基于ABC分類與關(guān)聯(lián)規(guī)則的倉儲(chǔ)貨位優(yōu)化設(shè)計(jì)及R語言實(shí)現(xiàn)

（南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

1 引言

倉儲(chǔ)是物流中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，貨位規(guī)劃是倉儲(chǔ)管理建立良好保管秩序的核心內(nèi)容。貨位規(guī)劃主要包括貨位儲(chǔ)存方式與貨位分配原則的確定、貨位指派方式的確定，其基礎(chǔ)工作包括貨位編碼和貨位編號(hào)，并需要經(jīng)常進(jìn)行貨位優(yōu)化。貨位優(yōu)化是指基于SKU（存儲(chǔ)單位）和計(jì)劃為因素在貨物當(dāng)前位置的基礎(chǔ)上，為了確保貨位分布常常處在比較合理的狀況，對(duì)貨位進(jìn)行重新分配，使得揀貨效率提高和倉庫運(yùn)營成本降低。

國內(nèi)外學(xué)者在物流倉儲(chǔ)管理和貨位優(yōu)化方面進(jìn)行了大量研究。2011年，陜西科技大學(xué)欒飛使用匈牙利算法對(duì)建立的優(yōu)化模型進(jìn)行求解，并利用Petri網(wǎng)進(jìn)行了實(shí)例仿真[1]。2013年，華東政法大學(xué)黃丹華等基于COI分類存放原則，提出了一種混合粒子群算法來解決倉庫貨位優(yōu)化分配問題，將粒子群算法同蜂群算法混合，優(yōu)化COI值來達(dá)到優(yōu)化貨位的效果[2]。2014年，Yi-Fei Chuang采用了網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)和關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的Apriori算法制定一個(gè)分區(qū)的臨界和存儲(chǔ)分配策略[3-4]。2015年沈陽工業(yè)大學(xué)張義華以基于Fishbone布局的某立體倉庫為研究對(duì)象，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)貨物入庫作業(yè)的貨位分配優(yōu)化問題進(jìn)行了研究，主要的目的是提高倉庫的工作效率[5]。2016年遼寧科技大學(xué)宋菊平提出了基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的貨位分配概念模型，采用MATLAB軟件對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析和驗(yàn)證，仿真模擬10個(gè)貨品25個(gè)貨位的分配方案,得到現(xiàn)實(shí)正確的方案[6]。2016年，東南大學(xué)趙士博采用了關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的方法，對(duì)歷史訂單進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘分析。針對(duì)不一樣的情景設(shè)計(jì)出不一樣的分配方法，提出了貨位分配的整體優(yōu)化方法[7-8]。

據(jù)了解目前并沒有研究將關(guān)聯(lián)分析與貨位分配具象化，即基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的貨位優(yōu)化如何實(shí)現(xiàn)。同時(shí)在以往的研究中，關(guān)聯(lián)分析后，關(guān)聯(lián)規(guī)則只存在于兩個(gè)貨品之間，而關(guān)聯(lián)通常存在于多個(gè)貨品之間，即一個(gè)貨品可能與幾個(gè)其他貨品關(guān)聯(lián)緊密，這種存儲(chǔ)的方式則不能實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)聯(lián)規(guī)則的深入實(shí)現(xiàn)。ABC分類是將繁多的商品品類進(jìn)行分類，不同的品類對(duì)資金占用和庫存周轉(zhuǎn)的影響存在較大差異，倉儲(chǔ)管理最常見的方法就是ABC分類法。關(guān)聯(lián)規(guī)則是揭示數(shù)據(jù)內(nèi)在結(jié)構(gòu)特征的重要手段，目的就是基于已有數(shù)據(jù)，找到事物間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為優(yōu)化倉儲(chǔ)貨位提供依據(jù)。本文將首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行ABC分類，然后對(duì)ABC分類的結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，得出優(yōu)化結(jié)果。

2 基于ABC分類與關(guān)聯(lián)規(guī)則的倉儲(chǔ)貨位方法

2.1 ABC分類法的基本原則

ABC分類法又稱為重點(diǎn)管理法、20-80分析法則。該方法是根據(jù)巴雷特法或曲線所揭示的“關(guān)鍵的少數(shù)和次要的多數(shù)”的規(guī)律應(yīng)用于管理中[9]。對(duì)A類商品進(jìn)行重點(diǎn)管理，對(duì)B類商品進(jìn)行次重點(diǎn)管理，對(duì)C類商品進(jìn)行一般管理。上述三類物料在庫存控制和管理中有不同的重要程度[10]。ABC三類商品的特征見表1。

表1 ABC分類特征

2.2 關(guān)聯(lián)規(guī)則

關(guān)聯(lián)規(guī)則（Association Rule）是在數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域中廣泛研究的一種重要模型，目的是找出數(shù)據(jù)集中的頻繁模式，即多次重復(fù)出現(xiàn)的模式和并發(fā)關(guān)系[13]。在眾多的關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘算法中，最著名的就是Apriori算法，是反映關(guān)聯(lián)規(guī)則潛在效用的選擇標(biāo)準(zhǔn)來應(yīng)對(duì)大數(shù)量規(guī)則的問題[14]。關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)的主要任務(wù)在于挖掘出滿足閥值條件的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則。Apriori算法建立關(guān)聯(lián)規(guī)則主要可分為五個(gè)步驟，如圖1所示。

圖1 關(guān)聯(lián)規(guī)則步驟

3 基于ABC分類與Apriori算法實(shí)證與R語言算法實(shí)現(xiàn)

3.1 倉庫實(shí)例

某物流公司成立于2001年，是較有規(guī)模的第三方物流企業(yè)，自動(dòng)化立體倉庫的產(chǎn)品在入庫時(shí)，庫位的選擇仍是固定貨位，缺乏靈活性，貨位的利用率較低。出庫揀貨期間，難以準(zhǔn)確定位貨物存放儲(chǔ)位。出貨效率低，頻繁往返貨位與出貨區(qū)。某物流公司的貨位設(shè)置方法按品牌的不一隨機(jī)儲(chǔ)存，如圖2所示。

圖2 貨位分布圖

3.2 以ABC規(guī)則進(jìn)行分類

以倉儲(chǔ)作業(yè)出庫數(shù)據(jù)集（2017年1月份）為例,表中貨物類目數(shù)量有204個(gè)，而發(fā)貨行為共有53 281次。每一個(gè)發(fā)貨單對(duì)應(yīng)一個(gè)或者多個(gè)貨物類目。首先對(duì)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行ABC管理，需經(jīng)過下列步驟：

Step1:統(tǒng)計(jì)每種商品的金額和數(shù)量；

Step2:按照庫存金額由大到小排列；

Step3:計(jì)算每種商品的庫存累計(jì)金額和累計(jì)金額的占比；

Step4:進(jìn)行分類。

最終分類結(jié)果A類共有12件，占總數(shù)量的5.88%；B類共有38件，占總數(shù)量的18.63%；C類共有154件，占中數(shù)量的75.49%。

3.3 關(guān)聯(lián)規(guī)則分析

選擇使用關(guān)聯(lián)規(guī)則算法中的Aoriori算法進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，為了方便計(jì)算，首先將數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)。事實(shí)表中，一行是一個(gè)事務(wù)的完整描述；一列為一個(gè)具體項(xiàng)目，取1代表該出貨單有此商品，0代表沒有此商品。id代表出貨單號(hào)。

首先對(duì)A類商品進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則，B,C類商品采用相同的方法進(jìn)行分析。

Step1:數(shù)據(jù)讀取。

Step2:建立事物數(shù)據(jù)集對(duì)象

總共有33 212條交易記錄transaction，12個(gè)商品item。density=0.111表示在稀疏矩陣中1的百分比。最頻繁出現(xiàn)的商品item，以及其出現(xiàn)的次數(shù)?？梢杂?jì)算出最大支持度。basketSize表示每個(gè)transaction包含item的數(shù)目，是row level。而ItemFrequency是item的支持度，是column level。a2玉蘭油多效修護(hù)霜出現(xiàn)的次數(shù)最多，a1吉列鋒隱致護(hù)刀架(1刀頭)刀片(2刀頭)星戰(zhàn)版出現(xiàn)的次數(shù)最少。

R語言源文件如下：

Step3:可視化商品的支持度。

將各商品的支持度按從小到大排序如圖3所示，詳細(xì)代碼如下：

圖3 A類支持度排序

Step4:搜索頻繁項(xiàng)集，生成有效的簡單關(guān)聯(lián)規(guī)則

指定最小支持度和最小置信度閾值分別為0.05和0.8，此時(shí)模型生成了22條規(guī)則。具體代碼如下：

Step5:篩選關(guān)聯(lián)規(guī)則

除去22條規(guī)則中的一項(xiàng)集保留其他項(xiàng)集，具體代碼見如下：

篩選結(jié)果如下：

3.4 數(shù)據(jù)可視化

對(duì)篩選出的2項(xiàng)集以上結(jié)果進(jìn)行可視化，具體代碼如下：

結(jié)果如圖4所示。

圖4 A類商品可視化結(jié)果

圖4中A類商品可視化結(jié)果中小圈表示支持度為0.05，大圈表示支持度為0.081，可見，購買a7（玉蘭油新生塑顏金純面霜50g）同時(shí)購買a5(玉蘭油新生塑顏金純活能水150ml)的支持度最大，其次是a2(玉蘭油多效修護(hù)霜)和a3(玉蘭油多效修護(hù)醒膚水150ml爽膚化妝水)。

4 優(yōu)化對(duì)策

4.1 A類儲(chǔ)存方案

根據(jù)ABC分類結(jié)果，將結(jié)果分為A、B、C三類，分開存放。然后將貨物進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則，根據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則的結(jié)果，商品a2(玉蘭油多效修護(hù)霜)和a3(玉蘭油多效修護(hù)醒膚水150ml爽膚化妝水)、a6(玉蘭油新生塑顏金純彈力眼霜15ml)和a8(玉蘭油新生塑顏金純修護(hù)精華乳50ml)、a5(玉蘭油新生塑顏金純活能水150ml)和a8(玉蘭油新生塑顏金純修護(hù)精華乳50ml)、a7(玉蘭油新生塑顏金純面霜50g)和a8(玉蘭油新生塑顏金純修護(hù)精華乳50ml)、a5(玉蘭油新生塑顏金純活能水150ml)和a6(玉蘭油新生塑顏金純彈力眼霜15ml)、a6(玉蘭油新生塑顏金純彈力眼霜15ml)和a7(玉蘭油新生塑顏金純面霜50g)、a5(玉蘭油新生塑顏金純活能水150ml)和a7(玉蘭油新生塑顏金純面霜50g)相鄰儲(chǔ)存。

4.2 B類儲(chǔ)存方案

b1(歐樂-B EB50-3多角度清潔型刷頭三支裝)和b35(歐樂B牙齦專護(hù)牙膏(對(duì)抗紅腫出血)40g7支)、b21(玉蘭油多效修護(hù)潔面乳100g)和b34(玉蘭油多效修護(hù)精粹乳清爽型50ml)、b27(玉蘭油輕透倍護(hù)隔離防曬液40ml)和b28(玉蘭油水感透皙光塑水凝乳75ml）、b29(玉蘭油水感透皙瑩肌亮膚液150ml)和b31(玉蘭油水感透白亮膚凝乳75ml)、b5(歐樂B EB10-4K兒童電動(dòng)牙刷替換刷頭四支裝(冰雪奇緣))和b35(歐樂B牙齦專護(hù)牙膏(對(duì)抗紅腫出血)40g7支)、b15(玉蘭油正品乳液嫩白透亮潔面乳100g)和b20(玉蘭油滋潤霜50g)、b15(玉蘭油正品乳液嫩白透亮潔面乳100g)和b21(玉蘭油多效修護(hù)潔面乳100g)相鄰儲(chǔ)存。

4.3 C類儲(chǔ)存方案

c39(吉列鋒隱致順5層刀片動(dòng)力剃須刀片男士刮胡刀片4刀頭)和c144(103吉列鋒隱致順動(dòng)力刀架含1刀架1刀頭)、c132(歐樂B牙齦專護(hù)牙膏夜間密集護(hù)理40g5支)和c133(90g佳潔士兒童牙膏水果味)、c132(歐樂B牙齦專護(hù)牙膏夜間密集護(hù)理40g5支)和c140(歐樂-B D12013清亮型電動(dòng)牙刷)、c37(吉列致順剃須啫喱195g)和c54(吉列鋒隱致護(hù)男士剃須刀刀架手動(dòng)刮胡刀含1刀架1刀頭)、c97(玉蘭油水漾動(dòng)力盈潤保濕露150ml)和c98(正品玉蘭油水漾動(dòng)力保濕潔面乳125g)、c96(玉蘭油水漾動(dòng)力深潤保濕乳霜50g)和c97(玉蘭油水漾動(dòng)力盈潤保濕露150ml)、c96(玉蘭油水漾動(dòng)力深潤保濕乳霜50g)和c98(正品玉蘭油水漾動(dòng)力保濕潔面乳125g)、c64(玉蘭油爽膚水深層保濕美白營養(yǎng)水150ml)和c68(玉蘭油保濕乳液水潤滋養(yǎng)滋潤露75ml)、c22(玉蘭油水養(yǎng)防曬美白霜50g)和c154(歐樂B50m微蠟牙線)、c132(歐樂B牙齦專護(hù)牙膏夜間密集護(hù)理40g5支)和c154(歐樂B50m微蠟牙線)、c22(玉蘭油水養(yǎng)防曬美白霜50g)和c132(歐樂B牙齦專護(hù)牙膏夜間密集護(hù)理40g5支)、c28(吉列剃須泡清新檸檬型男士剃須膏刮胡泡沫50g)和c151(吉列剃須啫喱溫和型迷你裝)、c68(玉蘭油保濕乳液水潤滋養(yǎng)滋潤露75ml)和c77(玉蘭油清新凈透爽膚水150ml)相鄰存儲(chǔ)，最后得出布局圖如圖5所示。

5 結(jié)論

本文是在對(duì)某第三方物流企業(yè)實(shí)際數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)該倉庫貨位優(yōu)化方面現(xiàn)存的產(chǎn)品入庫時(shí)，缺乏靈活性，貨位的利用率較低等問題，提出的一種基于ABC分類的關(guān)聯(lián)規(guī)則算法。在將產(chǎn)品ABC分類后進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則，挖掘出產(chǎn)品間的關(guān)聯(lián)性，從而提高整體倉庫的作業(yè)效率和倉位的利用率。

圖5 儲(chǔ)位布置圖

使用ABC分類法投入少，見效快，效率改善程度高，便于管理，提高貨位利用率，而通過關(guān)聯(lián)分析分析出貨物間的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)連帶貨物，為制定合理的方便選取的貨位優(yōu)化方案提供了依據(jù)。兩者結(jié)合，在保證了成本的情況下為貨位優(yōu)化提供了方案。