面向復雜倉儲場景的電力物資出入庫策略管理

李明，高瞻，張吉，蔣錦霞，潛明，陳達強

（1.國家電網浙江省電力公司物資部，浙江杭州310007；2.國網浙江省電力有限公司信息通信分公司，浙江杭州310000；3.浙江華云信息科技有限公司數據應用事業部，浙江杭州310000；4.浙江工商大學管理工程與電子商務學院，浙江杭州310018）

0 引言

電力物資倉儲是電網建設與運行物資供應基礎[1]，其有效管理是電網安全穩定運行的重要保障[2]。電網建設從施工到運行往往涉及各類電力物資，但由于大多數物資生產周期較長且供應易受市場影響，無法采用零庫存管理方式，只能以物資儲備方式加以管理[3]。由此，在電力物資倉儲管理中，儲位管理因其對揀貨作業和出入庫效率的影響而成為重要手段。但是，在實際電力物資出入庫操作中，物資沒有相對固定的存儲區域，也沒有按物資的相關特性來進行分類，往往僅憑借老員工的經驗、主觀感覺或者喜好對電力物資的儲放位置進行感性安排，難以達到對電力物資倉儲作業的科學管理[4]。

同時，由于電力物資種類繁多、規格各異，致使存儲需求多樣、物流屬性不一。尤其是電力物資在外形尺寸、重量、包裝形式、包裝規格、包裝尺寸、最大堆垛層數、溫濕度要求、防水防濕要求、存儲時限等物資特性和倉儲作業要求上存在巨大差異，使得電力物資倉儲形式呈現多場景特點，如自動化立體倉庫、多層橫梁貨架以及平面堆放等多存放方式，以及人工、自動化等作業方式。另一方面，電力物資的多樣性及其儲備規格與電網建設工程需求之間存在不一致性，如電力線纜需復繞、剪切、加工等操作，進一步加劇了電力物資出入庫的復雜程度。此外，電網企業庫存系統多使用企業資源計劃（即ERP系統），此系統不能有效反映電力物資的存儲位置或數量等信息[5]，而WMS、WCS等系統在電力物資出入庫策略的應用場景相對固定且微觀具象，加之多數倉庫依賴人工錄入單據[6]，其優化調整難以適應復雜倉儲場景的精益化管理需求。

目前，關于貨位分配和出入庫策略優化的研究文獻已比較豐富，但多數研究集中在設備或作業層面的調度、分配策略研究。如宣登殿，等[7]探討了現代倉儲系統貨物入庫分配優化模型及算法問題；田世海，等[8]提出了智能倉庫出入庫系統 的OOTPN（Object Oriented Timed Petri Net）模型；劉建勝，等[9]研究了Flying-V型倉儲布局貨位分配優化方法；蔡安江，等[10]針對雙向式自動化立體倉庫貨位分配問題，以產品出入庫效率、貨架重心和產品聚集度為目標建立了貨位分配數學模型并設計了一種改進混合蛙跳算法對模型進行仿真優化。而針對復雜倉儲作業場景中的物資出入庫策略管理與應用尚未見系統性研究。

為此，本文針對電力物資出入庫效率優化問題，考慮電力物資存儲的復雜倉儲作業場景，提出一種“屬性-規則-策略”出入庫策略管理方案，以實現復雜倉庫場景下的出入庫作業優化。

1 “屬性-規則-策略”出入庫策略管理

不同于設備端的出入庫控制策略，“屬性-規則-策略”出入庫策略管理是一種基于專家系統思維的策略管理方案。具體通過歸納、總結不同倉儲場景的倉庫結構以及出入庫作業特點形成指導出入庫策略管理的屬性參數，根據屬性參數在范圍參數、限制參數、順序參數的不同組合，形成滿足不同物資在不同場景下的出入庫規則，進而通過規則優先級實現復雜倉儲場景下的出入庫優化策略管理，方案示意圖如圖1所示，策略設計邏輯如圖2所示，其中：

圖1 “屬性-規則-策略”出入庫策略管理方案示意圖

（1）屬性參數指在進行貨位管理及出入庫分配時，需要考慮的因素，按其組合特性分為：①范圍參數指在進行貨位分配時，用于約定范圍的參數，如貨位類型（立庫、平庫）、貨位屬性（可揀選、不可揀選）等；②限制參數指在進行貨位分配推薦時，用于排除范圍的參數，如只入立庫貨位、只入平庫貨位等；③順序參數指在進行貨位分配推薦時，用于對范圍內的結果進行優先級順序定義的參數，如量小先出、量大先出、先進先出等。

（2）規則指出入庫時用于某種特定場景所遵循的法則，如按物料默認存放關系存放、按物料種類默認存放關系存放以及不按默認存放關系存放等立庫入庫規則。

（3）策略指出入庫時，用于定義倉庫在特定業務類型及物料種類下需要遵循的法則。

2 屬性定義與范圍界定

結合電力物資倉庫的倉庫形式和物資存儲的特點，歸納成貨位存放、物料存放和出入庫策略等要求相關的三類參數屬性。

圖2 “屬性-規則-策略”出入庫策略設計邏輯示意圖

2.1 貨位屬性參數

（1）貨位類型，此參數表示該貨位形式主要包括立庫和平庫兩種。

（2）最大容器數，表示該貨位可存放的最大容器數，對于室外堆場貨位，不限制存放容器個數的，最大容器數為0，表示沒有限制；對于自動化立體倉庫或者貨架貨位，按照實際允許存放的最大容器數進行登記。

（3）出入順序，對于存放多容器的貨位，出入庫的順序維護有先進先出和后進先出兩種順序，如：對于多深貨位采用后進先出的方式，對于堆棧貨位采用先進先出的方式。

（4）是否混放，表示該貨位是否允許多物料（物料編碼+技術規范書）混合存放，根據實際存放管理要求進行設置。

（5）入庫優先級，在同等條件下，不同貨位入庫的優先級別，可根據離出入庫口的距離或者貨位對應的層級進行設定。

（6）出庫優先級，在同等條件下，不同貨位出庫的優先級別、作用與入庫優先級類似。

（7）是否可揀選，表示該貨位在出庫時，是否允許部分出庫，對于有的貨位不方便揀選或者部分自動化立體倉庫貨位不能揀選的，可以設置成不可揀選貨位。

（8）重量限制，表示該貨位最大存放的物料重量，對于平面堆場貨位，不做重量限制。

（9）最大盤徑，表示該貨位存放電纜時，可存放的最大盤徑，對于平面堆場貨位，不做電纜盤徑限制。

2.2 物料屬性參數

這里主要考慮材料類物資的物料屬性，即裁切最小長度，如按照倉庫設置不同的電纜物料對應的最小裁切長度。對于已設置了最小裁切的物料，在裁切出庫時，只有當待出庫量等于剩余量或者剩余量-待出庫量≥最小裁切長度時，才允許裁切出庫，以避免裁剪剩余量過小時造成的物料浪費。

2.3 策略屬性參數

策略屬性根據作業內容進行劃分，其中入庫策略由多個規則按照一定的順序組合形成；揀選出庫策略由參數和多個規則按照一定的順序組合形成；空容器上架策略直接由相關的參數配置形成；波次合單策略直接由相關參數配置形成。

考慮策略中相關規則的優先級將策略屬性的參數設置具體分為兩類：公共策略和個性化策略，其中，每類參數又可根據具體的倉庫、業務類型和物料分類予以細化，以指導不同倉儲作業場景下的出入庫作業優化。

3 出入庫規則定義與復雜場景規則組合

3.1 出入庫規則定義

（1）立庫巷道均衡規則。針對高架立庫的巷道分配，分別對單一物資托盤進行數量比較，選擇數量最少的巷道作為目標巷道。當存在大于等于2個巷道的品牌托盤數量相同且該托盤數為所有巷道最小時，則按巷道編號大小產生入庫任務。

當兩個及以上巷道單一物料容器數量為最小且相等時，則按巷道編號從小到大分配入庫任務。同時，結合立庫低層與高層承重的不同，可通過“按可承重量從大到小”實現低層滿載優先。

（2）先進先出。其是使用最多的一種出庫策略。在電力物資存放中，針對寄售的物資，對于超過一定庫齡的物資（如一個月），需要按照入庫時間優先出庫。

（3）量小先出。當任務數量不是滿托盤數量的整數倍時，即存在零散托盤的多出情況，為能夠盡可能減少多出后回庫的情況，減少作業時間，提高出庫效率，采用量小優先出庫規則，將未滿裝的箱子先出，以提高倉庫的貨位使用率。

結合未來可能采用或出現的作業場景，可進一步拓展出入庫規則范圍，如考慮就近入庫、重貨入庫低層滿裝有限、最多周轉箱優先出庫等。

3.2 復雜場景規則組合設置

根據倉庫的存放物料及倉庫貨位特點，設置不同的入庫規則，以滿足不同場景的需要。以下針對電力物資倉庫存放的特殊復雜性，對典型的出入庫規則進行了整理。

（1）入庫規則設置。通過不同參數的組合形成滿足復雜倉儲場景下的入庫規則，入庫規則設置內容與界面如圖3所示。

圖3 入庫規則設置內容與界面

（2）出庫規則設置。通過不同參數的組合形成滿足復雜倉儲場景下的出庫規則，揀選分配規則設置內容與界面如圖4所示。

圖4 出庫規則設置內容與界面

4 出入庫優化策略管理優化與實現

4.1 出入庫策略優化設置

（1）入庫策略優化設置。結合不同倉庫的管理要求，可以按照不同的業務類型及物料種類設置入庫策略，在入庫策略的定義中，可以選擇不同的規則，并設置不同規則的優先級，實現入庫策略的定義。入庫策略優化設置內容與界面如圖5所示。

圖5 入庫策略優化設置內容與界面

（2）出庫策略優化設置。結合不同倉庫的管理要求，可以按照不同的業務類型及物料種類設置出庫策略，在出庫策略的定義中，可以選擇不同的規則，并設置不同規則的優先級，實現出庫策略的定義。出庫策略優化設置內容與界面如圖6所示。

圖6 出庫策略優化設置內容與界面

4.2 出入庫策略管理實現

（1）入庫策略管理實現。按照“屬性-規則-策略”的三層策略實現思路，根據當前待入庫的物料信息，實現可入庫貨位的分配。

①根據入庫任務，獲取待入庫的物料作業信息，結合場景，待入庫的物料作業信息包括已組盤物料和未組盤物料；

②根據入庫任務及物料信息，獲取策略及規則信息；

③根據規則的范圍參數，獲取該作業可以入庫的貨位清單；

④根據規則的限制參數，從可以入庫的貨位清單中，剔除相應的貨位；

⑤根據規則的順序參數，對可入庫的貨位清單進行入庫優先級的排序；

⑥將待入庫的作業信息分配相應的貨位，分配的結果寫入緩存中。

循環以上的第2步到第6步，對待入庫的作業信息進行貨位分配指派，超出貨位可存放最大容器數的貨位不再進行作業的分配。

（2）出庫策略的實現。按照“屬性-規則-策略”的三層策略實現思路，根據當前待出庫的物料信息，實現可出庫貨位及數量的分配。

①根據出庫任務，獲取待出庫的物料作業信息；

②根據出庫任務及物料信息，獲取對應策略及規則信息；

③根據參數“忽略先進先出天數”，先對庫齡超過此天數的庫存進行庫存物資（先進先出）的分配；

④若數量未分配完，對庫齡低于“忽略先進先出天數”的庫存物資進行分配；

⑤貨位分配時，需要綜合考慮最小剩余量、是否可揀選等貨位庫存進行分配。

5 結語

本文針對電力物資出入庫效率優化問題，考慮電力物資存儲的復雜倉儲作業場景，基于專家系統思維提出一種“屬性-規則-策略”出入庫策略管理方案，具體通過歸納、總結不同倉儲場景的倉庫結構以及出入庫作業特點形成指導出入庫策略管理的屬性參數，根據屬性參數在范圍參數、限制參數、順序參數的不同組合，形成滿足不同物資在不同場景下的出入庫規則，進而通過規則的優先級實現多倉庫復雜場景下的出入庫優化策略管理。為此，此類對象的研究和應用，對計劃型集團物資管理的各種倉儲管理系統及各類復雜出入庫作業場景具有一定的參考價值。

此外，面向復雜倉儲場景的電力物資出入庫策略管理方案，其構建理念基于專家系統思維，未來可通過領域專家知識及有關文獻資料進一步豐富管理方案的內涵和拓展應用場景。