物流中心倉庫貨位優(yōu)化系統(tǒng)的研究

1、物流中心倉庫貨位優(yōu)化系統(tǒng)的研究     引言 為了符合當(dāng)今客戶更快速和更時(shí)常發(fā)生的配送要求，物流中心的揀選作業(yè)必須比以前更快而且更有效率。理想的揀選作業(yè)的解決方案，是將恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備和一種揀選方法相結(jié)合。但是，為了更加有效率地揀選，我們同時(shí)也一定要把存貨單元放入正確的地方即貨位優(yōu)化。 將貨品位置最優(yōu)化，可以減少貨物搬運(yùn)的成本，降低貨物在存儲(chǔ)過程及搬運(yùn)過程中的損耗，從而降低物流業(yè)務(wù)本身的成本，提高收益。不管是對(duì)于一個(gè)小部分的作業(yè)，一個(gè)零售店還是一個(gè)大的配送中心，正確的貨位可以節(jié)約時(shí)間。時(shí)間就是金錢，合理的對(duì)倉庫進(jìn)行貨位優(yōu)化是一個(gè)相當(dāng)值得研究

2、的課題；縮短出入庫移動(dòng)的距離、縮短作業(yè)時(shí)間，甚至能夠充分利用儲(chǔ)存空間，也是物流配送中心工作的重點(diǎn)。這將有助于使從事物流業(yè)務(wù)的企業(yè)在日趨激烈的物流市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟，并最終蓬勃發(fā)展。  貨位優(yōu)化概述 貨位優(yōu)化（ ），就是在貨品當(dāng)前位置的基礎(chǔ)上基于和預(yù)想不到的變化因素而動(dòng)態(tài)地再配置倉庫中貨物的貨位，以保證貨位分布處在較為合理的狀態(tài)，達(dá)到提高揀貨效率和降低倉庫操作成本的目的。 因素貨位優(yōu)化的內(nèi)因。即根據(jù)貨架和貨品本身特性的需要而進(jìn)行貨位調(diào)整。例如，由于頻繁地對(duì)某些貨物進(jìn)行存取，這些貨箱的重量可能發(fā)生較大變化。如果貨架出現(xiàn)諸如“上重下輕”等嚴(yán)重的不均衡現(xiàn)象，則可能導(dǎo)致貨架變形甚至

3、傾覆。因此應(yīng)遵循“重物應(yīng)在下”的原則，保證貨架的穩(wěn)定性。 預(yù)想不到的變化因素貨位優(yōu)化的外因。即根據(jù)貨物的流動(dòng)性進(jìn)行貨位調(diào)整。在不同時(shí)期，貨物的需求品種、需求數(shù)量和需求頻率可能會(huì)有較大變化，而存取不同貨位上的貨物所花路徑和時(shí)間的代價(jià)是不同的，因而貨物的貨位不應(yīng)是一成不變的，應(yīng)根據(jù)外界條件的變化，定期對(duì)若干貨位進(jìn)行交換。以醫(yī)藥倉庫為例，有些常見病和多發(fā)病的發(fā)病，存在著明顯的季節(jié)性，如氣管炎多發(fā)生在冬季，細(xì)菌性痢疾在、 月份多發(fā)，腦血管意外多發(fā)生在冬季；有些疾病的發(fā)病具有地方聚集性，如碘缺乏病、鼻咽癌等在一些地區(qū)高發(fā)；還有一些無法預(yù)料的情況如流行病的爆發(fā)和大流行（如年的非典型肺炎）等。這些

4、外界條件的變化，迫切要求醫(yī)藥物流中心不僅要及時(shí)調(diào)整進(jìn)藥的品種與數(shù)量，而且要及時(shí)調(diào)整倉庫內(nèi)藥品貨位，以適應(yīng)以上變化。因此應(yīng)遵循“常用應(yīng)易取”的原則對(duì)貨位進(jìn)行優(yōu)化，以提高存取效率。  貨位優(yōu)化的意義 貨品在倉庫中的初始位置是由貨位儲(chǔ)存策略配合貨位分配原則來確定的。常用儲(chǔ)存策略包括：定位存儲(chǔ)、隨機(jī)存儲(chǔ)、分類存儲(chǔ)、分類隨機(jī)存儲(chǔ)和共享存儲(chǔ)等。貨位分配考慮的原則是很多的，如專用于倉儲(chǔ)的立體倉庫，其分配原則包括：貨架承載均勻，上輕下重；加快周轉(zhuǎn)，先入先出；提高可靠性，分巷道存放；提高效率，就近入出庫；產(chǎn)品相關(guān)性等。 應(yīng)用貨位優(yōu)化系統(tǒng)的意義在于以下幾個(gè)方面：  將黃金區(qū)域給高頻揀取的貨品，

5、從而最大化揀貨效率以及最小化揀貨成本。 所謂高頻揀取的貨品，就是指流動(dòng)性高的貨品。一般而言，庫存中的少數(shù)貨品（類或者快速流動(dòng)品）流動(dòng)性高，且對(duì)應(yīng)了大部分揀貨作業(yè)。須指出的是，貨品的周轉(zhuǎn)率（銷售量除以存貨量）、揀取頻率會(huì)由于季節(jié)性等其他的原因而發(fā)生變化，從而影響貨品的流動(dòng)性。 所謂黃金區(qū)域，就是指那些容易搬運(yùn)、揀貨的區(qū)域。倉庫黃金區(qū)域的位置取決于很多因素，比如出貨月臺(tái)位置、訂單剖析，以及揀貨路程設(shè)計(jì)。對(duì)于自動(dòng)化的托盤存取系統(tǒng)，倉庫黃金區(qū)域通常由靠近地面的的區(qū)域和靠近出貨月臺(tái)的的區(qū)域組成；而對(duì)于人力為主的揀貨系統(tǒng)，從人類工效學(xué)的角度考慮，黃金區(qū)域由操作人腰部附近的區(qū)域組成，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)操作人員無須

6、彎腰或翹腳、登高。一般而言，重物應(yīng)保管于地面上或貨架的下層位置，而重量輕的物品則保管于貨架的上層位置；若是以人手進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)時(shí)，人之腰部以下的高度用于保管重物或大型物品，而腰部以上的高度則用來保管重量輕的物品或小型物品。在搬動(dòng)過程中，此原則有利于保證貨架之安全性及人手搬運(yùn)之作業(yè)安全性，避免對(duì)貨架的損壞和對(duì)操作人員的傷害。 總而言之，揀貨頻率最高的區(qū)域應(yīng)該位于最便于揀貨的區(qū)域，這樣能縮短揀選作業(yè)中的移動(dòng)時(shí)間，加快揀貨作業(yè)流程，提高訂單的處理效率。 方便補(bǔ)貨 基于貨品的尺寸和貨箱、托盤的標(biāo)準(zhǔn)尺寸來確定存取位置，可以明顯減少補(bǔ)貨過程所需的勞動(dòng)。 平衡各工作區(qū)的工作量 將揀貨量大的貨品平均分配在不同揀

7、貨區(qū)域，避免某區(qū)域內(nèi)的揀貨作業(yè)擁擠，改善工作流程，縮短對(duì)一批訂單的總反應(yīng)時(shí)間。 有效的支撐 為了將貨品的損害減到最少，在揀選路徑上，重的貨品在前面，容易磕碰的貨品在后。 提高揀貨的準(zhǔn)確性 相似的產(chǎn)品應(yīng)該分開，以減少揀取錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。 產(chǎn)品相關(guān)性法則 商品相關(guān)性大者在訂購時(shí)經(jīng)常被同時(shí)訂購，所以應(yīng)盡可能存放在相鄰位置。可以縮短揀取路程、減少工作人員疲勞和簡(jiǎn)化清點(diǎn)工作。  貨位優(yōu)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀 在工業(yè)數(shù)據(jù)和信息公司發(fā)表的第版?zhèn)}庫和物流管理軟件目錄中，列出了所有的供應(yīng)鏈解決方案。其中包括：倉庫管理系統(tǒng) ，貨位優(yōu)化 ，負(fù)荷建筑物（ ），裝運(yùn)系統(tǒng)（ ），堆碼管

8、理系統(tǒng)（），勞動(dòng)管理系統(tǒng)（），供應(yīng)鏈?zhǔn)录芾恚ǎ\(yùn)輸管理系統(tǒng)（）和其他類型的倉庫相關(guān)軟件。 目前，世界上各種不同的物流管理公司紛紛推出各自的貨位優(yōu)化軟件，我們可以根據(jù)是否與綁定將其分成以下兩類： 第一類，貨位優(yōu)化軟件與綁定，成為其中的一部分，物流公司以 公司， 公司等為代表。 公司將其應(yīng)用軟件分組構(gòu)成個(gè)核心區(qū)域，即倉庫管理系統(tǒng)（），貿(mào)易伙伴管理（）和運(yùn)輸管理系統(tǒng)（）。其中應(yīng)用軟件組包括四個(gè)集成的模塊：倉庫管理（ ），勞動(dòng)管理（ ），貨位優(yōu)化（ ），記賬管理（ ）。 另一類，貨位優(yōu)化軟件與分離，可以單獨(dú)地購買和使用，以和等為

9、代表。與第一類軟件相比，價(jià)格低廉且容易操作，專門為小到中規(guī)模的倉庫而設(shè)計(jì)。 由此可見，雖然各公司推出的貨位優(yōu)化軟件的特點(diǎn)各不相同，但是在功能方面確有共同之處：經(jīng)過先進(jìn)的運(yùn)算法則的使用，能為物流中心推薦最佳的貨品位置，滿足貨位優(yōu)化的目標(biāo)。  貨位優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路 對(duì)于一個(gè)物流中心而言，貨位優(yōu)化是一個(gè)相當(dāng)艱巨而龐大的工作。設(shè)計(jì)貨位優(yōu)化系統(tǒng)的基本思路可分為以下幾步： 第一步，收集所需的基礎(chǔ)信息倉庫內(nèi)貨位特性資料、貨品需求資料和產(chǎn)品文件。相關(guān)數(shù)據(jù)可以從（  ）或（  ）中獲得，分析貨品需求的季節(jié)性變化規(guī)律、長(zhǎng)期增長(zhǎng)淘汰變化等物流特性資料。貨物的流

10、動(dòng)性可以根據(jù)下面的參數(shù)來獲得：每個(gè)品項(xiàng)銷售的次數(shù)、銷售量、銷售預(yù)測(cè)和庫存量。如果品項(xiàng)時(shí)常改變而且沒有任何的歷史數(shù)據(jù)，那么可以使用銷售預(yù)測(cè)來代替歷史數(shù)據(jù)。此外，在周轉(zhuǎn)率低的揀貨區(qū)選擇貨架層時(shí)，應(yīng)該選擇庫存量作為一個(gè)重要的指標(biāo)，而不是它的銷售水平。 剖析倉庫活動(dòng)，有助于我們分析貨品的歷史數(shù)據(jù)、需求、前置時(shí)間、周轉(zhuǎn)率和特別的操作特性等參數(shù)，從而為確定合理貨位提供參考。 第二步，確定優(yōu)化的目標(biāo)和約束。貨位優(yōu)化的最終目標(biāo)就是降低成本，可以通過提高生產(chǎn)力和將無用的運(yùn)動(dòng)減到最少來實(shí)現(xiàn)。為此，可以通過平衡操作者的工作量、提高揀貨效率、減少補(bǔ)貨工作量、縮短揀貨距離等作業(yè)效率改善指標(biāo)來評(píng)定優(yōu)化的效果。貨位優(yōu)化的約

11、束，是指貨位優(yōu)化中必須考慮的客觀限制條件，如貨品重量、貨位大小、揀貨準(zhǔn)確率要求等。在進(jìn)行貨位優(yōu)化的過程中，必須兼顧提高作業(yè)效率和滿足限制條件這兩個(gè)方面。 各目標(biāo)間的權(quán)益是相互矛盾、相互競(jìng)爭(zhēng)的 目標(biāo)間的權(quán)益沖突是普遍存在的，這一特點(diǎn)是構(gòu)成多目標(biāo)問題存在的根本特征。所以，多目標(biāo)問題，總是以犧牲一部分目標(biāo)的利益來換取另一些目標(biāo)利益的改善。這就是多目標(biāo)問題的基本性質(zhì)之一。我們可以發(fā)現(xiàn)，在貨位優(yōu)化中，滿足限制條件就是以損失作業(yè)效率為代價(jià)換取的。因此，貨位優(yōu)化是一個(gè)多目標(biāo)決策問題。 第三步，算法確定。多目標(biāo)優(yōu)化的方法有很多，如何選擇合適的算法來保證貨位分布處在較為合理的狀態(tài)，這是貨位優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

12、中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。 對(duì)于多目標(biāo)問題的最優(yōu)解的方法基本可分為以下兩類：第一類，根據(jù)決策者對(duì)問題的理解（給定各目標(biāo)在問題中的權(quán)重、重要程度或目標(biāo)期望值等偏好），對(duì)多目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)量化處理，然后應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃法對(duì)其進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)化，獲得唯一可行解。常用方法有權(quán)重法、約束法、最大最小法和目標(biāo)規(guī)劃法等。第二類，基于進(jìn)化算法的多目標(biāo)優(yōu)化法，主要算法之一就是多目標(biāo)遺傳算法。其步驟大致可分為：編碼，即在進(jìn)行搜索前先確定解的結(jié)構(gòu)表達(dá)；種群的初始化；針對(duì)多目標(biāo)決策問題，構(gòu)造適應(yīng)度函數(shù)；后代種群的繁殖，利用選擇、交叉、變異等遺傳算子進(jìn)行操作；用評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)種群進(jìn)化檢測(cè)；最優(yōu)個(gè)體轉(zhuǎn)化為最優(yōu)解。其中，到步循環(huán)操作直至得到問題的最優(yōu)

13、解。 從某種意義上講，遺傳算法特別適合求解多目標(biāo)優(yōu)化問題，因?yàn)檫z傳算法并行處理各個(gè)目標(biāo)，避免了目標(biāo)間加和或優(yōu)先排序處理。遺傳算法是模擬前述生物進(jìn)化過程的計(jì)算模型，是一種新的全局優(yōu)化搜索算法，具有簡(jiǎn)單通用、魯棒性強(qiáng)、適于并行處理以及應(yīng)用范圍廣等顯著特點(diǎn)。所以，可以采用多目標(biāo)遺傳算法來處理貨位優(yōu)化這一多目標(biāo)優(yōu)化問題。 第四步，軟件實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用適當(dāng)?shù)恼Z言將算法表達(dá)出來，調(diào)試并測(cè)試，使系統(tǒng)為物流中心提供準(zhǔn)確有效的貨位優(yōu)化功能。  結(jié)束語 在物流中心的作業(yè)中，講求的是省時(shí)、有效率。而人員在存取搬運(yùn)商品時(shí)，在照顧員工的條件下，講求的是省力。因此要達(dá)到存取效率高、省時(shí)、省力，則要求貨品定位方面要合理化，從而提高物流中心作業(yè)效率和空間利用率，增強(qiáng)從事物流業(yè)務(wù)的企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。 貨位優(yōu)化系統(tǒng)，可以為