面向真实世界的实时仓库布局设计建模外文翻译资料

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面向真实世界的实时仓库布局设计建模

摘 要

零售业是最具竞争力的行业之一，每家公司每天都必须改善经营以保持竞争力。配送中心需要适应竞争转移到准时交货的这个现实。大多数的仓库布局设计文献集中在传统的仓库，主要集中在产品的存储和采摘。然而，在越库作业的基础上操作，需要新的方法来规划仓库的内部布局。在本文中，它提出了一种数学规划的方法，基于最小-最大的规划恢复最优化的交叉对接仓库布局，满足及时分配操作。在这种情况下，布局需要将楼层空间分配给商店的需求。产品是在接收码头拿起，并由工人沿着仓库运送到一个给定的商店位于产品的位置。然后，将产品留在所要求的数量中，并且由工人移动到需要该产品的下一个存储位置。为此，我们执行集群的地板位置，可用于访问产品分销路线的位置。我们的方法进行了测试，在一个真实的世界案例研究的葡萄牙零售连锁店的水果和蔬菜的仓库，每天供应超过200家商店。我们表明，经过仓库的路程只可以通过重新分配存储到不同的楼层位置降低到2000多公里/月。

关键词 仓库管理，零售业务，布局，零库存，交叉配送，数学规划

第1章 简介

随着供应链的复杂性不断增加，目前提高服务水平和降低成本的压力，给零售商造成了相当大的物流挑战(Fernie amp; Sparks, 2004).。现如今，零售商在应对顾客需求的过程中，控制着商品的分配。他们的控制可以从生产到终端用户的广泛分布(Fernie, Sparks, amp; McKinnon, 2010)。

仓库是任何供应链的重要组成部分。他们的主要作用是：（1）沿供应链缓冲物料流程；（2）整合多个供应商的产品；（3）执行增值活动，如移挪补空，贴标签，以及产品定制(Gu, Goetschalckx, amp; McGinnis, 2007)。随着管理人员对供应链绩效优化的日益关注，仓库被公认为是一个可以实现显着性能改进的领域(Won amp; Olafsson, 2005)。

然而，最近为争取响应速度的实践，例如，以及时交货到商店为例。对于这个压力立即回答，一个选择是使用越库作业仓库，那里接收、分类、重组和运送是主要的操作保证（van den Berg amp; Zijm，1999）。为了高效，这种类型的仓库必须有效地设计，其中包括布局定义。

Richards（2011）表示，选择合适的仓库布局应增加吞吐量，降低成本，改善提供给客户的服务，并提供更好的工作条件。在文献中有不同的研究，解决了仓库布局问题。然而，这些研究通常集中在传统的仓库，如具有存储功能。解决管理仓库在零库存（JIT）/越库作业环境下管理仓库运转方法的文献是稀缺的。

Vis and Roodbergen（2011）提出了三种不同的概念和程序，可用于在越库作业环境的布局设计：固定的布局，基于类别的布局和灵活的布局。第一种方法的目的是设计一个固定在相当长的时间内仓库的布局。固定布局的特点是固定数量的过道或固定的过道长度，非固定变量来自需要所考虑时间段的仓库容量。基于类别的布局试图寻找比以前灵活性更好的程序。在这种方法论中，根据现有的信息，将日常活动归类在一天的开始。对于每个类别，可以使用以前的方法确定固定布局。最后，根据预期的日常活动变化，灵活的布局被定义为一个每天改变的布局。

上述三种方法和概念侧重于版面设计，特别是对过道的数量和长度的认识。如果仓库中的单位负荷（次序）的位置可以改变，它会导致过道大小和布局结构的改变。在这些情况下，在仓库中通常没有物理布局结构。Vis and Roodbergen（2008）解决越库作业中心这一问题的客观方法是使在仓库中经过的距离最小。问题被建模为一个最小成本流问题，事先它假定接收和运送码头位置是已知的一个特定的顺序。Sandal（2005）也解决了同样的问题，但只专注于靠近运送码头的地方。在这项研究中，根据该标准，作者通过分配次序给下一个运送码头领域论证了船运优先权的重要性。更多普遍的方法，如由Frazelle提出的方法（2002），解决在仓库附近的位置定位高邻接需求部门的问题。越库作业系统中的临时存储问题在Belle，Valckenaers，和Cattrysse（2012）中被修订，突出了作品在这方面的不足。

就解决越库作业环境布局设计问题而言的文献是稀缺。它被Vis and Roodbergen（2011）指出是一个文学的差距。在他们最近的评论里，Ladier和Alpan（2016）简要解决了越库作业环境下布局的问题，强调了这是保持在文献里的差距。

就在文学作品中发现的优化目标而言，这主要是与距离有关(de Koster, Le-Duc, amp; Roodbergen, 2007)。Ladier和Alpan（2016）描述了用于测量越库作业操作的一些关键绩效指标（KPI），并表明这些指标可用于相关的规划优化模型。可能与作者提出的布局设计问题有关的有些指标是（除了距离）平衡作业量，过剩，甚至总产品停留时间，门使用数量（托盘）接触。其他指标也提到，如被Larson, March, and Kusiak (1997)在工作中使用过的楼层。

本文的主要贡献是提出了一种新的仓库布局设计方法，即分配到零售商店的预先尺寸的空间，基于数学规划技术，适合于越库作业环境。在这个越库配送的仓库里，产品的流动在运送码头开始，移动到下一个需求产品的商店，并参观与商店需要的产品一样多的楼层位置，直到集装箱是空的为止。这是仓库布局设计的一个特例，因为这里的布局被明确的将每个仓库的仓库空间的分配每个商店，其中分配的空间必须足够大才能接收每个商店的日常需求。每个商店的空间在操作开始之前是空的和在装运前是满的。该模型包含了在文献综述中被定义的两个标准：在仓库里经过的距离(Vis amp; Roodbergen, 2008)和配送优先次序(Sandal, 2005)。

本文的结构如下：第2节介绍的解决方法，包括用来解决手头上问题建议的IP模型。第3节简要介绍了现实世界的案例研究，用来举例说明所提出的方法的好处。第4节介绍了获得的结果以及讨论出来的结果。文章以第5节的结论结束。

第2章 教学的方法

我们的做法是基于数学规划模型，以确定分配的商店可用的仓库楼层位置，以尽量减少在仓库中行驶的距离，并考虑到配送次序的优先事项。由于手头问题的特点，该模型开发的是整数规划（IP）模型。该模型被假定为本文的主要焦点，并打算使用商业求解器（指定在第4节）来解决。

在仓库中行驶的总距离分为两部分：在拣货作业的距离和在运输过程中行驶的距离。拣货作业也可分为不同的物流单元拣货，如纸箱和塑料盒的拣货。我们特此认为，拣货作业中存在于两个不同的物流单元，起源每个仓库楼层位置的两个领域，一个领域的产品在纸箱里和另一个领域的产品在塑料盒里。这个仓库地点被物流单元划分旨在通过员工提高托盘的施工效率，为了塑料箱有一个标准的尺寸和易于堆叠。

该模型考虑了被物流单位类似那个分成的每个商店的楼层空间位置和楼层要求。该模型还确保了商店的优先次序被慎重对待，因为最高优先级的商店只能被分配到靠近码头的仓库位置。在本节中，在我们的解决方法里我们将定义假设投入到考虑范围里(第2.1节)，一般问题的定义(第2.2节)，模型建立的概念(第2.3节)。

2.1 主要假设

提出的IP模型的发展是基于一些主要假设，下面列出：

（1） 仓库是长方形的，有两个位于对边仓库两侧的码头（图1）；

（2） 接待作业只在仓库一侧进行，而运输操作可在仓库两侧的码头进行。假定接收操作在拣货操作之前完成，从而释放接收端口以满足运输操作的需要（图1）；

（3） 它是从位于仓库的对面，订单发运的地方，所有的拣货作业开始和两个发货点的地方决定了一个接收点（图1）。这些点位于码头所在地的仓库的中间距离。接收和运送中点的确定旨在降低由每个仓库码头到各仓库楼位置的距离计算引起的模型的复杂度。此外，这些距离的计算将需要知道卡车到运送码头的分配。越库作业中心，这个问题是由不同的作者编制在文献中(Bartholdi amp; Gue, 2000; Miao, Lim, amp; Ma, 2009; Tsui amp; Chang, 1992);

（4） 每个仓库的位置被分为两个区域，一个区域的产品在纸箱里和另一个地区的产品在塑料盒，这是由他们的容量决定；

（5） 每个仓库的位置由它们全部的容量决定（每一个区域的容量被划分为一个物流单元），到一个接收点的最小操作距离和一个运输点的最小距离；

（6） 楼层位置和访问区域的整体布局是已知的，可以有任何配置（也就是说它不需要有特定的方向，如图1）；

（7） 拣货作业期间，每个员工可以访问在相同拣货路线之间的一个产品一个托盘的容量，满足多个零售商店的需求。

图1 仓库形状、码头功能及装卸点

2.2 问题的定义

手上的一般问题可以被定义为以下陈述:

在仓库中可用的地板位置和分配到相同地方的零售商店；

从接收点到每个空间楼层的距离距离；

从每个空间楼层位置到两个运送点的距离；

每个空间楼层表示在物流单元里（如托盘）的空间容量；

在一个给定的时间段，对于零售商店，表示在物流单元里所需要的拣货数量；

在给定的时间内装运到每个商店的托盘数量；

在一个给定的时间段每个托盘的平均拣货数量；

确定：

分配仓库内的商店，将商店分配到可用的仓库楼层位置；

以便尽量减少在仓库中行驶的总距离，同时考虑到商店的运输优先事项。

2.3 建立模型的概念

所提出的方法将商店分配到地板位置，最大限度地减少仓库之间经过的总距离。距离将是拣货和运输距离的总和。在运输距离中，它被认为是从地板位置移动到码头的商店订单独立于其他将有多个托盘和在一个或多个托盘卡车路线运动的商店。

另一方面，拣货距离更详细。考虑一箱香蕉。通常，这个托盘将由一个以上的商店分发。以这种方式，拣货距离是通过访问不止一个楼层位置的路径中获得的。为了克服路线问题，集成的分配问题，我们的模型是建立在楼层位置的集群概念上。

一组楼层位置是一组N楼层位置，即邻居（即，他们位于并排），将被一个拣货路线里的一个工人访问。这样，如果拣货开始在地板位置a₁，它将继续到地板位置a_x ，其中x是在该群集的楼层位置的数目。因此，在这条路线上的路程是从接收点到位置a₁的距离，群集的直线距离（我们只能假设线性群集，即所有的地板的位置位于同一过道）和从位置a_x到接收点的距离，所以工人可以开始一个新的拣货作业。在图2的例子中是以一个具有6个楼层位置的群集为例。

为了定义每个群集的地板位置的数量，我们需要从手头上的问题找出具体数据。收集的数据的期间内，此数据将能够计算满足一个托盘需求的商店的平均数量。有了这些数据，一个固定大小的集群被确定。所需的数据包括以下内容：（1）必须满足需求和充分编号的商店清单，（2）楼层位置合理编号列表，（3）从各楼层位置到接收点的距离，考虑到各楼层的空间用纸箱和塑料箱分隔，这种分工可能需要不同的接收点距离，（4）各楼层位置的装运点的距离，（5）楼层位置聚集到集群的充分编号，这是通过聚集相邻楼层位置的楼层位置组与Y楼层位置的总数，其中y是门店数量的平均数，可以从一个托盘满足需求，（6）从每个群集的接受和运送点的距离，考虑到往返群集的总距离（往返），（7）要求每店托盘在数据覆盖的时间段内（如每月），每个商店的托盘需求将决定每个群集的托盘需求，（8）在数据涵盖的时间段中（如每月）每个商店的库存单位需求数量将决定访问群集数（等于该店需要高数量的不同库存单位的次数，（9）每个楼层位置的托盘容量，（10）就每个商店日常托盘而言楼层空间需求和（11）如果商店被认为有优先顺序在运送上。

以这种方式，作为模型的数据，它需要满足每个集群的楼层位置数目，以及实际分配给集群的预先编号的楼层位置。当我们只考虑线性集群，由于到达过道终端我们可能有不同大小的集群。例如，在图2中，每个半过道有10个楼层位置，跨过道，然后有超过10个楼层位置。如果使用6层位置的线性集群，完整的通道有20个楼层位置，因此最终的2个位置将仅包含在一个集群中。集群建设是基于线性集群和FED模型数据事先完成好的。

图2 地板位置线性聚类中的路径问题

第3章 案例研究

3.1 仓库操作简述

研究的公司在葡萄牙拥有全国范围的食品零售业经营。配送中心由仓库类型组织，每一个都支持一种产品（库存，生鲜产品，鱼，肉，冷冻产品）。

在本文中，我们解决新鲜产品（水果和蔬菜）的仓库布局问题。这个仓库在JIT环境下运行。与传统仓库不同，在这种类型的仓库中，一般来说，产品在仓库中停留时间很短。因此，在这种类型的仓库中，产品没有存储。此外，相比典型的仓库，在JIT操作下的仓库主要操作差异在于拣货操作。

在传统仓库中的拣选操作包括在仓库中收集不同的产品，根据一个（或更多）订单，并将它们放在托盘上，将被运送到客户

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