设计BBAC汽车制造企业零配件仓库布局优化研究

中本文以BBAC运用SLP法对仓库内现有分区进行规划，分析各个功能区之间的综合活动关系。再次，81326：仓库布局；系统布置方法；遗传算法；仿:Areasonablelayoutofthewarehousestoragemanagementisveryhelpful.Itcannotonlyprotecttheefficiencyoftheflowofgoodseffectively,butalsoreducethecostoftransportation.Fortheautomobilemanufacturingcompanies,thesparepartswarehousehascomplexcategoryandmanagementcumbersome.Ifweoptimizetheplanningofwarehouselayout,itwillbesuretoenhancemanagementefficiency.Inthispaper,theBBACautomotivemanufacturingenterpriseastheresearchobject,combiningresearchresultsofthewarehouselayoutoptimization,yzingthecurrentsituationandmajorissuesofthecompany'ssparepartswarehouselayout,proposedthegoalofoptimizingthewarehouselayout.Secondly,theuseofSLPmethodisforplanningthewarehousedistricts,andyzingtheintegratedactivityrelationshipbetweenthevariousfunctionalareas.Thirdly,byestablishingamathematicalmodelfytheexpressionoftheresearchquestionswithreasonablerestrictionsconstrainingthemodel.Then,accordingtotheactualrequirementsofthemodelsolution,wechoosethegeneticalgorithmtosolve,selectthecode,definetheinitialpopulation,establishfitnessfunction,anddeterminethegeneticoperators,crossoverandmutationoperatorsandotherstepstoimprovethesolvingstep.Finally,thepaperuselanguageprogrammingforcomputingalgorithm,andgettheoptimalsolutionwhichmeettheconditions.Itprovidesamoreoptimalsolutionfortheenterprisewarehouselayout.Inthispaper,ithas8figures,13tablesand26referencesin：warehouselayout;SLP;geneticalgorithm; 中 引 研究背景与研究意 企业基本情 研究问 研究意 国内外研究现 仓库布局管 仓库布局设计方 研究内容与技术路 2奔驰汽车零配件仓库现 企业生产区域的划 汽车零配件仓库布局现 零配件的分 零配件的区域划 现阶段仓库布局情 汽车零配件仓库布局优化目 本章小 仓库布局优化模型的建 综合活动关 布局设计影响因素分 零配件分 功能区分 仓库布局的优化模 假设条 确定目标函 确定约束条 本章小 仓库布局优化模型的求 遗传算法的设 功能区的分区设 功能区的类型及对应面 综合活动关系分 求解结 本章小 结论与展 主要结 研究展 参考文 企业基本情。奔驰汽车(BeijingBenzAutomotiveCo.，简称BBAC)是汽车和戴姆勒、戴姆勒东北亚投资组建的合资企业。其于2005年8月8日正式成立新工厂位于经济技术开发区奔驰汽车是集研发、发动机与整车生产、销售和为一体的中德合资企业。。2005年6月国家和市工商局正式批准吉普汽车重组变更为奔驰-戴姆勒-汽车。新公司的成立，是国际汽车巨头参与中BBAC内部管理还没有形成一套固定并且行之有效的标准。一方面，德了制定标准的，固定化的标准和迅速发展的生产模式难以互相适应。企业内部的物流标准，也在不断地从-奔驰生产管理体系，向着奔驰生产管理体系，研究问目前BBAC零配件仓库的布局规划是在出和主通道不变的情况下根据当季低或成本过高问题(出及主通道位置不符合企业生产需求)等等。虑出和通道的位置要素至关重要。功能区、出及主通道等总体布局结束后，接着要处理的就是仓储区货位分配规问题与货物SKU属性、货位优化原则、策略、形式及货位排列方式等研究意也是流通环节中的转换点。仓储的作用主要表现在仓储把物流的各个环节紧密地联系起来，更容易凸显各部分之间的。因此，仓储对物流整合起到至关重要的作用。物流供应链中其他经济活动的重要组成部分。着快速增长的需求和有限的资源(人力、物力、财力、时间、空间等)，如今的仓库布局设计和仓储管理都变得十分。成的货物意外损耗的可能，最终实现充分利用空间，提高货物出入库效率的目的。LayoutProblem,简称WLP)是指在某些约束条件下，使某些目标(操作成本最低、总仓库布局管出了COI(Cube-per-orderindex)COI表示货物所需库存空间与需求量之比将COI大的货物放在距离较近的空间可以增加货物存取的Vanetal[2]划模型，解决储备区域的布局问题。之后，Hausman[3]等把入库后物品的位置分配了产品的空间位置问题。到二十世纪九十年代，Francis[4]等人的基础上，对仓库布局问题进行了新的分类，分别是：型(dedicated)、随机型(randomized)、分类型华[5]等在1990年对化学试剂的仓库问题进行研究根据实际经验按照化学试剂的品类对产品位置进行布局。其后又有许多人针对某一特定类型产品仓库提出优化。。还存在诸多问题[10]对仓库管理和库存控制的关系进行研究，分析了仓储管理的题予以解答[11]。。。本管理的重要意义[12]研究了仓库布局设计问题，并针对非线性规划的立体仓库。较为完善的优化算法。[14]等运用蚁群优化算法，对难组合优化问题进行求解。Rosenwei[15]和Larsonetal[16]对分级策略进行研究并分别运用模糊聚类法和启发式NikbakhshJavadian[19]等运用模拟退火算法进行铁路货场能力的确定系统布置设计(SLP)法是Muther于1961年，运用系统工程概念和系统分析程度来合理安排各个区域。SLP法也是现在较为常用的研究方法。仓库布局设计方WangMJ[21]等运用遗传算法研究了相关设施面积不等的情况下仓库布局设计的问题。EneSeval[22]运用整数规划的方划了汽车企业中货物位置的设计。ZhangG.Q[23]等合并了仓库内行走的路径，运用遗传算划了多级仓库的布局。Muppani[24]等运用分支定界法求解基于分类的货位分配问题，从而对建立了仓库整。目前最为流行的仓库规划方法[25]等对配送中心的布局进行规划，通过计算机仿真，最终得出最优化方案。[26]采用SLP法分析各区域物流和非物流关系，。SLP法的基本思想是以P物流对象)Q物流量)R物流路线)S辅助服务部门)、T(时间安排)这五个基本要素为依据和切入点，对各个设施间的物流关系和活动关系进实施SLP1-11-1SLP资料收集与分析。收集关于P(Product)物流对象、Q(ty)物流量、本文以奔驰汽车的零配件仓库为研究对象主要研究仓库总体布局优1-2：综合活动关结论与展模型求遗传算法的设图1-2技术路线2奔驰汽车零配件仓库现3、4章进行铺垫。奔驰汽车(ijingnztiveo.，简称A)是集研发、发动机与整车生产销售和为一体的中合资企业其工厂位于经济技术开发区按照奔驰标准建立起全球统一的豪华车制造体系具备年产10万辆的合资企业，其在产车型包括长轴距C级车、EK级豪华中型SLA级豪华紧凑型S。4个车间，分别是冲2-1所示： 形态各异。这就给仓储带来了一定的。仓库的总功能区面积为103450m2，总装车间生产所需的零配件几千种，区域面积大，零配件流动性强，管理起来相当。按照-奔驰标准，企业将零配零配件的分GLTKLT表示大件货物与小UnitHU是一个带托盘的箱子，对于KLT，HU是一个手抬的箱子。HU号。KLT特点：①KLT的托盘包含多个独立包装，托盘本身不是HU，每个独立包装才是HU，有HU号；②KLTHU是用手工搬运的包装；③KLT零件收货后需要二次拆（BGS1，，Kitting（BSQ2，Kitting（BSQ1Placement/StorageType,位置/类型)。分类方式有：物料的HU大小，物料的HU周转频率，物料的性质等。SP内再进行分区，将统一库内的货位进行分类，可以指定（Section货位为HU的最小位置单位是底层的位置货位编码为8位例如：42001020102货架；55层。包装类型(StorageUnitType,简称SUT)与货位类型(StorageBinType)HU为HU按大小分组，在时可适用于不同大小的货位、货架。而货位类型是按不同的货2-22-2所示，是该企业SAP系统中输出的包装类型数据。可以看到系统里，G1-G3为GLT货位的BinType，K1-K9是KLT货位的BinType，C1、L1BinType。（SUT零配件的区域划GLT和KLT件分别对应不同的包装尺寸2-12-2分别显示了不同的包装类型2-1GLT包装类尺寸描述L≤1200mm并且1200mm＜L≤1500mm,并且1500mm＜L或2-2KLT包装类尺寸描述L*W≤300mm*200mm300mm*200mm＜L*W≤400mm*300mm,height400mm*300mm＜L*W≤600mm*400mm,heightL*W＞600mm*400mm,heightL*W≤300mm*200mm,300mm*200mm＜L*W≤400mm*300mm,165mm＜height≤400mm*300mm＜L*W≤600mm*400mm,165mm＜height≤L*W＞600mm*400mm,height对应不同零配件的包装类型，该公司定义了不同的类型，表2-3和表2-4分别对应了GLT与KLT件仓库规划的方式。表2-3GLT件的类型、货位类型、区域与包装类型的关类描货类区进口件的地面域国产件的地面域货架区货架区429货架区429表2-4KLT件的类型、货位类型、区域与包装类型的关类为二层描Bin货位类区适用的440BIW001(滑移架002(地面441TRIM001(滑移架002(地面442001(滑移架002(地面443Engine001(滑移架002(地面现阶段仓库布局由于零配件仓库和总装车间共用同一区域，所以规划布局时需要考虑许多实际情1的GT大件货物货架仓储功能区用于货位类型为4KT002(滑移架)冲区一方面用于对小件货物进行地面，另一方面用于整理即将配送到线边的T小件货物，用配餐车将同一工位需求的零件配送到线边。落 货 2-3设需要耗费大量 中，应当通过设施的合理布局，尽可能减少仓库的建设费用及后期的运营用本章对奔驰汽车零配件仓库的现状进行了简要的介绍提出了企业现阶段实际3物流关系分析是指对汽车零配件仓库内部各物流功能区之间的物流活动强度进行两个功能区之间的物流量越大，其物流关系越密切。式中，mSLPA,E,I,O,U五个字母对两个功能区之间的密切程度进行打分，其密切3-1所示：3-1AEIOUX①量化物流关系及非物流关系。为了计算方便，赋予密切程度代码一定分值重比例m∶n5种取值：3∶1，2∶1，1∶3，1∶2，1∶1。式中：，分别为物流关系和非物流关系的强度等级值；为综合活动关零配件分不同类型的零配件的方式在2.2.1的部分已经予以阐述。然而实际操作过程当功能区分假设条3-1所示。仓库总布局区域的矩形相邻两边分别平行xyW和；各个功能区的边分别与x轴、y轴平行。设，，分别为功能区i和j的中心坐标功能区i和j在y轴方向的长度分别为和在x轴方向的长度分别为和。布局区域内有的出，出的布置不在本文范围内3-1确定目标函虑的优化目标。Z1最低以及功能区之间综合活动关系Z2最大为目标构建目标函数。式中，——功能区ij——功能区ij

作为指标()，用来表达功能区之间的接近程度将邻接度分为6个区间，取值如表3-23-2功能区间功能区邻接

0 0 0 0

为了将两个量纲不同的目标函数转换成单目标函数，需要对函数进行归一化处理(6)其中 式中，ω1——物资搬运成本项的权值ω2——功能区综合活动关系项的权值ω1，ω2通过专家打分法获得ω1+ω2=1确定约束条所有功能区都在仓库内，因此约束条件如式其中 表示功能区的中心坐标相邻功能区间不存在，则应满足式其中，为功能区边界最小间距，由式(8)观察得知，在x轴和y轴的值可能并不定零配件的方式，明确功能区的划分原则，达到更好的规划目标。、启发式算法在仓库布局优化问题上得到了广泛应用如模拟退火法搜索法、其中遗传算法是运用数学模型模拟对生物进化论中所自然选择以及遗传算法有其独特的优越性：①遗传算法可以利用进化过程当中获取的信息组织搜索，消除了算法设计的描述；②遗传算法按照并行的方式搜索每个种群当中所有的个遗传算法是一种模仿生物进化方法的随机全局搜索算法遗传算法根据的生自然选择改造种群，最终实现“适者生存”的现象。4-1迭解NY选变4-1为初代。为更准确地描述各个功能区，以功能区坐标设计形式，则的 初始化。遗传算法的求解过程，必须以种群为基础进行操作。初始化的目的80803.3.3节中的约束条件。由于3.3.3节中所提及的两个约束件——边界约束和功能区不都是通过不等式条件建立的约束条件，则需要通过加入一个偏差变量将其转化为等式问题。

u

遗传算子。确定遗传算子是为了更好地选择策略，保证适应度值较大的有更大的机会成为父代，将其传递给下一代，在此种群中选择适应情况好的染色体组成新的种群遗传算子的有很多种为了更加模拟自然界遗传规律，通常情况下是通过比例法确定遗传算子，按照比例要求选择遗传到下一代种群。比例法的思路是让适应度高的选中的几率更大。设种群大小为M，每个的适应度为i，由于每一次选取都是随机的，所以计算每个分配在整个种群当中的比例情况，这个比例也就是被选中并将其遗传到下一代的概率，具体表达式如下(11)交叉算子。交叉算法是将两个互相配对的两个按照某种规则，互相交色体个数为L，则交叉概率Pc从[1,L]中随机选择一个正整数，使其作为父代的交叉位置交换部分。变异算子。在遗传过程当中，的交叉和的变异都会改变新的种群。在遗传算法中，除了交叉算子，还存在一种变异算子，可以导致产生新的。在父代的交叉位置进行标准变异操作，按照变异概率Pm从该段中随机选择一个位，标记其为a，并随机取[0.9a,1.1a]的值，用来取代该位的当前值。功能区的类型及对应面汽车零配件仓库的总面积为103450m2，仓库整体呈不规则形状。但本文设计的模80000m2(400m×200m)区及翻包区（再包装区、进口零件收货区及翻包区（再包装区、落地区、货架存其他零件直接进行；缓冲区预留面积过大，影响空间利用率。因此，本文重划仓库功能区的分区，将现有仓库的功能分区进行一定的调整，区、KLT货架区、配货区、质量安全区和出货区。(12)式中，Q——仓库年货运总量t/77万件/年，乘以相应的包装尺寸及密度(密度以工业纯铁的密度计)，对应的单位面积的容积率为2t/m2，相应的年周转率为30次/年。经计算，落地仓储功能区面积为16000m2。运用类似方法可以计算出GLT货架区和KLT货架区的面积分别12000m216000m220%，波动系数为2，设单位面积货物处理量为0.8t/m2。翻包区区域面积带入下式T360天；k——波动系数。根据(13)8000m送至生产线对应工位。用式(13)8000m2。2000m24-14-1面积面积区区出货 区计算过程当中，还需要用到仓库各个功能区的长()和宽()。仓库内各个功能区的的长、宽比例，只作为计算的参考数据(4-2)：4-2长(m)×宽长(m)×宽区地面区综合活动关系分3.13.34-3（表格按左上到右下的对角线对称）4-3(1)(2)(3)(4)面区(7)配(8)区(9)000000000000000003.1货系数均为0.9；质量安全区的系数为0.2；功能区的比例系数均为0.5。由于仓库4-4所示：4-4(1)(2)(3)区(4)(7)(9)0000004-5所示：4-5(1)(2)(3)(4)面区(7)配(8)(9)00000为了求解本文3.3中的模型，还应考虑单位距离搬运成本()与年平均物流量()的取值。本文假定各个功能区域之间的搬运成本()相同，为单位1。年平均物流量()4-6：4-6功能区之间年平均物流量(t/年①到货区⑨出货①00000①②000③00④0另外，式(6)中，ω1，ω2通过专家打分法获得，本文令ω1=0.4，ω2=0.63.3中建立的模型，可以进行求解。本文运用遗传算法进行求解。利用12.0编写遗传算法代码(具体代码见附录A)进行模型求解。通过运行适4-2所示：4-24-74-7XY地面定了符合求解需要的初始化种群，确定了适应度函数用以描述淘汰或繁殖的标准，模型求解过程需要带入相关的数据，本章对功能区的分区设计进行了进一步的阐系。机的影响全球的汽车产业持续但中国经过产业调整在国际水平下滑的条件下，企业的生产压力还并不算大。但由于近年来的不断扩张，市场上，尤其市场上，此造成了仓库内一定程度的。而类似大众、丰田等汽车制造企业，企业内生产压力本文对奔驰汽车的零配件仓库的平面布局设计进行了系统化的研究，分析了汽车零配件仓库平面布局优化的目标，虽然仓库布局问题属于NP-hard解过程使用的主要方法，通过模拟，仿真得到优化的布局结果。本文涉及的某些设计参数属于经验数据，并没有经过仔细的验证和研究，可能[1]HeskettJL.Cube-Per-order-aKeytoWarehouseStockLocation[J].TransportationandDistribution[2]D.L.VanOudheusdeh,DSharma,Y.J.Tzen.Anevaluationofstoragepoliciesfortheassignmentoffacilitiestolocation[J].InternationalJournalofProductionEconomics,1968,(16):150-173.HausmanWH,SchwarzLB.GravesSC.OptimalstorageassignmentinautomaticwarehousingsystemsManagementscience,1976,22(6):629-FrancisRL,McGinnisLF,WhiteJr.FacilityLayoutandLocation: yticalApproach.Prentice-NewJersey:Englewood ,,,,,,.仓储管理与库存控制[M].:中国纺织,2004 [15]MBRosenwein.Anapplicationofcluster ysistotheproblemoflocatingitemswithinawarehouse[J].HETransactions,1994,26(1):101-TNLarson,HMarch,andAKusiak.Aheuristicapproachtowarehouselayoutwithclass-basedstorage[J].HETransactions,1997,1(29):337-348.RosenblattMJ,RollY.Warehousedesignwithstoragepolicyconsiderations[J].InternationalJournalofproductionResearch,1984,22(5)BergJP,ZijmW.ModelsforWarehousemanagement:Classificationandexamples[J].InternationalJournalofProductionEconomies.1999,59(1-3):519-528;NikbakhshJavad