基于改進型SLP法的倉儲中心布局優化研究

鄭婉婷，王珍珍

(福建師范大學 經濟學院，福建 福州，350007)

作為供應鏈的重要組成部分，倉儲是連接生產制造和銷售服務的關鍵橋梁，高效的倉儲運營模式不僅能夠有效降低運營成本，還能及時響應客戶需求。倉儲效率受到多方面因素的影響，其中倉儲布局規劃起到很大的影響作用。例如在D食品公司的倉儲中心內，因平面布局不科學、功能區劃分不合理等問題，導致倉儲中心內部物流動線交錯，影響倉儲中心的集中管理及資源的整合，隨著企業規模的不斷擴大，原有的倉儲中心已經無法滿足D公司當下的物流需求。美國學者Richard Muther提出的系統布局設計法(Systematic Layout Planning，簡稱SLP)是解決倉儲布局優化問題的傳統方法[1]。由于SLP法在實際操作中受限，在其發展過程中被不斷優化，本文擬在已有SLP方法的基礎上，保留其關系量化和系統分析的核心內容、特點，針對其存在的弊端進行改進，提出一套更為完善的布局方法。

一、文獻綜述

SLP法在倉儲布局優化領域的運用較為廣泛，李偉[2]等采用SLP法對福州市某一地鐵施工場地進行布局優化；張祖荻[3]等運用SLP法對H電商公司的倉庫進行布局優化；張永強[4]等采用優化后的SLP法并結合SHA法對某林產品原料供應倉庫的倉儲布局進行重新布局。這些學者較為單一地運用SLP方法，但該方法更多地依賴于經驗和直覺的定性分析，主觀判斷因素過多，缺乏科學性及客觀性。

一部分學者將數學算法及模型運用到布局優化問題中，減少了主觀判斷的因素。艾云平[5]等建立了彈藥倉庫布局優化的數學模型，運用遺傳算法分析彈藥倉庫的布局，為解決彈藥倉庫布局優化問題提供了新思路；曹霞[6]等采用改進克隆選擇算法克服現有倉儲布局優化策略中存在的諸多缺陷；戴波[7]等提出了符合危化品垛位布局優化問題的離散粒子群算法，優化了通道和垛位的位置布局，有效提高了貨物堆垛的倉儲利用率。但布局優化問題往往涉及到較多的影響因素，僅采用數學模型求解難以全面考慮到所有的影響因素。還有一些學者將定性方法和定量方法結合起來，發揮雙方的優勢部分，取長補短，在保證科學性和客觀性的同時又能考慮到盡可能多的影響因素，確保準確性。孫昕[8]等采用SLP法和改進粒子群算法為解決產品布局優化問題提供了新途徑；鄧兵[9]等將SLP法和遺傳算法相結合實現了對車間設備布局的優化；趙敬源[10]等引入馬爾科夫鏈改進SLP法并在某物流園中進行驗證。

綜上所述，在研究倉儲中心布局問題中，SLP法的運用較為廣泛，并且學者們在研究時往往會改進SLP法，增加更多定量分析的部分，但較少從貨物的出入庫規律上考慮倉儲布局優化。貨物的出入庫特征是影響倉儲中心運營效率的重要因素，因此，本文擬在考慮客戶訂單數據規律的基礎上，采用改進型的SLP布局法對倉儲中心的布局實施優化。

二、改進型SLP法模型構建

(一)改進型SLP法基本思想

傳統倉儲中心布局優化的方法有擺樣法、數學模型法、圖解法以及系統設計布局法(SLP法)，其中，SLP法通過分析各個不同的功能區之間的物流強度，包括物流相關性分析以及非物流相關性分析，來幫助確定各個功能區的具體位置，以達到倉儲中心功能區布局優化的目的。

本文在SLP的基礎上綜合考慮EIQ分析法和ABC分類法，提出改進型的SLP法。其中，EIQ分析法(訂單品項數量分析法)可為倉儲中心提供劃分依據，通過客戶訂單的貨物品項、訂貨數量及訂貨次數分析貨物的出庫特征；IQ分析確定貨物的庫存數量，可以作為貨物分類儲存的依據；IK分析確定貨物的出庫頻率，可用于儲位的劃分及位置分配。ABC分類法是倉儲管理中常用的分析方法，根據標準將貨物劃分為少數的重要物資(A類)、次重要物資(B類)以及一般物資(C類)，有助于壓縮庫存總量、減少庫存資金、優化庫存結構。在進行倉儲布局優化方案的評價選擇時，模糊綜合評價法根據模糊數學的隸屬度理論將定性評價轉化為定量評價，能較好地解決難以量化的問題。

(二)改進型SLP法實施流程

在倉儲中心的布局規劃中，需依據貨物的進出庫數量和頻率合理安排倉庫的位置及大小，以實現倉儲布局的合理化，提高倉容利用率。首先，以倉儲中心的歷史訂單為數據來源，分別對貨物品類的出庫量和出庫頻次進行IQ和IK分析，并在此基礎上進行IQ、IK交叉分析，明確不同品類貨物的出入庫特征及分布需求。接著，按照標準將貨物分為A、B、C三類，針對不同類別的貨品特征進行差別管理。其次，應用SLP法設計貨物間的聯系強度，根據量化值將強度等級分為A、E、I、O、U。通過從至表法判斷貨物量的流動比例，得到功能分區之間的物流相關性程度及非物流相關性程度，并按照一定比例計算得到綜合物流相關性程度，確定各功能分區之間的密切等級和貨物倉位布局的相對位置需求。最后，結合EIQ-ABC分析的結果，依據貨物的進出數量、頻率及相關密切程度進行合理的布局規劃，得到初步的備選方案。建立決策指標體系并確定各指標的權重，根據模糊綜合評價法的隸屬度對評價指標進行描述。建立模糊評價矩陣，運用模糊變化原理，對備選的優化方案進行綜合評判，確定最終的倉儲中心布局優化方案。

三、實例應用與分析

(一)D食品公司倉儲中心的布局現狀

D食品公司的倉儲中心內共有10大產品品類，其中I1、I2屬于飲料類；I3、I4屬于餅干類；I5、I6屬于薯片類；I7、I8、I9屬于糕點類；I10屬于冷凍類。該倉儲中心的面積規模為200m×150m，總面積共30 000m2，整體呈現為一個“I”型的倉儲中心。其大致的布局情況如圖1所示：

(二)D食品公司倉儲中心布局存在的問題

調研發現，D食品公司倉儲中心布局存在以下問題：在入庫區及出庫區，未對裝卸搬運區和暫時存放區進行區分，不利于作業效率的提升；儲存區倉庫分散在不同位置，不利于倉儲中心的整體管理和資源共享，貨物在出入庫過程中會出現路線迂回、動線交錯復雜的問題，降低作業效率，造成人力、物力的浪費；另外，各倉庫的大小沒有根據貨物量的出入庫情況進行區分安排，會造成有的倉庫面積浪費而有的倉庫面積不足的現象；在加工區未細分出分揀貨物和流通加工的區域，當貨物出庫量大時，會出現貨物擁擠混亂的現象，降低作業效率；除此之外，沒有專門的區域供機械設備停放，導致設備會因未被妥善保管和維護出現損壞，存在安全隱患。

根據D食品公司的業務情況和流程，決定將入庫暫存區細分為收貨站臺和暫存區兩部分，將集配加工區細分為分揀區和流通加工區兩部分，將出庫暫存區細分為發貨站臺和暫存區兩部分，并增加設備停放區。

(三)D食品公司倉儲中心布局優化

1.EIQ定量分析

采用D食品公司倉儲中心過去一個月的訂單信息作為初始數據來源，將所有品類的訂貨量和出庫頻次按照降序進行排序，在IQ、IK分析的基礎上進一步進行IQ、IK的交叉分析，結果如圖2所示。

圖2 IQ、IK交叉分析圖

根據IQ分析結果，可將貨物分為QA、QB和QC三類，QA包括兩項品類，占總品類數量的20%，出庫量占總出庫量的67%；QB包括三項品類，占總品類數量的30%，出庫量占總出庫量的21%；QC包括五項品類，占總品類數量的50%，出庫量占總出庫量的12%。根據IK分析結果，可將貨物分為KA、KB、KC三類，KA包括兩項品類，占總品類數量的20%，出庫頻次占總頻次的54%；KB包括三項品類，占總品類數量的30%，出庫頻次占總頻次的28%；KC包括五項品類，占總品類數量的50%，出庫頻次占總頻次的18%。

按照ABC分類法，A類貨物代表出庫頻繁且出貨量大的品類，B類貨物為出庫頻率高且出貨量大的品類，C類貨物屬于出庫頻率低且出貨量小的品類。所以根據圖2分析結果，將I1、I2劃分為A類貨物，I7、I8、I9劃分為B類貨物，I3、I4、I5、I6、I10劃分為C類貨物。根據貨物分類及其所屬倉庫可得，飲料庫為A類貨物倉庫，糕點庫為B類貨物倉庫，餅干庫、薯片庫、冷凍庫為C類貨物倉庫。因此，在五個倉庫的大小和位置分配中，飲料庫應該設置在距離入庫理貨區和出庫分揀區最近的區域，且倉庫面積最大；糕點庫應該設置在離進出庫較近的位置，面積大小適中；餅干庫、薯片庫和冷凍庫相對于A、B兩類貨物倉庫來說，可以設置在距離進出庫較遠的區域內，且面積可以適當縮小。

2.物流相關性分析

物流相關性的分析主要是根據倉儲中心的貨物量流動情況進行劃分，若兩個物流單位或部門之間的貨物量流動比例越高，它們之間的密切關系程度就越高。按照各個分區之間的聯系程度將其關系分為絕對重要物流強度、特別重要物流強度、重要物流強度、一般物流強度、可忽略物流強度五個等級，對應的物流關系比例為>50%、30%～50%、10%～30%、0%～10%，0，對應的量化值Mij和符號分別為4、3、2、1、0和A、E、I、O、U。緊接著，對倉儲中心內部的貨物量流向進行統計、分析及總結，得到倉儲中心內部的貨物量流動從至表(見表1)。其中：數字1至15分別表示入庫收貨站臺、入庫暫存區、理貨區、飲料庫、餅干庫、薯片庫、糕點庫、冷凍庫、分揀區、流通加工區、出庫暫存區、出庫發貨站臺、退貨區、設備停放區、辦公區。

表1 各功能分區貨物量流動從至表/%

根據各個功能分區之間的貨物量比例大小分別賦予其物流強度等級和量化值，得到的物流相關圖結果如圖3所示。

圖3 物流相關性分析圖

3.非物流相關性分析

各個功能分區之間非物流關系的密切程度按照作業流程是否連續、作業性質是否相似、工作聯系頻繁程度、是否便于管理等可分為絕對重要非物流強度、特別重要非物流強度、重要非物流強度、一般非物流強度、可忽略非物流強度等五個層次，對應的量化值Nij和符號分別為4、3、2、1、0和A、E、I、O、U。最終得到的非物流相關圖結果如圖4所示。

圖4 非物流相關性分析圖

4.綜合物流相關性分析

考慮了倉儲中心內各個功能分區之間的物流相關性和非物流相關性，并已得到初步結果，接下來對這兩種相關關系進行綜合考慮，按照Mij∶Nij=2∶1的比例得到綜合物流關系密切程度Cij，即：

Cij=2Mij+Nij

(1)

其中，Cij表示綜合物流關系密切程度，Mij表示物流關系密切程度，Nij表示非物流關系密切程度。將計算得出的結果分為絕對重要強度、特別重要強度、重要強度、一般強度、可忽略強度等五個等級，對應的量化值Cij和符號分別為9～12、6～9、3～6、0～3、0和A、E、I、O、U。根據計算的結果和綜合物流關系強度表，繪制出各功能分區之間的綜合關系圖，具體如圖5所示。

圖5 綜合物流相關性分析圖

5.面積優化設計

在進行具體的功能區域規劃之前，要對各個功能區的面積進行逐塊計算分析，公式如下：

(2)

其中，S為規劃后的各功能區面積，D為已經建成的倉儲中心內對應功能區的面積，Q為規劃后的各功能區貨物平均日處理量，Q′為已經建成的倉儲中心內對應功能區的貨物平均日處理量，K為倉儲中心利用系數。其中，倉儲中心利用系數K=存貨面積/總面積×100%≈65%，已經建成的倉儲中心內對應功能區的貨物平均日處理量以D食品公司近一年的訂單信息為依據計算得出，規劃后的各功能區貨物平均日處理量通過D食品公司一個月內的訂單信息計算得出，倉庫以外的功能分區面積可根據布局方案做適當調整。

(四)倉儲中心布局優化方案

以D食品公司倉儲中心的各功能區布局優化為基礎，從各個功能分區之間的綜合關系程度以及各個功能區所占的面積大小等兩方面進行整體的分析判斷，初步得出三個備選的方案。具體如圖6-8所示。

圖6 優化方案布局圖一/m

圖7 優化方案布局圖二/m

圖8 優化方案布局圖三/m

(五)優化方案擇優分析

1.模糊綜合評價法擇優

首先，根據相關專家的建議，建立D食品公司倉儲中心決策指標體系，并通過專家評價法得到各指標的權重。一級指標包括工作效率和可實施性，權重分別為0.6和0.4，在工作效率下的二級指標包括布局合理性和物流連續性，權重分別為0.5和0.5，在可實施性下的二級指標包括成本高低和管理便利，權重分別為0.65和0.35。

其次，對D食品公司倉儲中心布局優化方案中因素的模糊綜合評判。評判因素采用專家評價法，組織倉儲布局及物流方面的相關專家，對數據處理后得到各個因素的模型綜合評判，方案一、方案二、方案三在布局合理性、物流連續性、成本高低、管理便利等四個因素上的數值分別為0.76、0.93、0.64、0.75；0.83、0.89、0.72、0.75；0.81、0.76、0.74、0.75。

然后，根據多級模糊綜合評價的原理，對三個方案進行一級模糊綜合評價。

權重A1=[0.50 0.50]

權重A2=[0.65 0.35]

已知單因素評價矩陣Ri及權向量Ai,由Bi=Ai⊙Ri進行一級模糊綜合評價，求出一級模糊綜合評價值Bi(i=1,2,3,4)分別為：

B1=A1⊙R1=[0.845 0 0.860 0 0.785 0]

B2=A2⊙R2=[0.678 5 0.730 5 0.743 5]

最后，根據多級模糊綜合評價的原理，對三個方案進行二級模糊綜合評價。

權重A=[0.6 0.4]

二級模糊綜合評價的單因素評價矩陣應為一級模糊綜合評價矩陣R=[B1，B2]T，則：

B=A⊙R=[0.778 4 0.808 2 0.768 4]

由以上模糊綜合評判結果可知，三個優化備選方案中的候選順序為方案二、方案一、方案三，即若選擇一個優化方案，方案二為最優的備選方案。

2.優化方案分析

最終得出的優化方案沒有改變D食品公司倉儲中心原本的“I”型布局，在優化過程中無需大幅度變動出入口的位置，降低了優化成本，提高了優化方案的可行性。對入庫區和出庫區分別進行了細分，在預防貨物因堆積造成損壞、保障貨物安全的同時，有效地提高了作業效率。倉庫的集中便于整體管理及資源共享，提高效率、節省成本。優化后的倉庫大小和位置根據貨品的出入庫特征進行重新分配，提升了倉庫利用率。由于冷凍庫內的設施設備較為特殊，不易變動，優化方案未大幅變動冷凍庫的位置，降低優化成本，提高方案可行性。將加工區細分成分揀區和流通加工區，兩個區域各司其職，避免了貨物擁擠混雜的問題，節省作業勞動時間，提高作業效率。相較于初始的布局模式，優化后的布局方案中增添了設備停放區，設施設備和人員的安全都得到了保障。

四、結語

倉儲作業是現代物流體系中至關重要的一個環節，本文以D食品公司倉儲中心為例，基于改進型的SLP方法對倉儲中心的布局進行優化，所得出的方案能夠有效解決倉儲中心管理不便、物流動線迂回、作業效率低下等問題，大大降低倉儲中心的運營成本，提高作業效率。在未來的研究中可以運用虛擬現實技術如仿真模型工具對倉儲優化方案的適用性和可行性進行驗證，根據仿真的結果對優化方案不斷進行調整和改進，以求得到更具有科學性和操作性的布局方案，助力倉儲中心更好地運營。