配送中心分區(qū)揀貨系統(tǒng)規(guī)劃與管理發(fā)展面面觀

引言

訂單揀選作業(yè)做為倉庫勞動(dòng)密集性程度最高的一項(xiàng)活動(dòng)，由訂單揀選活動(dòng)引起的占倉庫中發(fā)生的所有費(fèi)用63%，而且，倉儲(chǔ)作業(yè)中的多數(shù)錯(cuò)誤也是操作員在執(zhí)行訂單揀選作業(yè)時(shí)犯的，此外，訂單揀選活動(dòng)正變得越來越難管理，主要是由于快速反應(yīng)、微觀營銷、消減流通時(shí)間等原因，要求我們更頻繁更準(zhǔn)確地為倉庫的顧客運(yùn)送更小額的訂單貨物，將更多的存貨單位納入揀貨系統(tǒng)。隨著商品流通量急劇增加，新的貿(mào)易形式的出現(xiàn)，競爭的壓力和追求高額利潤的動(dòng)力迫使廠商不斷尋求降低自己的物流成本。人們開始關(guān)注于改善產(chǎn)品及客戶服務(wù)質(zhì)量，這迫使倉儲(chǔ)企業(yè)管理者們從減少產(chǎn)品損壞，減少作業(yè)時(shí)間及進(jìn)一步提高訂單揀選準(zhǔn)確性的角度出發(fā)來重新審視訂單揀選活動(dòng)，在客戶要貨時(shí)盡快讓貨品配送出去，揀貨速度直接影響到服務(wù)質(zhì)量。

高度機(jī)械化的倉儲(chǔ)作業(yè)方式，如自動(dòng)分揀機(jī)、RFID系統(tǒng)、EDI系統(tǒng)、物流信息管理系統(tǒng)等在大型配送中心中得到越來越多的應(yīng)用，但針對國內(nèi)大多中小倉儲(chǔ)企業(yè)，高度機(jī)械化水平往往產(chǎn)生一個(gè)低水平的倉儲(chǔ)績效，主要是因?yàn)檫^度復(fù)雜的機(jī)械化而經(jīng)過培訓(xùn)的員工的缺乏、不明智的試驗(yàn)方法、帶有偏見的決策、不合理的財(cái)物和理性分析，以及缺乏靈活性的管理都會(huì)使系統(tǒng)變的更加復(fù)雜，倉儲(chǔ)水平降低。面對國內(nèi)企業(yè)的現(xiàn)狀，可以通過其他方法來提高揀選工作的效率，同時(shí)又不增加員工人數(shù)，也不需要投資于更加自動(dòng)化的設(shè)備而增加設(shè)備成本。

一、分區(qū)揀選

人們在設(shè)計(jì)訂單揀選系統(tǒng)時(shí)所要做的第一個(gè)決策就是決定是否需要將揀選員分配到各個(gè)揀選區(qū)域，以便管理訂單揀選活動(dòng)。

所謂分區(qū)就是將操作員分配到各個(gè)揀選區(qū)，即分配走廊的一部分或某個(gè)機(jī)械裝置給操作員進(jìn)行訂單揀選作業(yè)的區(qū)域(Speaker(1975))。這種揀選方式最突出的特點(diǎn)是，一個(gè)操作員被指派到某個(gè)區(qū)域，而其他操作員都不再那個(gè)工作區(qū)域工作。在訂單揀選作業(yè)當(dāng)中，意味著操作員并不負(fù)責(zé)完成一個(gè)訂單的揀選任務(wù)，一個(gè)訂單上的所有貨品是從不同區(qū)域揀選出來的，因此這些貨品是由不同的訂單揀選員揀選出來。

揀選員被分配到指定的工作區(qū)域后，他們會(huì)越來越熟悉自己所負(fù)責(zé)區(qū)域里的產(chǎn)品及其位置，這種對貨品的熟悉可以提高訂單揀選作業(yè)的效率和準(zhǔn)確性。其次，由于同一時(shí)間一條走廊里不會(huì)超過一個(gè)操作員，所以擁擠的程度被減小到最小。同時(shí)，采用分區(qū)揀選作業(yè)方式后，操作人員在揀選過程中很少或是幾乎沒有機(jī)會(huì)與其他人進(jìn)行過多的聊天交流活動(dòng)。雖然某些交流活動(dòng)是健康的，但分區(qū)揀選有利于對之進(jìn)行控制和監(jiān)管。

根據(jù)各區(qū)揀貨時(shí)間并發(fā)與否，常見的分區(qū)作業(yè)方式可分為串行分區(qū)(Progressive zoning)和并行分區(qū)(Parallel or Synchronized zoning)(Tompkins et al.，2003)。其中，串行分區(qū)指所有貨品是逐步揀選的，揀貨員負(fù)責(zé)揀選完所負(fù)責(zé)區(qū)的貨品后將裝物品的容器(箱或托盤)移進(jìn)入下分區(qū)或交給下一個(gè)分區(qū)接著揀選，就像接力賽跑一樣，一棒傳一棒。在此系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)某分區(qū)揀貨員回到和前一分區(qū)的交接點(diǎn)時(shí)，沒有前一分區(qū)已經(jīng)完成的訂單，由于不能越過交接點(diǎn)去幫助前一分區(qū)那位忙碌的揀貨員，只得無奈的等待，造成了時(shí)間的浪費(fèi)，揀貨不能達(dá)到最高效率。動(dòng)態(tài)分區(qū)(接力式分區(qū))是串行分區(qū)的一種改進(jìn)，訂單在此不作分割，揀貨員一區(qū)接一區(qū)的接力揀選，但分區(qū)大小不固定，以接力的方式來完成所有的分揀動(dòng)作，消除了揀貨區(qū)的限制，避免了節(jié)點(diǎn)間的無奈等待。此方法是借鑒生產(chǎn)運(yùn)作領(lǐng)域中美國佐治亞理工大學(xué)的John Bartholdi教授從螞蟻搬家的過程中得到靈感提出的螞蟻揀貨法(bucket brigade system)(Bartholdi 1993，Bartholdi et al. 1999，2006和Bartholdi and Eisenstein 1996，2005a，b等)。這種只包含一個(gè)訂單的揀選，可以大大提高顧客訂單響應(yīng)速度，同時(shí)省去了分類作業(yè)的成本。但貨物量很少時(shí)，那么揀選一個(gè)貨物平均所需的往返步行時(shí)間就相當(dāng)多，降低了揀貨效率。

相反，并行分區(qū)配合訂單分割與分批策略，運(yùn)用多組揀貨人員在短時(shí)間內(nèi)共同完成訂單的揀選。揀選員在揀選一件產(chǎn)品的過程中，會(huì)在產(chǎn)品上貼上條碼標(biāo)簽，然后將其放在一個(gè)大的手推車?yán)锩妫蚴欠旁谖挥趻x員行列旁邊的傳送帶上。手推車或是傳送帶上的貨物隨之將被送到一個(gè)分類系統(tǒng)處，該系統(tǒng)會(huì)按照顧客訂單的要求將貨物進(jìn)行分類，可以是手工分類，也可采用自動(dòng)分揀設(shè)備進(jìn)行分類。即當(dāng)一項(xiàng)訂單被分配給多個(gè)揀選員時(shí)，將這些訂單里的貨物重新整合在一起所付出的努力也極大地增加了。與分區(qū)揀選所節(jié)約的揀選時(shí)間相比，我們還必須權(quán)衡由分區(qū)揀選所引起的分類工作的額外成本，如自動(dòng)化分揀設(shè)備價(jià)格從幾十萬到上千萬不等，速度在6000件/小時(shí)以上，對國內(nèi)相當(dāng)一部分倉儲(chǔ)企業(yè)來講，需對目前最傳統(tǒng)的單據(jù)分揀、借助電子標(biāo)簽等輔助設(shè)備分揀等的成本效益與采用自動(dòng)化分揀系統(tǒng)的成本效益作權(quán)衡考量。

二、儲(chǔ)位優(yōu)化

對倉庫所有的關(guān)鍵績效指標(biāo)，如生產(chǎn)率、裝運(yùn)的準(zhǔn)確性、庫存的準(zhǔn)確性、貨物從裝卸平臺到庫存位置所需的時(shí)間、倉庫訂單周轉(zhuǎn)時(shí)間、存儲(chǔ)密度和自動(dòng)化水平都有直觀主要影響的另一因素是貨物的儲(chǔ)位優(yōu)，即決定每件貨物的適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)模式、為其在適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)模式中選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)陌仓每臻g、選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)位置。分區(qū)中的物品儲(chǔ)存安排是一個(gè)非常重要的問題，因?yàn)檫@樣不僅可以縮小揀選作業(yè)的時(shí)間和揀選提前期，還能平衡作業(yè)人員的工作負(fù)，達(dá)到有效管理的目的。

國外對這一問題的研究比較多，而國內(nèi)仍處于起步階段，目前我國大多倉儲(chǔ)企業(yè)，只有不到15%的貨物能被正確地定位，造成這種現(xiàn)象的主要原因是無法獲取數(shù)據(jù)、無法獲取信息管理系統(tǒng)的資源，沒有用儲(chǔ)位優(yōu)化作業(yè)方法，無法使儲(chǔ)位保持現(xiàn)狀等等。下面我們將介紹幾種常用的儲(chǔ)位優(yōu)化方法。

1.計(jì)算儲(chǔ)位的數(shù)據(jù)指標(biāo)

首先，我們需要根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品被需求的次數(shù)計(jì)算出產(chǎn)品的熱銷程度，根據(jù)每段時(shí)間內(nèi)某種產(chǎn)品被出庫裝運(yùn)的單位數(shù)量，該指標(biāo)可以和貨物的單位體積、空間周轉(zhuǎn)率一起使用計(jì)算其周轉(zhuǎn)率，以便確定存儲(chǔ)模式已及位置安排。

其次，分析企業(yè)現(xiàn)有各種揀選作業(yè)模式中，揀選員的揀選率及揀選準(zhǔn)確性、貨品存庫時(shí)間、凈投資成本、空間面積密度具以設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)分析的參數(shù)。同時(shí)，要注意揀選密度，揀選密度最高的貨物應(yīng)該存放在最易于接觸到的位置。

2.貨物歸類放入不同的存儲(chǔ)模式

依據(jù)倉庫的活動(dòng)圖表分析，根據(jù)貨物對存儲(chǔ)溫度的要求(冷凍、冷藏貨場文)、貨物的易燃性及危險(xiǎn)性將不同貨物歸入不同類的存儲(chǔ)環(huán)境。再根據(jù)訂單完成情況及倉儲(chǔ)活動(dòng)圖表分析當(dāng)中所顯示的需求相關(guān)性將貨物分入不同的訂單完成區(qū)域。最后，根據(jù)這些產(chǎn)品的空間周轉(zhuǎn)率、產(chǎn)品的熱銷性及揀選密度、系統(tǒng)投資額要求進(jìn)行存儲(chǔ)模式的經(jīng)濟(jì)行分析，為貨物確定成本最低的存儲(chǔ)模式。

三、訂單揀選活動(dòng)排序及確定揀選路線

路徑優(yōu)化問題是指對任一訂單需求，如何安排揀貨人員(或設(shè)備)揀選貨品的順序，使其完成揀貨任務(wù)時(shí)移動(dòng)距離或消耗時(shí)間最短(Ratliff and Rosenthal (1983)，De Koster et al. (1998)，Roodbergen and De Koster (2001b)，Le-Duc and De Koster (2005a，b，2004a)等等)。不管在操作員移動(dòng)式(托盤式貨架)還是在存貨移動(dòng)式系統(tǒng)(旋轉(zhuǎn)貨架)里，事先排定揀選員訪問各個(gè)儲(chǔ)位的順序都可以極大地減少揀選員往返來回時(shí)間，并且能夠提高間或效率。常見的揀選路線有S形揀選路線、返回式揀選路線、最大間隔揀選路線等。一旦確定了訂單揀選活動(dòng)的路線，活動(dòng)區(qū)域的確定也就隨之明了了。

四、成本效益分析

如前所述，不同的分區(qū)揀選作業(yè)方式可能會(huì)帶來不同的分類系統(tǒng)，我們需要考慮分區(qū)揀選方式所能增加的收益(提高效率和降低擁擠度)足以彌補(bǔ)建立分類揀選系統(tǒng)所需的額外投資(Ashayeri(1985)，Meller(2003)Parikh，P.J.，Meller，R.D.(2007))。分區(qū)揀貨作業(yè)系統(tǒng)涉及的成本因素主要有揀貨區(qū)揀選人員的人力成本、揀選設(shè)備成本(如叉車、揀貨周轉(zhuǎn)箱等)、揀貨區(qū)設(shè)備成本(如傳送帶、貨架等)、任務(wù)不均衡帶來的機(jī)會(huì)成本、并行分區(qū)所需的分類系統(tǒng)設(shè)備成本、分類區(qū)分類作業(yè)人員的人力成本。這些因素間相互作用，共同影響著揀貨系統(tǒng)的成本、效益。如圖1所示，描述了揀貨作業(yè)過程中成本因果關(guān)系圖。各個(gè)因果鏈用正號或負(fù)號表示了影響作用的性質(zhì)。正號表示箭頭指向的變量將隨著箭頭源的變量增加而增加，或減少而減少；負(fù)號表示標(biāo)量間與此相反的關(guān)系。

圖1 揀貨作業(yè)過程中成本因果關(guān)系圖

在揀貨作業(yè)系統(tǒng)中，隨著揀貨作業(yè)量、訂單頻率的變化，揀貨作業(yè)成本也逐年發(fā)生變化，作業(yè)量和成本的變化又會(huì)引起利潤的變化，利潤可帶來倉儲(chǔ)企業(yè)業(yè)務(wù)項(xiàng)目的增加，供給與需求又決定了倉儲(chǔ)企業(yè)各年的實(shí)際訂單量和訂單頻率，如此循環(huán)，構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的反饋結(jié)構(gòu)。在此，由于兩類作業(yè)系統(tǒng)(并行分區(qū)揀選作業(yè)和動(dòng)態(tài)分區(qū)揀選作業(yè))之間的區(qū)別主要在，勞動(dòng)力資源、空間資源、系統(tǒng)資源(物料搬運(yùn)系統(tǒng)、分類系統(tǒng)以及信息處理系統(tǒng)等)，我們可以把三項(xiàng)主要倉儲(chǔ)資源的成本價(jià)總起來，從而可以很容易地計(jì)算出倉儲(chǔ)成本，選擇適合自己企業(yè)的揀選策略。

五、結(jié)論

隨著商品流通量急劇增加，新的貿(mào)易形式的出現(xiàn)，競爭的壓力和追求高額利潤的動(dòng)力迫使廠商不斷尋求降低自己的物流成本。人們開始關(guān)注于改善產(chǎn)品及客戶服務(wù)質(zhì)量，這迫使管理者們從減少產(chǎn)品損壞，減少作業(yè)時(shí)間及進(jìn)一步提高訂單揀選準(zhǔn)確性的角度出發(fā)來重新審視訂單揀選活動(dòng)，在客戶要貨時(shí)盡快讓貨品配送出去，揀貨速度直接影響到服務(wù)質(zhì)量。分區(qū)揀選系統(tǒng)所帶來的揀貨效率的提高，得到越來越多的重視，本文分析了各種分區(qū)揀選系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，各種優(yōu)化揀選作業(yè)的方法，如(1)平衡分區(qū)揀貨員之間的工作量。減少因任務(wù)不均衡造成的部分揀貨員忙，部分揀貨員空閑，導(dǎo)致任務(wù)完成時(shí)間滯后的現(xiàn)象。或者在動(dòng)態(tài)分區(qū)揀選系統(tǒng)中，減少“追尾”現(xiàn)象的發(fā)生，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率；(2)在揀貨策略的選擇上，可采取訂單分割與不分割等不同的策略，對于分割后的訂單，在貨物出庫前必須將被分解的訂單合并成一個(gè)完整的訂單。考慮不同的系統(tǒng)配置，分析了系統(tǒng)的成本因素；(3)在人工進(jìn)行多任務(wù)揀選以及從保管儲(chǔ)區(qū)到揀貨區(qū)的補(bǔ)貨時(shí)，考慮路徑的優(yōu)化問題。我們在設(shè)計(jì)揀選系統(tǒng)時(shí)要保證：客戶要貨時(shí)能否盡快讓貨品“出得去”，其直接影響到服務(wù)質(zhì)量，即滿足客戶要求、降低成本；能滿足一段時(shí)間內(nèi)的業(yè)務(wù)發(fā)展，也就是規(guī)劃性；以及考慮是否能實(shí)現(xiàn)整體的成本——費(fèi)率逐漸下降。

(作者單位：暨南大學(xué)管理學(xué)院)