基于改进SLP方法的冷链仓储布局优化研究

马丽 茅健

摘  要：文章针对冷链仓储中心布局问题，提出了一种基于系统布置设计法（SLP方法）和遗传算法（GA）相结合的方法对冷链仓储布局进行优化，以仓储中心各功能区总物流强度和物流搬运成本总和最小为优化目标的多目标函数模型，运用权重处理法将多目标函数模型转换成单目标函数模型，并运用遗传算法对模型进行定量分析求解，得出最优染色体。以浙江义乌某冷链仓储中心布局搭建仿真环境，进行仿真实验，得出优化结果，并将SLP-GA优化后的结果与原模型进行对比，利用层次分析法和模糊综合评价法对方案进行评价，结果表明，园区物流效率与物流成本有了明显改善。

关键词：冷链仓储中心;布局优化;优化SLP方法;遗传算法

中图分类号：F253    文献标识码：A

Abstract： For cold chain storage center layout problem， this paper puts forward a method based on the system arrangement design（SLP）and the combination of genetic algorithm（GA）method was carried out on the cold chain storage layout optimization， the total strength of logistics and logistics center on warehouse each function handling cost summation of multi-objective function model and objective function is minimum， the multi-objective function model by applying the method of weighting processing into a single objective function model and uses genetic algorithm to quantitative analysis of the model， it is concluded that the optimal chromosome. The simulation environment was set up for a cold chain warehouse center in Yiwu， Zhejiang province， and the simulation experiment was carried out to obtain the optimization results. The optimized results of SLP-GA were compared with the original model， and the scheme was evaluated by AHP and fuzzy comprehensive evaluation. The results showed that the logistics efficiency and cost of the park had been significantly improved.

Key words： cold chain storage center; layout optimization; optimize SLP method; genetic algorithm

0  引  言

近年來，人民的生活水平不断提高，对新鲜果蔬的需求也逐步的提升，对冷链产品的需求量也大大增加，因此冷链近年来发展迅速，但是也产生了很多需要解决的问题：如何降低货损率，如何保持新鲜度，如何减少企业成本等。新鲜果蔬从产地到客户手上经历了冷链运输、冷链仓储加工这一系列的过程，在冷链仓储中经历的时间最长，涉及到果蔬产品入库、果蔬产品清洗、果蔬产品加工和果蔬产品配送这些环节，在冷链仓储中货损率也较高，所以提升冷链仓储的效率尤为重要。对冷链仓储效率影响较大的是冷链中心的布局。其中布局、作业流程、储位分配的不合理性都是影响冷链仓储效率的因素，这些都属于仓储布局优化的问题。针对仓储布局优化的问题，国内外学者对此进行了深入的研究：蔡鉴明等[1]通过对SLP五要素进行分析，分析了各功能区之间的物流强度等级，并估算了各功能区面积，在此基础上通过遗传算法对SLP方法进行了改进，并用相关实例进行验证;赵敬源等[2]通过引入马尔科夫链方法于物流园区布局中，针对SLP算法无法进行定量分析这一缺点改进了SLP算法;关健[3]将SLP进行改进，增加了基于拉动式的分析方法EIQ，根据物流流动总成本和设施之间的关联度最大建立多目标规划模型，运用遗传算法进行求解;刘济楚[4]将SLP与SHA结合，运用层次分析法对非物流影响因素进行量化;Kundu[5]在布局优化中采用元启发方法，分析了遗传算法、模拟退火等优化算法应用到布局优化的优势;Kyu-Yeul Lee[6]将遗传算法进行了改进，用来解决布局的问题，利用图论的Dijkstra算法计算设施之间的最短路径;Taho Yang[7]探讨了运用多属性管理方法和模糊算法来解决布局问题;Parham Azimi[8]运用仿真优化技术，提出了一种新的带有预算约束的动态设备布置问题的启发式算法，将其运用到布局仿真中，通过实例验证此算法在速度和精度上均优于以往的启发式算法。

SLP是较为成熟的解决仓储中心布局的方法，但SLP方法具有主观性，依赖研究人员的经验，所以需要与其他优化算法结合做定量分析。本文通过遗传算法和SLP算法结合进行冷链仓储布局优化研究。以浙江义乌某公司冷链物流仓储中心为研究对象，找出仓储中心布局中不足之处，并加以改进。

1  冷链仓储中心功能区分析

1.1  冷链仓储中心功能区划分

冷链物流功能区用来处理果蔬的加工流通。我国仓储中心很少是在冷藏的环境下卸货的，在冷藏环境下卸货不仅是保证产品的质量，更是一个预冷处理的环节，各公司应当令卸货搬运区处于一个冷藏环境下。有些物流中心的卸货区和暂存区在一个区间，易造成混乱。两个功能区用一个工作平台，很容易造成设备和工作人员的混乱，并且易造成货物的丢失和混乱，并且加重加工和配货前工作人员取件的工作量。所以各冷鏈仓储中心应当将未加工和已加工的货物分开区域单独存放。功能区划分如表1所示。

1.2  冷链仓储中心功能区综合相关度分析

冷链仓储中心的路线图如图1所示。

根据作业路线图可以得出冷链仓储中心功能区间物流关系与非物流关系，进而得出综合关系如表2所示。

1.3  功能区面积估算

根据分析的功能区综合关系，结合货运量数据和相关参考文献，得出相应功能区所占总面积的百分比，功能区面积估算公式如下：

（1）存储区面积

（1）

其中：G为冷库存储容量，kA;H为冷库净高度，m;γ为冷库容积利用系数;θ为产品计算密度，kA/m3。

（2）暂存区面积、加工区面积

（2）

其中：k为高峰波动系数，η为需要进行流通加工所占货物的比例，Q为存储货物总量，T为工作周期，u为单位面积货物处理量，一般取值为1。

（3）其他区域的面积计算

冷链物流仓储中心的主要功能区为物流作业与基地或其他交易区，其他区域可视为辅助性区域，可通过辅助指标来估算区域面积，公式如下：S=。式中：a为生产用地占总面积的比例系数;S为生产区面积，m2。由于辅助区域很难根据物流量进行计算，可查询相关参考文件。

2  构建目标函数

SLP在实践中受到较多的科研人员的主观影响，得出的结果各有不同，需要进行改进。改进后的SLP分析流程图如图2所示。

为了更好地研究冷链仓储布局优化问题，将做以下假设：冷链仓储中心和各功能区形状简化成矩形;功能区布置时按从上到下，从左往右进行布置。简化的数学模型如图3所示。

图中：L和W分别代表仓储中心的长和宽。x和y表示功能区i在xy轴上的中心点坐标，l和w表示功能区的长度。

模型建立后，搭建多目标优化函数模型。首先满足各功能区总物流强度最小：

3  实例验证

浙江义乌某公司冷链物流仓储中心占地面积约为55 000平方米。长度约为650米，宽度约为850米，单层结构，共有如前文分析的12个功能区。各个区的面积由前文的计算公式可以得出。遗传算法相关参数取为：种群数量为300;交叉概率为0.8;变异概率为0.2;最大迭代次数为100次。运用MATLAB仿真，可以得出遗传算法迭代图如图4所示。

由图4可以得到，在55代左右，函数趋于稳定，得出最优解。得出的最佳染色体为3 8 10 4 2 6 5 9 7 1 11 12，记为方案1。

采用SLP单独得出的方案记为方案2，排序为10 3 9 6 4 2 7 5 8 11 1 12。

进行方案的评价，将所得结果与原仓储中心布局相比。本文运用层次分析法和模糊综合评价法进行评价。具体流程图及评价准则如图5和图6所示。

向冷链中心的工作人员发放30份问卷并全部回收，按上述流程得出的最后评分分别为：方案1，4.12分;方案2，3.25分;原方案，2.58分。

最后得出布局示意图为图7和图8。

4  结  论

本文在满足冷链仓储中心加工任务的基础上运用SLP方法和遗传算法相结合的方法对冷链仓储中心的布局进行优化。构建最小物流强度和最小物流搬运成本的多目标函数模型，运用增加权重的方法将多目标函数模型转换为单目标函数模型，并进行仿真。仿真结果表明迭代次数在55代左右，目标函数趋于稳定，得出最佳染色体，从而得出各功能区相对位置。再根据面积估算公式计算出各功能区面积大小，从而得出具体的园区布局。优化后的布局降低了物流成本和货损率。SLP是成熟的规划布局问题的方法，但有不足，在实践中依赖研究人员的经验，所以需要与其他优化方法一起使用做定量分析，得出的结果更加客观，物流效率更高。

参考文献：

[1] 蔡鉴明，肖世斌. 生鲜冷链物流中心功能区布局研究[J]. 物流科技，2019，42（1）：20-26.

[2] 赵敬源，吕楠. 基于改进SLP法的物流园区布局[J]. 长安大学学报（自然科学版），2020，40（3）：100-108.

[3] 关健. 基于多目标规划的物流中心设施布置设计的研究[D]. 成都：西南交通大学（硕士学位论文），2008.

[4] 刘济楚. 基于SLP的仓库功能区布置研究[D]. 长春：吉林大学（硕士学位论文），2013.

[5]  Anirban Kundu， Pranab K Dan. Metaheuristic in facility layout problems： current trend and future direction[J]. Int. J. of Industrial and Systems Engineering， 2012，10（2）：238-253.

[6]  Kyu-Yeul Lee， Seong-Nam Han， Myung-Il Roh. An improved genetic algorithm for facility layout problem having inner structure walls and passages[J]. Computers and Operations Research， 2003，32（4）：879-899.

[7]  Taho Yang， Chih-Ching Hung. Multiple-attribute decision making methods for plant layout design problem[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing， 2007，23（1）：126-137.

[8]  Parham Azimi， Hamid Reza Charmchi， Hing Kai Chan. A New Optimization via Simulation Approach for Dynamic Facility Layout Problem with Budget Constraints[EB/OL]. （2012）[2020-09-10]. https：//xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show？paperid=fc2146648b8cc749c82fea911798b7ab8site=sueshu_se.

[9] 叶玉玲，刘佳林，梁恒达，等. 基于改进SLP方法的铁路物流中心布局规划研究[J]. 华东交通大学学报，2020，37（3）：74-83.

收稿日期：2020-09-28

作者简介：马  丽（1997-），女，黑龙江哈尔滨人，上海工程技术大学机械与汽车工程学院硕士研究生，研究方向：冷链仓储及其配送、机械制造及其自动化;茅  健（1972-），本文通讯作者，男，江苏南通人，上海工程技术大学机械与汽车工程学院，教授，硕士生导师，研究方向：精密检测与控制、装备自动化、智能机器人、冷链。