钢铁企业自动化仓库货位分配优化问题研究

刘列娟

（酒钢集团榆中钢铁有限责任公司，甘肃 兰州 730104）

对于货位优化来讲，主要指的是基于一些预想不到的变化因素，科学动态地再配置仓库当中货物的货位，能够充分保证货位分布处于一个相对较为合理的状态，从而实现提高拣货效率以及降低仓库操作成本等目的。科学合理地对货位进行优化，还能够降低货物在存储以及运输过程中出现的损耗问题，保证企业能够获取到更为良好的效益。钢铁企业需要切实结合实际情况，对自动化仓库货位开展科学合理的优化，以此来更好地控制自身成本。

1 自动化仓库分析

对于自动化仓库来讲，其主要指的是借助电子计算机等技术来开展管理和控制的仓库，通常不需要人工开展搬运作业，属于一种能够实现自动收发作业的仓库。自动化仓库在实际发展进步的过程中，一共可以分为五个重要阶段：一是人工仓库阶段，二是机械化仓库阶段，三是自动化仓库阶段，四是集成化仓库阶段，五是智能自动化仓库阶段。自动化仓库能够分为多种类型：一是依照建筑形式可以分为整体式自动化仓库以及分离式自动化仓库。二是依照货物存取形式，可以分为单元货架式、拣选货架式以及移动货架式自动化仓库。三是依照货架构造形式，能够分为单元货架式、垂直循环式以及水平循环式等自动化仓库。四是依照功能可以分为生产性自动化仓库以及流通性自动化仓库。五是依照与生产连接的紧密程度，可以分为独立型、紧密型以及半紧密型自动化仓库[1]。

2 钢铁企业自动化仓库货位分配优化问题研究

2.1 自动化仓库货位分配原则

储区规划当中用到的存储策略属于一个主要原则，必须要合理配合货位分配原则才可以合理制定一个较为科学的存储作业实际运作模式，通常情况下货位分配需要充分考虑到的原则一般可以分为以下几种。

一是周转率原则。这一原则主要指的是将货品依照周转率的大小进行排序，然后将黄金区域分配给高频拣取的货品，这样可以实现最大化的拣货效率以及达到最小化的拣货成本[2]。

二是合理平衡各个工作区当中的工作量。主要指的是将大量同种货品科学有效地平均分布到一些不同的巷道当中，这样可以避免出现巷道阻塞问题。

三是在对货品进行放置的过程中，需要遵循先近后远、上轻下重以及先下后上原则。

四是产品相关性原则。钢铁企业当中生产加工的产品也具备着多样化特征，对于产品相关性相对较大的产品一般在订购的过程中通常会被同时订购，因此需要尽可能地结合“货品类别”科学合理地将一些相近类别的产品存放在一些相邻以及相近的货位当中。

五是产品互补性原则。对于一些互补性相对较高的产品，也需要存放在相邻或者相近的位置，这样可以保证缺货时能够迅速利用另一种产品进行替代。

六是产品相容性原则。一些相容性相对较低的产品，通常不能够放置在一起，这样可以保证货位分配更加清晰明确，同时还可以避免产品品质出现损害问题。

七是产品尺寸原则。主要指的是结合产品尺寸科学合理地选择较为合适的货位。

2.2 开展货位分配优化工作时需要具备的基本条件

首先，基本条件的获取。在开展钢铁企业自动化仓库货位分配优化工作时需要有大量的数据以及资料做出支撑，具体内容如下：一是钢铁产品的品规编号，二是品规描述，三是材料类别，四是存储环境要求，五是保存期限，六是尺寸，七是重量，八是产品件数，九是每托盘箱数等[3]。除此之外，掌握每个产品或者是每一类产品存储位实际被访问的次数也是一个基本条件获取关键点。由于获取这些数据信息较为繁琐，可以利用RFID标签快速准确地进行获取。

对于RFID来讲，其主要特点便是能够借助无线电波快速传送识别信息，而且不受空间限制。其明显的优势在于能够对高速移动的远距离目标实现非接触自动识别，对于这一点来讲，是条形码以及其他自动识别技术难以做到的。除此之外，RFID还可以对产品开展动态的更新以及改写在包装和标签上的相应信息，能够实现不需要人工介入便可以自动完成对产品各类信息的扫描以及报警等功能，另外，其还能够在各种恶劣环境下正常工作，因此能够充分实现对产品信息的动态管理。将其应用到钢铁企业货位分配优化方面，能够有效解决很多数据采集方面的难题。

其次货物归类。切实结合对采集到的数据信息的有效整理和分析，科学合理地对货物开展归类工作。此工作属于一个较为详细的而且递进的筛分过程，所以需要有较为明确的筛分步骤：一是，结合货物对存储温度方面的需求、货物易燃性以及货物危险性等方面存在的差异性，将不同的货物合理分配到不同的存储环境当中。需要注意的是，在此过程中，还应该切实结合钢铁企业自动化仓库建筑结构以及堆码要求等来开展，如果存在较为特殊的货物，还应该设置一个较为特殊的货物搬运区域。二是，结合货物的相关性分析，科学合理地将货物分入不同的订单完成区域，借助这种分类方式能够有效提高自动化仓库订单拣选效率。三是结合产品的空间周转率以及产品的热销性还有拣选密度等对钢铁企业货物开展进一步的货物分类工作[4]。结合具体分类结果，科学有效地为各种货物合理配置不同的存储模式，然后在此基础上，为产品合理分配其在存储模式当中应该被分配的空间或者是特定的区域。

3 具体货位分配优化对策

结合某钢铁企业自动化立体仓库实例，提出货位耦合分配策略[5]。

3.1 分析货位划分工作

根据自动化仓库的实际建筑形式、面积大小以及楼层或者是固定通道的实际分布情况还有设施设备情况，充分结合存储每类货品实际需要的条件，来开展存储场所划分工作，将其充分划分为若干个货区（库），同时再将每一个货区充分划分为若干个货位，在此基础上，每一货位还需要固定存放一类或者是多类产品相近的货物。对于货区的具体划分工作，一般需要将货场（库房）作为单位，也就是将每一个独立的货场充分划分成为一个或者是多个货区（库）。

在完成货位的基本划分之后，还应该在货区当中打造一个空的区域，以此来作为临时存放区，主要是用来存放一些已经到库，不过还没有来得及进行货位安排的相应货物。然后在临时存放区当中的货物得到合理的货位安排之后，便可以直接将其放到指定货位，这样不但可以减少作业量，同时还能够有效降低作业成本。

3.2 打造虚实货位耦合的柔性货位

一是虚货位。工作人员在将整个自动化仓库的货场科学合理地划分为若干区之后，需要结合货品出入库的实际频率大小对相应货物开展排序工作，以此来形成货品链[6]。同时还应该结合货位存取的便捷程度还有距离出货口的远近程度等开展重新编号工作，这样可以形成不同优先级的货位，可以将其称之为“虚货位”。对于虚货位来讲，只是一个虚拟的货位，所以其实际上是不存在的。

二是实货位。结合货位与出库台的实际距离远近，然后将货位顺利进行排列编号。因为每一个巷道与输送带入口之间的距离位置存在差异性，所以需要平衡各专用线的物料存放还有堆垛机的运行，并且还应该对各专用线联合编号，以此来形成一条货位链。再将依照与出库台距离远近排列形成的货位链充分划分为若干段，这样就可以构成优先级不同的货位，可以将其称之为“实货位”。

在完成上述工作之后，将对应优先级的货位链以及货品链进行耦合。也就是货品依照出入库的频率合理安置在相应的货位，这样便可以实现货位的合理分配。需要注意的是货位的大小并不是一成不变的，在实际耦合的过程中需要结合所设置的虚货位的大小而产生相应的变化。在完成货位划分之后，由于每个货位对货品都相对固定，这就导致货位出现了灵活性缺失的问题，能够影响自动化仓库的货位利用率。所以为了弥补这一不足之处，还需要将相邻的两个货位充分设置为兄弟货位，在必要的情况下可以跨边界进行存放。这样可以增强货位的柔性，从而有效消除货位刚性的缺点。

3.3 钢铁企业自动化仓库货位分配优化的实现

将一些出入库频率相对较高的货品设置在距离出入口更近的位置，能够有助于加快货位出入库时间，从而有效提升出入库效率。结合这一根本原则，能够得出一个货位分配优化的目标条件。对此，将某货位区编号设为R（对于R=1,2……，q），同时设一共有p种货品，并且将其中一种货品的COI值设置为Ii。（其中COI指的是立方体索引号，其具体计算公式主要为：Ii=Ci/ƒi，该公式当中的Ci主要指的是某种货品存储总量实际需要的库存容量，对于ƒi来讲，主要指的是某种货品的实际出库频率），如果货品的COI值越小，则表明其出入库频率越高，所以需要将其距离出入口越近。结合这个原则，如果库区编号R与COI的乘积两者之间的和Q最小时（指的是出入库频率高的货品需要对应近的货位），能够得到目标条件1（如图1）。

图1 1目标条件公式

为了能够加快周转，即保证各个货位上货品的实际搬运时间之和T能够达到最短，需要设tij作为相应堆垛机搬运第i层以及第j列货位上的货品需要花费的时间，同时设vx以及vy分别为堆垛机在水平以及垂直方向的运行速度，再此基础上设L以及H作为一个货位的相应长度以及高度。以此来得到目标条件2（如图2）。

图2 目标条件2

由于货位分配属于一个实现多目标组合优化的问题，所以难以就重心要求、频率要求以及时间要求等给出一个较为明确的偏好，所以想要将其演化成为一个单目标就会相对较为困难。此外，由于货位很多，借助动态规划以及分枝界定等相对较为传统的运筹学方法通常只可以求解很小的问题。但是依托于人工智能的多目标优化法则可以相对较为良好地求解一些具备高度求解复杂的相应组合优化问题，将其应用到货位问题的求解方面将会十分便利。

4 结语

综上所述，对于钢铁企业来讲，其自动化仓库货位分配优化问题需要充分考虑到非常多的因素，并且遵循诸多原则，综合考虑所有内容才可能促使其向着最优解的方向发展。本文借助虚实货位耦合策略来分析了钢铁企业自动化仓库货位分配优化问题，能够有效缩短操作过程中的行走时间、提高工作效率以及缩短仓库周转时间，有助于提高钢铁企业自动化仓库的生产力，进而提高企业自身的经济效益。