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    基于ABC法和C-W法M物流公司仓库拣选路径分析

      信息来源:   发布时间:2021-06-02  点击数:

    在传统型人工仓储中,与拣选作业直接相关人员占仓库总人数约为50%[1],其成本约为仓库运作成本的60%到70%[2],拣选作业消耗了大量的人工劳动和仓储运作成本。目前对拣选作业的研究主要集中在储位规划与拣选路径规划领域,葛梦媛结合ABC分类法与EIQ分析法解析了顾客和经常订货产品的重要性程度,为配送中做出了相应的库位配置方案[3]。李电生等将仓库的拣货路径看作是TSP问题(旅行商问题),并采用图论的方式加以解决,优化后的拣选路径比原路径缩短了15%至25%[4]。由于M物流仓库内汽车零部件种类过多,本文采用ABC分类法改进储位调整,并将拣货路径简化成TSP问题,引入C-W节约算法改进传统拣货路径,以提高拣选作业效率。

    、M物流公司拣选作业分析

    M物流公司主要负责对A汽车公司的汽车零部件进行二次包装、储存以及发货出库。公司订单拣货作业的流程是:客户持A汽车销售单据到仓库提货,仓库统计人员接到销售单据核实无误后,进入WMS系统打印拣货清单,仓管员按照拣货单的目录开始拣货,拣货使用的设备是手动液压叉车,集装器具为托盘,待拣货完成后送至发货区,并反馈拣货信息。调研发现,M公司仓库在拣选作业方面存在两个问题。

    1)M物流公司产品存储方式是定位存放,但是许多库位的“定位”是不合理的,尤其是高频出库货物与低频出库货物库位。一方面,因为许多经常出库的货物远离出口处,而一些“呆滞品”却放在出口处的近端,很多时候,一张拣货单可能只有一件商品,该商品的储位又位于仓库后侧,拣货员走了很多无效里程;另一方面,仓库中出库频率比较高的产品储位过于分散,拣货员经常要穿梭在整个仓库的不同库区去拣取这些高频货物。物流的仓库布局及储位规划如图1所示,该仓库共有7个货区,其中,S2与S3为阁楼式货架存储区,S4至S8均为地面为托盘存储区,在S6与S7、S4与S5中间实线部分,为不可直接穿越的实体墙部分,每一个储存区分别有34个储位。另外,该仓库使用的搬运工具是手动液压叉车,液压叉车停放在出口处的两侧。

    图1 仓库布局简图

    仓库布局简图   


    2)拣选作业一般包括订单准备、行走、拣取、集中与分类、拣选信息的反馈五个部分,其中,行走时间是拣选作业中消耗时间最多的部分,为了探究拣货行走路径所耗费的时间占比情况,在实际工作中做了一个简单的实验:随机选择12份拣货单,并将12份拣货单的各个步骤所消耗的时间分别做了记录,表1是对12张拣货订单各个步骤所用时间的一个统计情况。通过表1可以发现:拣货过程中的行走时间是影响拣货效率的最主要因素,对于绝大部分订单来说,行走时间占总拣货时间的50%及以上。在M物流公司出库作业的实际拣货操作过程中,拣货员对拣货路径的选择,依据是自己的工作经验,如何选择行走路径,都是由拣货员根据自己的经验和偏好而决定,缺乏合理的拣货路径规划。

    拣货各步骤时间统计表(单位:分钟导出到EXCEL



    订单准备时间 行走时间 拣取时间 集中与分类时间 信息反馈时间 总用时 行走时间占比

    订单1
    3 19 7 4 2 35 54.29%

    订单2
    5 26 12 5 1 49 53.06%

    订单3
    3 9 2 1 1 16 56.25%

    订单4
    7 33 15 8 3 66 50.00%

    订单5
    4 17 8 2 2 33 51.52%

    订单6
    5 12 2 3 1 23 52.17%

    订单7
    4 21 6 7 5 43 48.84%

    订单8
    2 11 5 1 1 20 55.00%

    订单9
    3 9 2 1 2 17 52.94%

    订单10
    4 12 1 1 1 19 63.15%

    订单11
    6 27 9 4 2 48 56.25%

    订单12
    4 3 1 1 1 10 30.00%



    二、基于ABC分类的货物储位调整

    从仓储管理系统中提取了一个月的出库数据信息。该期间内产品共计出库18094件汽车零部件,涉及的种类达813种,在仓库近一个月以来产品总出库量的基础之上,对M物流出库的商品展开ABC分类,具体过程如下:

    1)利用数据透视表将各种型号的产品出库量进行汇总求和。

    2)采取降序排列方式,对各类产品总出库量排序。

    3)计算出库产品的累计出库量。

    4)计算出库产品占总出库量的累计百分比。

    5)划分产品的类别,总种类的10%左右划分为A类,20%左右划分为B类,70%左右划分为C类。

    根据上述步骤,得出了基于总出库量的产品ABC分类,分类后,A类产品种类为73种,占总种类约为9%,累计出库量达到了84%;B类产品种类和C类产品种类分别为91种、649种。因此,A类产品是影响出库效率的主要因素,对A类产品进行库位调整。通常来说,A类产品的存储位置一般比较靠近仓库的前端,示意图见图2。符合以下两个条件的A类产品,可以对其储位调整:产品库位的首代码不超过每个库区库位总数的三分之一,即库位首代码不超过34/3≈11;单个品种的日平均出库量不小于1个,即挑选日平均出库频率较高的货物。经过筛选,符合条件的共有29个不同型号的货位需要调整,可以把这些产品的储位移至靠近出口处的库位上,调整结果见表2。

    图2 A类产品存储图

    2 A类产品存储图


    库位调整前后距离表 导出到EXCEL




    产品名称

    原库位
    调整后库位 节约值
    (单位:步)

    库位号
    距出口距离
    (单位:步)
    库位号 距出口距离
    (单位:步)
    3103111U2011前轮毂螺栓 S7-12 83 S6-01 5 78

    1105021R0070粗滤器滤芯
    S3-07 161 S6-01 5 156

    3103102-R002LJ前制动盘
    S7-12 83 S5-01 5 78

    3104102-R101后制动鼓
    S7-12 83 S5-01 5 78

    1003207GD190气门锁夹
    S2-16 161 S6-02 9 152

    8202023R001前盖板卡扣
    S4-28 133 S6-02 9 124

    3503300U0010前制动盘
    S7-18 101 S5-02 9 92

    1003210GD190气门弹簧上座
    S2-16 161 S5-02 9 152

    5205070V6500右前雨刮刮片
    S2-01 161 S6-03 11 150

    3103010U1510XA前轮毂单元
    S7-12 83 S6-03 11 72

    8403101X0010E左翼子板
    S4-28 133 S5-03 11 122

    1203100R0070前排气管总成
    S3-07 161 S5-03 11 150

    5205060U8910左前雨刮刮片
    S2-01 161 S6-04 15 146

    1301010R0090散热器总成
    S3-07 161 S6-04 15 146

    4133100R001左后组合灯总
    S2-01 161 S5-04 15 146

    5205070U8910右前雨刮刮片
    S2-01 161 S5-04 15 146

    8403201X0010E右翼子板
    S4-28 133 S6-05 17 116

    1105020R0446-F011粗滤器
    S3-07 161 S6-05 17 144

    3500952U8510BJ后制动蹄片
    S7-18 101 S5-05 17 84

    3504300U0010后制动盘
    S7-22 113 S5-05 17 96

    1105010R0446-F011柴油滤
    S3-07 161 S6-06 21 140

    8400910X0010E水箱下横梁
    S4-28 133 S6-06 21 112

    1105010R0440-F011燃油滤
    S3-07 161 S5-06 21 140

    8125012R001前加热器出水
    S4-28 133 S5-06 21 112

    3401100U0010转向器及附件
    S7-18 101 S6-07 23 78

    8400500R001E前舱面板
    S4-28 133 S6-07 23 110

    1109300R0042中冷器总成
    S3-07 161 S5-07 23 138

    5205500V6500后刮臂刮片
    S2-01 161 S5-07 23 138

    3503200U1911右前制动钳
    S7-26 125 S6-08 27 98

    合计
    3925 431 3494



    通过表2可知,29个A类产品的储位由分散在各个库区集中到了距离出口处较近S5和S6库区的前端,距出口处的距离可以减少了89%,缩短了A类产品的出库距离。

    、C-W算法下的拣货路径分析

    (一)案例选择

    在实际的拣货过程中,多批次小批量拣选占据着出库订单的很大一部分,对订单进行整合,之后再进行集中拣选是提高拣货效率的重要方法。表3是随机抽取的5张拣货单,将其合并拣选。

    (二)储位调整对拣货距离的影响

    5张订单中,序号为H的产品调整前库位号为S7-26,调整后库位号为S6-8。按照拣货员常用的随意性拣货路径方法,以通道为单位次第拣选产品。产品储位调整前,拣货路径见图3,储位调整后,拣货路径见图4。

    3 5张拣货单的汇总 导出到EXCEL



    拣货单号 序号 库位号 产品代码 产品名称 数量 订单号

    拣货单1
    A S3-06-1-01 58120220U9080 安全带总成 1 D77400065

    B S5-08-1-06 840310X0010E 左翼子板 1 D77400065

    C S7-24-1-02 3101010U9080 车轮 1 D77400065

    拣货单2
    D S4-12-1-01 5306120U2010 手套箱总成 1 D7810349

    E S7-13-1-03 2905110V5000 左前减震器 1 D7810349

    拣货单3
    F S6-24-1-10 2803100U7502 上格栅总成 1 J80217421

    拣货单4
    G S6-23-1-03 1307240FA020 暖风水管总成 1 J28277489

    H S6-08-1-01 3503200U1911 右前制动钳 1 J28277489

    拣货单5
    I S8-21-1-07 2905010R001 前减震总成 1 D70800203



    图3 储位调整前拣货路径图

    储位调整前拣货路径图   


    图4 储位调整后拣货路径图

    储位调整后拣货路径图   


    经计算,储位调整前拣货路径为:B-G-F-H-C-E-I-A-D;储位调整后,拣货行走路径为:E-I-C-F-G-H-B-A-D,拣货里程节约9%。

    (三)C-W算法下的拣货效果分析

    根据C-W算法的基本思想[5](P350-P353),其具体步骤为:

    1)首先计算表3各待拣货点对之间的直角距离,aij=aji,计算结果如表4所示。

    各点对之间的直角距离(单位:步导出到EXCEL




    始点

    终点

    A
    B C D E F G H I

    A
    0 128 130 72 164 86 92 134 146

    B
    128 0 152 110 118 54 48 6 142

    C
    130 152 0 190 34 104 110 146 16

    D
    72 110 190 0 174 146 152 116 204

    E
    164 118 34 174 0 138 144 112 30

    F
    86 54 104 146 138 0 6 48 120

    G
    92 48 110 152 144 6 0 42 126

    H
    134 5 146 116 112 48 42 0 142

    I
    146 142 16 204 30 120 126 142 0



    2)由于H点距离叉车存放处和拣货用的托盘位置较近,所以在这里选择H点作为基点(拣货的起点)。

    3)对各线路节约值进行降序排列,见表5。

    各线路节约值降序排列(单位:步导出到EXCEL



    序号 节约值 序号 节约值

    1
    (C,I) 272 13 (C,D) 72

    2
    (E,I) 224 14 (F,I) 70

    3
    (C,E) 224 15 (G,I) 58

    4
    (A,D) 178 16 (D,E) 54

    5
    (A,C) 150 17 (D,I) 54

    6
    (A,I) 130 18 (E,F) 22

    7
    (A,F) 96 19 (D,F) 18

    8
    (C,F) 90 20 (B,D) 12

    9
    (A,G) 84 21 (A,B) 12

    10
    (F,G) 84 22 (E,G) 10

    11
    (A,E) 82 23 (D,G) 6

    12
    (C,G) 78 24 (B,I) 6



    4)依次检验其端点ij,如果符合条件,就把弧(i,j)插入到线路中。具体的线路调整过程见表6。

    线路调整过程(单位:步导出到EXCEL




    序号
    线路与说明 节约值

    0
    H-A-H,H-B-H,H-C-H,H-D-H,H-E-H,H-F-H,H-G-H,H-I-H

    1
    (C,I) H-C-I-H,H-A-H,H-B-H,H-D-H,H-E-H,H-F-H,H-G-H 272

    2
    (E,I) H-C-I-E-H,H-A-H,H-B-H,H-D-H,H-F-H,H-G-H 224

    3
    (C,E) C点、E点在同一条线路上,不插入 0

    4
    (A,D) H-A-D-H,H-C-I-E-H,H-B-H,H-F-H,H-G-H 178

    5
    (A,C) H-D-A-C-I-E-H,H-B-H,H-F-H,H-G-H 150

    6
    (A,I) 点A、点I在同一条线路上,不插入 0

    7
    (A,F) 点A与基点H不相邻,不插入 0

    8
    (C,F) 点C与基点H不相邻,不插入 0

    9
    (A,G) 点A与基点H不相邻,不插入 0

    10
    (F,G) H-F-G-H,H-D-A-C-I-E-H,H-B-H 84

    11
    (A,E) 点A、点E在同一条线路上,不插入 0

    12
    (C,G) 点C与基点H不相邻,不插入 0

    13
    (C,D) 点C与基点H不相邻,不插入 0

    14
    (F,I) 点I与基点H不相邻,不插入 0

    15
    (G,I) 点I与基点H不相邻,不插入 0

    16
    (D,E) 点D、点E在同一条线路上,不插入 0

    17
    (D,I) 点D、点I在同一条线路上,不插入 0

    18
    (E,F) H-D-A-C-I-E-F-G-H,H-B-H 22

    19
    (D,F) 点D、点F在同一条线路上,不插入 0

    20
    (B,D) H-B-D-A-C-I-E-F-G-H 12



    插入弧(B,D)后,该条路径已经包含了全部的待检货点,计算结束,拣货线路为H-B-D-A-C-I-E-F-G-H,拣货路线见图5。

    图5 C-W算法下拣货路径图

    5 C-W算法下拣货路径图   


    经过C-W法分析,拣货距离比传统的拣货距离节约了18%,比储位调整后的拣货距离节约了9%。

    四、结语

    针对M物流公司产品储位布局问题,利用ABC分类法对产品的储位进行重新规划,采取分类存储的方式,其储位距离出口的总里程缩短了89%。针对仓库目前的随意性拣选路径规划所带来的路径迂回与重复过多,使得拣货员行走里程长的问题,采用C-W算法,并进行比较分析,得出的拣选路径明显优于传统的拣货路径

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