基于可拓創(chuàng)新方法的云倉儲優(yōu)化策略研究

文/孫文卓 李凌峰 李元中

在云倉儲處于萌芽階段的背景下，為使倉儲環(huán)節(jié)更加高效，本文采用可拓創(chuàng)新方法對典型的單個倉庫模型進(jìn)行了分析，并提出了有利于倉儲高質(zhì)量發(fā)展的優(yōu)化策略。本文通過組件和相互作用分析建立了倉庫系統(tǒng)功能模型，以此找出了其中的不足功能。進(jìn)行根原因分析后建立基元模型，進(jìn)行問題求解，提出優(yōu)化策略組。并通過層次分析法比較了各策略優(yōu)度，為云倉儲高質(zhì)量發(fā)展提供建議。

1.引言

目前對于倉儲環(huán)節(jié)的優(yōu)化，國內(nèi)楊瑋等（2017）提出了利用Flexsim 建模縮短入庫時間[1]，肖華等（2017）通過建立自動化倉庫的數(shù)學(xué)模型，研究了自動化倉庫軌道規(guī)劃[2]。國外Martins（2013）研究了倉儲作業(yè)過程中作業(yè)時間與空閑時間變化大的問題[3]，GrosseEH等（2015）研究了貨位優(yōu)化中的建模問題[4]。已有的這些研究，對倉庫的入庫、揀選、貨位和作業(yè)流程優(yōu)化等方面進(jìn)行了研究，但未能提出形式化、程序化的分析方法，無法系統(tǒng)科學(xué)地對倉庫進(jìn)行模型研究，因此本文基于可拓創(chuàng)新方法對倉庫進(jìn)行了形式化、程序化的分析，對倉庫庫存的實時反應(yīng)以及預(yù)測問題進(jìn)行了研究。

2.可拓學(xué)理論概述

可拓學(xué)的研究對象是矛盾問題，基本理論是可拓論，方法體系是可拓創(chuàng)新方法，可拓論和可拓創(chuàng)新方法在各個領(lǐng)域的應(yīng)用稱為可拓工程[5]。可拓學(xué)為了解決矛盾問題，以其為研究對象創(chuàng)建了一套程序化的創(chuàng)新方法，幫助我們按照程序處理問題和矛盾，實現(xiàn)創(chuàng)新，是比較高效的創(chuàng)新方法。在可拓學(xué)中，建立了物元、事元、關(guān)系元（統(tǒng)稱為基元）來描述物、事和關(guān)系[6]。基元（B）作為邏輯細(xì)胞的基本表達(dá)式為B=（O，C，V）=

其中，O表示某對象(物、動作或關(guān)系)，而c1，c2，…，cn表示對象的n個特征，v1，v2，…，vn表示對象關(guān)于某個特征的相應(yīng)量值。可拓創(chuàng)新方法使用流程一般是先用形式化的方式表示矛盾問題，通過發(fā)散樹、相關(guān)網(wǎng)、蘊含系、分合鏈等拓展方法進(jìn)行拓展，再通過置換、增刪、擴縮、分解、復(fù)制等基本變換方法以及與、或、積、逆的4種基本運算，來獲得創(chuàng)新方案，最后通過優(yōu)度評價，獲取較優(yōu)方案。

3.倉庫系統(tǒng)功能模型的建立和分析

3.1 組件分析。倉庫是所要研究的工程系統(tǒng)。倉庫的系統(tǒng)組件可以分為裝卸設(shè)備、運輸設(shè)備、保管設(shè)備、計量設(shè)備、養(yǎng)護檢驗設(shè)備、通風(fēng)保暖設(shè)備、信息設(shè)備這七個部分，超系統(tǒng)組件為貨物，如表1所示。

表1 組件分析

3.2 相互作用分析。使用矩陣列表、對表1的系統(tǒng)組件和超系統(tǒng)組件進(jìn)行相互作用分析，并且用“+”來表示每兩個組件間存在作用關(guān)系，“-”來表示每兩個組件之間不存在作用關(guān)系。

3.3 功能模型建立。倉庫系統(tǒng)的主要目標(biāo)是超系統(tǒng)組件中的貨物，根據(jù)相互作用分析的結(jié)果表2，可以建立出功能模型圖，如圖1。由圖1可以得出三個比較明顯的問題，一是保管設(shè)備的信息上傳到信息設(shè)備的功能不足，二是計量設(shè)備的計量結(jié)果反饋到信息設(shè)備的功能不足，三是由信息設(shè)備調(diào)度貨物的功能不足。

表2 相互作用分析

3.4 模型分析。由功能模型中的四個不足功能，可以得出該倉庫在貨物的室外定位、盤點方面存在問題。倉庫在盤點環(huán)節(jié)使用紙質(zhì)文件完成信息記錄，由員工將相關(guān)信息手動上傳到信息系統(tǒng)，依靠過程效率低下且容易出現(xiàn)誤差；缺少室外定位系統(tǒng)，無法實時預(yù)測庫存變化。近年，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）技術(shù)發(fā)展迅速、比較成熟，已開始廣泛部署[7]。以這項技術(shù)為基礎(chǔ)的定位系統(tǒng)主要包括基站、LoRa傳感器，定位系統(tǒng)，定位算法。LoRa傳感器通信范圍長、功耗小、成本低、尺寸小[8]，定位精度主要受算法影響。以這項技術(shù)為基礎(chǔ)的定位系統(tǒng)很適合倉庫對貨物的室外定位。現(xiàn)對盤點和室外定位問題、建立事元模型A1、A2。

4.組策略分析

選取事元模型A1中A13，A2中A24作為關(guān)鍵事元進(jìn)行發(fā)散分析。該倉庫的盤點工作主要是由員工手動清點，記錄在紙質(zhì)文件上并上傳信息管理系統(tǒng)。其問題在于手動清點效率較低，且容易出現(xiàn)誤差。這一問題的解決有員工清點裝備的升級和貨物室內(nèi)定位的優(yōu)化兩方面的方案。清點裝備升級方案需要引入條形碼標(biāo)簽和對應(yīng)的手持掃描儀，將貨物信息存入對應(yīng)條形碼中，清點時只需要掃描對應(yīng)條形碼，掃描儀就能將掃描結(jié)果存入信息系統(tǒng)中。這一方案簡化了工作流程，解決了手動清點記錄效率低下，容易出錯的問題。優(yōu)勢是投入成本較小，劣勢是它只能獲取到某一時刻的庫存信息，無法實時精準(zhǔn)反映庫存。貨物室內(nèi)定位方案需要在庫內(nèi)布置若干RFID讀寫器和天線，每個讀寫器都對應(yīng)任意的貨架區(qū)域，當(dāng)帶有標(biāo)簽的貨物進(jìn)入讀寫器范圍時，它的信息就會被上傳到信息系統(tǒng)中。這一方案節(jié)省了人力，免去了頻繁的盤點工作，而且可以實時精準(zhǔn)反映庫存情況，但投入成本略高。

室外定位需要布置定位基站和定位設(shè)備，組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。它的主要問題在于定位精度，定位精度主要是受算法影響。目前對于室外定位有無相關(guān)距離的定位算法和基于距離的定位算法兩種。前者以APIT定位算法為例，它每次選取三個定位基站聯(lián)成三角形，通過基站接收到的信號強度變化判定定位設(shè)備是否在三角形內(nèi)，多次重復(fù)選取三角形和判定，最終判定其位置[9]。這一算法優(yōu)勢在于對設(shè)備要求較低，劣勢是精度不穩(wěn)定。后者以TDOA定位方法為例，它需要多個定位基站，接受來自定位設(shè)備的信號并據(jù)此計算距離，通過多個距離和對應(yīng)基站的位置計算出定位設(shè)備的位置[10]。這一算法優(yōu)勢在于精度較高，劣勢在于對設(shè)備要求較高，投入成本較高。A24=（室外定位，方式，定位算法）

對以上策略進(jìn)行組合，得到優(yōu)化策略。

策略Z1需要引入盤點工具掃描儀、選擇室外定位算法為APIT定位算法；Z2需要引入盤點工具掃描儀、選擇室外定位算法為TDOA定位算法；Z3需要引入以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的室內(nèi)定位系統(tǒng)、選擇室外定位算法為APIT定位算法；Z4需要引入以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的室內(nèi)定位系統(tǒng)、選擇室外定位算法為APIT定位算法。

5.策略評價

（1）確定衡量指標(biāo)。對組合得出的優(yōu)化策略，選擇定位精度C1，投入成本C2，盤點效果C3作為衡量指標(biāo)。（2）采用層次分析法（AHP），對方案進(jìn)行比較并得出其優(yōu)度。對于該倉庫的優(yōu)化，盤點效果重要性大于投入成本，而成本重要性比定位精度重要。故使用1-5比率標(biāo)度建立判別矩陣H，H=

用求和法求出權(quán)系數(shù)ai=（a1，a2，a3）=（0.1062，0.2605，0.6333）。

（3）計算各方案Zj的關(guān)聯(lián)度并進(jìn)行規(guī)范。使用1-5級標(biāo)度設(shè)置指標(biāo)C1、C2、C3的量級。建立關(guān)聯(lián)函數(shù)ki（Xi），Xi取很不好、不好、一般、好、很好時，ki（Xi）可以分別取1、2、3、4、5。

每個方案Zj的關(guān)聯(lián)度分別為

計算各指標(biāo)的規(guī)范關(guān)聯(lián)度

據(jù)此得出各方案Zj的規(guī)范關(guān)聯(lián)度為

計算得出 Z1、Z2、Z3、Z4的優(yōu)度分別為0.7042，0.6900，0.9100，0.8958。故以此評價的話方案Z3最優(yōu)，Z4優(yōu)度稍遜于Z3。Z3方案需要倉庫內(nèi)引入RFID定位系統(tǒng)，倉庫外基站定位算法采用以APIT定位算法為例的無關(guān)距離定位算法，是策略集中最有利于該倉庫的優(yōu)化方案。

6.結(jié)語

近年來、云倉儲這一運作模式逐漸興起，提高了物流效率、降低了物流成本。本文從實際出發(fā)，運用可拓學(xué)較為科學(xué)和全面地分析系統(tǒng)，發(fā)散問題，獲取策略集，并進(jìn)行優(yōu)度評價選取解決方案，為解決問題提供有效幫助。對于倉庫而言，短期內(nèi)有效地投入可以取得長期的高質(zhì)量發(fā)展和更大回報，機械化和信息化已是倉庫發(fā)展的長期趨勢。以此可以形成以創(chuàng)新驅(qū)動為動力的“云物流”高質(zhì)量發(fā)展。