基于IE技術(shù)的A公司倉儲效率提升研究

楊士瓏，趙曼，吳東婧

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 智能制造學(xué)院，江蘇 南京 210023）

0 引言

倉儲管理是企業(yè)物流與供應(yīng)鏈管理的重要環(huán)節(jié)，對供應(yīng)鏈的績效有著重要的影響。工業(yè)工程技術(shù)是對人員、機(jī)器、物料、信息和環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化配置，進(jìn)而提升企業(yè)生產(chǎn)率和綜合效益的技術(shù)[1]。豐田生產(chǎn)方式將搬運(yùn)浪費(fèi)視為七大浪費(fèi)之一，屬于倉儲車間中不增值的活動，將精益思想中的“消除浪費(fèi)”思想運(yùn)用于企業(yè)實(shí)際，可有效配置企業(yè)人力、物力、財力，實(shí)現(xiàn)成本控制，進(jìn)而提高倉儲的效率并優(yōu)化倉庫運(yùn)營，消除倉儲活動中非增值流程的浪費(fèi)[2]。本研究以A公司倉儲車間為研究對象，在進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上，評估現(xiàn)行倉儲效率，分析影響車間效率的因素。綜合運(yùn)用流程分析、系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（SLP）、立體倉庫設(shè)計(jì)等工業(yè)工程方法進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，消除浪費(fèi)，達(dá)到提升A車間倉儲效率的目的。

1 A公司倉儲車間概況

1.1 A公司倉儲車間出入庫流程

（1）入庫流程。A公司的倉儲車間在收到加工車間的入庫通知后，操作者根據(jù)物料信息登記入庫，并打印入庫流程單，通過人工搬運(yùn)結(jié)合叉車搬運(yùn)的方式將物料放置在指定貨格，儲存物料，同時操作者在流程單上記錄物料貨格號，叉車司機(jī)將流程單提交至入庫處核對無誤后即為入庫成功。核對有錯誤則需要操作者重新執(zhí)行入庫操作，直至核對無誤。

（2）出庫流程。出庫時，由生產(chǎn)車間下達(dá)領(lǐng)料通知，操作者根據(jù)物料擺放信息手動找尋所放置的物料位置，手動查找物料所在的貨格號，叉車搬運(yùn)取出需要數(shù)量的貨物進(jìn)入出庫通道，出庫口核對物料信息，無誤則在單據(jù)上更新庫存數(shù)據(jù)，有誤則重新取貨，出庫完成。

（3）盤點(diǎn)流程。A公司的盤點(diǎn)流程主要通過人工盤點(diǎn)，人工欽點(diǎn)貨物數(shù)量并完成庫存單的更新。

1.2 A公司倉儲效率評估

中國物流與采購聯(lián)合會于2006年制定了一套具有說服力的倉儲物流企業(yè)績效的評價標(biāo)準(zhǔn)[3]，該標(biāo)準(zhǔn)從經(jīng)營狀況、人員素質(zhì)等六個方面對倉儲績效進(jìn)行全面評估，但其評價標(biāo)準(zhǔn)并未考慮企業(yè)成本因素，僅從業(yè)務(wù)水平指標(biāo)體系，服務(wù)水平指標(biāo)體系和效益水平指標(biāo)體系綜合評估倉儲效率。

通過對A公司的實(shí)地調(diào)研，首先從人、機(jī)、料、法、環(huán)測的方面對倉儲車間制定評價項(xiàng)目。古林法是逐對比較法的改進(jìn)，避免了逐對比較法中有一項(xiàng)評價指標(biāo)權(quán)重為0的情況，故采用古林法確定評價指標(biāo)的重要度，確定各評價項(xiàng)目的權(quán)重后，對20名A公司內(nèi)部工作者和客戶之間發(fā)放調(diào)研問卷并回收，經(jīng)過分析計(jì)算得到綜合評價結(jié)果，倉儲效率綜合得分為79.04分。使用5W1H提問技術(shù)（Who何人，when何時，where何地，what何事，why何因，how何法）和魚骨圖綜合分析倉儲效率低下的原因：

（1）操作者手動執(zhí)行入庫出庫操作時易發(fā)生記錄錯誤，倉儲車間無管理信息系統(tǒng)導(dǎo)致出入庫流程冗雜、揀選效率低下且不方便盤庫。

（2）無自動化設(shè)備輔助搬運(yùn)，造成了較大的搬運(yùn)浪費(fèi)；車間現(xiàn)有的布局使得搬運(yùn)路徑長，進(jìn)一步加重了人員的搬運(yùn)負(fù)擔(dān)。

（3）無自動化立體倉庫。現(xiàn)行的出入庫頻率未達(dá)到車間要求，使得無法準(zhǔn)時提供生產(chǎn)車間需要的零部件。

2 A公司倉儲車間改善方案

2.1 A公司出入庫及盤點(diǎn)流程改善

（1）入庫流程的改善。改善前由操作者手動錄入物料信息并打印入庫流程單，采用人工搬運(yùn)結(jié)合叉車的方式將物料堆放在指定貨格，完成入庫操作。在此基礎(chǔ)上優(yōu)化入庫流程：在收到入庫申請后，由RFID射頻識別技術(shù)識別周轉(zhuǎn)箱條碼，判斷所盛放的物料種類，同時進(jìn)行物料標(biāo)簽的分配工作，并生成貨格號與之相對應(yīng)，隨后進(jìn)行稱重操作以判斷周轉(zhuǎn)箱中的物料數(shù)量，如果是空箱則放置在空箱區(qū)，如果周轉(zhuǎn)箱的質(zhì)量超過了空箱質(zhì)量的50%，則同意入庫至物料區(qū)，由管理信息系統(tǒng)進(jìn)行上架單的制定并分配貨架，最后由堆垛機(jī)自動輸送。管理信息系統(tǒng)更新庫存數(shù)據(jù)進(jìn)而完成入庫操作。改善后的入庫流程圖如圖1所示。

圖1 入庫流程圖

（2）出庫流程的改善。改善前的出庫操作需要操作者手動找尋物料存放信息，并操作叉車取出物料進(jìn)入出庫通道。據(jù)此對出庫流程進(jìn)行優(yōu)化：倉儲車間收到來自生產(chǎn)車間的領(lǐng)料申請，由管理信息系統(tǒng)生成分揀單，用戶將需要出庫的貨物編號和操作者信息輸入系統(tǒng)后，由系統(tǒng)讀取在庫信息表中的物料編號、物料名稱、庫存量等信息，同時完成出庫路線的制定，堆垛機(jī)按照指定路線取下物料進(jìn)入出庫通道后，進(jìn)行稱重操作，如果是空箱則進(jìn)入生產(chǎn)車間，如果不是則按照需要進(jìn)入再加工車間，由RFID掃描物料條碼，在系統(tǒng)終端完成信息的更新，記錄物料去向，最后，進(jìn)行出庫檢查以確保出庫物料數(shù)量齊全、包裝完好，完成出庫操作。改善后的入庫流程圖如圖2所示。

圖2 出庫流程

（3）盤點(diǎn)流程的改善。盤點(diǎn)操作由管理者掃描現(xiàn)場貨位、貨物標(biāo)簽確定盤點(diǎn)信息，判斷物料存放數(shù)量是否和系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致，盤點(diǎn)完成后，匯總所有數(shù)據(jù)并生成單據(jù)。

2.2 A公司倉儲車間布局優(yōu)化

系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)SLP方法將物流分析和作業(yè)單位關(guān)系密切程度分析相結(jié)合，進(jìn)而尋求合理的倉庫布局。該方法可以解決車間內(nèi)部功能區(qū)劃分不明確，搬運(yùn)路徑混亂的問題[4]。采用此方法對A公司倉儲布局進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)倉庫的出入庫流程對A公司倉儲車間進(jìn)行功能區(qū)劃分：A1為物料裝卸區(qū)，負(fù)責(zé)將物料卸下并裝運(yùn)上叉車；A2為單據(jù)打印區(qū)，負(fù)責(zé)記錄物料信息，生成入庫單；A3為信息核對區(qū)，核對入庫狀況；A4為出庫檢查區(qū)，檢查出庫物料數(shù)量及包裝情況；C1為代表產(chǎn)品存放區(qū)，是倉庫內(nèi)存放代表產(chǎn)品的區(qū)域；C2為空箱堆垛區(qū)。

為了研究方便，根據(jù)二八法則，選擇A公司的A類代表產(chǎn)品，繪制排列圖，如圖3所示。

圖3 代表產(chǎn)品庫存數(shù)量排列

公司現(xiàn)有的周轉(zhuǎn)箱實(shí)際尺寸1.2 m×0.8 m，經(jīng)過實(shí)地調(diào)研得知，每個標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)箱可以容納產(chǎn)品93720共計(jì)96個，容納6039-BLOCK共計(jì)24個和6537缸體24個。通過對公司2月庫存數(shù)據(jù)的調(diào)研獲得每種代表產(chǎn)品在倉儲車間內(nèi)的每日庫存量，進(jìn)而求出每種代表產(chǎn)品日平均周轉(zhuǎn)箱需要量，以此作為該種物料的搬運(yùn)物流量。

倉儲車間入庫時所需要的周轉(zhuǎn)箱數(shù)為121箱，適當(dāng)考慮車間寬放，取寬放系數(shù)為1.1，估算出周轉(zhuǎn)箱的需要量約為133箱，以此作為裝卸區(qū)和存放區(qū)周轉(zhuǎn)箱數(shù)量。從生產(chǎn)車間進(jìn)入倉庫會有少量空箱，因此來往于物料裝卸區(qū)和空箱堆垛區(qū)的箱數(shù)約為2箱，信息核對時可能會產(chǎn)生部分物料放置錯誤重新入庫的情況，通過調(diào)研公司流程取搬運(yùn)箱數(shù)為24箱，倉庫的初始狀態(tài)有少量空箱堆垛，在收到再加工車間的使用申請后，空箱被下一車間使用，因此，在空箱堆垛區(qū)和出庫口之間有空箱搬運(yùn)物流量為48箱，但空箱的質(zhì)量比物料箱小很多，就搬運(yùn)難度而言比其他功能區(qū)之間小，綜合考慮質(zhì)量因素，取這部分的箱數(shù)為12箱，由此得出倉儲車間物料搬運(yùn)量的從至表，從至表內(nèi)的數(shù)據(jù)單位為周轉(zhuǎn)箱數(shù)。計(jì)算結(jié)果見表1。

物流強(qiáng)度由強(qiáng)到弱可以分為AEIOU 5個等級，A為超大物流強(qiáng)度，占到作業(yè)單位總量的10%，E為較大物流強(qiáng)度，占到作業(yè)單位總數(shù)的20%，I為一般物流強(qiáng)度，占30%，剩余的40%為O類搬運(yùn)，U表示可忽略的搬運(yùn)，表示作業(yè)單位對之間無物料往來。由此得出倉儲車間現(xiàn)行的作業(yè)單位物流相關(guān)圖，如圖4所示。

圖4 作業(yè)單位物流相關(guān)圖

除物流關(guān)系外，倉儲車間的非物流關(guān)系對設(shè)施布局的影響必須考慮在內(nèi)，物料裝卸區(qū)和單據(jù)打印區(qū)由于人員聯(lián)系密切確定為A級，信息核對區(qū)和代表產(chǎn)品存放區(qū)由于流程的連續(xù)性確定為E級，出庫檢查和代表產(chǎn)品存放區(qū)為了管理方便確定為I級，出庫檢查和空箱堆垛為了管理方便確定為O級。繪制如圖5所示的作業(yè)單位非物流相關(guān)圖。

圖5 作業(yè)單位非物流相關(guān)圖

綜合考慮物流關(guān)系和非物流關(guān)系，賦予AEIOU五級標(biāo)準(zhǔn)以評分4，3，2，1，0，得到倉儲車間綜合相互關(guān)系計(jì)算表，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 倉儲車間綜合相互關(guān)系計(jì)算

綜上所述，出庫檢查區(qū)和代表產(chǎn)品存儲區(qū)是超高物流強(qiáng)度，因此在倉庫布局時應(yīng)該盡量接近，物料裝卸區(qū)和代表產(chǎn)品存放區(qū)以及信息核對區(qū)屬于較高物流強(qiáng)度，在安排完成超高物流強(qiáng)度的作業(yè)對后考慮其相互位置，物料裝卸區(qū)和單據(jù)打印區(qū)之間非物流關(guān)系強(qiáng)，在之后考慮，出庫檢查和出庫通道、出庫口放置在一起，方便管理。

2.3 A公司物料運(yùn)輸方案優(yōu)化

通過調(diào)研A公司倉儲車間物料運(yùn)輸狀態(tài)，計(jì)算物料搬運(yùn)的平均難易指數(shù)，平均難易指數(shù)為1.428，基于此制定如下的改善措施：（1）全面使用輸送機(jī)，例如皮帶，滾輪滾筒等，代替現(xiàn)行的手動搬運(yùn)，減輕操作者的搬運(yùn)強(qiáng)度；（2）普及叉車和工業(yè)拖車的使用，節(jié)省搬運(yùn)工，做到“少人化”的要求。

由此得出改善方案：（1）在裝卸口和出庫檢查區(qū)采用滾輪滾筒的運(yùn)輸方式，貨架處采用步行式叉車。（2）在裝卸口和出庫檢查區(qū)采用傳送帶，出入庫口處引入工業(yè)拖車。（3）在出入庫處使用AGV智能小車，裝卸口和出庫檢查區(qū)采用傳送帶而貨架處由堆垛機(jī)完成物料搬運(yùn)。

考慮到車間的實(shí)際情況，通過和車間經(jīng)理的討論，采用古林法確定指標(biāo)權(quán)重，并由專家打分法最終確定了改善方案3為最終的物料搬運(yùn)方案，即引入AGV智能小車并配合堆垛機(jī)的搬運(yùn)方式。

2.4 A公司自動化立體倉庫設(shè)計(jì)

在對倉儲效率的評估所確定的指標(biāo)權(quán)重不難看出，客戶滿意度、訂單能否準(zhǔn)時交付是倉儲效率高低的主要影響因素，權(quán)重占到了0.409。對A公司倉儲車間而言，訂單能否準(zhǔn)時交付意味著生產(chǎn)車間在傳達(dá)領(lǐng)料申請后，倉儲車間能否準(zhǔn)時的將貨物取出，這就要求倉儲車間的出入庫頻率滿足要求，本節(jié)將通過動態(tài)法設(shè)計(jì)自動化立體倉庫[5]，進(jìn)而達(dá)到需要的出入庫頻率，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時化。

（1）貨格尺寸的設(shè)計(jì)。常用的貨格尺寸形式有牛腿式和橫梁式的貨架，其中，牛腿式貨架的每個貨格只能存放一個單元的貨物，而橫梁式貨架一般可以存放兩個單元以上的貨物。考慮到倉儲車間實(shí)際儲貨需求和成品物料的實(shí)際質(zhì)量，成品貨物的尺寸為1.2 m×0.8 m×1 m，選擇牛腿式貨架。

成品貨物的尺寸為1.2 m×0.8 m×1 m，各間隙的尺寸確定如下：

①側(cè)面間隙。側(cè)面間隙的設(shè)計(jì)原則是保證堆垛機(jī)在存放和取出物料的過程中不影響旁邊的貨格，考慮到成品庫庫存產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量和選擇的堆垛機(jī)的停準(zhǔn)精確度，在側(cè)面間隙50～100 mm的設(shè)計(jì)要求中，選擇100 mm的側(cè)面間隙；

②垂直間隙。垂直間隙的設(shè)計(jì)原則是保證堆垛機(jī)在上下叉取、移動物料時不與上下層的貨物產(chǎn)生干涉，考慮到貨叉上下浮動行程和誤差，取垂直間隙h3為100 mm，h4為200 mm。

（2）堆垛機(jī)的選型。通過對A公司倉儲車間的實(shí)地調(diào)研得知主要代表產(chǎn)品的質(zhì)量，質(zhì)量最高的為產(chǎn)品93720，其質(zhì)量為1.1 kg，每個周轉(zhuǎn)箱存放96個該產(chǎn)品，周轉(zhuǎn)箱的總質(zhì)量為105.6 kg。考慮到所需要搬運(yùn)物料的實(shí)際質(zhì)量和堆垛機(jī)的成本，所選堆垛機(jī)的數(shù)據(jù)參數(shù)如下：

①載重能力：500 kg；

②運(yùn)行速度：100 m/min；

③升降速度：10 m/min；

④貨叉存取時間：25 s；

⑤附加時間：5 s。

（3）貨架尺寸的確定。經(jīng)過實(shí)地調(diào)研得知，每個標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)箱可以容納產(chǎn)品93720共計(jì)96個，容納隔離環(huán)、62000支架、88591和凸輪48個。代表產(chǎn)品的總庫存數(shù)分別為53983、41168、31752、21027、16012件，因此，3個代表產(chǎn)品在2月所需要的標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)箱數(shù)量為563托、857托、661托、438托和333托，總周轉(zhuǎn)箱數(shù)為2852托作為倉儲車間的庫存量，再加上供應(yīng)商庫存量，貨物在途數(shù)量，空箱返回在途數(shù)量即為周轉(zhuǎn)箱的總需要量，考慮車間寬放率1.1，周轉(zhuǎn)箱的總需要量為3366箱。

根據(jù)所要求的出入庫頻率和所選的堆垛機(jī)參數(shù)，采用動態(tài)法確定貨架尺寸。對于所設(shè)計(jì)的周轉(zhuǎn)箱貨架倉庫，周轉(zhuǎn)箱數(shù)量即為倉庫的庫容量，因此庫容量Q=3366托，立體倉庫所需要的出入庫能力P0=200托/h，考慮到貨物的實(shí)際質(zhì)量，未來規(guī)劃倉庫的安全要求和堆垛機(jī)的實(shí)際性能，規(guī)劃貨架的層數(shù)NH為5層。

經(jīng)過迭代計(jì)算知，巷道數(shù)為1，2時倉庫出入庫頻率不滿足要求。假設(shè)巷道數(shù)為3此時NL=112.2，取整為113列，此時，長度L為158.2 m，高度不變?yōu)? m。

滿足出入庫能力要求，因此，巷道數(shù)確定為3。巷道數(shù)還可根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況增加。

巷道數(shù)確定之后，計(jì)算巷道寬度，巷道寬度取決于所選堆垛機(jī)的外形寬度，而堆垛機(jī)的外形寬度又由周轉(zhuǎn)箱的實(shí)際寬度決定，因此，巷道寬度=堆垛機(jī)最大外形寬度+（150～200 mm）=1.6 m立體倉庫的排數(shù)取決于巷道數(shù)，一個巷道對應(yīng)了兩排，因此，設(shè)計(jì)的立體倉庫排數(shù)為6排。

（4）倉庫總體尺寸的確定。綜上所述，根據(jù)所設(shè)計(jì)的貨格尺寸和貨架尺寸計(jì)算得出倉庫總體尺寸：

設(shè)計(jì)完成后，匯總立體倉庫數(shù)據(jù)，結(jié)果見表3。

表3 立體倉庫設(shè)計(jì)參數(shù)

3 效益評估

通過引入管理信息系統(tǒng)優(yōu)化出入庫流程，出錯率降低；對倉儲車間的重新布局則縮短了搬運(yùn)距離，減少搬運(yùn)浪費(fèi)；設(shè)計(jì)自動化立體倉庫以達(dá)到所規(guī)定的出入庫頻率，準(zhǔn)時供貨。

將已設(shè)計(jì)的的倉儲車間評價項(xiàng)目及指標(biāo)重新在車間內(nèi)部進(jìn)行調(diào)研，并回收問卷，較改善前的倉儲效率綜合得分79.04分，改善后的得分83.212分優(yōu)于改善前，改善可行。