基于SLP和Flexsim的豆制品倉儲優(yōu)化與仿真

劉志海，劉涵彬，崔鑫龍，尹 翔

（山東科技大學(xué) 交通學(xué)院，山東 青島 266590）

1 引言

針對倉儲優(yōu)化問題，國內(nèi)外學(xué)者采用了不同方法和思路進行研究。楊軍從充分利用倉庫容積，提高倉庫利用率等方面進行了分析[1]。陳影等人通過Flexsim，針對煙草物流配送中心進行布局和作業(yè)流程分析，尋找瓶頸節(jié)點得到最佳的模型參數(shù)[2]。婁慧斌等人針對某食品加工廠設(shè)施規(guī)劃問題，運用SLP方法實現(xiàn)各區(qū)域的整體布置與優(yōu)化，最后利用Flexsim仿真驗證[3]。陳佳等人利用Flexsim仿真軟件，對農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心構(gòu)建仿真模型，根據(jù)蔬菜的特性對仿真模型進行修正，得到了優(yōu)化后的模型[4]。徐留常對SLP法的基本要素、實施原則和實施步驟進行了分析，論證了其可行性[5]。周廷美等人針對某整車廠零部件配送中心布局不合理的現(xiàn)象,運用SLP方法,重新對配送中心進行了功能分區(qū)的劃分[7]。楊瑋等人利用Flexsim 軟件仿真對醫(yī)藥物流進行了優(yōu)化，主要改進了立體倉庫和人工設(shè)備的組合方式[8]。Flexsim 作為一種工具得到了廣泛的應(yīng)用，SLP方法也在不斷進行改進[9-13]。倉儲優(yōu)化最常見的方法是SLP和Flexsim的結(jié)合方法。

本文以某豆制品企業(yè)為例，該企業(yè)生產(chǎn)車間和倉儲中心位于同一區(qū)域，總面積為5 000m2，生產(chǎn)車間生產(chǎn)豆腐和豆皮，倉儲面積為2 000m2，日出庫量達30t。雖然目前利用SLP 方法結(jié)合Flexsim 仿真軟件研究倉儲布局優(yōu)化的很常見，但很少用在以豆制品為代表的生鮮產(chǎn)品企業(yè)中，一方面是由于生鮮產(chǎn)品存儲的短時性，加工完成后短暫冷藏就直接出貨，另一方面是由于生鮮食品根據(jù)訂單生產(chǎn)，具有不確定性[14-15]。傳統(tǒng)的SLP 結(jié)合Flexsim 的倉儲優(yōu)化是根據(jù)物流量規(guī)劃整體布局再仿真驗證的流程，普通制造企業(yè)的物流量是各區(qū)域的流通總量，來源于生產(chǎn)設(shè)備的加工批次和效率，由于豆制品生鮮企業(yè)基本沒有庫存，生產(chǎn)依靠訂單拉動，具有不確定性，因此根據(jù)傳統(tǒng)方法中的物流量來進行布局優(yōu)化就不適用于豆制品等生鮮企業(yè)。本文將通過研究具體案例為豆制品等生鮮企業(yè)的倉儲優(yōu)化提供一種方法參考。

2 SLP 與Flexsim 動態(tài)結(jié)合的倉儲優(yōu)化設(shè)計

SLP 理論(System Layout Planning)是通過分析各作業(yè)單位之間物流與非物流因素的相互關(guān)系與綜合密切程度，確定各作業(yè)區(qū)域的初始位置，再根據(jù)企業(yè)實際的面積進行調(diào)整[16]。SLP 方法中最重要的指標(biāo)是物流量。Flexsim 仿真軟件是一個集系統(tǒng)仿真、模型設(shè)計、制作與分析于一體的三維生產(chǎn)系統(tǒng)仿真軟件，可以幫助企業(yè)建立生產(chǎn)線的三維虛擬生產(chǎn)環(huán)境，分析設(shè)備和人員的空閑時間、加工時間、產(chǎn)品等待時間、輸入和輸出的產(chǎn)品數(shù)[17]。

SLP和Flexsim動態(tài)結(jié)合的倉儲設(shè)計在總結(jié)前人方法的基礎(chǔ)上，動態(tài)地結(jié)合了這兩種方法。本文針對以豆制品企業(yè)為代表的生鮮企業(yè)物流量的特殊性質(zhì)，將Flexsim仿真的統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為預(yù)測物流量，多次動態(tài)驗證，提高了SLP 方法的科學(xué)性。具體步驟為：（1）采集原始數(shù)據(jù)和分析現(xiàn)有布局；（2）初步建模，編譯運行后，定量分析存在的問題；（3）改進設(shè)備的數(shù)量及性能；（4）同時將仿真后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為SLP 方法的準(zhǔn)確物流量，分析物流因素；（5）綜合分析非物流因素，重新規(guī)劃倉儲布局，完成第二步改進；（6）使用Flexsim 對兩次改進后的模型編譯運行，分析是否提高效率，是否滿足企業(yè)的要求，如果沒有達到要求，第二次統(tǒng)計的數(shù)據(jù)將再次作為SLP 分析的物流量，繼續(xù)進行優(yōu)化。具體的研究思路如圖1所示。

圖1 研究思路

3 SLP 與Flexsim 動態(tài)結(jié)合的倉儲優(yōu)化應(yīng)用

3.1 企業(yè)現(xiàn)狀

該企業(yè)現(xiàn)有的冷藏室為托盤貨架，冷藏室短時存放成品，采取“及時入庫—及時出庫”的策略。成品裝入箱式托盤進行存儲和運輸。

該企業(yè)在運營過程中出現(xiàn)的一些問題主要表現(xiàn)在：（1）冷藏室時而貨物堆積，時而空缺巨大；（2）出庫量無法滿足訂單需求；（3）生產(chǎn)和配送混亂。該企業(yè)倉儲布局包括生產(chǎn)車間、冷藏室、理貨區(qū)、出庫月臺，如圖2所示。

大豆原料進入加工車間，經(jīng)過初加工和最終加工，成品以盒裝的形式裝入托盤并在加工區(qū)暫存，進入冷藏室的托盤貨架根據(jù)訂單出庫。出庫時，在理貨區(qū)打包，如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，返回生產(chǎn)車間重新加工為非食用產(chǎn)品。

圖2 倉儲布局示意圖

3.2 原始模型

3.2.1 建立模型。生產(chǎn)車間現(xiàn)有豆腐和豆皮初加工設(shè)備、豆腐和豆皮最終成型設(shè)備、運輸叉車、托盤貨架、打包設(shè)備和若干傳送帶。原始模型如圖3所示。

圖3 原始模型圖

3.2.2 參數(shù)設(shè)置。本次模型建立的實體主要有：原料輸入設(shè)備、加工設(shè)備、暫存區(qū)、叉車、托盤貨架、包裝設(shè)備、傳送帶。兩種產(chǎn)品的初加工設(shè)備和最終成型設(shè)備的加工時間都設(shè)置為60s。豆腐初加工設(shè)備參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

現(xiàn)有的存儲設(shè)備是普通托盤貨架，參數(shù)見表1。

評估專業(yè)人員是向委托方提供評估服務(wù)，為市場交易提供價值參考的專業(yè)人員，特別是在法定評估業(yè)務(wù)中，評估專業(yè)人員簽署的評估報告是確定交易價格的重要依據(jù)。評估專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)遵守法律、行政法規(guī)和評估準(zhǔn)則，遵守職業(yè)道德，誠實守信，勤勉謹慎從事業(yè)務(wù)，依法作出客觀、真實、合理的評估報告，從而維護當(dāng)事人合法權(quán)益和公共利益。因此，參照《注冊會計師法》等法律，本法對受刑事處罰的人員規(guī)定了禁止從業(yè)的期限。

表1 貨架參數(shù)設(shè)置表

運輸叉車的主要功能是將生產(chǎn)車間暫存區(qū)的產(chǎn)品放到托盤貨架上，運輸叉車的裝卸時間均為30s。生產(chǎn)車間中兩種產(chǎn)品暫存區(qū)的最大容量設(shè)置為1 000托盤，理貨區(qū)設(shè)置兩臺包裝設(shè)備，包裝時間為10s。

3.3 仿真分析

設(shè)定每天的工作時間為28 800s，仿真運行。

圖4 加工設(shè)備參數(shù)設(shè)置

對兩種產(chǎn)品的初加工設(shè)備和最終加工設(shè)備的空閑時間、加工時間和堵塞時間進行數(shù)據(jù)采集發(fā)現(xiàn)豆腐的初加工設(shè)備堵塞時間較長，制約了該產(chǎn)品的生產(chǎn)速度，其余三種設(shè)備在合理范圍內(nèi)，如圖5所示。

圖5 加工設(shè)備使用情況

在生產(chǎn)車間，兩種產(chǎn)品暫存區(qū)的最大容量設(shè)置為1 000托盤，兩個暫存區(qū)的實際容量都達到了1 000托盤。輸入和輸出的差值也都為1 000托盤，這說明貨物在暫存區(qū)出現(xiàn)了堆積現(xiàn)象。暫存區(qū)容量見表2。

產(chǎn)品在暫存區(qū)通過運輸叉車進入冷藏室，衡量暫存區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)還有貨物停留時間和釋放產(chǎn)品的時間。貨物在暫存區(qū)的平均停留時間較多，4輛運輸叉車的作業(yè)時間很長，而空閑時間保持在150s左右，叉車的作業(yè)強度大，設(shè)備難以得到維護。暫存區(qū)時間統(tǒng)計圖如圖6所示。

叉車平均運行時間表見表3。

綜上所述，該企業(yè)的豆腐初加工設(shè)備數(shù)量較少，生產(chǎn)車間的暫存區(qū)容量較小，容易造成貨物的堆積，運輸叉車的數(shù)量較少，加劇了生產(chǎn)車間貨物的堆積。

圖6 暫存區(qū)時間統(tǒng)計

表2 暫存區(qū)容量（單位：托盤）

表3 叉車運行時間表

3.4 SLP改進倉儲布局

根據(jù)Flexsim 的仿真，可以定量找出企業(yè)的具體問題進行改進，但是定量解決倉儲的設(shè)備問題并不是問題的全部，倉儲弊端以流通量表現(xiàn)出來，流通量又受到布局的限制，只有綜合倉儲布局的合理規(guī)劃，才能得到最佳的解決方案。發(fā)現(xiàn)問題之后，通過SLP方法來改進倉儲布局，與傳統(tǒng)的SLP 方法相比較，不采用調(diào)研獲取的流通量作為分析的物流量，而是根據(jù)仿真的統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為SLP 的物流量進行分析。因為豆制品廠屬訂單拉動的企業(yè)，調(diào)研獲取的數(shù)據(jù)具有隨機性，不能作為日常生產(chǎn)的代表，仿真統(tǒng)計的大數(shù)據(jù)才能代表該企業(yè)一天的平均流通量。

（1）分析物流因素。根據(jù)Flexsim 仿真的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析各區(qū)域之間的物流量關(guān)系，繪制物流從至表，歸納劃分物流強度。物流從至表見表4。

物流強度表見表5。

根據(jù)物流強度，繪制作業(yè)單位物流相關(guān)圖，如圖7所示。

（2）分析非物流因素。從聯(lián)系程度、作業(yè)便利、作業(yè)安全、信息傳遞、衛(wèi)生健康、管理方便六個方面進行分析。采用加權(quán)計算的方法計算出最終的聯(lián)系關(guān)系，劃分等級，繪制非物流因素相關(guān)圖。非物流因素權(quán)重見表6。

表4 物流區(qū)域從至表

表5 物流強度分析表

圖7 作業(yè)單位物流相關(guān)圖

表6 非物流因素權(quán)重

根據(jù)非物流因素權(quán)重繪制作業(yè)單位非物流相關(guān)圖，作業(yè)單位非物流相關(guān)圖如圖8所示。

（3）根據(jù)繪制的物流相關(guān)圖和非物流相關(guān)圖，綜合考慮后，采用物流因素：非物流因素=2：1 的權(quán)重，計算最終的作業(yè)區(qū)域相關(guān)圖，最后根據(jù)該企業(yè)的總面積和各作業(yè)區(qū)域所需的最低面積進行綜合考慮，確定優(yōu)化后的倉儲區(qū)域布置圖。優(yōu)化后的倉儲布局圖如圖9所示。

3.5 建立優(yōu)化后的模型

3.5.1 建立模型。根據(jù)前期建模仿真和倉儲布局優(yōu)化，要對設(shè)備的數(shù)量和參數(shù)進行修改并且對倉儲布局進行調(diào)整。調(diào)整如下：（1）增加2 臺豆腐初加工設(shè)備；（2）增加4 輛運輸叉車；（3）增加生產(chǎn)暫存區(qū)的面積，參數(shù)設(shè)置為3 000托盤。建立優(yōu)化后的模型如圖10所示。

圖8 作業(yè)單位非物流相關(guān)圖

圖9 倉儲區(qū)域布置圖

圖10 優(yōu)化后的Flexsim模型

3.5.2 仿真分析。建立模型后，編譯運行，保持仿真的時間等前提條件不改變。仿真結(jié)束后，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并且與優(yōu)化前的仿真進行對比，驗證優(yōu)化后的可行性。

增加了豆腐初加工設(shè)備之后，設(shè)備的空閑時間并沒有大幅度減少，但是設(shè)備的平均加工時間增加了，設(shè)備的堵塞時間大幅度減少。豆腐初加工設(shè)備對比見表7。

表7 設(shè)備優(yōu)化前后對比

生產(chǎn)車間兩種產(chǎn)品暫存區(qū)的堵塞問題比較嚴重，主要的原因在于運輸叉車的數(shù)量較少，優(yōu)化后的模型增加了4臺運輸叉車，可以明顯看到兩個產(chǎn)品的暫存區(qū)都沒有發(fā)生貨物擁堵的情況，同時貨物的輸出量也隨著運輸?shù)倪B續(xù)性而大幅度提高。暫存區(qū)容量見表8。

表8 暫存區(qū)容量（單位：托盤）

增加叉車數(shù)量后，對優(yōu)化前與優(yōu)化后的叉車平均運行實際做對比，可以明顯看到優(yōu)化后的叉車空閑率有所提高，便于叉車設(shè)備的保養(yǎng)，并且空閑率控制在7.61%，并不耽誤正常的作業(yè)。同時，叉車的空載運行率降低，裝載行走、裝載貨物和卸載貨物的使用率有所提高。叉車運行對比見表9。

表9 叉車運行對比

4 結(jié)語

基于SLP和Flexsim動態(tài)結(jié)合的優(yōu)化與仿真研究切實解決了企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中的問題，從而驗證了基于SLP和Flexsim動態(tài)結(jié)合的優(yōu)化手段的可行性，結(jié)果表明通過仿真可以發(fā)現(xiàn)企業(yè)運行的問題，使用SLP進行倉儲布局優(yōu)化并通過Flexsim多次建立模型，更加直觀地驗證了倉儲優(yōu)化的合理性。相比以往的SLP方法設(shè)計優(yōu)化倉儲布局，將仿真的數(shù)據(jù)作為SLP 方法的重要指標(biāo)，提高了精準(zhǔn)度。Flexsim 既是分析模型存在問題的仿真工具，又作為提供SLP分析物流量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工具。兩種方法的有機結(jié)合和互為補充對生鮮企業(yè)的運作和發(fā)展有重要意義。