面向复杂仓储场景的电力物资出入库策略管理

李明，高瞻，张吉，蒋锦霞，潜明，陈达强

（1.国家电网浙江省电力公司物资部，浙江杭州310007；2.国网浙江省电力有限公司信息通信分公司，浙江杭州310000；3.浙江华云信息科技有限公司数据应用事业部，浙江杭州310000；4.浙江工商大学管理工程与电子商务学院，浙江杭州310018）

0 引言

电力物资仓储是电网建设与运行物资供应基础[1]，其有效管理是电网安全稳定运行的重要保障[2]。电网建设从施工到运行往往涉及各类电力物资，但由于大多数物资生产周期较长且供应易受市场影响，无法采用零库存管理方式，只能以物资储备方式加以管理[3]。由此，在电力物资仓储管理中，储位管理因其对拣货作业和出入库效率的影响而成为重要手段。但是，在实际电力物资出入库操作中，物资没有相对固定的存储区域，也没有按物资的相关特性来进行分类，往往仅凭借老员工的经验、主观感觉或者喜好对电力物资的储放位置进行感性安排，难以达到对电力物资仓储作业的科学管理[4]。

同时，由于电力物资种类繁多、规格各异，致使存储需求多样、物流属性不一。尤其是电力物资在外形尺寸、重量、包装形式、包装规格、包装尺寸、最大堆垛层数、温湿度要求、防水防湿要求、存储时限等物资特性和仓储作业要求上存在巨大差异，使得电力物资仓储形式呈现多场景特点，如自动化立体仓库、多层横梁货架以及平面堆放等多存放方式，以及人工、自动化等作业方式。另一方面，电力物资的多样性及其储备规格与电网建设工程需求之间存在不一致性，如电力线缆需复绕、剪切、加工等操作，进一步加剧了电力物资出入库的复杂程度。此外，电网企业库存系统多使用企业资源计划（即ERP系统），此系统不能有效反映电力物资的存储位置或数量等信息[5]，而WMS、WCS等系统在电力物资出入库策略的应用场景相对固定且微观具象，加之多数仓库依赖人工录入单据[6]，其优化调整难以适应复杂仓储场景的精益化管理需求。

目前，关于货位分配和出入库策略优化的研究文献已比较丰富，但多数研究集中在设备或作业层面的调度、分配策略研究。如宣登殿，等[7]探讨了现代仓储系统货物入库分配优化模型及算法问题；田世海，等[8]提出了智能仓库出入库系统 的OOTPN（Object Oriented Timed Petri Net）模型；刘建胜，等[9]研究了Flying-V型仓储布局货位分配优化方法；蔡安江，等[10]针对双向式自动化立体仓库货位分配问题，以产品出入库效率、货架重心和产品聚集度为目标建立了货位分配数学模型并设计了一种改进混合蛙跳算法对模型进行仿真优化。而针对复杂仓储作业场景中的物资出入库策略管理与应用尚未见系统性研究。

为此，本文针对电力物资出入库效率优化问题，考虑电力物资存储的复杂仓储作业场景，提出一种“属性-规则-策略”出入库策略管理方案，以实现复杂仓库场景下的出入库作业优化。

1 “属性-规则-策略”出入库策略管理

不同于设备端的出入库控制策略，“属性-规则-策略”出入库策略管理是一种基于专家系统思维的策略管理方案。具体通过归纳、总结不同仓储场景的仓库结构以及出入库作业特点形成指导出入库策略管理的属性参数，根据属性参数在范围参数、限制参数、顺序参数的不同组合，形成满足不同物资在不同场景下的出入库规则，进而通过规则优先级实现复杂仓储场景下的出入库优化策略管理，方案示意图如图1所示，策略设计逻辑如图2所示，其中：

图1 “属性-规则-策略”出入库策略管理方案示意图

（1）属性参数指在进行货位管理及出入库分配时，需要考虑的因素，按其组合特性分为：①范围参数指在进行货位分配时，用于约定范围的参数，如货位类型（立库、平库）、货位属性（可拣选、不可拣选）等；②限制参数指在进行货位分配推荐时，用于排除范围的参数，如只入立库货位、只入平库货位等；③顺序参数指在进行货位分配推荐时，用于对范围内的结果进行优先级顺序定义的参数，如量小先出、量大先出、先进先出等。

（2）规则指出入库时用于某种特定场景所遵循的法则，如按物料默认存放关系存放、按物料种类默认存放关系存放以及不按默认存放关系存放等立库入库规则。

（3）策略指出入库时，用于定义仓库在特定业务类型及物料种类下需要遵循的法则。

2 属性定义与范围界定

结合电力物资仓库的仓库形式和物资存储的特点，归纳成货位存放、物料存放和出入库策略等要求相关的三类参数属性。

图2 “属性-规则-策略”出入库策略设计逻辑示意图

2.1 货位属性参数

（1）货位类型，此参数表示该货位形式主要包括立库和平库两种。

（2）最大容器数，表示该货位可存放的最大容器数，对于室外堆场货位，不限制存放容器个数的，最大容器数为0，表示没有限制；对于自动化立体仓库或者货架货位，按照实际允许存放的最大容器数进行登记。

（3）出入顺序，对于存放多容器的货位，出入库的顺序维护有先进先出和后进先出两种顺序，如：对于多深货位采用后进先出的方式，对于堆栈货位采用先进先出的方式。

（4）是否混放，表示该货位是否允许多物料（物料编码+技术规范书）混合存放，根据实际存放管理要求进行设置。

（5）入库优先级，在同等条件下，不同货位入库的优先级别，可根据离出入库口的距离或者货位对应的层级进行设定。

（6）出库优先级，在同等条件下，不同货位出库的优先级别、作用与入库优先级类似。

（7）是否可拣选，表示该货位在出库时，是否允许部分出库，对于有的货位不方便拣选或者部分自动化立体仓库货位不能拣选的，可以设置成不可拣选货位。

（8）重量限制，表示该货位最大存放的物料重量，对于平面堆场货位，不做重量限制。

（9）最大盘径，表示该货位存放电缆时，可存放的最大盘径，对于平面堆场货位，不做电缆盘径限制。

2.2 物料属性参数

这里主要考虑材料类物资的物料属性，即裁切最小长度，如按照仓库设置不同的电缆物料对应的最小裁切长度。对于已设置了最小裁切的物料，在裁切出库时，只有当待出库量等于剩余量或者剩余量-待出库量≥最小裁切长度时，才允许裁切出库，以避免裁剪剩余量过小时造成的物料浪费。

2.3 策略属性参数

策略属性根据作业内容进行划分，其中入库策略由多个规则按照一定的顺序组合形成；拣选出库策略由参数和多个规则按照一定的顺序组合形成；空容器上架策略直接由相关的参数配置形成；波次合单策略直接由相关参数配置形成。

考虑策略中相关规则的优先级将策略属性的参数设置具体分为两类：公共策略和个性化策略，其中，每类参数又可根据具体的仓库、业务类型和物料分类予以细化，以指导不同仓储作业场景下的出入库作业优化。

3 出入库规则定义与复杂场景规则组合

3.1 出入库规则定义

（1）立库巷道均衡规则。针对高架立库的巷道分配，分别对单一物资托盘进行数量比较，选择数量最少的巷道作为目标巷道。当存在大于等于2个巷道的品牌托盘数量相同且该托盘数为所有巷道最小时，则按巷道编号大小产生入库任务。

当两个及以上巷道单一物料容器数量为最小且相等时，则按巷道编号从小到大分配入库任务。同时，结合立库低层与高层承重的不同，可通过“按可承重量从大到小”实现低层满载优先。

（2）先进先出。其是使用最多的一种出库策略。在电力物资存放中，针对寄售的物资，对于超过一定库龄的物资（如一个月），需要按照入库时间优先出库。

（3）量小先出。当任务数量不是满托盘数量的整数倍时，即存在零散托盘的多出情况，为能够尽可能减少多出后回库的情况，减少作业时间，提高出库效率，采用量小优先出库规则，将未满装的箱子先出，以提高仓库的货位使用率。

结合未来可能采用或出现的作业场景，可进一步拓展出入库规则范围，如考虑就近入库、重货入库低层满装有限、最多周转箱优先出库等。

3.2 复杂场景规则组合设置

根据仓库的存放物料及仓库货位特点，设置不同的入库规则，以满足不同场景的需要。以下针对电力物资仓库存放的特殊复杂性，对典型的出入库规则进行了整理。

（1）入库规则设置。通过不同参数的组合形成满足复杂仓储场景下的入库规则，入库规则设置内容与界面如图3所示。

图3 入库规则设置内容与界面

（2）出库规则设置。通过不同参数的组合形成满足复杂仓储场景下的出库规则，拣选分配规则设置内容与界面如图4所示。

图4 出库规则设置内容与界面

4 出入库优化策略管理优化与实现

4.1 出入库策略优化设置

（1）入库策略优化设置。结合不同仓库的管理要求，可以按照不同的业务类型及物料种类设置入库策略，在入库策略的定义中，可以选择不同的规则，并设置不同规则的优先级，实现入库策略的定义。入库策略优化设置内容与界面如图5所示。

图5 入库策略优化设置内容与界面

（2）出库策略优化设置。结合不同仓库的管理要求，可以按照不同的业务类型及物料种类设置出库策略，在出库策略的定义中，可以选择不同的规则，并设置不同规则的优先级，实现出库策略的定义。出库策略优化设置内容与界面如图6所示。

图6 出库策略优化设置内容与界面

4.2 出入库策略管理实现

（1）入库策略管理实现。按照“属性-规则-策略”的三层策略实现思路，根据当前待入库的物料信息，实现可入库货位的分配。

①根据入库任务，获取待入库的物料作业信息，结合场景，待入库的物料作业信息包括已组盘物料和未组盘物料；

②根据入库任务及物料信息，获取策略及规则信息；

③根据规则的范围参数，获取该作业可以入库的货位清单；

④根据规则的限制参数，从可以入库的货位清单中，剔除相应的货位；

⑤根据规则的顺序参数，对可入库的货位清单进行入库优先级的排序；

⑥将待入库的作业信息分配相应的货位，分配的结果写入缓存中。

循环以上的第2步到第6步，对待入库的作业信息进行货位分配指派，超出货位可存放最大容器数的货位不再进行作业的分配。

（2）出库策略的实现。按照“属性-规则-策略”的三层策略实现思路，根据当前待出库的物料信息，实现可出库货位及数量的分配。

①根据出库任务，获取待出库的物料作业信息；

②根据出库任务及物料信息，获取对应策略及规则信息；

③根据参数“忽略先进先出天数”，先对库龄超过此天数的库存进行库存物资（先进先出）的分配；

④若数量未分配完，对库龄低于“忽略先进先出天数”的库存物资进行分配；

⑤货位分配时，需要综合考虑最小剩余量、是否可拣选等货位库存进行分配。

5 结语

本文针对电力物资出入库效率优化问题，考虑电力物资存储的复杂仓储作业场景，基于专家系统思维提出一种“属性-规则-策略”出入库策略管理方案，具体通过归纳、总结不同仓储场景的仓库结构以及出入库作业特点形成指导出入库策略管理的属性参数，根据属性参数在范围参数、限制参数、顺序参数的不同组合，形成满足不同物资在不同场景下的出入库规则，进而通过规则的优先级实现多仓库复杂场景下的出入库优化策略管理。为此，此类对象的研究和应用，对计划型集团物资管理的各种仓储管理系统及各类复杂出入库作业场景具有一定的参考价值。

此外，面向复杂仓储场景的电力物资出入库策略管理方案，其构建理念基于专家系统思维，未来可通过领域专家知识及有关文献资料进一步丰富管理方案的内涵和拓展应用场景。