基于层次分析法的快运分拣中心物流装备选用*

□ 林 芳 □ 钟震驱

广东理工学院 广东肇庆 526100

对比快递和快运网络,快递主要服务于C端消费者,末端密度很高且主要覆盖居民区;快运主要服务于B端客户,末端密度相对较低且主要覆盖工业区。因为快运包裹在体积和质量上都比快递包裹大,人工处理的工作量也特别大,所以快运分拣中心与快递分拣中心的运作模式存在较大区别[1]。笔者研究基于层次分析法的快运分拣中心物流装备的选用,通过调研、收集整理数据,对物流装备选用考虑的因素进行评价,探索快运分拣中心的物流装备优化路径。

1 研究背景

随着我国经济的发展,物流行业也在高速变革。从运作模式到产品类型,行业发展更加细分。分拨中心作为物流的中转环节,是物流链中必不可少的一部分,是保障货物流通的关键节点。人民日益增长的对美好生活的向往带来了信息流、商流、资金流、物流的增长,分拨中心需主动扩大规模,提升效率,以应对大幅增长的订单量。从以前的货物混杂、人工分拣作业,发展到区分产品类型、自动化分拣作业,分拨中心朝着更专业、更高效的方向发展。在行业产品划分中,单票30 kg以下的订单为快递,主要为中小件包裹;单票30 kg以上的订单为快运,主要为包裹数量多、质量大、体积庞大的货物[2]。

快运作为零担物流衍生产品,有着比快递更大的承载质量、比零担运输更低的成本,更受B2B业务需求客户的青睐[3]。目前国内的研究大部分集中于快递分拣中心的运作模式,少量研究物流快运分拣中心的运作模式。笔者着重于研究快运分拣中心的运作现状和运作模式,使用层次分析法对快运分拣中心选用物流装备的影响因素进行分析,作为快运分拣中心更新和替换物流装备的决策依据。通过物流装备的合理选用,实现快运分拣中心的系统优化。

2 研究意义

对快运分拣中心的运作模式优化,更多在于物流装备的优化,物流装备的选用对于布局快运分拣中心空间规划和运作流程都有重要意义。快运分拣中心从人工发展到机械化,现在已经发展到自动化流水线,然而快运的分拣操作还在机械化阶段,暂未升级到自动化。因为货物主要是大的、重的、异形的,不能直接进行流水线全流程作业。预计2024年快运操作员供需将到达平衡,所以需要提前布局自动化操作[4]。目前许多快运分拣中心的人工从多个叉车员简化到只需要一两个组板扫描员,如果物流装备继续升级,使用自动引导运输叉车、自动输送机、有轨巷道堆垛机等自动化智能化物流装备,将进一步取代操作员工作[5]。对于物流装备的选用,如何来进行决策,层次分析法提出了一种量化决策方法,并将定性与定量方法有机结合起来,使物流装备的选用问题清晰化,具有较强的实用性[6]。

3 H快运分拣中心运作现状

3.1 H快运分拣中心介绍

H快运分拣中心属于国内著名电商集团下属物流子公司,位于广州市番禺区化龙镇。H快运分拣中心作业部分面积约为18 500 m2,于2020年开始运营,主要处理快运网络干线到达包裹分发至华南区域内快运分拣中心,日处理量约800 t。H快运分拣中心作业人员约200名,拥有卸车流水线1条、电动托盘车40台、手动搬运叉车60台、电动平衡重叉车1台。

3.2 H快运分拣中心运作流程

H快运分拣中心所在库房为半封闭式单层仓库,使用双边库操作模式,即区分到达区与出发区,中间通道用于叉车分货操作。因为快运网络流转多为中大件、异形件,所以主要使用人工装卸、叉车分货模式。

在卸车环节中,人工卸车操作量占60%,使用流水线卸车操作量占40%。人工卸车模式为一位操作员在车厢内按照同票同流向码货在同个卡板上,另一位操作员使用手动叉车将托盘拉出车厢,放于卸车暂存区,等待验货扫描员扫描订单。流水线卸车模式为操作员在车厢内将包裹放于流水线起始端,包裹到达卸车口时验货扫描员扫描面单,线后两边有对应流向操作员,在负责的流向包裹流经时搬出流水线,进行同流向码货。

中转环节主要使用电动托盘车进行分货,操作员使用条码扫描器扫描面单后确认托盘流向,即可中转至发货区。

装车环节需要发货扫描员将包裹面单扫描录入于对应流向批次,操作员确认可装车后即操作装车。H快运分拣中心布局与运作流程如图1所示。

图1 H快运分拣中心布局与运作流程

3.3 H快运分拣中心运作特点

H快运分拣中心运作模式的优势有三方面。

(1) 运作架构灵活。H快运分拣中心处理包裹以人工操作为主,在订单量出现大浮动时可以很快安排合理的岗位人员数量,且在异形包裹处理上有很强的包容性。由此,运营人员能够很快根据需求实时调整生产节奏与运作流程。电动托盘车供应商数量多,可满足日常到大促的需求。运营人员可根据价格、售后维修、实时需求,灵活选择投入不同型号的托盘车。在电动托盘车数量因实际情况所限不足或超出成本预算时,可以安排手动搬运叉车进行紧急支援,不会因工具故障而停工。

(2) 人员补充高效。H快运分拣中心各班组操作流程简洁,人员培训上手快,在学会码货规则和辨认面单信息后即可参与生产。叉车驾驶员还需进行电动托盘车驾驶培训,总体来说稍加培训即可补充人力。

(3) 仓库布局柔性。H快运分拣中心仓库布局为双边库操作模式,可以根据包裹情况、优化运作模式调整操作区域大小和位置。由于双边库为一边进一边出,因此相比于同边出入的单边库,更能缓解叉车行进时通道的堵塞,路线选择性更多。

H快运分拣中心运作模式的不足也有三方面。

(1) 人工操作失误较多。人为原因操作失误明显。由于操作流程大多为人工模式,在每个环节都有相对固定的异常概率,因此总体异常概率高。以不及时发货单量占全日单量的2%为例,仓库内人为延误失误占80%。操作量未超负荷时,仍会受人员惰性的影响产生失误。

(2) 前中后端效率不平衡。班组效率相互独立,人员配置以解决本班组产能出发考虑,没有从相互衔接的产出效率出发考虑,容易导致环节阻塞,偶尔会出现卸车区域堆积,线路发货区堆积或有货未到的情况。

(3) 叉车单向流转,空返浪费。叉车单向流转,完成作业后空车返回,浪费返程路程。卸车月台到目的地线路比较远,效率明显低于路途较近线路,在计件激励的情况下,进一步打击员工对处理远途线路托盘的积极性。

4 物流装备选用

4.1 概述

基于H快运分拣中心存在的问题,可以通过优化物流系统来解决,物流装备的升级与重新布局是一条重点路径。物流装备的合理选用,可以减少人工操作的失误。自动导引运输叉车等智能装备的使用,甚至可以代替部分人工操作。另外,前中后端效率不平衡和叉车单向流转也可通过物流装备的更换和重新布局来解决。对于快运分拣中心的优化,首先从物流装备的选用开始,研究采用层次分析法对物流装备的选用方案进行研究[7]。层次分析法是应用网络系统理论和多目标综合评价方法的一种层次权重决策分析方法,根据问题的性质和要达到的目标,分解出问题的组成因素,并根据因素间的相互关系使因素层次化,组成层次结构模型,然后按层分析,最终获得最低因素对于最高层,即总目标的重要性权值[8]。

采用层次分析法对H快运分拣中心物流装备的选用进行分析,制订总目标为选用物流装备,将物流装备的功能和成本两个因素作为评价准则,将判断功能的四个要素作为功能的子准则,将判断成本的三个要素作为成本的子准则,继而构建判断矩阵。通过计算得出以上七个因素对于总目标的重要性权值,以此作为选用物流装备方案的决策依据。

4.2 层次结构

对于物流装备评价准则,评价物流装备的因素很多,这些因素可以概括为两个主要方面:功能和成本。满足基本的功能需求,并且能够在合理的成本范围内,是选用物流装备必须考虑的两大原则。

快运分拣中心物流装备的功能主要从四个方面去衡量。

(1) 运作效率。以分拣货物为主要功能的快运分拣中心,并不承担仓储功能,要对货物快进快出,所以运作效率格外重要。物流装备的运行效率体现在运行速度、工作持续时间、装载数量上。若运行速度慢,则会积压货物于某一环节中,成为整体运作的木桶短板。若工作持续时间短,则需要准备更多的物流装备,造成闲置浪费。若装载数量少,则需要增加更多运行次数来完成工作任务[9]。

(2) 货损货差。在货物流转过程中,异常情况除了延误外,还有影响客户感受最严重的货物丢损问题。在货物丢损问题原因中,最常见的是货物搬运过程不规范导致的外包装破损或内物破损。物流装备运行平稳性对货损影响较大,在惯性作用下,常常会有包裹在运行过程中倒塌,轻则本货物破损,重则污染其它货物,乃至需要清洁场地。

(3) 操作误差。物流装备的最终使用者是人,良好的人机交互可以减少操作差错。在人工干预下,作业步骤越多,发生错误的可能性就越大。更符合人体工程学的物流装备可以减少烦琐步骤带来的精力转移,减少使用异常情况。

(4) 适应能力。快运货物以大件与非标异形件为主,针对形状各异、订单数量每日不同的情况,需要有对包裹更好兼容能力的解决方案。针对主要处理的不同类型包裹,可以确定主要流转模式,同时要求进行灵活的分拣作业。

快运分拣中心物流装备的成本主要从人工成本、购置成本、维护成本三个方面去考虑。

(1) 人工成本。人工成本是物流企业每日可控最直接体现的成本,影响每日的效益。物流装备的使用模式决定人员配置数量,以人工作业为主的物流装备需要配置若干数量的操作人员,而以自动化作业为主的物流装备需要配置技术人员,操作人员只需配置少量,以处理特殊货物与巡查。自动化程度决定人工成本的支出,同时也可以减少用工旺季人力短缺带来的成本上涨[10]。

(2) 购置成本。物流装备是物流企业的重要资产,购置价格也是选择物流装备的一大因素,昂贵的物流装备往往占投资总额较大的比重。以使用年限折算损耗折旧,计入每日的运营成本,若物流装备技术过时,则会更早淘汰,折合使用费用更高[11]。

(3) 维护成本。物流装备投入使用时的磨合期、使用期间的损坏维修、维修期停机带来的停工影响、技术标准化等会决定维修供应商的选择范围,影响企业使用物流装备的后续投入[12]。若技术过于独特,远离行业标准,则维修时只可选择固定售后服务,企业将处于被动状态。物流装备故障率较高,企业也将投入更多维修人员。

按层次分析法对影响物流装备选用的因素进行归纳,层次结构如图2所示。

图2 层次结构

4.3 判断矩阵

对同一层次的各个指标关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较,构造两两比较的判断矩阵。不把所有因素放在一起比较,而是两两相互比较,采用相对尺度,以尽可能减少性质不同因素相互比较困难的问题,提高准确度[13]。为了使判断定量化,使用1～9标度方法确定每个因素的相对重要度,标度见表1[14]。

表1 标度

邀请H快运分拣中心物流管理人员6人对各个指标关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较打分,取打分汇总的平均值。

对于总目标选用物流装备A的重要性,成本是考虑的第一大要素,其次是功能。对功能B1和成本B2两个评价准则进行两两比较,得到判断矩阵A-B,见表2。

表2 判断矩阵A-B

对准则层功能B1,以及子准则层运作效率C1、货损货差C2、操作误差C3、适应能力C4进行两两比较,得到判断矩阵B1-C,见表3。

表3 判断矩阵B1-C

对准则层成本B2,以及子准则层人工成本C5、购置成本C6、维护成本C7进行两两比较,得到判断矩阵B2-C,见表4。

表4 判断矩阵B2-C

4.4 层次单排序和一致性检验

对于判断矩阵A-B,针对B1、B2两项构建2阶判断矩阵进行层次分析法研究,计算方法为和积法,分析得到特征向量为(0.5,1.5),并且两项对应的权重值分别为25%、75%。

对于判断矩阵B1-C,针对C1、C2、C3、C4四项构建4阶判断矩阵进行层次分析法研究,计算方法为和积法,分析得到特征向量为(2.423,0.442,0.927,0.208),总共四项对应的权重值分别为60.569%、11.040%、23.183%、5.208%。

除此之外,结合特征向量可计算出最大特征根为4.419,利用最大特征根值计算得到层次排序一致性指标CI值为0.050,CI值用于一致性检验。判断矩阵B1-C层次分析结果见表5。

表5 判断矩阵B1-C层次分析结果

构建出4阶判断矩阵,对应随机一致性指标表格可以查询得到随机一致性指标RI值为0.89。RI值用于一致性检验计算。随机一致性指标表格见表6,判断矩阵B1-C一致性检验结果见表7。

表6 随机一致性指标表格

表7 判断矩阵B1-C一致性检验结果

通常情况下,一致性比率CR值越小,说明判断矩阵一致性越好。一般情况下,CR值小于0.1,则判断矩阵满足一致性检验。如果CR值大于0.1,那么说明判断矩阵不具有一致性,应该对判断矩阵进行适当调整再进行分析[15]。针对判断矩阵B1-C计算得到CI值为0.050,RI值查表为0.89,因此计算得到CR值为0.056,小于0.1,说明判断矩阵B1-C满足一致性检验,计算所得权重具有一致性。

对于判断矩阵B2-C,用同样方法计算,针对C5、C6、C7三项构建3阶判断矩阵,进行层次分析法研究,分析得到特征向量为(1.900,0.318,0.781),三项对应的权重值分别为63.334%、10.616%、26.050%。除此之外,结合特征向量可以计算出最大特征根为3.039,利用最大特征根计算得到CI值为0.019。判断矩阵B2-C层次分析结果见表8。

表8 判断矩阵B2-C层次分析结果

计算得到CI值为0.019,RI值查表为0.52,因此计算得到CR值为0.037,小于0.1,说明判断矩阵B2-C满足一致性检验,计算所得权重具有一致性。判断矩阵B2-C一致性检验结果见表9。

表9 判断矩阵B2-C一致性检验结果

4.5 层次总排序和一致性检验

计算某一层次所有因素对于总目标相对重要性的权值,称为层次总排序。依据各方案综合重要度的大小,可对方案进行排序、决策。这一过程从最高层次向最低层次依次进行,由此可以求得子准则层各因素对总目标的权值为(0.15,0.03,0.06,0.01,0.47,0.08,0.20)T。即对于总目标选用物流装备而言,各因素重要性权值顺序为人工成本、维护成本、运作效率、购置成本、操作误差、货损货差、适应能力。层次总排序如图3所示。

图3 层次总排序

从下到上逐层进行一致性检验,计算得到CR值为0.04,小于0.1,意味着层次总排序通过一致性检验,计算所得权重具有一致性,可以根据最下层的层次总排序做出最后决策。

5 结束语

用层次分析法对H快运分拣中心物流装备选用问题进行研究,可以得出各因素对于物流装备选用的重要性排序为人工成本、维护成本、运作效率、购置成本、操作误差、货损货差、适应能力,在考虑更新或替换物流装备时,可以作为决策依据。在具体应用时,还要根据具体情况进行分析,并在方案层提出具体方案。在选择具体方案后,还应当继续排序和一致性检验,从而得出最终方案。物流装备合理选用的最终目的是优化快运分拣中心的物流装备,解决人工操作失误较多、前中后端效率不平衡、叉车空返率高等问题,使快运分拣中心架构更为灵活,布局更加紧凑高效。