基于SLP和SHA的船舶建造閥件倉庫布置優(yōu)化

王 平，蘭 昊

（江蘇科技大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100）

0 引言

倉庫的布置直接影響著倉庫的利用效率、收發(fā)貨作業(yè)效率等方面，已經(jīng)成為企業(yè)物流優(yōu)化的重要因素。合理的倉庫布置可以降低企業(yè)的物流成本，有助于企業(yè)采用先進的管理方法和物流技術(shù)、整合內(nèi)部資源、提高效益、降低成本、提高競爭力。W造船廠承接我國第一艘大型郵輪的建造，郵輪建造所需閥件的種類和數(shù)量幾乎是普通船舶的數(shù)倍，具有倉儲數(shù)量大、需求量大、物資分類復(fù)雜、揀選費工費時等特點，對倉儲利用能力提出了更高的要求。隨著郵輪建造的進行，W造船廠閥件倉庫面臨巨大的壓力，原有的倉儲布置難以滿足郵輪建造的需求，亟需對其進行優(yōu)化調(diào)整。

系統(tǒng)布置設(shè)計（Systematic Layout Planning，SLP）是美國學(xué)者理查德·廖瑟（Richerd Muther）根據(jù)系統(tǒng)工程的理念提出來的系統(tǒng)布置設(shè)計理論。趙敬源，等針對現(xiàn)有物流園布置方法不成熟、布局模式單一等問題，引入馬爾科夫鏈改進傳統(tǒng)系統(tǒng)布局設(shè)計的方法，對原規(guī)劃方案進行了優(yōu)化。于俊甫，等運用遺傳算法分別結(jié)合多行布置模型和一對一布置模型，從物流強度的角度對G企業(yè)裝配車間的設(shè)施布置進行優(yōu)化設(shè)計，得出多行布置模型的優(yōu)化效果更好。張慧，等采用SLP與Flexsim仿真軟件相結(jié)合的方法，對企業(yè)車間的設(shè)施進行優(yōu)化，縮短了物料的搬運距離，提高了設(shè)備利用率及生產(chǎn)效率。林清戀，等運用SLP方法，分別對公司布置和醫(yī)院手術(shù)室的設(shè)施進行優(yōu)化，應(yīng)用相互關(guān)系圖進行計算，得到優(yōu)化后的備選方案，并對多個方案進行評價，選出最優(yōu)方案。侯智，等采用SLP和遺傳算法相結(jié)合的方式，分別對變速器廠倉儲和工廠布置進行優(yōu)化，彌補了傳統(tǒng)SLP的繁瑣、主觀性強、結(jié)果不穩(wěn)定等缺點，有效提高了倉儲布置的效率和效益。Calzavara，等從經(jīng)濟成本和人體工學(xué)的角度對倉儲進行研究，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型并提出構(gòu)建倉儲布局的方法。

物料搬運系統(tǒng)分析（System Handling Analysis,SHA）可用于全部物料搬運活動，是一種條理清晰的物流分析方法，可實現(xiàn)倉庫內(nèi)物料搬運方法和方式的合理化。張永強，等采用SLP與SHA相結(jié)合的方法，對林產(chǎn)品倉儲布局進行優(yōu)化，設(shè)計出新的林產(chǎn)品倉儲布局方案。馮定忠，等將系統(tǒng)布置優(yōu)化和搬運系統(tǒng)分析相結(jié)合，對生產(chǎn)車間進行了規(guī)劃，并運用仿真軟件對車間生產(chǎn)運作進行模擬，得到車間優(yōu)化后的布置方案和設(shè)備配置方案。李冰通過SLP與SHA相結(jié)合的方法，在分析工程機械廠基本元素后，通過繪制物流圖和物流-距離圖，對現(xiàn)有布置進行分析評價，最后對工程機械廠布置進行優(yōu)化調(diào)整。

本文以W造船廠閥件倉庫為研究對象，針對閥件倉庫物流量大、物流搬運頻繁等特點，采用SLP和SHA相結(jié)合的方法，彌補了傳統(tǒng)SLP方法缺少物料分析、動態(tài)分析等缺點，對閥件倉庫布置進行優(yōu)化調(diào)整。

1 W造船廠閥件倉庫的布置現(xiàn)狀分析

1.1 W造船廠閥件倉庫的布置現(xiàn)狀

W造船廠是國內(nèi)領(lǐng)先的造船企業(yè)，年均生產(chǎn)量約為民船12艘、海工船2艘。由于W造船廠現(xiàn)承接大型郵輪的建造，大量增加的郵輪閥件對原有閥件倉庫造成了巨大壓力。W造船廠閥件倉庫面積約為10 000㎡，日常存儲閥件約為36 000個。按照倉庫內(nèi)部各作業(yè)單位的性質(zhì)，可將其劃分為11個區(qū)域，分別為收貨區(qū)，理貨區(qū)，民、海閥件貨架區(qū)，海工閥件地堆區(qū)，民船閥件地堆區(qū)，郵輪閥件存儲區(qū)，退貨區(qū)，集配區(qū)，出貨區(qū)，設(shè)備區(qū)和辦公服務(wù)區(qū)，如圖1所示。郵輪建造閥件由于其特殊性設(shè)置專有存儲區(qū)，地堆區(qū)閥件存放形式為托盤或木箱，貨架存放閥件以保管員經(jīng)驗決定，各作業(yè)單位的面積及作用見表1。

表1 閥件倉庫各作業(yè)單位劃分

圖1 W造船廠閥件倉庫布置圖

1.2 閥件倉庫總物流圖繪制

閥件倉庫作業(yè)流程如圖2所示，具體包括：

圖2 閥件倉庫總流程圖

（1）入庫流程。供應(yīng)商將閥件送至倉庫收貨區(qū)，工作人員將閥件卸貨、清點、交接完成后，在理貨區(qū)對收到的閥件進行分類及外觀檢驗，將合格品依據(jù)存儲要求的不同進行分類，存入指定區(qū)域。急需的閥件在集配區(qū)交接完成后直接送至出貨區(qū)出庫。

（2）出庫流程。生產(chǎn)部門提前一天向倉庫下訂單，工作人員按訂單到各存儲區(qū)揀貨，運至集配區(qū)配托盤，將配好的托盤運至出貨區(qū)暫存，待次日配送人員裝車出庫，送至生產(chǎn)線邊。

（3）退貨流程。倉庫管理員在收貨區(qū)卸貨、清點及理貨區(qū)分類、檢驗時發(fā)現(xiàn)不合格品，將不合格閥件拍照后運至退貨區(qū)，待評估后決定回收或退回供應(yīng)商。

2 基于SHA的倉庫總體布置分析與評價

2.1 閥件倉庫搬運路線分析

由圖2可知，產(chǎn)生閥件搬運物流量的作業(yè)單位對為14對，本文分析搬運路線時僅考慮產(chǎn)生物流量的14對作業(yè)單位區(qū)域。因船舶制造周期長、物資使用量波動大，故選取各作業(yè)單位間每月的閥件物流量進行分析。同時使用曼哈頓距離法計算出各搬運路線的實際搬運距離，得到W造船廠閥件倉庫搬運路線匯總表，見表2。

表2 閥件倉庫搬運路線匯總表

2.2 基于物流-距離圖的閥件倉庫總體布置分析

按照物料搬運的原則，物料搬運以各條路線上總的搬運量最小為目標(biāo)，即物流量f與搬運距離d總體上應(yīng)呈反比關(guān)系，根據(jù)已有文獻[12]可得到物流量與搬運距離之間的關(guān)系為：

式（1）中：M，N均為常數(shù)。

由于倉庫實際產(chǎn)生物流的作業(yè)單位對有14對，則計算可得物流量f與搬運距離d之間的函數(shù)關(guān)系式為：

按照表2，繪制出物流量-搬運距離圖，按照式（2），繪制出閥件倉庫物流-距離基準(zhǔn)曲線，如圖3所示。

圖3 閥件倉庫物流-搬運距離及其基準(zhǔn)線圖

2.3 總體布置評價

按照物料搬運的原則，當(dāng)某個作業(yè)單位對的搬運距離較大時，物流量應(yīng)相對較小，反之物流量應(yīng)相對較大。通過分析圖2和圖3，并結(jié)合閥件倉庫作業(yè)搬運路線特點，對閥件倉庫作出如下評價：

（1）理貨區(qū)與郵輪閥件地堆區(qū)、民船閥件地堆區(qū)與集配區(qū)、集配區(qū)與出貨區(qū)之間的物流量很大，但是搬運距離卻很遠，造成搬運費用的增高及搬運的不便。

（2）從倉庫平面布置圖可以看出，靠近入口的“黃金儲存區(qū)”被物流量小的辦公服務(wù)區(qū)和設(shè)備區(qū)域占用，在進行收發(fā)貨時，會造成物流量大的區(qū)域其搬運距離不必要的增加。

（3）設(shè)備區(qū)進出路線被民、海閥件貨架區(qū)阻擋，不利于設(shè)備的進出，辦公服務(wù)區(qū)遠離出口，不利于監(jiān)管物資出庫與交接。

（4）郵輪閥件存儲區(qū)橫跨整個倉庫，大量的郵輪閥件搬運，既不便于其他作業(yè)單位的物資進出，又極易造成交通擁堵和混亂。

3 基于SLP的W造船廠閥件倉庫布置優(yōu)化

3.1 物流相互關(guān)系分析

物流分析是倉庫布置優(yōu)化的關(guān)鍵，也是前提，其基本原則是使物料搬運費用最小，避免物料搬運路線的迂回和十字交叉，通常包括物料移動的順序和移動量兩個方面。常將倉庫各作業(yè)單位間的物流強度劃分為A、E、I、O、U五個等級對物流關(guān)系因素進行分析。A、E、I、O、U所表示的物流強度依次減小，物流強度等級劃分依據(jù)見表3。

表3 物流強度等級劃分表

根據(jù)表2可得該倉庫作業(yè)單位物流相互關(guān)系圖，可簡潔的表示倉庫各個作業(yè)單位之間的物流相互關(guān)系，如圖4所示。

圖4 作業(yè)單位物流相互關(guān)系圖

3.2 非物流相互關(guān)系分析

物流分析是倉庫布置的重要依據(jù)，但不是唯一依據(jù)，W造船廠閥件倉庫中各作業(yè)單位之間的非物流關(guān)系具有同樣重要的地位。依據(jù)R·廖瑟在系統(tǒng)布置設(shè)計中的建議，作業(yè)單位的重點影響因素不應(yīng)超過10個。根據(jù)現(xiàn)場分析調(diào)研并咨詢相關(guān)人員后，確定影響W造船廠閥件倉庫作業(yè)單位的非物流影響因素主要有8個，見表4。

表4 非物流關(guān)系影響因素

在確定各作業(yè)單元的非物流影響因素后，按照一定的關(guān)系密切等級對非物流相互關(guān)系進行等級劃分，通常劃分為A、E、I、O、U五個等級，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 密切程度等級劃分表

通過訪問倉庫現(xiàn)場作業(yè)人員并結(jié)合相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)給出的建議，根據(jù)表5，可得到各作業(yè)單位間的非物流相互關(guān)系圖，如圖5所示。

圖5 作業(yè)單位非物流相互關(guān)系圖

3.3 綜合相互關(guān)系分析

為了確定W造船廠閥件倉庫各作業(yè)單位之間的綜合關(guān)系密切程度，需將各作業(yè)單位間的物流和非物流相互關(guān)系量化后相結(jié)合。首先要確定它們的相對重要性。綜合上述對閥件倉庫的分析，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研分析可知，W造船廠閥件倉庫的物流相互關(guān)系和非物流相互關(guān)系同樣重要。因此，參考文獻[15]，閥件倉庫各作業(yè)單位之間的綜合關(guān)系計算方式為：

近年來，國內(nèi)腳手架施工事故屢有發(fā)生，尤其以承重腳手架在澆筑砼和腳手架拆除時發(fā)生坍塌事故，以及搭設(shè)、拆除等作業(yè)過程中發(fā)生高處墜落事故居多。導(dǎo)致這些事故的原因大多為腳手架設(shè)計不合理、材質(zhì)不合格、偷工減料、腳手架工不專業(yè)等。隨著建筑市場的發(fā)展壯大，腳手架需求越來越多。為避免或減少腳手架施工事故發(fā)生，國內(nèi)施工企業(yè)可借鑒阿美關(guān)于腳手架的一些先進做法，對腳手架工取證、腳手架方案審批、專業(yè)承包商、專人驗收及檢查、掛牌制度等方面進一步細化管理，逐步規(guī)范腳手架搭設(shè)、拆除等施工，全面提升腳手架施工安全管理水平。

式（3）中：TR表示作業(yè)單位對i、j之間的綜合作用關(guān)系；

MR表示作業(yè)單位對i、j之間的物流關(guān)系；

NR表示作業(yè)單位對i、j之間的非物流關(guān)系；

M:n表示物流和非物流相互關(guān)系的相對重要性，本文取1:1。

綜上，通過量化計算后，綜合得到W造船廠閥件倉庫各功能區(qū)綜合密切程度相互關(guān)系圖，如圖6所示。

圖6 作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖

3.4 W造船廠閥件倉庫布置優(yōu)化方案

一般平面布置的方法有線型圖法、圖論法、螺旋法、關(guān)系表法等。由于關(guān)系表法的邏輯性、條理性較強，相對較易得到較優(yōu)的布置方案，故本文采用關(guān)系表法對W造船廠閥件倉庫的各個作業(yè)單元進行初始的相對位置確定。首先根據(jù)圖6繪制各個作業(yè)單元對之間的相互關(guān)系工作表，見表6。

表6 各作業(yè)單位對相互關(guān)系工作表

在不考慮各功能區(qū)實際占地面積的情況下，將各作業(yè)面積看做面積相同、大小一樣的正方形，在正方形中央寫上作業(yè)單位的名稱，四角分別標(biāo)上A級、E級、I級、O級，并填上相對應(yīng)的作業(yè)單位代號，U級暫不考慮，得到無面積拼塊如圖7所示。

圖7 無面積拼塊示例圖

無面積拼塊擺放原則為：首先考慮A級，再依次考慮E級、I級、O級。擁有A級相互關(guān)系的作業(yè)單位對要邊靠邊布置，擁有E級相互關(guān)系的作業(yè)單位對至少要角對角布置。最后得到幾個不同的相對位置方案。

方案得分計算方法：如果A級作業(yè)單位對沒有靠邊，則罰2分；若A級作業(yè)單位對只靠角，則罰1分；若E級的作業(yè)單位對沒有靠角也罰1分；若I級的作業(yè)單位對靠邊則加2分，靠角加1分。對得到的方案進行評價、篩選，選出較優(yōu)的布置方案，如圖8所示。

圖8 無面積拼接初始布置方案

基于上文中對W造船廠倉庫內(nèi)物流作業(yè)圖、物流-距離圖及其基準(zhǔn)線圖和總體布置評價、綜合關(guān)系圖等的分析，再根據(jù)無面積拼接初始布置方案中各作業(yè)單位的相對位置，并結(jié)合各類型閥件的存儲量和存儲面積需求，繪制出初步閥件倉庫優(yōu)化布置方案，最后對初步優(yōu)化布置方案進行優(yōu)化調(diào)整，得到最終優(yōu)化布置方案，如圖9所示。

圖9 最終優(yōu)化布置方案

4 布置優(yōu)化結(jié)果的評價與分析

對比倉庫原布置方案，優(yōu)化后的布置方案具有如下優(yōu)點：

（1）最終優(yōu)化布置方案很大程度上縮短了作業(yè)單位間的搬運距離，其中理貨區(qū)和郵輪閥件存儲區(qū)的搬運距離縮短至39m，民船閥件地堆區(qū)和集配區(qū)的搬運距離縮短至39.8m，集配區(qū)和出貨區(qū)的搬運距離縮短至18.9m。根據(jù)最終優(yōu)化布置方案，計算出優(yōu)化后各搬運路線的實際物流距離，繪制出物流-距離及基準(zhǔn)線圖，如圖10所示。

圖10 優(yōu)化后閥件倉庫物流-距離及基準(zhǔn)線圖

（2）通過計算閥件倉庫優(yōu)化前后系統(tǒng)搬運工作量可得，優(yōu)化前的月系統(tǒng)搬運工作量為18 815.3，優(yōu)化后的月系統(tǒng)搬運工作量為15 954.6，優(yōu)化后的搬運工作量比優(yōu)化前減少了15.2%。

（3）將物流量小的退貨區(qū)與設(shè)備區(qū)布置于遠離出入口的位置，倉庫出入口附近的“黃金區(qū)域”布置物流量較大的閥件存儲區(qū)，縮短了搬運距離，節(jié)約了搬運費用，降低了存儲成本。

（4）將設(shè)備區(qū)布置在倉庫上部中間位置，便于設(shè)備的進出與物資裝卸。辦公區(qū)布置于靠近集配區(qū)與出庫區(qū)位置，便于管控物資出庫與交接，提高了管理的方便性與管理效率。

（5）將物流量最大的郵輪閥件存儲區(qū)布置于閥件倉庫下側(cè)，靠近理貨區(qū)與集配區(qū)，既方便閥件出入庫，又不會因為頻繁的搬運造成擁堵與混亂。

5 結(jié)語

針對W造船廠閥件倉庫存儲壓力大、布置不合理等問題，基于SLP和SHA相結(jié)合的方法，設(shè)計了閥件倉庫布置優(yōu)化方案，有效縮短了閥件的搬運距離，減少了系統(tǒng)搬運工作量，在搬運效率、倉儲空間利用等方面有了明顯改善。本文所使用的方法、思路也可為企業(yè)的新建、改建、重組工程提供參考。