鋼鐵企業自動化倉庫貨位分配優化問題研究

劉列娟

（酒鋼集團榆中鋼鐵有限責任公司，甘肅 蘭州 730104）

對于貨位優化來講，主要指的是基于一些預想不到的變化因素，科學動態地再配置倉庫當中貨物的貨位，能夠充分保證貨位分布處于一個相對較為合理的狀態，從而實現提高揀貨效率以及降低倉庫操作成本等目的。科學合理地對貨位進行優化，還能夠降低貨物在存儲以及運輸過程中出現的損耗問題，保證企業能夠獲取到更為良好的效益。鋼鐵企業需要切實結合實際情況，對自動化倉庫貨位開展科學合理的優化，以此來更好地控制自身成本。

1 自動化倉庫分析

對于自動化倉庫來講，其主要指的是借助電子計算機等技術來開展管理和控制的倉庫，通常不需要人工開展搬運作業，屬于一種能夠實現自動收發作業的倉庫。自動化倉庫在實際發展進步的過程中，一共可以分為五個重要階段：一是人工倉庫階段，二是機械化倉庫階段，三是自動化倉庫階段，四是集成化倉庫階段，五是智能自動化倉庫階段。自動化倉庫能夠分為多種類型：一是依照建筑形式可以分為整體式自動化倉庫以及分離式自動化倉庫。二是依照貨物存取形式，可以分為單元貨架式、揀選貨架式以及移動貨架式自動化倉庫。三是依照貨架構造形式，能夠分為單元貨架式、垂直循環式以及水平循環式等自動化倉庫。四是依照功能可以分為生產性自動化倉庫以及流通性自動化倉庫。五是依照與生產連接的緊密程度，可以分為獨立型、緊密型以及半緊密型自動化倉庫[1]。

2 鋼鐵企業自動化倉庫貨位分配優化問題研究

2.1 自動化倉庫貨位分配原則

儲區規劃當中用到的存儲策略屬于一個主要原則，必須要合理配合貨位分配原則才可以合理制定一個較為科學的存儲作業實際運作模式，通常情況下貨位分配需要充分考慮到的原則一般可以分為以下幾種。

一是周轉率原則。這一原則主要指的是將貨品依照周轉率的大小進行排序，然后將黃金區域分配給高頻揀取的貨品，這樣可以實現最大化的揀貨效率以及達到最小化的揀貨成本[2]。

二是合理平衡各個工作區當中的工作量。主要指的是將大量同種貨品科學有效地平均分布到一些不同的巷道當中，這樣可以避免出現巷道阻塞問題。

三是在對貨品進行放置的過程中，需要遵循先近后遠、上輕下重以及先下后上原則。

四是產品相關性原則。鋼鐵企業當中生產加工的產品也具備著多樣化特征，對于產品相關性相對較大的產品一般在訂購的過程中通常會被同時訂購，因此需要盡可能地結合“貨品類別”科學合理地將一些相近類別的產品存放在一些相鄰以及相近的貨位當中。

五是產品互補性原則。對于一些互補性相對較高的產品，也需要存放在相鄰或者相近的位置，這樣可以保證缺貨時能夠迅速利用另一種產品進行替代。

六是產品相容性原則。一些相容性相對較低的產品，通常不能夠放置在一起，這樣可以保證貨位分配更加清晰明確，同時還可以避免產品品質出現損害問題。

七是產品尺寸原則。主要指的是結合產品尺寸科學合理地選擇較為合適的貨位。

2.2 開展貨位分配優化工作時需要具備的基本條件

首先，基本條件的獲取。在開展鋼鐵企業自動化倉庫貨位分配優化工作時需要有大量的數據以及資料做出支撐，具體內容如下：一是鋼鐵產品的品規編號，二是品規描述，三是材料類別，四是存儲環境要求，五是保存期限，六是尺寸，七是重量，八是產品件數，九是每托盤箱數等[3]。除此之外，掌握每個產品或者是每一類產品存儲位實際被訪問的次數也是一個基本條件獲取關鍵點。由于獲取這些數據信息較為繁瑣，可以利用RFID標簽快速準確地進行獲取。

對于RFID來講，其主要特點便是能夠借助無線電波快速傳送識別信息，而且不受空間限制。其明顯的優勢在于能夠對高速移動的遠距離目標實現非接觸自動識別，對于這一點來講，是條形碼以及其他自動識別技術難以做到的。除此之外，RFID還可以對產品開展動態的更新以及改寫在包裝和標簽上的相應信息，能夠實現不需要人工介入便可以自動完成對產品各類信息的掃描以及報警等功能，另外，其還能夠在各種惡劣環境下正常工作，因此能夠充分實現對產品信息的動態管理。將其應用到鋼鐵企業貨位分配優化方面，能夠有效解決很多數據采集方面的難題。

其次貨物歸類。切實結合對采集到的數據信息的有效整理和分析，科學合理地對貨物開展歸類工作。此工作屬于一個較為詳細的而且遞進的篩分過程，所以需要有較為明確的篩分步驟：一是，結合貨物對存儲溫度方面的需求、貨物易燃性以及貨物危險性等方面存在的差異性，將不同的貨物合理分配到不同的存儲環境當中。需要注意的是，在此過程中，還應該切實結合鋼鐵企業自動化倉庫建筑結構以及堆碼要求等來開展，如果存在較為特殊的貨物，還應該設置一個較為特殊的貨物搬運區域。二是，結合貨物的相關性分析，科學合理地將貨物分入不同的訂單完成區域，借助這種分類方式能夠有效提高自動化倉庫訂單揀選效率。三是結合產品的空間周轉率以及產品的熱銷性還有揀選密度等對鋼鐵企業貨物開展進一步的貨物分類工作[4]。結合具體分類結果，科學有效地為各種貨物合理配置不同的存儲模式，然后在此基礎上，為產品合理分配其在存儲模式當中應該被分配的空間或者是特定的區域。

3 具體貨位分配優化對策

結合某鋼鐵企業自動化立體倉庫實例，提出貨位耦合分配策略[5]。

3.1 分析貨位劃分工作

根據自動化倉庫的實際建筑形式、面積大小以及樓層或者是固定通道的實際分布情況還有設施設備情況，充分結合存儲每類貨品實際需要的條件，來開展存儲場所劃分工作，將其充分劃分為若干個貨區（庫），同時再將每一個貨區充分劃分為若干個貨位，在此基礎上，每一貨位還需要固定存放一類或者是多類產品相近的貨物。對于貨區的具體劃分工作，一般需要將貨場（庫房）作為單位，也就是將每一個獨立的貨場充分劃分成為一個或者是多個貨區（庫）。

在完成貨位的基本劃分之后，還應該在貨區當中打造一個空的區域，以此來作為臨時存放區，主要是用來存放一些已經到庫，不過還沒有來得及進行貨位安排的相應貨物。然后在臨時存放區當中的貨物得到合理的貨位安排之后，便可以直接將其放到指定貨位，這樣不但可以減少作業量，同時還能夠有效降低作業成本。

3.2 打造虛實貨位耦合的柔性貨位

一是虛貨位。工作人員在將整個自動化倉庫的貨場科學合理地劃分為若干區之后，需要結合貨品出入庫的實際頻率大小對相應貨物開展排序工作，以此來形成貨品鏈[6]。同時還應該結合貨位存取的便捷程度還有距離出貨口的遠近程度等開展重新編號工作，這樣可以形成不同優先級的貨位，可以將其稱之為“虛貨位”。對于虛貨位來講，只是一個虛擬的貨位，所以其實際上是不存在的。

二是實貨位。結合貨位與出庫臺的實際距離遠近，然后將貨位順利進行排列編號。因為每一個巷道與輸送帶入口之間的距離位置存在差異性，所以需要平衡各專用線的物料存放還有堆垛機的運行，并且還應該對各專用線聯合編號，以此來形成一條貨位鏈。再將依照與出庫臺距離遠近排列形成的貨位鏈充分劃分為若干段，這樣就可以構成優先級不同的貨位，可以將其稱之為“實貨位”。

在完成上述工作之后，將對應優先級的貨位鏈以及貨品鏈進行耦合。也就是貨品依照出入庫的頻率合理安置在相應的貨位，這樣便可以實現貨位的合理分配。需要注意的是貨位的大小并不是一成不變的，在實際耦合的過程中需要結合所設置的虛貨位的大小而產生相應的變化。在完成貨位劃分之后，由于每個貨位對貨品都相對固定，這就導致貨位出現了靈活性缺失的問題，能夠影響自動化倉庫的貨位利用率。所以為了彌補這一不足之處，還需要將相鄰的兩個貨位充分設置為兄弟貨位，在必要的情況下可以跨邊界進行存放。這樣可以增強貨位的柔性，從而有效消除貨位剛性的缺點。

3.3 鋼鐵企業自動化倉庫貨位分配優化的實現

將一些出入庫頻率相對較高的貨品設置在距離出入口更近的位置，能夠有助于加快貨位出入庫時間，從而有效提升出入庫效率。結合這一根本原則，能夠得出一個貨位分配優化的目標條件。對此，將某貨位區編號設為R（對于R=1,2……，q），同時設一共有p種貨品，并且將其中一種貨品的COI值設置為Ii。（其中COI指的是立方體索引號，其具體計算公式主要為：Ii=Ci/?i，該公式當中的Ci主要指的是某種貨品存儲總量實際需要的庫存容量，對于?i來講，主要指的是某種貨品的實際出庫頻率），如果貨品的COI值越小，則表明其出入庫頻率越高，所以需要將其距離出入口越近。結合這個原則，如果庫區編號R與COI的乘積兩者之間的和Q最小時（指的是出入庫頻率高的貨品需要對應近的貨位），能夠得到目標條件1（如圖1）。

圖1 1目標條件公式

為了能夠加快周轉，即保證各個貨位上貨品的實際搬運時間之和T能夠達到最短，需要設tij作為相應堆垛機搬運第i層以及第j列貨位上的貨品需要花費的時間，同時設vx以及vy分別為堆垛機在水平以及垂直方向的運行速度，再此基礎上設L以及H作為一個貨位的相應長度以及高度。以此來得到目標條件2（如圖2）。

圖2 目標條件2

由于貨位分配屬于一個實現多目標組合優化的問題，所以難以就重心要求、頻率要求以及時間要求等給出一個較為明確的偏好，所以想要將其演化成為一個單目標就會相對較為困難。此外，由于貨位很多，借助動態規劃以及分枝界定等相對較為傳統的運籌學方法通常只可以求解很小的問題。但是依托于人工智能的多目標優化法則可以相對較為良好地求解一些具備高度求解復雜的相應組合優化問題，將其應用到貨位問題的求解方面將會十分便利。

4 結語

綜上所述，對于鋼鐵企業來講，其自動化倉庫貨位分配優化問題需要充分考慮到非常多的因素，并且遵循諸多原則，綜合考慮所有內容才可能促使其向著最優解的方向發展。本文借助虛實貨位耦合策略來分析了鋼鐵企業自動化倉庫貨位分配優化問題，能夠有效縮短操作過程中的行走時間、提高工作效率以及縮短倉庫周轉時間，有助于提高鋼鐵企業自動化倉庫的生產力，進而提高企業自身的經濟效益。