基于改進SLP方法的冷鏈倉儲布局優化研究

馬麗 茅健

摘 ?要：文章針對冷鏈倉儲中心布局問題，提出了一種基于系統布置設計法（SLP方法）和遺傳算法（GA）相結合的方法對冷鏈倉儲布局進行優化，以倉儲中心各功能區總物流強度和物流搬運成本總和最小為優化目標的多目標函數模型，運用權重處理法將多目標函數模型轉換成單目標函數模型，并運用遺傳算法對模型進行定量分析求解，得出最優染色體。以浙江義烏某冷鏈倉儲中心布局搭建仿真環境，進行仿真實驗，得出優化結果，并將SLP-GA優化后的結果與原模型進行對比，利用層次分析法和模糊綜合評價法對方案進行評價，結果表明，園區物流效率與物流成本有了明顯改善。

關鍵詞：冷鏈倉儲中心;布局優化;優化SLP方法;遺傳算法

中圖分類號：F253 ? ?文獻標識碼：A

Abstract： For cold chain storage center layout problem， this paper puts forward a method based on the system arrangement design（SLP）and the combination of genetic algorithm（GA）method was carried out on the cold chain storage layout optimization， the total strength of logistics and logistics center on warehouse each function handling cost summation of multi-objective function model and objective function is minimum， the multi-objective function model by applying the method of weighting processing into a single objective function model and uses genetic algorithm to quantitative analysis of the model， it is concluded that the optimal chromosome. The simulation environment was set up for a cold chain warehouse center in Yiwu， Zhejiang province， and the simulation experiment was carried out to obtain the optimization results. The optimized results of SLP-GA were compared with the original model， and the scheme was evaluated by AHP and fuzzy comprehensive evaluation. The results showed that the logistics efficiency and cost of the park had been significantly improved.

Key words： cold chain storage center; layout optimization; optimize SLP method; genetic algorithm

0 ?引 ?言

近年來，人民的生活水平不斷提高，對新鮮果蔬的需求也逐步的提升，對冷鏈產品的需求量也大大增加，因此冷鏈近年來發展迅速，但是也產生了很多需要解決的問題：如何降低貨損率，如何保持新鮮度，如何減少企業成本等。新鮮果蔬從產地到客戶手上經歷了冷鏈運輸、冷鏈倉儲加工這一系列的過程，在冷鏈倉儲中經歷的時間最長，涉及到果蔬產品入庫、果蔬產品清洗、果蔬產品加工和果蔬產品配送這些環節，在冷鏈倉儲中貨損率也較高，所以提升冷鏈倉儲的效率尤為重要。對冷鏈倉儲效率影響較大的是冷鏈中心的布局。其中布局、作業流程、儲位分配的不合理性都是影響冷鏈倉儲效率的因素，這些都屬于倉儲布局優化的問題。針對倉儲布局優化的問題，國內外學者對此進行了深入的研究：蔡鑒明等[1]通過對SLP五要素進行分析，分析了各功能區之間的物流強度等級，并估算了各功能區面積，在此基礎上通過遺傳算法對SLP方法進行了改進，并用相關實例進行驗證;趙敬源等[2]通過引入馬爾科夫鏈方法于物流園區布局中，針對SLP算法無法進行定量分析這一缺點改進了SLP算法;關健[3]將SLP進行改進，增加了基于拉動式的分析方法EIQ，根據物流流動總成本和設施之間的關聯度最大建立多目標規劃模型，運用遺傳算法進行求解;劉濟楚[4]將SLP與SHA結合，運用層次分析法對非物流影響因素進行量化;Kundu[5]在布局優化中采用元啟發方法，分析了遺傳算法、模擬退火等優化算法應用到布局優化的優勢;Kyu-Yeul Lee[6]將遺傳算法進行了改進，用來解決布局的問題，利用圖論的Dijkstra算法計算設施之間的最短路徑;Taho Yang[7]探討了運用多屬性管理方法和模糊算法來解決布局問題;Parham Azimi[8]運用仿真優化技術，提出了一種新的帶有預算約束的動態設備布置問題的啟發式算法，將其運用到布局仿真中，通過實例驗證此算法在速度和精度上均優于以往的啟發式算法。

SLP是較為成熟的解決倉儲中心布局的方法，但SLP方法具有主觀性，依賴研究人員的經驗，所以需要與其他優化算法結合做定量分析。本文通過遺傳算法和SLP算法結合進行冷鏈倉儲布局優化研究。以浙江義烏某公司冷鏈物流倉儲中心為研究對象，找出倉儲中心布局中不足之處，并加以改進。

1 ?冷鏈倉儲中心功能區分析

1.1 ?冷鏈倉儲中心功能區劃分

冷鏈物流功能區用來處理果蔬的加工流通。我國倉儲中心很少是在冷藏的環境下卸貨的，在冷藏環境下卸貨不僅是保證產品的質量，更是一個預冷處理的環節，各公司應當令卸貨搬運區處于一個冷藏環境下。有些物流中心的卸貨區和暫存區在一個區間，易造成混亂。兩個功能區用一個工作平臺，很容易造成設備和工作人員的混亂，并且易造成貨物的丟失和混亂，并且加重加工和配貨前工作人員取件的工作量。所以各冷鏈倉儲中心應當將未加工和已加工的貨物分開區域單獨存放。功能區劃分如表1所示。

1.2 ?冷鏈倉儲中心功能區綜合相關度分析

冷鏈倉儲中心的路線圖如圖1所示。

根據作業路線圖可以得出冷鏈倉儲中心功能區間物流關系與非物流關系，進而得出綜合關系如表2所示。

1.3 ?功能區面積估算

根據分析的功能區綜合關系，結合貨運量數據和相關參考文獻，得出相應功能區所占總面積的百分比，功能區面積估算公式如下：

（1）存儲區面積

（1）

其中：G為冷庫存儲容量，kA;H為冷庫凈高度，m;γ為冷庫容積利用系數;θ為產品計算密度，kA/m3。

（2）暫存區面積、加工區面積

（2）

其中：k為高峰波動系數，η為需要進行流通加工所占貨物的比例，Q為存儲貨物總量，T為工作周期，u為單位面積貨物處理量，一般取值為1。

（3）其他區域的面積計算

冷鏈物流倉儲中心的主要功能區為物流作業與基地或其他交易區，其他區域可視為輔助性區域，可通過輔助指標來估算區域面積，公式如下：S=。式中：a為生產用地占總面積的比例系數;S為生產區面積，m2。由于輔助區域很難根據物流量進行計算，可查詢相關參考文件。

2 ?構建目標函數

SLP在實踐中受到較多的科研人員的主觀影響，得出的結果各有不同，需要進行改進。改進后的SLP分析流程圖如圖2所示。

為了更好地研究冷鏈倉儲布局優化問題，將做以下假設：冷鏈倉儲中心和各功能區形狀簡化成矩形;功能區布置時按從上到下，從左往右進行布置。簡化的數學模型如圖3所示。

圖中：L和W分別代表倉儲中心的長和寬。x和y表示功能區i在xy軸上的中心點坐標，l和w表示功能區的長度。

模型建立后，搭建多目標優化函數模型。首先滿足各功能區總物流強度最小：

3 ?實例驗證

浙江義烏某公司冷鏈物流倉儲中心占地面積約為55 000平方米。長度約為650米，寬度約為850米，單層結構，共有如前文分析的12個功能區。各個區的面積由前文的計算公式可以得出。遺傳算法相關參數取為：種群數量為300;交叉概率為0.8;變異概率為0.2;最大迭代次數為100次。運用MATLAB仿真，可以得出遺傳算法迭代圖如圖4所示。

由圖4可以得到，在55代左右，函數趨于穩定，得出最優解。得出的最佳染色體為3 8 10 4 2 6 5 9 7 1 11 12，記為方案1。

采用SLP單獨得出的方案記為方案2，排序為10 3 9 6 4 2 7 5 8 11 1 12。

進行方案的評價，將所得結果與原倉儲中心布局相比。本文運用層次分析法和模糊綜合評價法進行評價。具體流程圖及評價準則如圖5和圖6所示。

向冷鏈中心的工作人員發放30份問卷并全部回收，按上述流程得出的最后評分分別為：方案1，4.12分;方案2，3.25分;原方案，2.58分。

最后得出布局示意圖為圖7和圖8。

4 ?結 ?論

本文在滿足冷鏈倉儲中心加工任務的基礎上運用SLP方法和遺傳算法相結合的方法對冷鏈倉儲中心的布局進行優化。構建最小物流強度和最小物流搬運成本的多目標函數模型，運用增加權重的方法將多目標函數模型轉換為單目標函數模型，并進行仿真。仿真結果表明迭代次數在55代左右，目標函數趨于穩定，得出最佳染色體，從而得出各功能區相對位置。再根據面積估算公式計算出各功能區面積大小，從而得出具體的園區布局。優化后的布局降低了物流成本和貨損率。SLP是成熟的規劃布局問題的方法，但有不足，在實踐中依賴研究人員的經驗，所以需要與其他優化方法一起使用做定量分析，得出的結果更加客觀，物流效率更高。

參考文獻：

[1] 蔡鑒明，肖世斌. 生鮮冷鏈物流中心功能區布局研究[J]. 物流科技，2019，42（1）：20-26.

[2] 趙敬源，呂楠. 基于改進SLP法的物流園區布局[J]. 長安大學學報（自然科學版），2020，40（3）：100-108.

[3] 關健. 基于多目標規劃的物流中心設施布置設計的研究[D]. 成都：西南交通大學（碩士學位論文），2008.

[4] 劉濟楚. 基于SLP的倉庫功能區布置研究[D]. 長春：吉林大學（碩士學位論文），2013.

[5] ?Anirban Kundu， Pranab K Dan. Metaheuristic in facility layout problems： current trend and future direction[J]. Int. J. of Industrial and Systems Engineering， 2012，10（2）：238-253.

[6] ?Kyu-Yeul Lee， Seong-Nam Han， Myung-Il Roh. An improved genetic algorithm for facility layout problem having inner structure walls and passages[J]. Computers and Operations Research， 2003，32（4）：879-899.

[7] ?Taho Yang， Chih-Ching Hung. Multiple-attribute decision making methods for plant layout design problem[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing， 2007，23（1）：126-137.

[8] ?Parham Azimi， Hamid Reza Charmchi， Hing Kai Chan. A New Optimization via Simulation Approach for Dynamic Facility Layout Problem with Budget Constraints[EB/OL]. （2012）[2020-09-10]. https：//xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show？paperid=fc2146648b8cc749c82fea911798b7ab8site=sueshu_se.

[9] 葉玉玲，劉佳林，梁恒達，等. 基于改進SLP方法的鐵路物流中心布局規劃研究[J]. 華東交通大學學報，2020，37（3）：74-83.

收稿日期：2020-09-28

作者簡介：馬 ?麗（1997-），女，黑龍江哈爾濱人，上海工程技術大學機械與汽車工程學院碩士研究生，研究方向：冷鏈倉儲及其配送、機械制造及其自動化;茅 ?健（1972-），本文通訊作者，男，江蘇南通人，上海工程技術大學機械與汽車工程學院，教授，碩士生導師，研究方向：精密檢測與控制、裝備自動化、智能機器人、冷鏈。