在現(xiàn)有的布局規(guī)劃方法中，系統(tǒng)布置設(shè)計(SLP)方法因條理性、邏輯性強，得到了廣泛的認可與應(yīng)用[5][6][7][8]。如文法然，徐琬佳針對W公司倉庫布局，運用SLP方法設(shè)計作業(yè)相關(guān)區(qū)域布局，并對方案進行對比分析，從而縮短了物料搬運距離，提高了倉庫整體運作效率[9];趙亞男針對W公司倉儲布局問題，運用SLP方法進行優(yōu)化，使作業(yè)效率提高了14.9%[10]。以上文獻均運用SLP方法對布局進行改進，但傳統(tǒng)SLP方法在求解時存在一定的局限性，如缺乏柔性和全局性，只是從宏觀的角度展開，未能考慮功能區(qū)內(nèi)部諸如設(shè)備的增減及運轉(zhuǎn)狀態(tài)、作業(yè)效率的高低、物流動線以及作業(yè)流程之間的關(guān)系等微觀問題，且無法對系統(tǒng)內(nèi)部的實時狀態(tài)進行反饋并根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部需求變化對布局做出調(diào)整。

基于此，為對配送中心進行優(yōu)化設(shè)計，本文在傳統(tǒng)SLP方法中加入動線分析，保證優(yōu)化后布局的物流動線與作業(yè)流程的協(xié)調(diào)性，并通過FlexSim仿真分析，對內(nèi)部設(shè)備、瓶頸環(huán)節(jié)與資源浪費等進行改善，監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，驗證優(yōu)化方案的合理性。

1 配送中心現(xiàn)狀分析

1.1 配送中心概況

H家電生產(chǎn)企業(yè)物流配送中心的核心業(yè)務(wù)為倉配一體化服務(wù)，專為該企業(yè)中小型家電提供物流服務(wù)。目前該配送中心業(yè)務(wù)已實現(xiàn)智能化，正向智慧型物流配送中心轉(zhuǎn)型發(fā)展。

該配送中心占地總面積為5997m2,根據(jù)業(yè)務(wù)功能不同，將其主要劃分為8個功能區(qū)：入庫區(qū)、流通包裝區(qū)、配件區(qū)、理貨區(qū)、存儲區(qū)、分揀出庫區(qū)、商務(wù)辦公區(qū)和智能控制中心，其平面布局如圖1所示，圖中帶箭頭線條為物流動線。

各個功能區(qū)占地面積如表1所示。

根據(jù)出入庫頻次、訂單數(shù)據(jù)以及貨物大小，該配送中心將貨物分為A、B、C三類，各類貨物的規(guī)格大小與出入庫數(shù)據(jù)如表2、3所示。

由表3可知，該配送中心每日的貨物入庫量約為1450件，其中A類貨物訂單需求大且規(guī)格較小，以4個為一組通過托盤存儲并放入貨架，在第三季度中，其入庫量為66325件，出庫量為61355件，每月約有7.5%的安全庫存；B類與C類貨物訂單需求量相對較小且規(guī)格較大，為方便貨物的流動以及存儲，B、C類貨物均以2個為一組通過托盤進行存儲。A類貨架規(guī)格為8層10列，B、C類貨架的規(guī)格均為8層16列，托盤統(tǒng)一為GB/T2934—2007中1200×1000mm規(guī)格大小。

1.2 作業(yè)流程簡介

該配送中心各功能區(qū)物流、人流、信息流情況如圖2所示。各類貨物到達入庫區(qū)后，通過機械手實現(xiàn)貨物的搬運與移動，經(jīng)檢驗因破損等不合格的大約有3.7%,經(jīng)檢驗合格后，有22%的貨物需進行包裝，之后進入理貨區(qū)，統(tǒng)一進行理貨、貼標簽并組拍上架；在理貨區(qū)，運用傳送帶以及RFID智能分揀技術(shù)實現(xiàn)對貨物的自動分揀，并通過機械手實現(xiàn)貨物的組拍；在分揀出庫區(qū)，工作人員通過手持終端設(shè)備中實時更新的訂單信息，實現(xiàn)對訂單貨物的揀選。

1.3 存在問題分析

①在宏觀布局方面，根據(jù)圖1,對該配送中心的物流動線進行分析，發(fā)現(xiàn)存在物流動線的迂回與交叉現(xiàn)象。貨物入庫后，小部分需進行流通包裝，其余直接進入理貨區(qū)，之后統(tǒng)一進入存儲區(qū)。但在出庫時，由于分揀出庫區(qū)與存儲區(qū)距離較遠且二者中間有其他功能區(qū)，因此貨物無法直接進入分揀出庫區(qū)，物流動線之間有迂回，需通過傳送帶繞過中間功能區(qū)，導(dǎo)致貨物出庫效率較低。

②在微觀作業(yè)方面，入庫區(qū)存在瓶頸環(huán)節(jié)，由于入庫區(qū)設(shè)備處理效率過低，導(dǎo)致貨物在入庫區(qū)停留時間較長，出現(xiàn)貨物大量堆積現(xiàn)象，制約了后續(xù)檢驗與理貨環(huán)節(jié)，影響了貨物的揀選效率；流通包裝區(qū)存在資源的浪費，該功能區(qū)有3臺設(shè)備，但需要包裝的貨物僅占入庫貨物的22%,包裝工作量較小，使得三個處理工位的利用率較低。

2 基于改進SLP的功能區(qū)布局設(shè)計

傳統(tǒng)SLP方法以PQ分析作為布局規(guī)劃的參考依據(jù)，是一種生產(chǎn)導(dǎo)向的規(guī)劃分析理念，但配送中心作為典型的拉動式供應(yīng)系統(tǒng)，其作業(yè)需要完全反映客戶的需求變化，應(yīng)通過加入動線分析，形成閉環(huán)反饋過程，如圖3陰影部分所示，進而提高優(yōu)化后布局的物流動線與作業(yè)流程的協(xié)調(diào)性，保證布局方案的全面性。

2.1 物流與非物流關(guān)系分析

物流關(guān)系分析對布局規(guī)劃有重要的影響，得到的物流強度從至表如表4所示，將各功能區(qū)之間的物流強度按照由高到低的順序進行排列，得到物流強度等級表如表5所示。根據(jù)表5作出物流相關(guān)圖，如圖4所示。其中，各功能區(qū)之間的物流強度等級按照物流量承擔的比例確定，承擔的物流量累計占比為0～40%記為A(超高物流強度),物流量累計占比為40%～70%記為E(較高物流強度),物流量累計占比為70%～90%記為I(較大物流強度),物流量累計占比為90%～100%記為O(一般物流強度),其余則記為U(可忽略物流強度)。

物流關(guān)系分析對布局規(guī)劃有重要的影響，但并非唯一影響，除此以外，對非物流關(guān)系的分析也不可缺少。結(jié)合實際情況，從以下8個方面對該配送中心的非物流關(guān)系進行考慮：1)作業(yè)流程的連續(xù)性；2)貨物搬運數(shù)量與頻次；3)管理與服務(wù)；4)安全與污染；5)振動與噪音；6)人員聯(lián)系；7)共用設(shè)備；8)數(shù)據(jù)傳輸與流通。定性分析各功能區(qū)的非物流關(guān)系，劃分非物流強度等級，得到非物流相關(guān)圖如圖5所示。其中，與物流相關(guān)圖相同，用A、E、I、O、U表示等級強度，字母后邊的數(shù)字表示功能區(qū)之間的非物流關(guān)系理由。

2.2 綜合關(guān)系分析

設(shè)任意兩個功能區(qū)分別為Ai和Aj(i≠j),將其物流強度等級量化為MRij,非物流關(guān)系等級量化為NRij,因此功能區(qū)Ai與Aj的綜合相互關(guān)系量化為：

TRij=m·MRij+n·NRij(1)

式中，1≤i, j≤8,m與n分別表示物流關(guān)系與非物流關(guān)系的權(quán)重。

該配送中心的主要目標為協(xié)調(diào)物流動線，提高訂單出庫效率，因此物流關(guān)系更為重要，取物流與非物流關(guān)系的權(quán)重比為2∶1,設(shè)A～U等級的系數(shù)值分別為4,3,2,1,0。代入式(1)中，得到各功能區(qū)之間的綜合相互關(guān)系量化值，并按從大到小的順序排列，然后根據(jù)與物流關(guān)系、非物流關(guān)系同樣的等級劃分方法，得到綜合相互關(guān)系圖如圖6所示。

2.3 宏觀布局方案

根據(jù)綜合相互關(guān)系圖與面積等實際制約條件，同時考慮物流動線與作業(yè)流程的協(xié)調(diào)性，得到優(yōu)化后布局及物流動線如圖7所示，其中帶箭頭線條為物流動線。

由圖7可知，優(yōu)化后布局物流動線整體呈直線形，未出現(xiàn)迂回與交叉現(xiàn)象，在入庫區(qū)，貨物檢驗合格后，可直接進入位于其旁邊的理貨區(qū)和流通包裝區(qū)；在存儲區(qū)，貨物無需隨傳送帶繞過其他功能區(qū)到分揀出庫區(qū)，可以由叉車直接送入分揀出庫區(qū)，有效地解決了物流動線方面存在的問題。

3 基于FlexSim的作業(yè)流程仿真

在物流運作系統(tǒng)中，其存在的問題往往是由空間變量、時間變量和隨機變量交錯形成的動態(tài)系統(tǒng)問題，解決這類動態(tài)系統(tǒng)問題的有效方法就是系統(tǒng)仿真技術(shù)[11]。FlexSim作為三維仿真軟件，操作直觀，能應(yīng)用于系統(tǒng)建模、仿真以及實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程可視化[12]。因此，本文基于改進后的布局，利用FlexSim軟件對該配送中心進行建模，通過對設(shè)備利用率、訂單處理量以及貨物停留時間等進行分析，進一步改善瓶頸環(huán)節(jié)與資源浪費問題。

3.1 仿真建模

基于改進SLP優(yōu)化后的布局，建立該配送中心仿真運作模型，如圖8所示。

圖中，在入庫區(qū)使用泊松分布模擬貨物的到達，具體設(shè)定為Possion(15,getstream(current));在理貨區(qū)，處理器貼標簽的時間統(tǒng)一為8s, 合成器對A類和B、C類貨物的組拍時間分別為20s和12s; 在分揀出庫區(qū)，用發(fā)生器代表訂單的生成，分別在第15、30、50、65、95秒時生成訂單，并循環(huán)至仿真結(jié)束，將各個訂單對每類貨物的需求量導(dǎo)入全局表，合成器接收數(shù)據(jù)信息，操作人員對訂單進行揀選并使用合成器打包合成，放入暫存區(qū)等待出庫。

3.2 仿真優(yōu)化

由2.2小節(jié)可知，在作業(yè)方面，存在瓶頸環(huán)節(jié)與資源的浪費，接下來將對此進行分析與改善。

3.2.1 瓶頸環(huán)節(jié)改善

對于瓶頸環(huán)節(jié)，在入庫區(qū)通過增加機械手的數(shù)量以及改變運送形式來滿足作業(yè)量需求，進而改善瓶頸環(huán)節(jié)。對基于改進SLP方法得到的布局方案進行仿真，提出方案一：增加1臺機械手；方案二：將暫存區(qū)Queue1與機械手直接改為傳送帶。統(tǒng)計各個改善方案下，貨物在入庫區(qū)的停留時間與入庫檢驗設(shè)備的利用率，如表6所示。

由表6可知，方案一與方案二都縮短了貨物停留時間，但方案二效果遠比方案一好，這是因為通過傳送帶可以直接省去機械手以及操作人員的搬運時間，且設(shè)備利用率也進一步提高。因此，綜合考慮設(shè)備利用率與成本因素，將暫存區(qū)與機械手改為傳送帶，在滿足作業(yè)需求的同時，既能節(jié)省一臺機械手的日常維護與保養(yǎng)，也能有效提高入庫效率。

3.2.2 資源浪費改善

對于資源的浪費，在流通包裝區(qū)，依次減少設(shè)備的數(shù)量，統(tǒng)計其輸出量，同時綜合考慮貨物等待時間以及設(shè)備利用率，旨在在保證作業(yè)效率的情況下盡可能地減少設(shè)備數(shù)量，降低成本。對基于改進SLP方法得到的布局方案進行仿真并運行，將該功能區(qū)3臺設(shè)備的貨物輸出量隨時間變化圖與貨物的等待時間變化圖輸出，并依次將設(shè)備數(shù)量減少為2臺、1臺，運行仿真模型并輸出對應(yīng)結(jié)果，如圖9所示。

由圖9 a)、d)可知，3臺設(shè)備時，每臺設(shè)備的貨物輸出量在(0,8)范圍內(nèi)波動，貨物平均等待時間在3.5s左右。對比圖9 a)、b)、c),每臺設(shè)備的平均輸出量隨著設(shè)備數(shù)量的減少而增加。當有3臺和2臺設(shè)備時，貨物的平均等待時間未發(fā)生明顯變化。設(shè)備數(shù)量減少為1臺時，貨物的平均等待時間低于2s, 說明減少設(shè)備并未增加貨物的等待時間，可以保證正常的作業(yè)效率，但同時也要確保設(shè)備未超負荷運轉(zhuǎn)，因此，對不同數(shù)量設(shè)備的平均利用率進行統(tǒng)計，如表7所示。

由表7可知，設(shè)備數(shù)量減少后，其平均利用率也在增加，1臺設(shè)備能夠滿足流通包裝作業(yè)量的需求。因此，綜合考慮作業(yè)效率與成本因素，將流通包裝區(qū)設(shè)備減少為1臺，在滿足作業(yè)需求的同時保證作業(yè)效率，降低成本，減少資源的浪費。

4 優(yōu)化方案比較

運用Flexsim軟件，統(tǒng)計優(yōu)化前后方案運行效果，如表8所示。其中，原方案是指未進行優(yōu)化前的方案；優(yōu)化布局后是指基于改進SLP對布局進行宏觀優(yōu)化后的方案；仿真優(yōu)化后是指在優(yōu)化布局的基礎(chǔ)上，對微觀作業(yè)中存在的問題進行統(tǒng)一改善后的方案；優(yōu)化效果是指仿真優(yōu)化后與原方案相比的改善率。由表8可知：

①優(yōu)化后訂單處理效率提高了28.18%,入庫檢驗設(shè)備與流通包裝設(shè)備的利用率也分別提高了10.26%和18.01%,減少了資源的浪費。

②貨物在入庫區(qū)的停留時間大幅縮短，且貨物輸出量也有所提高，說明改善了入庫區(qū)貨物大量堆積現(xiàn)象，降低了貨物等待檢驗時間，同時保證了作業(yè)流程的連續(xù)性。

③理貨組拍設(shè)備與訂單合成設(shè)備的利用率均低了不到1%,但訂單處理量卻提高了，說明物流動線與作業(yè)流程更加協(xié)調(diào)，投入比原來更少的設(shè)備便可完成更多的訂單量。

5 結(jié)語

本文運用改進SLP與FlexSim仿真相結(jié)合的方法，從宏觀布局優(yōu)化與微觀作業(yè)流程分析角度，以H企業(yè)物流配送中心為例，對其布局進行優(yōu)化設(shè)計，解決了物流動線冗余、瓶頸環(huán)節(jié)與資源浪費等問題，提高了配送中心訂單處理效率。

改進的SLP方法囊括了物流動線分析，拓展了研究的深度；FlexSim仿真分析不僅可以明確瓶頸環(huán)節(jié)以及產(chǎn)生資源浪費的原因，還能實時監(jiān)測配送中心的狀態(tài)，驗證布局的合理性，并對其進行反饋與修正。兩種方法的高度融合與互為補充為配送中心布局優(yōu)化問題提供了重要思路，具有一定的借鑒意義。