配送中心分區揀貨系統規劃與管理發展面面觀

引言

訂單揀選作業做為倉庫勞動密集性程度最高的一項活動，由訂單揀選活動引起的占倉庫中發生的所有費用63%，而且，倉儲作業中的多數錯誤也是操作員在執行訂單揀選作業時犯的，此外，訂單揀選活動正變得越來越難管理，主要是由于快速反應、微觀營銷、消減流通時間等原因，要求我們更頻繁更準確地為倉庫的顧客運送更小額的訂單貨物，將更多的存貨單位納入揀貨系統。隨著商品流通量急劇增加，新的貿易形式的出現，競爭的壓力和追求高額利潤的動力迫使廠商不斷尋求降低自己的物流成本。人們開始關注于改善產品及客戶服務質量，這迫使倉儲企業管理者們從減少產品損壞，減少作業時間及進一步提高訂單揀選準確性的角度出發來重新審視訂單揀選活動，在客戶要貨時盡快讓貨品配送出去，揀貨速度直接影響到服務質量。

高度機械化的倉儲作業方式，如自動分揀機、RFID系統、EDI系統、物流信息管理系統等在大型配送中心中得到越來越多的應用，但針對國內大多中小倉儲企業，高度機械化水平往往產生一個低水平的倉儲績效，主要是因為過度復雜的機械化而經過培訓的員工的缺乏、不明智的試驗方法、帶有偏見的決策、不合理的財物和理性分析，以及缺乏靈活性的管理都會使系統變的更加復雜，倉儲水平降低。面對國內企業的現狀，可以通過其他方法來提高揀選工作的效率，同時又不增加員工人數，也不需要投資于更加自動化的設備而增加設備成本。

一、分區揀選

人們在設計訂單揀選系統時所要做的第一個決策就是決定是否需要將揀選員分配到各個揀選區域，以便管理訂單揀選活動。

所謂分區就是將操作員分配到各個揀選區，即分配走廊的一部分或某個機械裝置給操作員進行訂單揀選作業的區域(Speaker(1975))。這種揀選方式最突出的特點是，一個操作員被指派到某個區域，而其他操作員都不再那個工作區域工作。在訂單揀選作業當中，意味著操作員并不負責完成一個訂單的揀選任務，一個訂單上的所有貨品是從不同區域揀選出來的，因此這些貨品是由不同的訂單揀選員揀選出來。

揀選員被分配到指定的工作區域后，他們會越來越熟悉自己所負責區域里的產品及其位置，這種對貨品的熟悉可以提高訂單揀選作業的效率和準確性。其次，由于同一時間一條走廊里不會超過一個操作員，所以擁擠的程度被減小到最小。同時，采用分區揀選作業方式后，操作人員在揀選過程中很少或是幾乎沒有機會與其他人進行過多的聊天交流活動。雖然某些交流活動是健康的，但分區揀選有利于對之進行控制和監管。

根據各區揀貨時間并發與否，常見的分區作業方式可分為串行分區(Progressive zoning)和并行分區(Parallel or Synchronized zoning)(Tompkins et al.，2003)。其中，串行分區指所有貨品是逐步揀選的，揀貨員負責揀選完所負責區的貨品后將裝物品的容器(箱或托盤)移進入下分區或交給下一個分區接著揀選，就像接力賽跑一樣，一棒傳一棒。在此系統中，經常出現某分區揀貨員回到和前一分區的交接點時，沒有前一分區已經完成的訂單，由于不能越過交接點去幫助前一分區那位忙碌的揀貨員，只得無奈的等待，造成了時間的浪費，揀貨不能達到最高效率。動態分區(接力式分區)是串行分區的一種改進，訂單在此不作分割，揀貨員一區接一區的接力揀選，但分區大小不固定，以接力的方式來完成所有的分揀動作，消除了揀貨區的限制，避免了節點間的無奈等待。此方法是借鑒生產運作領域中美國佐治亞理工大學的John Bartholdi教授從螞蟻搬家的過程中得到靈感提出的螞蟻揀貨法(bucket brigade system)(Bartholdi 1993，Bartholdi et al. 1999，2006和Bartholdi and Eisenstein 1996，2005a，b等)。這種只包含一個訂單的揀選，可以大大提高顧客訂單響應速度，同時省去了分類作業的成本。但貨物量很少時，那么揀選一個貨物平均所需的往返步行時間就相當多，降低了揀貨效率。

相反，并行分區配合訂單分割與分批策略，運用多組揀貨人員在短時間內共同完成訂單的揀選。揀選員在揀選一件產品的過程中，會在產品上貼上條碼標簽，然后將其放在一個大的手推車里面，或是放在位于揀選員行列旁邊的傳送帶上。手推車或是傳送帶上的貨物隨之將被送到一個分類系統處，該系統會按照顧客訂單的要求將貨物進行分類，可以是手工分類，也可采用自動分揀設備進行分類。即當一項訂單被分配給多個揀選員時，將這些訂單里的貨物重新整合在一起所付出的努力也極大地增加了。與分區揀選所節約的揀選時間相比，我們還必須權衡由分區揀選所引起的分類工作的額外成本，如自動化分揀設備價格從幾十萬到上千萬不等，速度在6000件/小時以上，對國內相當一部分倉儲企業來講，需對目前最傳統的單據分揀、借助電子標簽等輔助設備分揀等的成本效益與采用自動化分揀系統的成本效益作權衡考量。

二、儲位優化

對倉庫所有的關鍵績效指標，如生產率、裝運的準確性、庫存的準確性、貨物從裝卸平臺到庫存位置所需的時間、倉庫訂單周轉時間、存儲密度和自動化水平都有直觀主要影響的另一因素是貨物的儲位優，即決定每件貨物的適當的存儲模式、為其在適當的存儲模式中選擇一個適當的安置空間、選擇一個適當的存儲位置。分區中的物品儲存安排是一個非常重要的問題，因為這樣不僅可以縮小揀選作業的時間和揀選提前期，還能平衡作業人員的工作負，達到有效管理的目的。

國外對這一問題的研究比較多，而國內仍處于起步階段，目前我國大多倉儲企業，只有不到15%的貨物能被正確地定位，造成這種現象的主要原因是無法獲取數據、無法獲取信息管理系統的資源，沒有用儲位優化作業方法，無法使儲位保持現狀等等。下面我們將介紹幾種常用的儲位優化方法。

1.計算儲位的數據指標

首先，我們需要根據某段時間內產品被需求的次數計算出產品的熱銷程度，根據每段時間內某種產品被出庫裝運的單位數量，該指標可以和貨物的單位體積、空間周轉率一起使用計算其周轉率，以便確定存儲模式已及位置安排。

其次，分析企業現有各種揀選作業模式中，揀選員的揀選率及揀選準確性、貨品存庫時間、凈投資成本、空間面積密度具以設計與經濟分析的參數。同時，要注意揀選密度，揀選密度最高的貨物應該存放在最易于接觸到的位置。

2.貨物歸類放入不同的存儲模式

依據倉庫的活動圖表分析，根據貨物對存儲溫度的要求(冷凍、冷藏貨場文)、貨物的易燃性及危險性將不同貨物歸入不同類的存儲環境。再根據訂單完成情況及倉儲活動圖表分析當中所顯示的需求相關性將貨物分入不同的訂單完成區域。最后，根據這些產品的空間周轉率、產品的熱銷性及揀選密度、系統投資額要求進行存儲模式的經濟行分析，為貨物確定成本最低的存儲模式。

三、訂單揀選活動排序及確定揀選路線

路徑優化問題是指對任一訂單需求，如何安排揀貨人員(或設備)揀選貨品的順序，使其完成揀貨任務時移動距離或消耗時間最短(Ratliff and Rosenthal (1983)，De Koster et al. (1998)，Roodbergen and De Koster (2001b)，Le-Duc and De Koster (2005a，b，2004a)等等)。不管在操作員移動式(托盤式貨架)還是在存貨移動式系統(旋轉貨架)里，事先排定揀選員訪問各個儲位的順序都可以極大地減少揀選員往返來回時間，并且能夠提高間或效率。常見的揀選路線有S形揀選路線、返回式揀選路線、最大間隔揀選路線等。一旦確定了訂單揀選活動的路線，活動區域的確定也就隨之明了了。

四、成本效益分析

如前所述，不同的分區揀選作業方式可能會帶來不同的分類系統，我們需要考慮分區揀選方式所能增加的收益(提高效率和降低擁擠度)足以彌補建立分類揀選系統所需的額外投資(Ashayeri(1985)，Meller(2003)Parikh，P.J.，Meller，R.D.(2007))。分區揀貨作業系統涉及的成本因素主要有揀貨區揀選人員的人力成本、揀選設備成本(如叉車、揀貨周轉箱等)、揀貨區設備成本(如傳送帶、貨架等)、任務不均衡帶來的機會成本、并行分區所需的分類系統設備成本、分類區分類作業人員的人力成本。這些因素間相互作用，共同影響著揀貨系統的成本、效益。如圖1所示，描述了揀貨作業過程中成本因果關系圖。各個因果鏈用正號或負號表示了影響作用的性質。正號表示箭頭指向的變量將隨著箭頭源的變量增加而增加，或減少而減少；負號表示標量間與此相反的關系。

圖1 揀貨作業過程中成本因果關系圖

在揀貨作業系統中，隨著揀貨作業量、訂單頻率的變化，揀貨作業成本也逐年發生變化，作業量和成本的變化又會引起利潤的變化，利潤可帶來倉儲企業業務項目的增加，供給與需求又決定了倉儲企業各年的實際訂單量和訂單頻率，如此循環，構成了一個動態的反饋結構。在此，由于兩類作業系統(并行分區揀選作業和動態分區揀選作業)之間的區別主要在，勞動力資源、空間資源、系統資源(物料搬運系統、分類系統以及信息處理系統等)，我們可以把三項主要倉儲資源的成本價總起來，從而可以很容易地計算出倉儲成本，選擇適合自己企業的揀選策略。

五、結論

隨著商品流通量急劇增加，新的貿易形式的出現，競爭的壓力和追求高額利潤的動力迫使廠商不斷尋求降低自己的物流成本。人們開始關注于改善產品及客戶服務質量，這迫使管理者們從減少產品損壞，減少作業時間及進一步提高訂單揀選準確性的角度出發來重新審視訂單揀選活動，在客戶要貨時盡快讓貨品配送出去，揀貨速度直接影響到服務質量。分區揀選系統所帶來的揀貨效率的提高，得到越來越多的重視，本文分析了各種分區揀選系統的優缺點，各種優化揀選作業的方法，如(1)平衡分區揀貨員之間的工作量。減少因任務不均衡造成的部分揀貨員忙，部分揀貨員空閑，導致任務完成時間滯后的現象。或者在動態分區揀選系統中，減少“追尾”現象的發生，提高系統運行效率；(2)在揀貨策略的選擇上，可采取訂單分割與不分割等不同的策略，對于分割后的訂單，在貨物出庫前必須將被分解的訂單合并成一個完整的訂單。考慮不同的系統配置，分析了系統的成本因素；(3)在人工進行多任務揀選以及從保管儲區到揀貨區的補貨時，考慮路徑的優化問題。我們在設計揀選系統時要保證：客戶要貨時能否盡快讓貨品“出得去”，其直接影響到服務質量，即滿足客戶要求、降低成本；能滿足一段時間內的業務發展，也就是規劃性；以及考慮是否能實現整體的成本——費率逐漸下降。

(作者單位：暨南大學管理學院)