鋼鐵企業(yè)自動(dòng)化倉庫貨位分配優(yōu)化問題研究

劉列娟

（酒鋼集團(tuán)榆中鋼鐵有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730104）

對(duì)于貨位優(yōu)化來講，主要指的是基于一些預(yù)想不到的變化因素，科學(xué)動(dòng)態(tài)地再配置倉庫當(dāng)中貨物的貨位，能夠充分保證貨位分布處于一個(gè)相對(duì)較為合理的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)提高揀貨效率以及降低倉庫操作成本等目的?？茖W(xué)合理地對(duì)貨位進(jìn)行優(yōu)化，還能夠降低貨物在存儲(chǔ)以及運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的損耗問題，保證企業(yè)能夠獲取到更為良好的效益。鋼鐵企業(yè)需要切實(shí)結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)自動(dòng)化倉庫貨位開展科學(xué)合理的優(yōu)化，以此來更好地控制自身成本。

1 自動(dòng)化倉庫分析

對(duì)于自動(dòng)化倉庫來講，其主要指的是借助電子計(jì)算機(jī)等技術(shù)來開展管理和控制的倉庫，通常不需要人工開展搬運(yùn)作業(yè)，屬于一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)收發(fā)作業(yè)的倉庫。自動(dòng)化倉庫在實(shí)際發(fā)展進(jìn)步的過程中，一共可以分為五個(gè)重要階段：一是人工倉庫階段，二是機(jī)械化倉庫階段，三是自動(dòng)化倉庫階段，四是集成化倉庫階段，五是智能自動(dòng)化倉庫階段。自動(dòng)化倉庫能夠分為多種類型：一是依照建筑形式可以分為整體式自動(dòng)化倉庫以及分離式自動(dòng)化倉庫。二是依照貨物存取形式，可以分為單元貨架式、揀選貨架式以及移動(dòng)貨架式自動(dòng)化倉庫。三是依照貨架構(gòu)造形式，能夠分為單元貨架式、垂直循環(huán)式以及水平循環(huán)式等自動(dòng)化倉庫。四是依照功能可以分為生產(chǎn)性自動(dòng)化倉庫以及流通性自動(dòng)化倉庫。五是依照與生產(chǎn)連接的緊密程度，可以分為獨(dú)立型、緊密型以及半緊密型自動(dòng)化倉庫[1]。

2 鋼鐵企業(yè)自動(dòng)化倉庫貨位分配優(yōu)化問題研究

2.1 自動(dòng)化倉庫貨位分配原則

儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃當(dāng)中用到的存儲(chǔ)策略屬于一個(gè)主要原則，必須要合理配合貨位分配原則才可以合理制定一個(gè)較為科學(xué)的存儲(chǔ)作業(yè)實(shí)際運(yùn)作模式，通常情況下貨位分配需要充分考慮到的原則一般可以分為以下幾種。

一是周轉(zhuǎn)率原則。這一原則主要指的是將貨品依照周轉(zhuǎn)率的大小進(jìn)行排序，然后將黃金區(qū)域分配給高頻揀取的貨品，這樣可以實(shí)現(xiàn)最大化的揀貨效率以及達(dá)到最小化的揀貨成本[2]。

二是合理平衡各個(gè)工作區(qū)當(dāng)中的工作量。主要指的是將大量同種貨品科學(xué)有效地平均分布到一些不同的巷道當(dāng)中，這樣可以避免出現(xiàn)巷道阻塞問題。

三是在對(duì)貨品進(jìn)行放置的過程中，需要遵循先近后遠(yuǎn)、上輕下重以及先下后上原則。

四是產(chǎn)品相關(guān)性原則。鋼鐵企業(yè)當(dāng)中生產(chǎn)加工的產(chǎn)品也具備著多樣化特征，對(duì)于產(chǎn)品相關(guān)性相對(duì)較大的產(chǎn)品一般在訂購的過程中通常會(huì)被同時(shí)訂購，因此需要盡可能地結(jié)合“貨品類別”科學(xué)合理地將一些相近類別的產(chǎn)品存放在一些相鄰以及相近的貨位當(dāng)中。

五是產(chǎn)品互補(bǔ)性原則。對(duì)于一些互補(bǔ)性相對(duì)較高的產(chǎn)品，也需要存放在相鄰或者相近的位置，這樣可以保證缺貨時(shí)能夠迅速利用另一種產(chǎn)品進(jìn)行替代。

六是產(chǎn)品相容性原則。一些相容性相對(duì)較低的產(chǎn)品，通常不能夠放置在一起，這樣可以保證貨位分配更加清晰明確，同時(shí)還可以避免產(chǎn)品品質(zhì)出現(xiàn)損害問題。

七是產(chǎn)品尺寸原則。主要指的是結(jié)合產(chǎn)品尺寸科學(xué)合理地選擇較為合適的貨位。

2.2 開展貨位分配優(yōu)化工作時(shí)需要具備的基本條件

首先，基本條件的獲取。在開展鋼鐵企業(yè)自動(dòng)化倉庫貨位分配優(yōu)化工作時(shí)需要有大量的數(shù)據(jù)以及資料做出支撐，具體內(nèi)容如下：一是鋼鐵產(chǎn)品的品規(guī)編號(hào)，二是品規(guī)描述，三是材料類別，四是存儲(chǔ)環(huán)境要求，五是保存期限，六是尺寸，七是重量，八是產(chǎn)品件數(shù)，九是每托盤箱數(shù)等[3]。除此之外，掌握每個(gè)產(chǎn)品或者是每一類產(chǎn)品存儲(chǔ)位實(shí)際被訪問的次數(shù)也是一個(gè)基本條件獲取關(guān)鍵點(diǎn)。由于獲取這些數(shù)據(jù)信息較為繁瑣，可以利用RFID標(biāo)簽快速準(zhǔn)確地進(jìn)行獲取。

對(duì)于RFID來講，其主要特點(diǎn)便是能夠借助無線電波快速傳送識(shí)別信息，而且不受空間限制。其明顯的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)Ω咚僖苿?dòng)的遠(yuǎn)距離目標(biāo)實(shí)現(xiàn)非接觸自動(dòng)識(shí)別，對(duì)于這一點(diǎn)來講，是條形碼以及其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)難以做到的。除此之外，RFID還可以對(duì)產(chǎn)品開展動(dòng)態(tài)的更新以及改寫在包裝和標(biāo)簽上的相應(yīng)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)不需要人工介入便可以自動(dòng)完成對(duì)產(chǎn)品各類信息的掃描以及報(bào)警等功能，另外，其還能夠在各種惡劣環(huán)境下正常工作，因此能夠充分實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品信息的動(dòng)態(tài)管理。將其應(yīng)用到鋼鐵企業(yè)貨位分配優(yōu)化方面，能夠有效解決很多數(shù)據(jù)采集方面的難題。

其次貨物歸類。切實(shí)結(jié)合對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息的有效整理和分析，科學(xué)合理地對(duì)貨物開展歸類工作。此工作屬于一個(gè)較為詳細(xì)的而且遞進(jìn)的篩分過程，所以需要有較為明確的篩分步驟：一是，結(jié)合貨物對(duì)存儲(chǔ)溫度方面的需求、貨物易燃性以及貨物危險(xiǎn)性等方面存在的差異性，將不同的貨物合理分配到不同的存儲(chǔ)環(huán)境當(dāng)中。需要注意的是，在此過程中，還應(yīng)該切實(shí)結(jié)合鋼鐵企業(yè)自動(dòng)化倉庫建筑結(jié)構(gòu)以及堆碼要求等來開展，如果存在較為特殊的貨物，還應(yīng)該設(shè)置一個(gè)較為特殊的貨物搬運(yùn)區(qū)域。二是，結(jié)合貨物的相關(guān)性分析，科學(xué)合理地將貨物分入不同的訂單完成區(qū)域，借助這種分類方式能夠有效提高自動(dòng)化倉庫訂單揀選效率。三是結(jié)合產(chǎn)品的空間周轉(zhuǎn)率以及產(chǎn)品的熱銷性還有揀選密度等對(duì)鋼鐵企業(yè)貨物開展進(jìn)一步的貨物分類工作[4]。結(jié)合具體分類結(jié)果，科學(xué)有效地為各種貨物合理配置不同的存儲(chǔ)模式，然后在此基礎(chǔ)上，為產(chǎn)品合理分配其在存儲(chǔ)模式當(dāng)中應(yīng)該被分配的空間或者是特定的區(qū)域。

3 具體貨位分配優(yōu)化對(duì)策

結(jié)合某鋼鐵企業(yè)自動(dòng)化立體倉庫實(shí)例，提出貨位耦合分配策略[5]。

3.1 分析貨位劃分工作

根據(jù)自動(dòng)化倉庫的實(shí)際建筑形式、面積大小以及樓層或者是固定通道的實(shí)際分布情況還有設(shè)施設(shè)備情況，充分結(jié)合存儲(chǔ)每類貨品實(shí)際需要的條件，來開展存儲(chǔ)場(chǎng)所劃分工作，將其充分劃分為若干個(gè)貨區(qū)（庫），同時(shí)再將每一個(gè)貨區(qū)充分劃分為若干個(gè)貨位，在此基礎(chǔ)上，每一貨位還需要固定存放一類或者是多類產(chǎn)品相近的貨物。對(duì)于貨區(qū)的具體劃分工作，一般需要將貨場(chǎng)（庫房）作為單位，也就是將每一個(gè)獨(dú)立的貨場(chǎng)充分劃分成為一個(gè)或者是多個(gè)貨區(qū)（庫）。

在完成貨位的基本劃分之后，還應(yīng)該在貨區(qū)當(dāng)中打造一個(gè)空的區(qū)域，以此來作為臨時(shí)存放區(qū)，主要是用來存放一些已經(jīng)到庫，不過還沒有來得及進(jìn)行貨位安排的相應(yīng)貨物。然后在臨時(shí)存放區(qū)當(dāng)中的貨物得到合理的貨位安排之后，便可以直接將其放到指定貨位，這樣不但可以減少作業(yè)量，同時(shí)還能夠有效降低作業(yè)成本。

3.2 打造虛實(shí)貨位耦合的柔性貨位

一是虛貨位。工作人員在將整個(gè)自動(dòng)化倉庫的貨場(chǎng)科學(xué)合理地劃分為若干區(qū)之后，需要結(jié)合貨品出入庫的實(shí)際頻率大小對(duì)相應(yīng)貨物開展排序工作，以此來形成貨品鏈[6]。同時(shí)還應(yīng)該結(jié)合貨位存取的便捷程度還有距離出貨口的遠(yuǎn)近程度等開展重新編號(hào)工作，這樣可以形成不同優(yōu)先級(jí)的貨位，可以將其稱之為“虛貨位”。對(duì)于虛貨位來講，只是一個(gè)虛擬的貨位，所以其實(shí)際上是不存在的。

二是實(shí)貨位。結(jié)合貨位與出庫臺(tái)的實(shí)際距離遠(yuǎn)近，然后將貨位順利進(jìn)行排列編號(hào)。因?yàn)槊恳粋€(gè)巷道與輸送帶入口之間的距離位置存在差異性，所以需要平衡各專用線的物料存放還有堆垛機(jī)的運(yùn)行，并且還應(yīng)該對(duì)各專用線聯(lián)合編號(hào)，以此來形成一條貨位鏈。再將依照與出庫臺(tái)距離遠(yuǎn)近排列形成的貨位鏈充分劃分為若干段，這樣就可以構(gòu)成優(yōu)先級(jí)不同的貨位，可以將其稱之為“實(shí)貨位”。

在完成上述工作之后，將對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)的貨位鏈以及貨品鏈進(jìn)行耦合。也就是貨品依照出入庫的頻率合理安置在相應(yīng)的貨位，這樣便可以實(shí)現(xiàn)貨位的合理分配。需要注意的是貨位的大小并不是一成不變的，在實(shí)際耦合的過程中需要結(jié)合所設(shè)置的虛貨位的大小而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。在完成貨位劃分之后，由于每個(gè)貨位對(duì)貨品都相對(duì)固定，這就導(dǎo)致貨位出現(xiàn)了靈活性缺失的問題，能夠影響自動(dòng)化倉庫的貨位利用率。所以為了彌補(bǔ)這一不足之處，還需要將相鄰的兩個(gè)貨位充分設(shè)置為兄弟貨位，在必要的情況下可以跨邊界進(jìn)行存放。這樣可以增強(qiáng)貨位的柔性，從而有效消除貨位剛性的缺點(diǎn)。

3.3 鋼鐵企業(yè)自動(dòng)化倉庫貨位分配優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)

將一些出入庫頻率相對(duì)較高的貨品設(shè)置在距離出入口更近的位置，能夠有助于加快貨位出入庫時(shí)間，從而有效提升出入庫效率。結(jié)合這一根本原則，能夠得出一個(gè)貨位分配優(yōu)化的目標(biāo)條件。對(duì)此，將某貨位區(qū)編號(hào)設(shè)為R（對(duì)于R=1,2……，q），同時(shí)設(shè)一共有p種貨品，并且將其中一種貨品的COI值設(shè)置為Ii。（其中COI指的是立方體索引號(hào)，其具體計(jì)算公式主要為：Ii=Ci/?i，該公式當(dāng)中的Ci主要指的是某種貨品存儲(chǔ)總量實(shí)際需要的庫存容量，對(duì)于?i來講，主要指的是某種貨品的實(shí)際出庫頻率），如果貨品的COI值越小，則表明其出入庫頻率越高，所以需要將其距離出入口越近。結(jié)合這個(gè)原則，如果庫區(qū)編號(hào)R與COI的乘積兩者之間的和Q最小時(shí)（指的是出入庫頻率高的貨品需要對(duì)應(yīng)近的貨位），能夠得到目標(biāo)條件1（如圖1）。

圖1 1目標(biāo)條件公式

為了能夠加快周轉(zhuǎn)，即保證各個(gè)貨位上貨品的實(shí)際搬運(yùn)時(shí)間之和T能夠達(dá)到最短，需要設(shè)tij作為相應(yīng)堆垛機(jī)搬運(yùn)第i層以及第j列貨位上的貨品需要花費(fèi)的時(shí)間，同時(shí)設(shè)vx以及vy分別為堆垛機(jī)在水平以及垂直方向的運(yùn)行速度，再此基礎(chǔ)上設(shè)L以及H作為一個(gè)貨位的相應(yīng)長(zhǎng)度以及高度。以此來得到目標(biāo)條件2（如圖2）。

圖2 目標(biāo)條件2

由于貨位分配屬于一個(gè)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)組合優(yōu)化的問題，所以難以就重心要求、頻率要求以及時(shí)間要求等給出一個(gè)較為明確的偏好，所以想要將其演化成為一個(gè)單目標(biāo)就會(huì)相對(duì)較為困難。此外，由于貨位很多，借助動(dòng)態(tài)規(guī)劃以及分枝界定等相對(duì)較為傳統(tǒng)的運(yùn)籌學(xué)方法通常只可以求解很小的問題。但是依托于人工智能的多目標(biāo)優(yōu)化法則可以相對(duì)較為良好地求解一些具備高度求解復(fù)雜的相應(yīng)組合優(yōu)化問題，將其應(yīng)用到貨位問題的求解方面將會(huì)十分便利。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于鋼鐵企業(yè)來講，其自動(dòng)化倉庫貨位分配優(yōu)化問題需要充分考慮到非常多的因素，并且遵循諸多原則，綜合考慮所有內(nèi)容才可能促使其向著最優(yōu)解的方向發(fā)展。本文借助虛實(shí)貨位耦合策略來分析了鋼鐵企業(yè)自動(dòng)化倉庫貨位分配優(yōu)化問題，能夠有效縮短操作過程中的行走時(shí)間、提高工作效率以及縮短倉庫周轉(zhuǎn)時(shí)間，有助于提高鋼鐵企業(yè)自動(dòng)化倉庫的生產(chǎn)力，進(jìn)而提高企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益。