可以摆放高架区的现象，解决了人员和货物分流的安全问题；改进二是设置专门的包装区，解决了以往在地推区进行包装加工的环节，而且包装区靠近出货区，加工后的产品可以直接进行出库处理，提高了包装作业效率；改进三是根据货物量的大小重新调整了目标客户产品的位置，满足未来需求量。

方案二与方案一比较有两点区别，一是出入库位置没有改动；二是货物存储区两两之间的距离比较扩散，不如方案一紧凑，不便于拣选作业的进行。因此，总体来说方案一更优。

4.6 SLP布局优化方案评价和选择

假设仓库总面积为S，共有n个功能区，仓库内有任意两个功能区i和j，面积分别是Si和Sj，功能区i的边长为ai和bi，功能区j的边长为aj和bj，功能区之间的间隔为功能区中心间的直线距离。如果在布置方案x下，功能区i到功能区j之间的距离为dij(x)，物流量为fij(x)，单位搬运费用为Cij(x)。设搬运工具费用为I=1,2,…,n，单位小时人工费用是m，人工搬运效率为Pij(x)。那么方案x下的物流搬运单位费用率为：

(2)

目标优化函数公式如下：

(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为功能区起始点对应X、Y轴的坐标；Xi和Yi为功能区i的中心点在X、Y轴对应的坐标。

对于C仓库的基本费用情况和仓库各个功能区流程之间流转的工作效率见表9和表10。