基于SLP和SHA的林產(chǎn)品倉儲布局優(yōu)化

張永強，李星圓，趙塵

(1.南京林業(yè)大學汽車與交通工程學院，南京 210037；2.南京林業(yè)大學土木工程學院，南京 210037)

由于林產(chǎn)品的屬性獨特，行業(yè)內(nèi)對于產(chǎn)品的標準沒有制定統(tǒng)一的要求，因此各種林產(chǎn)品在標準化方面有著缺陷，造成林產(chǎn)品在質(zhì)量和規(guī)格方面不能以規(guī)范化的標準適應(yīng)流通和市場交易的需要，因而導致了林產(chǎn)品在物流供應(yīng)鏈成本上的增加。

倉儲作為林產(chǎn)品供應(yīng)鏈中重要的環(huán)節(jié)也越來越受到物流企業(yè)的重視，林產(chǎn)品原料公司開始采取科學合理的倉儲庫存布局設(shè)計，充分利用資源，以提高林產(chǎn)品供應(yīng)鏈效率。

陳誠等[1]從整體角度出發(fā)，就林產(chǎn)品物流供應(yīng)鏈系統(tǒng)進行分析與展望；宋李玉[2]主要就林產(chǎn)品配送功能模塊，用態(tài)勢分析法展開論述；而倉儲模塊，歷美岑等[3]也只是采利用Flexsim軟件對林產(chǎn)品倉儲中心進行仿真；孫孟丹等[4]針對配送中心倉庫布局的復(fù)雜性和產(chǎn)品多樣性的特點結(jié)合模糊綜合評價法，借助模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，從而對各種布局方式進行評判，求解倉庫布局的最優(yōu)方案；陳榮等[5]針對倉儲區(qū)域的規(guī)劃問題，提出了基于ABC法和自適應(yīng)混合遺傳算法的兩階段布局優(yōu)化策略，并應(yīng)用自適應(yīng)混合遺傳算法進行求解；侯智等[6]利用社會網(wǎng)絡(luò)分析法和系統(tǒng)布置設(shè)計法(systematic layout planning, SLP)結(jié)合的方式建立倉儲布局優(yōu)化的數(shù)學模型以提高倉儲布局的效率和效益。

綜上所述，目前我國對于林產(chǎn)品原料倉庫布局優(yōu)化的理論研究較少。基于EIQ(entry item quantity)分析，SLP結(jié)合搬運系統(tǒng)分析法(system handling analysis, SHA)應(yīng)用于倉儲布局的研究基本是空白。筆者以林產(chǎn)品倉儲布局為研究對象，采用優(yōu)化后的SLP法結(jié)合SHA法對布局進行重新設(shè)計，并在EIQ分析基礎(chǔ)上，以搬運成本最低為目標比較多個方案，最終選擇最佳布置方案。

1 傳統(tǒng)倉庫布局的方法及存在問題

1.1 傳統(tǒng)倉庫布局的方法

依據(jù)分析公司所經(jīng)營林產(chǎn)品原料的品種和貨物量等信息，確定倉庫的類型、面積大小以及平面布局等，再結(jié)合上述內(nèi)容，確定倉庫運行所需要的人員和機械設(shè)備[7]，主要包括6個基本步驟[8]：

1)基礎(chǔ)資料的分析。

2)根據(jù)分析公司經(jīng)營的主要原料產(chǎn)品特性和訂單變動趨勢來確定對應(yīng)的物流功能區(qū)域。

3)對倉庫作業(yè)功能區(qū)域面積和倉庫作業(yè)區(qū)域能力進行規(guī)劃。一般指標如表1所示[9]。

4)根據(jù)倉庫物流作業(yè)流程設(shè)計動線。動線大致有6種基本形式：直線型、鋸齒型、雙直線型或S型、U型、分流型和集中型。

5)綜合物流相關(guān)性分析和活動相關(guān)性分析設(shè)計初始方案。倉庫布置大致有3種方法：動線布置法、活動相關(guān)性布置法、圖形構(gòu)建法。

6)優(yōu)化多種倉庫布局方案，選擇最優(yōu)方案。

表1 倉庫生產(chǎn)區(qū)建筑面積的一般指標Table 1 General index of building area of warehouse production area

1.2 傳統(tǒng)倉庫存在的問題

傳統(tǒng)倉庫布局有以下3點問題：1)以定性方法為主；2)是一種靜態(tài)的布局方法；3)缺少對不合理布局的預(yù)知能力。

2 系統(tǒng)布置設(shè)計(SLP)

2.1 系統(tǒng)布置設(shè)計的步驟

SLP即系統(tǒng)設(shè)施布置方法是一種常用的設(shè)施規(guī)劃方法。SLP主要思想[10]是依據(jù)各作業(yè)單位間相互關(guān)系和密切程度形成功能區(qū)位置關(guān)系圖，再依據(jù)各作業(yè)單位實際占地面積與功能區(qū)位置關(guān)系圖形成倉庫功能區(qū)面積相關(guān)圖。通過對多個有效布置方案進行評價和調(diào)整，最后得到最優(yōu)布置方案(圖1)。

圖1 SLP的程序Fig. 1 SLP program

2.2 SLP存在的問題

假如將傳統(tǒng)SLP不加改進運用于倉儲庫存布置設(shè)計中，可能會出現(xiàn)以下問題：1)缺少物流戰(zhàn)略規(guī)劃；2)缺少動態(tài)規(guī)劃；3)缺少物料搬運分析過程。

3 系統(tǒng)布置設(shè)計法的改進

針對傳統(tǒng)SLP法缺少物流戰(zhàn)略規(guī)劃、物料搬運分析過程兩方面作出改進[11]。

3.1 SLP和EIQ基本要素分析結(jié)合

EIQ分析法主要是對E、I、Q等關(guān)鍵物流要素進行分析，再結(jié)合ABC分析法進一步研究，從而解決物流戰(zhàn)略規(guī)劃問題，有利于倉庫的合理規(guī)劃。

3.2 SLP和SHA結(jié)合

倉儲必然涉及物料搬運，因此將物料搬運系統(tǒng)設(shè)計方法SHA與SLP結(jié)合[12]，才能設(shè)計出比較合理的倉儲布局方案。

4 C公司倉庫布局問題案例分析

4.1 C公司林產(chǎn)品原料供應(yīng)倉庫的基本情況

C公司是一家提供林產(chǎn)品原料供應(yīng)的物流一體化大型服務(wù)商，本研究以C公司旗下木質(zhì)人造板供應(yīng)倉庫為對象。目前倉庫布局及規(guī)模大小已經(jīng)不能適應(yīng)公司的業(yè)務(wù)量增長，因此C公司打算建造一個新倉庫來迎合市場發(fā)展，目前C公司部分出庫單見表2。

表2 C公司倉庫出庫單(部分)Table 2 Company C warehouse receipt (part)

將上述訂單數(shù)據(jù)整理成EIQ統(tǒng)計表，形成C公司倉庫訂單材料的統(tǒng)計表，如表3所示。

表3 C公司訂單資料的EIQ統(tǒng)計表Table 3 EIQ statistical table of company C order data

4.2 倉庫基本要素分析

對C公司倉庫訂單原料進行EQ分析，結(jié)果見圖2。將EQ分析結(jié)合ABC分類[13]可得：出貨量大于400箱屬于特大訂單，倉庫需要重點管理；出貨量在100～400箱屬于較大訂單，劃分為B，一般揀貨作業(yè)基本上可以滿足；出貨量低于100箱如E21、E23歸為C類訂單可以共同揀選，節(jié)約時間。將C公司倉庫訂單材料進行IQ分析，結(jié)果見圖3。

從IQ分析可以看出，C公司倉庫產(chǎn)品出貨量分布趨于兩極分化，使用ABC分類做進一步管理，制成ABC分類統(tǒng)計表，結(jié)果見表4。

圖2 EQ分析Fig. 2 EQ analysis

圖3 IQ分析Fig. 3 IQ analysis

表4 ABC分類統(tǒng)計Table 4 ABC classification statistics

IQ分析可知，貨物出貨數(shù)量在200箱以上的品項僅有9種，所占比例是21.43%，占總出貨量的比重為60.19%，因此要對這9種品項進行重點管理。

對訂單資料進行IK分析如圖4所示。

結(jié)合IQ和IK分析可知，出貨量大小和出貨次數(shù)存在一定的聯(lián)系。

圖4 IK分析Fig. 4 IK analysis

通過訂單材料分析，目標客戶J和X平均每個季度的貨物需求量比較固定，預(yù)計倉庫存儲區(qū)域物流量目標客戶J出貨數(shù)量5 222箱，目標客戶X出貨數(shù)量3 223箱。

4.3 倉庫功能區(qū)綜合關(guān)系分析

物流關(guān)系和非物流關(guān)系是影響各功能區(qū)遠近關(guān)系的主要要素。根據(jù)原倉庫EIQ-ABC分析和表3制成從至表，如表5所示。

倉庫內(nèi)同時存在與業(yè)務(wù)活動沒有關(guān)系的功能區(qū)域，對這些區(qū)域進行活動相關(guān)性分析[14]。用評級理由確定作業(yè)單位密切程度的主要影響因素，結(jié)果見表6。

表5 C公司倉庫內(nèi)作業(yè)單位物流量從至表Table 5 Logistics volume of operation unit in warehouse of company C from to

表6 評級理由Table 6 Rating reasons

確定倉庫作業(yè)單位物流相關(guān)圖如圖5所示，該圖直觀地反映了所有功能區(qū)域的關(guān)系。根據(jù)表4、表5確定非物流相關(guān)圖如圖6所示。

將物流關(guān)系和非物流關(guān)系結(jié)合時，需要確定這2種關(guān)系的相對重要性。綜上，C公司倉庫布局優(yōu)化中，物流關(guān)系和非物流關(guān)系一樣重要。因此，倉庫功能區(qū)間綜合相互關(guān)系見公式(1)[15]：

TRij=mMRij+nNRij

(1)

式中：TRij表示作業(yè)單位對i、j之間的綜合作用關(guān)系；MRij表示i、j功能區(qū)間的物流關(guān)系的密切程度；NRij表示i、j功能區(qū)間的非物流關(guān)系密切程度；m∶n表示物流關(guān)系與非物流關(guān)系的比較程度，且m∶n=1∶1；綜合得出相關(guān)圖見圖7。

圖6 倉庫作業(yè)單位非物流相關(guān)圖Fig. 6 Non logistics related diagram of warehouse operation unit

圖7 倉庫作業(yè)單位綜合相關(guān)圖Fig. 7 Warehouse operation unit comprehensive related diagram

4.4 倉庫功能區(qū)位置相關(guān)圖

一般倉庫平面布置方法常用的是線型圖法和關(guān)系表法[16]。關(guān)系表法的邏輯條理較強，容易得到較好的布置結(jié)果，故本研究采用此法。采用關(guān)系表法得出倉庫功能區(qū)初始位置布置圖：首先根據(jù)圖8得到倉庫作業(yè)單位綜合相關(guān)圖，然后據(jù)此繪制出關(guān)系工作表見表7。

圖8 無面積拼塊圖Fig. 8 Block diagram without area

表7 關(guān)系工作表Table 7 Relationship worksheet

目前不考慮各功能區(qū)的現(xiàn)實占地面積，統(tǒng)一將各作業(yè)單位做成大小一致的方塊。每一個拼塊上，將作業(yè)單位代號用筆寫在中間，名稱接著代號后面，格式如“X=？”寫在代號下面；4個角分別對應(yīng)寫上A、E、I、O級，U級關(guān)系暫不考慮，結(jié)果如圖8所示。

擺放規(guī)則：在擺放過程中，首先尋找A級。假如出現(xiàn)幾個A級的數(shù)量一致，再去比較E級的數(shù)量，然后將拼塊放在正中央位置。

接著觀察左上角的A和右上角的E。要做到：A級關(guān)系要邊靠邊，E級關(guān)系至少角靠角，X級關(guān)系不能靠邊也不能靠角。

然后給多個方案評級。其方法是：如果A級沒有靠邊，扣2分；X級的邊靠邊也扣2分；A級只角靠角，扣1分；X級角靠角，E級沒有角靠角也扣1分。最后選出較優(yōu)布局方案，結(jié)果見圖9。

圖9 倉庫無面積拼塊初始布置方案Fig. 9 Initial layout plan of warehouse without area

4.5 倉庫功能區(qū)面積相關(guān)圖

通過實地調(diào)研可知C公司倉庫各作業(yè)單位面積，結(jié)合圖9可得出各作業(yè)單位的面積需求，結(jié)果見表8。

通過計算，各作業(yè)單位總需求面積為1 248 m2，圓整為1 500 m2，按長寬比3∶5得到長寬尺寸。以25m2為基本單元格，共60個單元格。在60個格子上分布各作業(yè)單位形成了面積塊狀布置，根據(jù)實際需求面積和其他因素限制，對所需面積進行適當調(diào)整，并結(jié)合搬運動線優(yōu)化后得到2種方案(圖10)。

表8 各作業(yè)單位的面積需求Table 8 Area demand of each operation unit

圖10 SLP規(guī)劃方案Fig. 10 SLP planning scheme

方案一中將倉庫分為10個功能區(qū)域，與原倉庫布局圖相比，新建倉庫的改進一是依據(jù)訂單資料將貨物量較大的產(chǎn)品分為A、B、C區(qū)，進行高架存儲，取代以往任意產(chǎn)品都可以擺放高架區(qū)的現(xiàn)象，解決了人員和貨物分流的安全問題；改進二是設(shè)置專門的包裝區(qū)，解決了以往在地推區(qū)進行包裝加工的環(huán)節(jié)，而且包裝區(qū)靠近出貨區(qū)，加工后的產(chǎn)品可以直接進行出庫處理，提高了包裝作業(yè)效率；改進三是根據(jù)貨物量的大小重新調(diào)整了目標客戶產(chǎn)品的位置，滿足未來需求量。

方案二與方案一比較有兩點區(qū)別，一是出入庫位置沒有改動；二是貨物存儲區(qū)兩兩之間的距離比較擴散，不如方案一緊湊，不便于揀選作業(yè)的進行。因此，總體來說方案一更優(yōu)。

4.6 SLP布局優(yōu)化方案評價和選擇

假設(shè)倉庫總面積為S，共有n個功能區(qū)，倉庫內(nèi)有任意兩個功能區(qū)i和j，面積分別是Si和Sj，功能區(qū)i的邊長為ai和bi，功能區(qū)j的邊長為aj和bj，功能區(qū)之間的間隔為功能區(qū)中心間的直線距離。如果在布置方案x下，功能區(qū)i到功能區(qū)j之間的距離為dij(x)，物流量為fij(x)，單位搬運費用為Cij(x)。設(shè)搬運工具費用為I=1,2,…,n，單位小時人工費用是m，人工搬運效率為Pij(x)。那么方案x下的物流搬運單位費用率為：

(2)

目標優(yōu)化函數(shù)公式如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

Xi=xi+ai/2,Yi=yi+bi/2

(7)

xi+ai≤a,yi+bi≤b

(8)

式中：xi和yi為功能區(qū)起始點對應(yīng)X、Y軸的坐標；Xi和Yi為功能區(qū)i的中心點在X、Y軸對應(yīng)的坐標。

對于C倉庫的基本費用情況和倉庫各個功能區(qū)流程之間流轉(zhuǎn)的工作效率見表9和表10。

表9 倉庫費用明細Table 9 Warehouse expense details

表10 倉庫工作效率Table 10 Warehouse efficiency

代入公式計算得出：方案一的單位搬運成本為C(F1)=100 268元；方案二的單位搬運成本為C(F2)=108 466元。對比方案一、二的單位搬運成本，選擇方案一最為優(yōu)化方案。

5 結(jié) 論

本研究采用優(yōu)化后的SLP法，以林產(chǎn)品倉儲布局為對象，結(jié)合SHA法對林產(chǎn)品倉儲布局進行重新設(shè)計，在EIQ數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，提出了新的林產(chǎn)品倉儲布局方案。

本研究將傳統(tǒng)工業(yè)布局方法SLP優(yōu)化后，結(jié)合SHA法提出了一種針對林產(chǎn)品倉儲布局的新方案。該方案構(gòu)建了高效的林產(chǎn)品倉儲布局系統(tǒng)，提升了林產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益和市場競爭力，有利于我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。