（管理科学与工程专业论文）动态货位优化研究.pdf

摘要 当前企业都希望通过一个有效率以及能够快速响应的供应链管理系统， 加强自己所在的供应链的管理水平，提升自己的竞争力。作为供应链管理系 统的落实之处，物流中心发挥着巨大的作用。因此，提高物流中心的通过率， 加快其响应速度成为大家的共识。动态货位优化管理就是在这样的背景下提 出来的，对于提高物流中心的通过率、平衡操作者的工作量、缩短拣货距离、 提高空间利用率等起到巨大的作用。本文将首先对国内仓库管理情况进行分 析，分析进行动态货位优化管理给企业带来的竞争优势。接着根据存取物资 时能量最小的原则，提出了货位优化数学模型，分析动态货位优化中存在的 主要影响因素。其次，在优化模型的基础上，结合物流中心实践，提出动态 货位优化实用概念模型，探索解决现有存储模式存在的问题，提高物流中心 的通过率。文末在动态货位优化中引入了k p i 绩效管理，不仅使用k p i 绩效 管理的量化工具，而且将k p i 管理模式引入到动态货位优化中便于动态货位 优化的展丌。 关键词：动态货位优化k p i 管理物流中心拣选供应链管理 a b s t r a c t w i t ht h eh e l po fp o w e r f u la n dq u i c k f e e d b a c ks u p p l yc h a i n m a n a 旦e m e n ts y s t e m ，t h ee n t e r p r i s ec o u l dr e i n f o r c ei t sm a n a g e m e n t1 n t h es u p p l yc h a i na n da d v a n c et h ec o m p e t i t i o ni ni t sa r e a a so nen “g o ft h es u p p l yc h a i n ，t h ep h y s i c a l d i s t r i b u t i o nc e n t r ep l a y 8a n i m p o r t a n tr o l e a n dt h e c o m m o n s e n s ei st ob o o s tt h es p e e c ho f g o o d s - d e a l i n ga n dr e d u c et h e t i m eo ff e e d b a c k d y n a m i cs l o t t i n g o d t i m i z a t i o ni sp u tf o r w a r di n t h i se n v i r o n m e n t ，a n dh a si m p o r t a “t f u n c t i o ni nt h ei m p r o v e m e n to fg o o d s p a s s i n gr a t e ，t h eb a l a n 。o f w 。r k e rl o a d ，t h eu t i l i z a t i o no fw a r e h o u s es p a c e a tf i r s t ，w ek n o wt h a t t h ee n t e r p r i s ew i l lg e tt h ec o m p e t i t i o na d v a n t a g et h r o u g ht h ed y n a m i c s l o t t i n go p t i m i z a t i o n ，a f t e rt h es t e po f w a r e h o u s em a n a g e m 。“tl s i n v e s t i g a t e t h es e c o n d ，a c c o r d i n gt ot h e r u l eo fl e a s te n e r g yf o r o d e r a t i o n ， w eb r i n gf o r w a r dt h em o d u l eo ft h ed y n a m i cs l o t t i n g o d t i m i z a t i o n ，a n da n a l y z et h ec h i e ff a c t o r s i ns l o t t i n g t h et h i r d ， t h em e a n so fs l o t t i n gi sp u tf o r w a r do nt h eb a s eo fs l o t t i n g m o d u l e a n da c t u a lc a s e ：i tc o u l dr e s o l v et h ep r o b l e mi nw a r e h o u s es t o r a g e a n d b o o s tt h eg o o d s p a s s i n gr a t e a t l a s t k p im a n a g e m e n t1 si n t r o d “c 。d f o rs l o t t i n gn o to n l yi t sat o o l t om e a s u r et h ep e r f o r “8 “。o t s l o t t i n g ，b u ti t sm o d eo fm a n a g e m e n ti su s e di nt h ed e v e l o p m e n t o f t h ed y n a m i cs l o t t i n go p t i m i z a t i o n k e yw o r d ：d y n a m i cs l o t t i n go p t i m i z a t i o n k p im a n a g e m e n t p h y s i c a ld i s t r i b u t i o nc e n t r e s u p p l yc h a i nm a n a g e m e “t i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确地说明并表示了谢意。 签名：啦日期：巫山j 3 关于论文使用授权的说明 本人完全了解学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容， 可以采用其他复制手段保存论文。 签名：导师签名日期：乏! 型：兰：m 第1 章绪论 1 1 前言 传统的仓储作业管理常常不考虑商品动态变化和客户需求变化，袭用多 年习惯和经验来放置物品，这样的货品布局造成流程速度慢、效率低以及空 间利用不足。然而，现代物流尤其是在供应链管理模式下的新目标已经转向： 适应市场的变化，根据不同时期货物的需求品种、需求数量和需求频率的变 化进行动态货位调整，最大化拣货效率以及最小化拣货成本，加快整个供应 链的反应速度，减少定单履行时间，提供更快捷，更周到的服务，满足消费 者及顾客的需求变化，提高企业在市场中的竞争力。特别是b u i l dt oo l d e l - ( b t o ) 及c o n f i g u r et oo r d e r ( c t o ) 的供应链管理模式被广泛的运用在不 同的产业中，把供应链管理提升到一个新的层次，各个企业都受到这股潮流 的冲击，无不希望透过一个有效率以及能够快速响应的供应链管理系统，加 强自己所在的供应链的管理水平，提升自己在整个行业或者供应链里的话语 权。 当前仓储管理已经成为整个供应链中必不可少的环节，尤其是供应链管 理系统的落实之处，向上与供应商挂钩，向下联系着我们的客户与终端消费 者，对v m i ( v e n d o rm a n a g e m e n ti n v e n t o r y ) 、b t o 、c t o 等影响重大，自身 的关键指标对整个系统的运行也有着重要的影响。作为体现仓储管理水平的 k p i ( 关键绩效指标) ，如拣选速度、拣选精度、库存周转、入库时问、定单 履行时间和存储密度等，都需要一定的措施来实施，纵观以前和现在的管理 发展情况，货位优化管理能够在此基础上通过逐步提升达到以上要求，因此 货位优化对仓库管理甚至整个供应链管理都有巨大的促进作用。在供应链管 理已经成为国际物流发展趋势的情况下，动态货位优化能够实地解决供应链 中的瓶颈问题，如客户需求端的变化难以预测，快速的变化带动整个供应链 体系的变动，从源头的设计、采购到制造端的生产、配送、及需求端的配销、 预测等造成的挑战。 1 2 国内仓库管理情况分析 在本文展开之前，首先给进行动态货位研究的仓库限定一个范围，我 们这里的仓库主要是指动态仓库，即类似于工厂，批发业，超市那样，事 先储存各类商品，然后根据客户的订单配货和送货的中心，就是我们称之 为的配送中心、流通中心或者物流中心。配送中心机能经历了从保管型向 配送中心型进而向通过型变化的历程，而且为了适应多品种、少批量、多 批次配送，降低库存以及及时配送的要求，从重视仓库保管向压缩备货时 间及提高顾客服务水平方向转化，将重心放在了如何改进进出库机能上。 仓储管理是检验一个企业管理能力和持续发展能力的重要指标。它对 于企业的长远发展具有重要的意义，但可惜的是，企业的仓库管理往往会 被人忽视，从事的人员素质普遍不高，操作水平落后，造成一些不必要的 损失和浪费。目前国内大多数企业仓库有以下几个特点： 1 场地不专业，仓库越便宜越好，许多仓库往往都选择在工厂的旧厂 房或是旧仓库，很少有愿意去租功能齐备的专业仓库。 2 功能不明确，仓库多功能合一，许多仓库同时也是公司的车库，有 的甚至还有员工住宿在里面，这必然会使得仓库的使用效率大打折扣。 3 商品管理不善，具体表现在：损耗商品多，且没有进行集中妥善存 放；块管理不清晰，产品未曾实现分区管理；货品叠放不规范，往往是货 箱上下不齐，导致最底层的箱子受压变形。 4 账目不清，货堆上看不到货品记录卡，仓库内的管理账目过于简单。 5 基础管理不到位，防盗、防火、防鼠、防潮措施不到位，很少考虑 货品质量安全问题。 在整个供应链中，承接进出库机能的仓库是一个很重要的中间周转环 节，也是成本构成的一部分。仓储管理水平和质量会直接关系到成本结构 和公司利润水平。因此，仓储或配送中心的物流战略，要考虑到以下4 点： 1 、建库的目的明确化：比如保障实现期待的交货期( 包括对付紧急要 货和日常配送) 。 2 、综合削减库存商品品种：包括商品政策的明确化、库存的集约化( 实 施品类管理) 。 2 3 、综合提高作业效率：包括提高单位时间及每个人的生产率、有效利 用空间、减少环节。 4 、改善环境：包括解决劳力的语言障碍、改善作业人员的工作环境、 有效利用劳动力( 如减少搬运次数) 。 可以看出，我们的物流中心或者配送中心谋求的不仅仅是简单的储存 保管，而是要构筑从接受订单到向消费者供货为止的攘个供应链系统。只 有通过优化措施，实施先进物流信息技术，进一步加强我们在物流中心环 节上的效率，才能提升整个系统的应对能力。 1 3 动态货位优化研究的意义 物流行业作为新型的行业，在诸多方面需要我们去改进。就配送中心 的货位管理、劳动力效率的改进所带来的成本优势，绝不亚于制造行业工 业工程的引入、劳动效率的大幅度提升，这对我们整个供应链的发展都有 着举足轻重的作用。当前的买方市场变幻莫测，消费者需求变化快，供应 链弹性加大，都给我们企业资金运作带来极大的困难，因此，在对外大力 宣传自己的同时，也要努力修炼内功，降低经营成本，提高管理水平，做 好自己的企业。 动态货位优化管理用来确定每一品种的恰当储存方式，并在恰当的储 存方式下的优化空间储位分配。动态货位优化管理综合考虑不同设备和货 架类型特征、货品分组、货位规划、人工成本内置等因素以实现最佳的货 位布局，能有效掌握商品市场的变化，将成本节约最大化。货位优化管理 能够为正在营运的配送中心挖掘效率和成本提供帮助，并为一个建设中的 配送中心或仓库提供营运前的关键管理准备。 据有关数据表明，通过有效的货位优化，在没有改变当前货物总量和 增加设备的前提下，拣选效率提高了5 0 ，工人行走距离减少5 5 ，生产 率提高了l o 一3 0 。可见，动态货位优化了降低我们企业的运营成本， 提升企业的竞争力，那它具体表现在哪些方面，我们通过表一来具体说明。 表一动态货位优化对比表 经过动态货位 项目正常运营改进手段 优化 黄金区域分配，产品相关性方便补 生产率一般高 货原则等 综合管理空间合理分配库位、搭配 空问利用率一般高 客器和货架类型 减少寻找时同，降低行走距离，合理 工人安全保障 低高 放置商品，降低拣选难度工作量大 量减少 无效走动的减少，货位高低的合适安 拣选效率低高 排 补货效率一般高 考虑到各个区域工作量需求，合理安 工作量的平衡 无 合理 排人员 关键指标的改善 商品搬运成本高低 客户服务水平 低 高 单位时问拣选量低高 拣选准确率一般 高 货损率高低 库存周转率低 高 工伤水平高低 1 4 国内在货位优化方面的研究概况 现代物流包含传统物流的全部功能，是把装卸搬运、运输、仓储、配 送等分散的活动归纳成一个系统，用系统的观念和系统工程一些基本理论、 基本方法，以求得系统的最优化。这些环节不是互不相关的，降低成本不 4 是说仓储降低仓储的，包装降低包装的，它是互相关联的，这些环节之间 是互相关联、互相依赖的子系统。要降低成本，追求它的成本最低，必须 从整体上进行优化。只有把这个系统观念导入以后，我们才能认为是物流 科学的产生。作为我们研究物流科学最重要的，就是要把握物流科学的本 质，它是一个系统的概念。只有产生了系统概念，才能用现代系统科学的 理论方法来研究解决所面临的管理问题、技术问题，并且通过一体化管理 和运作，提高了运行效率，降低了运营成本。中国引入物流学科时间不长， 民间认识水平不高，都还停留在运输仓储低层次基础上，专业化的物流企 业规模不大，水准不高，物流行业有待进一步的完善。这就是一个挑战， 也是一个机遇，能够为我们成长中的第三方物流企业提供广泛空间。 据中国仓储协会的一项调查数据显示，在未来两年内，将有4 5 的企 业选择新的物流商，其中7 5 的企业将选择新型的物流企业，而不是传统的 仓储运输企业。第三方物流企业是传统物流企业转型的方向。第三方物流 是由物品供方和需方以外的“第三者”提供物流服务的业务模式。目前， 在美国现代物流服务的5 8 是由第三方物流企业提供；在欧洲，这一比例达 到近8 0 ，并且还在上升。目前国内的第三方物流市场的发展空间很大，据 中国仓储协会1 9 9 9 年一2 0 0 1 年对物流市场供求状况进行的三次抽样调查结 果显示，在生产企业成品销售物流中，第三方物流所占的比重分别是9 1 、 1 6 1 和2 1 ，呈明显上升势头。而整个物流市场还相当分散，企业规模小， 尚没有一家企业在全国范围内拥有超过2 的市场份额。 因此，对第三方物流的要求就是要快速、快捷、准确，即所谓的五个 合适，即在合适的时间，合适的地点，将合适数量的合适质量的产品送达 合适的顾客手中。作为第三方物流的配送中心，承担着极其重要的任务， 这是整个物流运营的中心，牵涉到进、存、销、货物的保存、帐务的管理， 当然也是整个流程的成本中心，消减成本就要从这里下手。采用有效的流 程，利用合适的设备，加入人类功效学研究等，节约人力、物力和设备投 资等就是关键。 传统仓储作业管理，由于沿袭多年习惯和经验来放置物品，常常把货 品放在货品到达时最近的可用空间，而不考虑商品动态变化和客户需求变 5 化，造成业务流程速度慢、效率低以及空间利用不足。然而，与生产率、 运送精度、库存周转、入库时间、定单履行时间和存储密度等仓库关键业 绩指标紧密关联的货位优化管理，通过对不同设备和货架类型特征、货品 分组、货位规划、人工成本内置等多因素的分析，可以得出最佳的货位布 局，确定每一品种的恰当储存方式和空间储位分配，从而不仅能够有效地 规避传统仓储作业管理的弊端，同时能为营运中的仓库挖掘效率，实现成 本节约最大化。 货位优化管理的作用，使得国外物流软件公司推测了一些货位优化管 理软件。根据是否与仓库管理系统绑定，可以将其分成两类：货位优化软 件与仓库管理系统绑定或货位优化软件与仓库管理系统分离，其中后一类， 一般专门为小到中规模的仓库而设计。各公司推出的货位优化软件特点各 不相同，但都是经过先进的运算法则，并为物流中心推荐最佳的货品位置， 实现货位优化的目标。 货位优化系统软件，作为物流优化系统中的一部分，在国外已经有不 同的物流管理公司陆续推出，但在国内还处于初步发展阶段。由于很少的 仓库管理系统( 删s ) 和计算机系统能够支持货位优化管理，当前国内大约 8 0 的配送中心或仓库不能够进行正确的货位优化。究其原因主要在于基础 数据不足，m i s 资源尚不能支持，没有正确的货位优化软件和方法。目前国 内物流业的先行者已经看到了这一工作在提高管理和潜在利润挖掘上的作 用，为此正通过不懈的努力以缩小与世界水平的差距。 本论文就是希望通过对货位优化进行研究的基础上，结合仓库规划设 计、人类功效学、工业工程动作研究、系统工程学等内容，扩展为动态货 位优化，适应当前市场变化和多批次、小批量配送的需要，真正做到高效 率、低成本的运营，为国内货位优化研究做出一点理论贡献，借此推进中 国物流业的发展。 1 5 本课题研究的内容以及整体结构框架 本文的主要观点是对仓库货位进行研究的基础上，给出一定的理论模 型，并根据理论研究结果，结合仓库货位应用情况，开发出一种动态货位 6 优化方法模型，即虚一实货位耦合分配法模型，对我们的货位优化工作提 供一定的帮助。文末在考察仓库开展货位优化工作基础上，总结了一个简 单的货位优化开展步骤( 具体见附录一) ，给出具体的实施纲领。 在国内物流研究中，目前多侧重于物流的过程、功能方面，对物流绩 效评估的研究成果不多。而在欧美等发达国家，绩效评估和管理正逐步成 为企业管理的一项重要议程，其受重视程度早已超过了一般人的想象。物 流作为提高经济竞争力的重要因素，要想使其健康的发展，必须对物流企 业的计划、顾客服务、运输、存货等物流活动进行绩效评估与分析。对物 流续效进行评估与分析，才能够正确判断企业的实际经营水平，提高企业 的经营能力，进而增加企业的整体效益。本文在研究动态货位优化的同时， 即在建立优化模型和设计优化方法的基础上，结合绩效评估和管理，给出 动态货位优化的k p i 绩效管理，为我们的动态货位优化提供参照工具，便 于工作的进一步展开。同时，结合绩效管理模式，应用到我们的货位优化 管理中，为工作的进行提供一个有效参考模式。 7 第2 章货位规划相关基础理论 2 1 物流中心仓储配送理论 从功能角度来讲，配送几乎包括了所有的物流功能要素，是物流的一 个缩影或在某小范围中物流全部活动的体现。一般的配送集装卸、包装、 保管、运输于一身，通过这一系列活动完成将货物送达的目的。特殊的配 送则还要以加工活动为支撑，其包括的方面更广 配送中心是以组织配送性销售或供应，执行实物配送为主要职能的流 通型结点。在配送中心中为了能更好地做送货的编组准备，必然需要采取 零星集货、批量进货等种种资源搜集工作和对货物的分整、配备等工作， 因此，也具有集货中心、分货中心的职能。为了更有效地、更高水平的配 送，配送中心往往还有比较强的流通加工能力。此外，配送中心还必须执 行货物配备后的送达到户的使命，这是和分货中心只管分货不管运达的重 要不同之处。由此可见，如果说集货中心、分货中心、加工中心的职能还 是较为单一的话，那么，配送中心功能则较全面、完整，也可以说，配送 中心实际上是集货中心、分货中心、加工中心功能之综合，并有了配与送 的更高水平。 配送中心的建设是基于物流合理化和发展市场两个需要，是物流领域 中专业分工进一步细化之后产生的。我们这里所讨论的配送中心，是以销 售经营为目的，以配送为手段的配送中心。因为比较起来看，国外和我国 的发展趋向，都向以销售配送中心为主的方向发展。销售配送中心大体有 三种类型； 一种是生产企业为本身产品直接销售给消费者的配送中心，在国外， 这种类型的配送中心很多； 另一种是流通企业作为本身经营的一种方式，建立配送中心以扩大销 售，我国目前拟建的配送中心大多属于这种类型，国外的例证也很多； 第三种，是流通企业和生产企业联合的协作性配送中心。 8 总的说来，配送中心具有以下功能： ( 1 ) 备货。是配送的准备工作或基础工作，备货工作包括筹集货源、订 货或购货、集货、进货及有关的质量检查、结算，交接等。配送的优势之 一，就是可以集中用户的需求进行一定规模的备货。备货是决定配送成败 的初期工作，如果备货成本太高，会大大降低配送的效益。 ( 2 ) 储存。配送中的储存有储备及暂存两种形态。储备是按一定时期配 送经营要求形成的资源保证。这种类型的储备数量较大，储备结构也较完 善，视货源及到货情况，可以有计划地确定周转储备及保险储备结构和数 量。另一种储存形态是暂存，是具体执行日配送时，按分拣配货要求，在 理货场地所做的少量储存准备。由于总体储存效益取决于储存总量，所以， 这部分暂存数量只会对工作方便与否造成影响，而不会影响储存的总效益， 因而在数量上控制并不严格。 ( 3 ) 分拣及配货。是配送不同于其它物流形式的有特点的功能要素，也 是配送成败的一项重要文持性工作分拣及配货是完善送货、支持送货的 准备性工作，是不同配送企业在送货时进行竞争和提高自身经济效益的必 然延伸，也可以说是送货向高级形式发展的必然要求。有了分拣及配货就 会大大提高送货服务水平，所以，分拣及配货是决定整个配送系统水平的 关键要素。 ( 4 ) 配装。在单个用户配送数量不能达到车辆的有效载运负荷时，就存 在如何集中不同用户的配送货物，进行搭配装载以充分利用运能，运力的 问题，这就需要配装；和一般送货不同之处在于，通过配装送货可以大大 提高送货水平及降低送货成本，所以，配装也是配送系统中有现代特点的 功能要素，也是现代配送不同于已往送货的重要区别之处。 ( 5 ) 配送运输。配送运输属于运输中的末端运输、支线运输，和一般运 输形态主要区别在于：配送运输是较短距离、较小规模、额度较低的运输 形式，一般使用汽车做运输工具。 ( 6 ) 送达服务。配好的货运输到用户还不算配送工作的完结，这是因 为送达货和用户接货往往还会出现不协调，使配送前功尽弃。因此，不仅 要圆满地实现货物的移交，有效地、方便地处理相关手续和完成结算，还 9 应讲究卸货地点、卸货方式等。 ( 7 ) 配迭加工。在配送中，配送加工这一功能要素不具有普遍性，但是 往往是有重要作用的功能要素。主要原因是通过配送加工，可以大大提高 用户的满意程度。 2 2 物流系统优化理论基础 对于物流系统来说，要对其进行优化，就是要把物流管理理念和物流 管理技术有机结合起来，从而达到提高效率、降低成本、保证质量的要求。 根据美d o nr a t l i t t 博士在2 0 0 2 年美国物流管理协会( c l m ) 年会上提出了 “物流优化的l o 项基本原则”，我们参照从下面几个角度来给出进行物流 系统优化的理论基础： l ，目标( o b j e c t i v e s ) ，设定的目标必须是定量的和可测评的。 制定目标是确定我们预期愿望的一种方法。要优化某个事情或过程， 就必须确定怎样才能知道目标对象已经被优化了使用定量的目标，计算 机就可以判断一个物流计划是否比另一个更好。企业管理层就可以知道优 化的过程是否能够提供一个可接受的投资回报率( r e t u r no ni n v e s t m e n t ) 。 那么在我这里的动态货位优化，则要引入关键绩效测评方法，为展开优化 设定目标，然后在整个过程中进行对比和控制，便于优化的实现。 2 模型( m o d e l s ) ，模型必须忠实地反映实际的物流过程。 建立模型是把物流运营要求和限制条件翻译成计算机能够理解和处理 的某种东西的方法。因此，需要在纷繁复杂的实际物流运作中，提炼出能 够反映运营要求和限制条件的关键变量，然后赋予相应的取值范围，这样 才能应用计算机的高速性能得到我们需要的优化方案。如果不能忠实的反 映实际的物流过程，就有可能适得其反。 3 数据( d a m ) ，数据必须准确、及时和全面。 数据驱动了物流系统的优化过程。如果数据不准确，或有关数据不能 够及时地输入系统优化模型，则由此产生的物流方案就是值得怀疑的。对 必须产生可操作的物流方案的物流优化过程来说，数据也必须全面和充分。 4 表述( d e l i v e r y ) ，物流系统优化方案必须以一种便于执行、管理和 i o 控制的形式来表述。现场操作要求指令简单明了，要容易理解和执行。管 理人员则要求有关优化方案及其实施效果在时间和资产利用等方面的关键 标杆信息更综合、更集中。 5 算法( a l g o r i t h m s ) ，算法必须灵活地利用独特的问题结构。 不同物流优化技术之间最大的差别就在于算法的不同。关于物流问题 的一个无可辩驳的事实是每一种物流优化技术都具有某种特点。为了在合 理的时间段内给出物流优化解决方案就必须借助于优化的算法来进一步开 发优化技术。因此，关键的问题是：( 1 ) 这些不同物流优化技术的特定的 问题结构必须被每一个设计物流优化系统的分析人员认可和理解。( 2 ) 所 使用的优化算法应该具有某种弹性，使得它们能够被“调整”到可以利用这 些特定问题结构的状态。 6 过程( p r o c e s s ) ，商务过程必须支持优化并具有持续的改进能力。 物流优化需要应对大量的在运营过程中出现的问题。物流目标、规则 和过程的改变是系统的常态。所以，不仅要求系统化的数据监测方法、模 型结构和算法等能够适应变化，而且要求他们能够捕捉机遇并促使系统变 革。如果不能在实际的商务运彳亍过程中对物流优化技术实施监测、支持和 持续的改进，就必然导致优化技术的潜力不能获得充分的发挥，或者只能 使其成为“摆设”。对于配送中心的动态货位优化，这也是一个持续改进的 过程，因此，需要相关的制度和规定来保证动态货位优化的连续性。我们 引入了k p i 管理模式，其p f p i 循环模式以提高物流中心货位优化的成效为 核心，包括确立目标、建立流程、过程实施、持续改进四个阶段，实现绩 效管理楼梯似的螺旋上升，从而促进高绩效的产生。 2 3 货位优化管理基础 为了符合当今客户更快速和更时常发生的配送要求，配送中心的拣选 作业必须比以前更快而且更有效率。理想的拣选作业的解决方案。是将恰 当的设备和一种拣选方法相结合。为了更加有效率地拣选，我们同时也一 定要把存货单元放入正确的地方一一即货位优化。将货品位置最优化，可 以减少货物搬运的成本，降低货物在存储过程及搬运过程中的损耗，从而 降低物流业务本身的成本，提高收益。不管是对于一个小部分的作业，一 个零售店还是一个大的配送中心。正确的货位可以节约时闻。时间就是金 钱，合理的对仓库进行货位优化是一个相当值得研究的课题；缩短出入库 移动的距离、缩短作业时间，甚至能够充分利用储存空间，也是物流配送 中心工作的重点。这将有助于物流企业在日趋激烈的物流市场竞争中站稳 脚跟，并最终蓬勃发展。 动态货位优化( s l o t t i n go p t i m i z a t i o n ) ，就是在货品当前位置的基础 上基于s k u s 和预想不到的变化因素而动态地配置仓库中货物的货位，以保 证货位分布处在较为舍理的状态，达到提高拣货效率和降低仓库操作成本 的目的。动态货位优化管理需要在实际运作中不断的改善和前进，因此， 货位优化不是一蹴而就的，需要在实际仓库管理中管理者随着市场和客户 需要进行改变，但是改善和优化不是盲目的，是要在一定的指导原则下展 开，这样才具有针对性。根据相关文献，总结给出以下指导原则： 1 )将黄金区域给高频拣取的货品，从而最大化拣货效率、最小化拣 货成本。 所谓高频拣取的货品，就是指流动性高的货品。一般而言，库存中的 少数货品( a 类或快速流动品) 流动性高，且占用了大部分拣货作业。货品的 周转率、拣取频率会由于季节性等其他的原因而发生变化，从而影响货品 的流动性。所谓黄金区域，就是指那些容易搬运、拣货的区域。仓库黄金 区域的位置取决于很多因素，比如出货月台位置、订单剖析，以及拣货路 程设计。对于自动化的托盘存取系统，仓库黄金区域通常由靠近地面的2 0 的区域和靠近出货月台的2 0 的区域组成；而对于人力为主的拣货系统，从 人类工效学的角度考虑，黄金区域由操作人腰部附近2 0 的区域组成，在这 个区域内操作人员无须弯腰或翘脚、登高。一般而言，重物应保管于地面 上或货架的下层位置，而重量轻的物品则保管于货架的上层位置：若是以 人手进行搬运作业时，人之腰部以下的高度用于保管重物或大型物品，而 腰部以上的高度则用来保管重量轻的物品或小型物品。在搬动过程中，此 原则有利于保证货架的安全性及人手搬运的作业安全性，避免对货架的损 坏和对操作人员的伤害。 总而言之，拣货频率最高的货品应该位于最便于拣货的区域，这样能 缩短拣选作业中的移动时间，加快拣货作业流程，提高订单的处理效率。 2 )方便补货。基于货品的尺寸和货箱、托盘的标准尺寸来确定存取 位置，可以明显减少补货过程所需的劳动。 3 ) 平衡各工作区的工作量。将拣货量大的货品平均分配在不同拣货 区域，避免某区域内的拣货作业拥挤，改善工作流程，缩短对一批订单的 总反应时间。 4 )有效的支撑。为了将货品的损害减到最少，在拣选路径上，重的 货品在前面，容易磕碰的货品在后。 5 ) 提高拣货的准确性 相似的产品应该分开，以减少拣取错误的机会。从人类工效学来看， 这是一个致命诱惑点，毕竟人的辨别力是有限的。在医药行业、零配件仓 库等，物品杂、体积小、单位储存密度大，给我们的拣选带来一定困难， 如果加上相似产品混杂，就很难达到我们的拣选效率和准确率。 6 ) 产品相关性法则 商品相关性大者在订购时经常被同时订购，所以应尽可能存放在相邻 位置。可以缩短拣取路程、减少工作人员疲劳和简化清点工作。 1 3 第3 章动态货位优化模型的建立 3 1 动态货位优化的应用前提 3 1 1 动态货位优化适用的配送中心 并不是所有的配送中心都需要进行货位优化，毕竟进行这项工作需要 一定的资金投入，花费管理人员的不少精力。对于小型仓库，只要加强员 工培训，提高信息技术水平，增强工作人员的责任心，就能得到有效的管 理。作为商业企业，要考虑到投入产出的可行性，只有给企业带来更多的 效益我们才有必要开展动态货位优化工作。下面我们给出配送中心指标用 以判断我们的企业是否需要引入动态货位优化： 1 中心运营单位在2 5 0 0 个单元甚至更多，这里的单元既指一个纸 箱，也可以表示一个托盘，凡是作为仓库一个单独货位管理的物品都算是 一个单元。在零散货物区，经常有一个货位存放几件货物或者几个小箱子 的情况，管理信息系统自然会区分加以识别，我们这里也认为是几个单元 物品，而不只是一个单元。 2 业务处理以上面所阐述的单元为单位，不允许更加细致的划分， 便于我们的管理和优化。 3 商品种类繁多，周转率高。这里既有季节变化的原因( 如在服装 行业) ，也有新产品的不断上市( 如医药公司) ，还有公司各种促销产品的 堆放等，当然，公司产品适销对路、资金回收快是周转率高的主要原因。 4 仓库造价高，租金或者维护费用大。对于在市区或者开发区的配 送中心来说，现在城市地价不断攀升，租金相应的提高，给我们配送中心 的运营造成极大的冲击，为了提高仓库的利用率、降低单位成本，就需要 采取有效手段来提高仓库管理水平。 5 拣选工作量大，劳动力成本高。在任务量较小、劳动力成本低下 的情况下，我们完全可以抛开货位优化的思路，即便任务增加，我们也可 以增加人员来祢补不足。但是在大量的工作量和高劳动力成本下，即便成 1 4 本减少一个很小的比例，也能够减少很大一笔开支，值得我们展开动态货 位优化工作。 3 1 2 进行动态货位优化的数据要求 为了进行有效的动态货位优化，我们必须掌握配送中心的相关情况， 做到有的放矢。不仅要从基本层面上了解中心情况，更重要的是要从数据 及其变化上来把握企业的经营状况。通常盲目的或者想当然的货位优化， 会得到适得其反的结果，因此，数据收集是非常重要的环节。那么，我们 的数据从哪里来了? 一般来说，我们正在运营的w m s ( 仓库管理系统) 或者 e r p ( 企业资源计划) 是数据的主要来源，它不仅包括我们仓库现在的商品 数据和库房信息，还记录了以前的经营情况，反应了整个中心的历史发展 过程，给我们的优化提供了有效的佐证。如果不能从w m s 或者e r p 中得到 有效的数据，或者系统运营时间不长，没有可参考性，那么，就需要我们 在当前运营采用手工收集方法进行输入，获得我们所需要的数据和信息。 就整体来看，我们需要的数据主要包括以下几个方面： 1 在库储存商品单元( s i ( u ) 的信息 在库储存商品单元的数量 在库储存商品单元的尺寸 在库储存商品单元的重量 容器或者箱子的数量、尺寸和重量等 商品的编码 商品的关键属性( 易燃性、易碎性、温度需求等等) 2 货位信息 货位编码( 如立体编码中的x 、y 、z 轴等) 货位空间属性( 长、宽、高) 承重重量 货架类型( 隔板货架，立体托盘货架，或者其他) 货架的可靠性( 是否易碎、对某些商品是否有伤害) 3 商品变动信息 周转率 商品销售预测 在库商品数量 在拣选数量等 3 2 动态货位优化模型的建立 3 2 1 货位优化模型的提出背景 在当今买方市场下，市场变幻莫测，各个企业要求在激烈的市场竞争 下做到最好最优，只有练好自己的内功，不断提高自己的竞争能力。作为 配送企业，在终端上与客户接触，给消费者提供优质快效的服务，其表现 对于客户服务水平的体现有很大帮助。如果能够快速相应客户需要、尽快 满足消费者需求、提供多批次、少批薰的配送，必然能够在自己领域内占 领一定市场，获得丰厚的回报。 通过上面对动态货位优化的简述，我们可以看到其在配送企业中的巨 大作用。在不改变设施设备和仓库陈列的情况下，通过简单的货位改变， 大幅度减少移动距离，提高拣选效率和拣选效率，降低货损货差率和工伤。 根据对多目标问题的研究分析，在当前的仓库管理中，相同的物资放在仓 库的不同货位，工人或者叉车消耗的能量和花费的时间是不同的，比如物 资存放在离出入库工作台远的货位比离出入库工作台近的货位消耗的能量 要多：另外，对仓库的库区进行分区管理，将高流动性物资存放在离出入库 工作台较近的库区，节省出入库时间，同时也节约了能量消耗，降低运行 成本。可见，移动距离的减少对于货位优化起着主要的作用， 本文针对这一情况，根据存取物资时能量最小的原则，提出了货位优 化数学模型，可以有效地解决现有存储模式存在的问题，降低仓库的运行 成本，提高仓库商品的出入库节奏。由于工人拣选效率的提高主要来源于 距离的减少，货位高低影响其次，所以其工作符合距离最小原则，而工人消 耗的能量就与距离以及货物的重量成正比。叉车或者其他机械的能量消耗， 与货位有关，包括货位的具体位置和其所在的高度，所以，叉车或者其他 1 6 机械的运行也满足存取物资能量最小的原则。但是，两种情况下的影响因 素有所不同，必须要分开考虑。下面我们分别讨论机械作业时的能量消耗 优化模型和人工作业时的距离优化模型。 3 2 2 机械作业时的能量消耗优优化模型 机械作业是指在自动化仓库或者其他托盘货架仓库，人工无法操作， 必须由堆跺机或者叉车等进行存取作业，能耗主要来自于机械消耗，而货 位优化的目的就是为了降低机械的能量消耗。 一、单个物资出入库时的能量消耗数学模型 根据立体仓库运营实际情况，仓库运行中的能量消耗与货物的存放位 置，存取次数、货物的质量有关，因此某货物的出入库总能耗可表示为： e = k 木m 木n 奎d ( h ，l )( 1 ) 式中：e 一出入库耗能总量，单位：j k 一比例因子，可取值1 - - 1 5 ： m 一货物质量，单位：k g n 一统计时间内货物的出入库次数 d ( h ，l ) 一与仓库货位位置有关的单位质量能耗函数，单位：j k g 根据实际情况分析可知，物资存入某库位时，单位质量能耗函数表示 为： d ( h 。l ) = g 木h + f 乖g 掌l( 2 ) 式中：g 一为重力加速度，单位：m s ： h 一货物存到某层时上升的最低高度，与层数有关，单位：i l l ： l 一货物存放位置到入库台的水平距离与列数有关，单位：r f l ； f 一输送机械与运行平面的磨擦系数，可取值0 卜0 3 由上述( 1 ) ( 2 ) 式可以看出，某一物资出入库的能量消耗，不仅与其质 量和出入库的频率有关，而且与其在库区的存放位置也有关。在其质量和 出入库频率一定时，存放在库区的不同位置，所要消耗的能量是不同的， 这是进行配送中心货位优化的现实基础。 二、货位优化数学模型 1 7 根据货物存放能耗最小原则，同时结合上面的( 1 ) ，( 2 ) 式，可以得出配 送中心整体优化存储的数学模型为： ：裂：麓y 见q 1 4 ( ，) = g + 岛+ 厂g 厶i 式中：e ( 鬼工) 一存取整个中心物资的能耗之和： z ( j l ，) 存入某库位时，单位质量能耗函数： m 一统计时间内某库位货物的出入库次数： g 一为重力加速度， 鬼某库位到入库台的高度，与层数有关： 厶一某库位到入库台的水平距离，与列数有关： ，一输送机械与运行平面的磨擦系数，可取值0 1 _ o 3 i 库位编号，取1 ，2 3 n 从这个货位优化的数学模型中，可以得知存取整个库区物资要消耗的 能量，与整个物资的统计质量( m 州) 和库位单位质量能耗函数吐( 丙，三) 有很 大的关系。物资的统计质量越大，出入库消耗的能量就越多；库位单位质 量能耗函数越大，物资出入库消耗的能量也就越多。根据数学极值理论， 要使货物出入库总能耗e 值最小，必须使统计质量( m * n ) 最大的物资存入单 位质量能耗最小的库位中。 3 2 3 人工作业时的距离优化模型 一、单个物资出入库时的距离数学模型 根据调研的实际情况，工人拣选效率的提高主要来源于距离的减少， 货位高低影响其次，所以其工作符合距离最小原则，而工人消耗的能量就与 距离以及货物的重量成正比。因此某货物的出入库总能耗可表示为- e - k + m + n d ( h ，l )( 3 ) 式中：e 一出入库耗能总量，单位：j k 一比例因子，可取值1 一1 5 m 一货物质量，单位：k g n 一统计时间内货物的出入库次数 do l ，l 卜一与货位位置有关的距离函数，单位：m 根据实际情况分析可知，d 仉l 卜与仓库货位位置有关的距离函数， 其影响因素，如货位离工作台的远近、自身位置的高低，都可以利用一定 的转换方法变成距离来衡量，从而将各个影响因素综合揉到这个距离函数 中，使得我们在优化达到最好的效果。 为了有效说明人工作业时的距离数学模型，我们参考我们所调研的配 送中心人工作业库区，具体分析d 仉l ) 函数的计算，当然其他库房情况有 所不一样，可在此基础上进行变换。 该配送中心隶属于某单位后勤装备中心，用于保障国家代表团物资供 给。库房面积5 7 0 平米，东西两个库区，共分为a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 七个区域，具体的库房布局和区域见下图一所示。其中a 区为3 0 组6 层组 件隔板货架，每个货架1 3 0 0 毫米x 5 0 0 毫米，共计2 1 8 平米面积，用于存 放纸箱货物，是人工作业区域。每排组件隔板货架详图如下图二所示。同 时提供两个拣选推车和两个扶梯，便于工人作业。 1 9 0 坨 f 0 8 8 0 o o t 蛹灌蕊积嘞丽葡t 礤弱啜面积黼日皿j 屯i 竺 ! 型 a 瑙鹫 罩 一、斛雪 f 。凼鲟) 0l g t 凶辫 = 捌 蚕 一“”u o ”u 翕 - 、， 罨= 羞 ：。，敬：替 陇孵旎韵蘧茬殛强砌晶i 瓠再氍瓢丽万孺衍而浦孺西孺i 翮i 型m i q m j 匕出州毗业j 2 业0 o 刚二也， 娃滥趣 暑 十 i 货位区域图2 0 亡 1 图二每排组件隔板货架立体图 在人工作业a 区域，距离函数d l ) 应该包括两个部分，即隔板货 架到工作台的距离和人工作业影响因素( 货位高低) ，具体见下面两个部分 的分析。 1 隔板货架到工作台的距离。根据某一个隔板货架的位置，我们首 先要计算出它距离工作台的远近，即出工作台出发走到这个位置我们所要 移动的距离，包括横向和纵向两个距离的总和。 2 人工作业影响因素。这里考虑货位高低，即底层隔板货架和最上 面两层货架的各自的高度影响。 底层隔板货架的考虑因素，员工在拣选商品时，必须弯腰下蹲才 能够有效拣选，期间的蹲下和站起都需要花费时间和精力，在这里为了研 究方便，将这个时间与平地行走一定距离的时间等同起来。根据动作研究 表明，蹲下和站起的时间是我们平地行走四步的时间，考虑到能量的消耗， 给予补充2 5 的能量损耗，因此，蹲下和站起的时间约等同于我们平地行 走五步的距离。根据测定数据，工人步距大约为6 7 2 厘米，也就是折合为 5 6 7 2 = 3 3 6 厘米，3 3 6 米。 最上面两层货架的高度影响，由于工人高度不够，必须要利用扶 梯才能够进行拣选。扶梯有两个，分别放在仓库的中部位置。取扶梯和放 回扶梯都需要移动一定的距离，在具体计算时必须给加上。而上下扶梯也 要有一定的时间耽搁，就将它折算为距离进行统一。扶梯共有四个阶梯， 每上一个阶梯按照一步进行计算，上下共有8 步，加上2 5 的能量损耗， 共计为1 0 步，因此折算为水平移动距离为1 0 x 6 7 2