WARIANTOWE PROJEKTOWANIE PRZESTRZENI W OBIEKCIE CROSS-DOCKINGOWYM

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 117 Transport 2017 Andrzej Ratkiewicz, Łukasz Olędzki Politechnika Warszawska, Wydział Transportu WARIANTOWE PROJEKTOWANIE PRZESTRZENI W OBIEKCIE CROSS-DOCKINGOWYM Rękopis dostarczono: maj 2017 Streszczenie: Artykuł przedstawia badania w zakresie kształtowania oraz wymiarowania strefy przyjęć i wydań w obiekcie cross-dockingowym o układzie przestrzennym typu I. Strefę przyjęć i wydań ukształtowano w czterech wariantach organizacji przestrzeni dla dwóch typów akumulatorowych wózków: unoszącego i podnośnikowego z przeciwwagą. Dla każdego wariantu obliczono wartości parametrów technicznych i ekonomicznych. Następnie wśród wszystkich ww. wariantów wybrano wariant preferowany przy użyciu metody unitaryzacji zerowej. Słowa kluczowe: projektowanie przestrzeni, cross-docking, ocena wielokryterialna. 1. WPROWADZENIE Koncepcja cross-dockingu polega, w uproszczeniu, na przyjęciu jednostek ładunkowych od dostawców z samochodów ciężarowych do obiektu magazynowego, posortowaniu jednostek ładunkowych oraz ich załadunku do pojazdów przyporządkowanych do poszczególnych odbiorców. Koncepcja ta pozwala ograniczyć do minimum składowanie jednostek ładunkowych w obiekcie oraz skraca czas obsługi pojazdów. Całkowity czas trwania wszystkich czynności wykonywanych na przyjętej do obiektu jednostce ładunkowej nie powinien przekraczać 24 godzin. Celem niniejszego artykułu było wariantowe ukształtowanie przestrzenne strefy przyjęć i wydań w obiekcie magazynowym funkcjonującym wg. koncepcji cross-dockingu w tzw. układzie przestrzennym multiple-touch typ I (szczegółowy opis układu np. w [1], [2], [3], [7]). W układzie tym materiały przychodzące są odstawiane w strefie buforowej na wejściu, następnie są sortowane na poszczególne kierunki wyjściowe i transportowane do strefy buforowej na wyjściu, gdzie zostają załadowane na przyporządkowane im samochody ciężarowe. Natomiast typ I oznacza prostokątny kształt budynku obiektu oraz rozmieszczenie wejść i wyjść (bram lub doków) na dwóch przeciwległych ścianach budynku. Na podstawie danych i założeń projektowych wyznaczono miarodajne natężenie przepływu materiałów w obiekcie, sporządzono wykres logistyczny oraz kartę cykli transportowych oraz dobrano środki transportowe. Następnie ukształtowano i zwymiarowano obiekt cross-dockingowy w czterech wariantach projektowych.

2 322 Andrzej Ratkiewicz, Łukasz Olędzki Wspomniane warianty charakteryzują się odmiennym ukształtowaniem przestrzennym stref przyjęć/wydań materiałów w obiekcie oraz dwoma typami różnych środków transportowych. Następnie dokonano oceny wielokryterialnej rozwiązania projektowego za pomocą metody unitaryzacji zerowej oraz wyboru wariantu preferowanego. Badania wykonano wg. metod kształtowania i wymiarowania obiektów logistycznych zawartych w [4] i [5]. 2. KSZTAŁTOWANIE I WYMIAROWANIE PRZESTRZENI I PROCESÓW Materiałami przepływającymi przez obiekt cross-dockingowy są artykuły branży spożywczej o maksymalnych wymiarach mm i masie do 505 kg. Nośnikiem jednostki ładunkowej paletowej jest paleta EUR o wymiarach mm i masie 25 kg. Jedna jednostka ładunkowa paletowa (jłp) składa się z dwudziestu czterech paczek o maksymalnych wymiarach mm i masie do 25 kg. Na podstawie metod przedstawionych w [4] oraz danych i założeń projektowych określono miarodajne natężenie przepływu materiałów przez obiekt, które wynosi 2155 jłp/dobę. Po ustaleniu dobowego miarodajnego przepływu materiałów przez obiekt sporządzono wykres logistyczny przedstawiony na rys. 1. Pionowa linia zaznaczona na wykresie to zapas buforu Zp, który oblicza się poprzez odjęcie wielkości przepływu materiałów w trakcie napełniania bufora od wielkości przepływu materiałów w trakcie opróżniania bufora w miejscu, gdzie szczelina między krzywymi jest największa. Na rysunku 1 miejsce to przypada w godzinie 3, natomiast wielkość zapasu bufora wynosi: Zp = ,33 = 1197, jłp/dobę. Rys. 1. Wykres logistyczny napełniania i opróżniania obiektu. Następnie sporządzono kartę procesu przepływu materiałów przedstawioną na rys. 2.

3 Wariantowe projektowanie przestrzeni w obiekcie cross-dockingowym 323 Rys. 2. Karta procesu przepływu materiałów. Źródło: opracowanie własne na podstawie [4]. Do celów realizacji procesu przepływu materiałów przez obiekt cross-dockingowy w wariantach numer 1 i 2 wybrano akumulatorowy unoszący wózek widłowy z platformą dla operatora, natomiast w wariantach 3 i 4 wybrano akumulatorowy wózek widłowy czołowy z przeciwwagą. Następnie określono kategorie pracy ludzkiej, gdzie: L1 - operatorzy urządzeń (wózków); L2 pracownicy identyfikacji i kontroli materiałów na wejściu do obiektu; L3 - pracownicy identyfikacji i kontroli materiałów na wyjściu z obiektu. Na podstawie publikacji [8], [10] ustalono szerokości dróg dla ciągów pieszych i wózków widłowych. Dla wariantów numer 1 i 2 szerokości dróg wynoszą 3600 mm dla wariantów 3 i mm. We wszystkich wariantach przyjęto dwukierunkową organizację ruchu wózków widłowych. Następnie (rys. 3 6) zaproponowano cztery warianty tzw. modułu odkładczego elementu przestrzeni, w którym odbywa się załadunek (rozładunek) i buforowanie jednostek ładunkowych. Kolejne stosowanie ww. wariantów określa cechy strefy przyjęć i wydań, które prowadzą do zróżnicowania układu całego obiektu crossdockingowego. Powstałe w ten sposób warianty przestrzenne obiektu przedstawiono na rys

4 324 Andrzej Ratkiewicz, Łukasz Olędzki Rys. 3. Moduł odkładczy wariantu 1. Rys. 4. Moduł odkładczy wariantu 2. Rys. 5. Moduł odkładczy wariantu 3. Rys. 6. Moduł odkładczy wariantu 4.

5 Wariantowe projektowanie przestrzeni w obiekcie cross-dockingowym 325 Rys. 7. Plan przestrzenny obiektu cross-dockingowego w wariancie nr 1. Rys. 8. Plan przestrzenny obiektu cross-dockingowego w wariancie nr 2. Rys. 9. Plan przestrzenny obiektu cross-dockingowego w wariancie nr 3. Rys. 10. Plan przestrzenny obiektu cross-dockingowego w wariancie nr 4.

6 326 Andrzej Ratkiewicz, Łukasz Olędzki Następnie wg zasad podanych w [4], [5] obliczono czas cyklu ładunkowego (tj czas załadunku/rozładunku pojazdu bez obsługi przepływu informacji), oraz, po uwzględnieniu wielkości przepływu materiałów, czasy całkowitej obsługi pojazdów na wejściu i wyjściu z obiektu. Zestawienie ww. czasów dla wszystkich wariantów przedstawiono w tablicy 1. Wariant Czas cyklu ładunkowego [min] Zestawienie czasów cyklu ładunkowego Czas obsługi pojazdów na wejściu [min/pojazd] Tablica 1. Czas obsługi pojazdów na wyjściu z obiektu [min/pojazd] 1 2,33 72,51 76,36 2 2,24 70,14 73,83 3 2,62 80,17 84,49 4 2,58 79,11 83,37 W celu sformalizowania przepływu materiałów w obiekcie występujące w nim cykle transportowe podzielono na cykle krótkie, średnie i długie. Przyjęto, że długości dróg dla czasów krótkich obejmowały 6 pierwszych modułów, dla czasów średnich - 13 modułów, dla czasów długich - wszystkie moduły odkładcze. Zestawienie długości dróg dla cykli krótkich, średnich i długich przedstawiono w tablicy 2. Długości dróg dla czasów cykli krótkich, średnich i długich Wariant Długość drogi cyklu [m] Cykl krótki Cykl średni Cykl długi 1 84,69 121,57 188, ,55 145,61 247, ,13 122,07 199, ,25 149,39 261,05 Tablica 2. Na podstawie Tablicy 1 ustalono czas cyklu nr 1 (rozładunek pojazdu, przepływ materiałów i informacji) oraz czas cyklu nr 5 (załadunek pojazdu, przepływ materiałów i informacji). Zestawienie czasów cykli 1-5 przedstawiono w tablicy 3. Zestawienie czasów cykli Tablica 3. Czasy cykli [min] Wariant Cykl nr 2 Cyklu nr 3 Cyklu nr 4 Cykl nr 1 (krótki) (średni) (długi) Cykl nr 5 1 1,5828 2,4513 3,0699 4,1687 1, ,4867 2,5745 3,4665 5,1399 1, ,8703 2,9709 3,6795 4,9641 1, ,8323 3,3359 4,1302 5,9726 1,7705

7 Wariantowe projektowanie przestrzeni w obiekcie cross-dockingowym 327 Czasy cykli identyfikacji i kontroli są jednakowe dla wszystkich wariantów i wynoszą tck1 = tck2 =1,1224 min. Kolejność obsługi kierunków wejściowych i wyjściowych w badanym obiekcie została ustalona na podstawie aplikacji przedstawionej w [6]. Po wprowadzeniu danych, aplikacja, za pomocą algorytmu genetycznego, ustala racjonalną kolejność wejść i wyjść na podstawie kryterium minimalizacji długości pokonywanych dróg. Dane wprowadzone do programu dla wszystkich wariantów zostały przedstawione w tablicy 4. Dodatkowo do ww. aplikacji wprowadzono także wymiary modułów. Dane wejściowe Parametr Wartość Liczba pokoleń 2000 Liczba osobników w pokoleniu 100 Prawdopodobieństwo mutacji 0,01 Współczynnik zmiany prawdopobobieństwa mutacji 0,01 Prawdopodobieństwo krzyżowania 0,9 Udział najlepszych potomków 0,9 Para rodziców uzyskuje 1 potomka Źródło: opracowanie własne na podstawie [6]. Tablica 4. Kolejnym krokiem było obliczenie pracochłonności procesu przepływu materiałów oraz potrzebnej liczby ludzi i urządzeń. W przypadku, gdy czynności nie są wykonywane przez cały czas dysponowany brutto, należy obliczyć natężenie pracochłonności, a następnie potrzebną liczbę ludzi i urządzeń. Zestawienie wyników natężenia pracochłonności dla wszystkich wariantów zostały przedstawione w tabeli numer 5. Tablica 5. Zestawienie wyników natężenia pracochłonności dla wszystkich wariantów [urządzenioroboczogodzin / godzinę] Natężenie pracochłonności Wariant Natężenie pracochłonności dla cykli nr : dla czynności identyfikacji i kontroli ,47 8,17 1,80 2,43 9,47 6,72 5,76 2 8,90 8,55 2,03 3,00 8,90 6,72 5, ,20 9,87 2,15 2,90 10,83 6,72 5, ,97 11,08 2,42 3,48 10,60 6,72 5,76 Ostatecznie, po uwzględnieniu nierównomierności obciążenia pracą odwzorowanego poprzez natężenie pracochłonności, obliczono potrzebną liczbę ludzi i urządzeń. Zestawienie wyników przestawiono w tabeli 6.

8 328 Andrzej Ratkiewicz, Łukasz Olędzki Tablica 6. Zestawienie potrzebnej liczby ludzi i urządzeń dla wszystkich wariantów Wariant Potrzeba liczba ludzi Potrzebna liczba Operatorzy Identyfikacja i Identyfikacja i urządzeń urządzeń kontrola numer 1 kontrola numer Kolejnym krokiem projektowym było obliczenie nakładów oraz rocznych kosztów eksploatacyjnych obliczanych wg zasad podanych w [4]. Do oceny rozwiązania projektowego wybrano następujące parametry i mierniki: 1) Łączne nakłady na projektowany obiekt, 2) Roczne koszty eksploatacyjne, 3) Nakłady na 1 miejsce paletowe, 4) Koszt przejścia uśrednionej jednostki ładunkowej paletowej przez obiekt, 5) Miernik powierzchniowy. W tabeli numer 7 przedstawiono zestawienie parametrów i mierników oceny rozwiązania projektowego. Zestawienie mierników i parametrów oceny rozwiązania projektowego Tablica 7. Parametr/miernik Wariant 1 Wariant 2 Wariant 3 Wariant 4 Nakłady na obiekt Roczne koszty eksploatacyjne , , , ,12 [PLN] Nakłady na 1 miejsce paletowe 7684, , , ,18 [PLN] Koszt przejścia uśrednionej jłp 10,77 10,90 12,39 13,06 przez obiekt [PLN] Miernik powierzchniowy [m 2 /jłp] 3,83 3,91 3,19 3,30

9 Wariantowe projektowanie przestrzeni w obiekcie cross-dockingowym WYBÓR PREFEROWANEGO WARIANTU PROJEKTOWEGO Wybór preferowanego wariantu projektowego został dokonany za pomocą metody unitaryzacji zerowej. Metoda ta polega na przyjęciu stałego punktu odniesienia, który stanowi rozstęp zmiennej normowanej. Odpowiednie mierniki (Tabl. 7) zostały potraktowane jako zmienne diagnostyczne (zi1 zi5) o charakterze destymulant, gdyż wzrost każdej z tych wartości przyczynia się do pogorszenia wyniku końcowego. Wartości zmiennych diagnostycznych obliczono ze wzoru (1). z ij maxixij xij i 1, 2,, r, maxixij minixij j 1, 2,, s (1) gdzie: r liczba ocenianych wariantów alternatywnych, r = 4; j numer ocenianego wariantu. s liczba kryteriów oceny, s = 5; j numer kryterium oceny; Zestawienie zmiennych unormowanych Tablica 8. Wariant zi1 zi2 zi3 zi4 zi5 Qi W1 0,96 1,00 0,67 1,00 0,11 3,74 W2 0,61 0,94 0,00 0,94 0,00 2,50 W3 1,00 0,29 1,00 0,29 1,00 3,58 W4 0,00 0,00 0,59 0,00 0,85 1,43 Wartość Qi jest sumą wartości zmiennych unormowanych. Na podstawie tabeli 8 sporządzono tabelę 9 zawierającą ranking. Im wyższa wartość Qi, tym lepsze rozwiązanie projektowe danego wariantu. Ranking zmiennych unormowanych Wariant Qi Ranking W1 3,74 W1 3,74 W2 2,50 W3 3,58 W3 3,58 W2 2,50 W4 1,43 W4 1,43 Tablica 9. Na podstawie tabeli 9 stwierdzono, że najlepszym rozwiązaniem projektowym jest wariant numer 1. Kolejne warianty to: wariant numer 3, 2 i 4.

10 330 Andrzej Ratkiewicz, Łukasz Olędzki 4. PODSUMOWANIE Dwa najlepsze warianty miały zaprojektowany moduł magazynowy w podobny sposób. Ładunki były umieszczone w dwóch rzędach, po jednym rzędzie wzdłuż krawędzi modułu. W dwóch pozostałych wariantach ładunki były umieszczone w czterech rzędach, po dwa wzdłuż krawędzi modułu. Na tej podstawie można stwierdzić, że dla przyjętych danych i założeń, układ jednorzędowy składowana ładunków jest lepszy niż dwurzędowy. Ze względu na wymiary, promień skrętu wózków wymusił dwukierunkową organizację ruchu, którą zastosowano we wszystkich wariantach. Być może końcowe wyniki przemawiałby na korzyść wariantów 2 i 4, gdyby założono w nich ruch jednokierunkowy, przynajmniej wzdłuż ściany doku, gdyż promień skrętu wózków pozwalał na to rozwiązanie. Dzięki temu wymiary budynku oraz samej działki, byłby niższe od przyjętych. Przełożyłoby się to na niższe nakłady oraz koszty, a także zmniejszeniu uległy by długości dróg i czasów cykli ładunkowych, a przez to, liczba urządzeń mogłaby być mniejsza od obliczonej. Bibliografia 1. AgustinaD., LeeC.K.M., Piplani R.: A review: mathematicalmodels for cross docking planning. International Journal of Engineering Business Management, 2010; 2: Bartholdi, J. J., Gue, K. R.: The best shape for a crossdock. Transportation Science, 2004; 38, Boysen N., Fliedner M., Scholl A.: Scheduling inbound and outbound trucks at cross docking terminals. OR Spectrum, 2010; 32: Fijałkowski J.: Technologia magazynowania: wybrane zagadnienia. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Fijałkowski J.: Transport wewnętrzny w systemach logistycznych: wybrane zagadnienia. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Lewczuk K..: Wybrane aspekty projektowania terminali cross-dockingowych. Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, Ladier A.-L., Alpan G.: Cross-docking operations: Current research versus industrypractice., Omega, 2016; 62: Neufert E.: Podręcznik projektowania architektoniczno- budowlanego. Arkady, Warszawa Olędzki L.: Elementy projektowania przestrzeni w układach logistycznych. Praca magisterska obroniona na Wydziale Transportu Politechniki Warszawskiej, Warszawa PN-M-78010:1968P Transport wewnętrzny. Drogi i otwory drzwiowe. Wytyczne projektowania AN ALTERNATIVE SPACE AREA DESIGN IN A CROSS-DOCK FACILITY Summary: The paper presents a research in shaping and dimensioning receipt zone and dispatch zone in a cross-dock facility for determined type of spatial layout. Receipt and dispatch zone was examined in four variants of space organization and was shaped for 2 types of electric forklift trucks: rider low-lift truck and counterbalance truck. Thereafter among all previously mentioned variants there was one preferred variant chosen by using zero equalization method. Keywords: space area design, cross-docking, multi-criteria evaluation.