基于SLP和SHA的林產品倉儲布局優化

張永強，李星圓，趙塵

(1.南京林業大學汽車與交通工程學院，南京 210037；2.南京林業大學土木工程學院，南京 210037)

由于林產品的屬性獨特，行業內對于產品的標準沒有制定統一的要求，因此各種林產品在標準化方面有著缺陷，造成林產品在質量和規格方面不能以規范化的標準適應流通和市場交易的需要，因而導致了林產品在物流供應鏈成本上的增加。

倉儲作為林產品供應鏈中重要的環節也越來越受到物流企業的重視，林產品原料公司開始采取科學合理的倉儲庫存布局設計，充分利用資源，以提高林產品供應鏈效率。

陳誠等[1]從整體角度出發，就林產品物流供應鏈系統進行分析與展望；宋李玉[2]主要就林產品配送功能模塊，用態勢分析法展開論述；而倉儲模塊，歷美岑等[3]也只是采利用Flexsim軟件對林產品倉儲中心進行仿真；孫孟丹等[4]針對配送中心倉庫布局的復雜性和產品多樣性的特點結合模糊綜合評價法，借助模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，從而對各種布局方式進行評判，求解倉庫布局的最優方案；陳榮等[5]針對倉儲區域的規劃問題，提出了基于ABC法和自適應混合遺傳算法的兩階段布局優化策略，并應用自適應混合遺傳算法進行求解；侯智等[6]利用社會網絡分析法和系統布置設計法(systematic layout planning, SLP)結合的方式建立倉儲布局優化的數學模型以提高倉儲布局的效率和效益。

綜上所述，目前我國對于林產品原料倉庫布局優化的理論研究較少。基于EIQ(entry item quantity)分析，SLP結合搬運系統分析法(system handling analysis, SHA)應用于倉儲布局的研究基本是空白。筆者以林產品倉儲布局為研究對象，采用優化后的SLP法結合SHA法對布局進行重新設計，并在EIQ分析基礎上，以搬運成本最低為目標比較多個方案，最終選擇最佳布置方案。

1 傳統倉庫布局的方法及存在問題

1.1 傳統倉庫布局的方法

依據分析公司所經營林產品原料的品種和貨物量等信息，確定倉庫的類型、面積大小以及平面布局等，再結合上述內容，確定倉庫運行所需要的人員和機械設備[7]，主要包括6個基本步驟[8]：

1)基礎資料的分析。

2)根據分析公司經營的主要原料產品特性和訂單變動趨勢來確定對應的物流功能區域。

3)對倉庫作業功能區域面積和倉庫作業區域能力進行規劃。一般指標如表1所示[9]。

4)根據倉庫物流作業流程設計動線。動線大致有6種基本形式：直線型、鋸齒型、雙直線型或S型、U型、分流型和集中型。

5)綜合物流相關性分析和活動相關性分析設計初始方案。倉庫布置大致有3種方法：動線布置法、活動相關性布置法、圖形構建法。

6)優化多種倉庫布局方案，選擇最優方案。

表1 倉庫生產區建筑面積的一般指標Table 1 General index of building area of warehouse production area

1.2 傳統倉庫存在的問題

傳統倉庫布局有以下3點問題：1)以定性方法為主；2)是一種靜態的布局方法；3)缺少對不合理布局的預知能力。

2 系統布置設計(SLP)

2.1 系統布置設計的步驟

SLP即系統設施布置方法是一種常用的設施規劃方法。SLP主要思想[10]是依據各作業單位間相互關系和密切程度形成功能區位置關系圖，再依據各作業單位實際占地面積與功能區位置關系圖形成倉庫功能區面積相關圖。通過對多個有效布置方案進行評價和調整，最后得到最優布置方案(圖1)。

圖1 SLP的程序Fig. 1 SLP program

2.2 SLP存在的問題

假如將傳統SLP不加改進運用于倉儲庫存布置設計中，可能會出現以下問題：1)缺少物流戰略規劃；2)缺少動態規劃；3)缺少物料搬運分析過程。

3 系統布置設計法的改進

針對傳統SLP法缺少物流戰略規劃、物料搬運分析過程兩方面作出改進[11]。

3.1 SLP和EIQ基本要素分析結合

EIQ分析法主要是對E、I、Q等關鍵物流要素進行分析，再結合ABC分析法進一步研究，從而解決物流戰略規劃問題，有利于倉庫的合理規劃。

3.2 SLP和SHA結合

倉儲必然涉及物料搬運，因此將物料搬運系統設計方法SHA與SLP結合[12]，才能設計出比較合理的倉儲布局方案。

4 C公司倉庫布局問題案例分析

4.1 C公司林產品原料供應倉庫的基本情況

C公司是一家提供林產品原料供應的物流一體化大型服務商，本研究以C公司旗下木質人造板供應倉庫為對象。目前倉庫布局及規模大小已經不能適應公司的業務量增長，因此C公司打算建造一個新倉庫來迎合市場發展，目前C公司部分出庫單見表2。

表2 C公司倉庫出庫單(部分)Table 2 Company C warehouse receipt (part)

將上述訂單數據整理成EIQ統計表，形成C公司倉庫訂單材料的統計表，如表3所示。

表3 C公司訂單資料的EIQ統計表Table 3 EIQ statistical table of company C order data

4.2 倉庫基本要素分析

對C公司倉庫訂單原料進行EQ分析，結果見圖2。將EQ分析結合ABC分類[13]可得：出貨量大于400箱屬于特大訂單，倉庫需要重點管理；出貨量在100～400箱屬于較大訂單，劃分為B，一般揀貨作業基本上可以滿足；出貨量低于100箱如E21、E23歸為C類訂單可以共同揀選，節約時間。將C公司倉庫訂單材料進行IQ分析，結果見圖3。

從IQ分析可以看出，C公司倉庫產品出貨量分布趨于兩極分化，使用ABC分類做進一步管理，制成ABC分類統計表，結果見表4。

圖2 EQ分析Fig. 2 EQ analysis

圖3 IQ分析Fig. 3 IQ analysis

表4 ABC分類統計Table 4 ABC classification statistics

IQ分析可知，貨物出貨數量在200箱以上的品項僅有9種，所占比例是21.43%，占總出貨量的比重為60.19%，因此要對這9種品項進行重點管理。

對訂單資料進行IK分析如圖4所示。

結合IQ和IK分析可知，出貨量大小和出貨次數存在一定的聯系。

圖4 IK分析Fig. 4 IK analysis

通過訂單材料分析，目標客戶J和X平均每個季度的貨物需求量比較固定，預計倉庫存儲區域物流量目標客戶J出貨數量5 222箱，目標客戶X出貨數量3 223箱。

4.3 倉庫功能區綜合關系分析

物流關系和非物流關系是影響各功能區遠近關系的主要要素。根據原倉庫EIQ-ABC分析和表3制成從至表，如表5所示。

倉庫內同時存在與業務活動沒有關系的功能區域，對這些區域進行活動相關性分析[14]。用評級理由確定作業單位密切程度的主要影響因素，結果見表6。

表5 C公司倉庫內作業單位物流量從至表Table 5 Logistics volume of operation unit in warehouse of company C from to

表6 評級理由Table 6 Rating reasons

確定倉庫作業單位物流相關圖如圖5所示，該圖直觀地反映了所有功能區域的關系。根據表4、表5確定非物流相關圖如圖6所示。

將物流關系和非物流關系結合時，需要確定這2種關系的相對重要性。綜上，C公司倉庫布局優化中，物流關系和非物流關系一樣重要。因此，倉庫功能區間綜合相互關系見公式(1)[15]：

TRij=mMRij+nNRij

(1)

式中：TRij表示作業單位對i、j之間的綜合作用關系；MRij表示i、j功能區間的物流關系的密切程度；NRij表示i、j功能區間的非物流關系密切程度；m∶n表示物流關系與非物流關系的比較程度，且m∶n=1∶1；綜合得出相關圖見圖7。

圖6 倉庫作業單位非物流相關圖Fig. 6 Non logistics related diagram of warehouse operation unit

圖7 倉庫作業單位綜合相關圖Fig. 7 Warehouse operation unit comprehensive related diagram

4.4 倉庫功能區位置相關圖

一般倉庫平面布置方法常用的是線型圖法和關系表法[16]。關系表法的邏輯條理較強，容易得到較好的布置結果，故本研究采用此法。采用關系表法得出倉庫功能區初始位置布置圖：首先根據圖8得到倉庫作業單位綜合相關圖，然后據此繪制出關系工作表見表7。

圖8 無面積拼塊圖Fig. 8 Block diagram without area

表7 關系工作表Table 7 Relationship worksheet

目前不考慮各功能區的現實占地面積，統一將各作業單位做成大小一致的方塊。每一個拼塊上，將作業單位代號用筆寫在中間，名稱接著代號后面，格式如“X=？”寫在代號下面；4個角分別對應寫上A、E、I、O級，U級關系暫不考慮，結果如圖8所示。

擺放規則：在擺放過程中，首先尋找A級。假如出現幾個A級的數量一致，再去比較E級的數量，然后將拼塊放在正中央位置。

接著觀察左上角的A和右上角的E。要做到：A級關系要邊靠邊，E級關系至少角靠角，X級關系不能靠邊也不能靠角。

然后給多個方案評級。其方法是：如果A級沒有靠邊，扣2分；X級的邊靠邊也扣2分；A級只角靠角，扣1分；X級角靠角，E級沒有角靠角也扣1分。最后選出較優布局方案，結果見圖9。

圖9 倉庫無面積拼塊初始布置方案Fig. 9 Initial layout plan of warehouse without area

4.5 倉庫功能區面積相關圖

通過實地調研可知C公司倉庫各作業單位面積，結合圖9可得出各作業單位的面積需求，結果見表8。

通過計算，各作業單位總需求面積為1 248 m2，圓整為1 500 m2，按長寬比3∶5得到長寬尺寸。以25m2為基本單元格，共60個單元格。在60個格子上分布各作業單位形成了面積塊狀布置，根據實際需求面積和其他因素限制，對所需面積進行適當調整，并結合搬運動線優化后得到2種方案(圖10)。

表8 各作業單位的面積需求Table 8 Area demand of each operation unit

圖10 SLP規劃方案Fig. 10 SLP planning scheme

方案一中將倉庫分為10個功能區域，與原倉庫布局圖相比，新建倉庫的改進一是依據訂單資料將貨物量較大的產品分為A、B、C區，進行高架存儲，取代以往任意產品都可以擺放高架區的現象，解決了人員和貨物分流的安全問題；改進二是設置專門的包裝區，解決了以往在地推區進行包裝加工的環節，而且包裝區靠近出貨區，加工后的產品可以直接進行出庫處理，提高了包裝作業效率；改進三是根據貨物量的大小重新調整了目標客戶產品的位置，滿足未來需求量。

方案二與方案一比較有兩點區別，一是出入庫位置沒有改動；二是貨物存儲區兩兩之間的距離比較擴散，不如方案一緊湊，不便于揀選作業的進行。因此，總體來說方案一更優。

4.6 SLP布局優化方案評價和選擇

假設倉庫總面積為S，共有n個功能區，倉庫內有任意兩個功能區i和j，面積分別是Si和Sj，功能區i的邊長為ai和bi，功能區j的邊長為aj和bj，功能區之間的間隔為功能區中心間的直線距離。如果在布置方案x下，功能區i到功能區j之間的距離為dij(x)，物流量為fij(x)，單位搬運費用為Cij(x)。設搬運工具費用為I=1,2,…,n，單位小時人工費用是m，人工搬運效率為Pij(x)。那么方案x下的物流搬運單位費用率為：

(2)

目標優化函數公式如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

Xi=xi+ai/2,Yi=yi+bi/2

(7)

xi+ai≤a,yi+bi≤b

(8)

式中：xi和yi為功能區起始點對應X、Y軸的坐標；Xi和Yi為功能區i的中心點在X、Y軸對應的坐標。

對于C倉庫的基本費用情況和倉庫各個功能區流程之間流轉的工作效率見表9和表10。

表9 倉庫費用明細Table 9 Warehouse expense details

表10 倉庫工作效率Table 10 Warehouse efficiency

代入公式計算得出：方案一的單位搬運成本為C(F1)=100 268元；方案二的單位搬運成本為C(F2)=108 466元。對比方案一、二的單位搬運成本，選擇方案一最為優化方案。

5 結 論

本研究采用優化后的SLP法，以林產品倉儲布局為對象，結合SHA法對林產品倉儲布局進行重新設計，在EIQ數據分析基礎上，提出了新的林產品倉儲布局方案。

本研究將傳統工業布局方法SLP優化后，結合SHA法提出了一種針對林產品倉儲布局的新方案。該方案構建了高效的林產品倉儲布局系統，提升了林產企業經濟效益和市場競爭力，有利于我國林業產業可持續發展。