Wspomagania projektowania strefy komisjonowania komputerowymi metodami symulacyjnymi

Transkrypt

1 Michał Kacprzak 1 Politechnika Warszawska, Wydział Transportu Wspomagania projektowania strefy komisjonowania komputerowymi metodami symulacyjnymi 1. WPROWADZENIE Układ komisjonowania jest jednym z pod-układów obiektu logistycznego. Komisjonowanie rozumiemy [2] jako rozdział jednorodnych jednostek ładunkowych na pewne zbiory opakowań oraz zestawienie (kompletację) z elementów tych zbiorów (pojedynczych opakowań) jednostek ładunkowych skompletowanych zgodnie z zamówieniami (zapotrzebowaniem) klientów. Przytoczona definicja wskazuje na fakt, że komisjonowanie występuje zawsze, kiedy z systemu logistycznego wydawane są nie tylko i wyłącznie jednostki ładunkowe jednorodne. W praktyce, odnosi się to znaczącej części podmiotów logistycznych. Należy zwrócić uwagę, że sformułowanie system logistyczny nie odnosi się wyłącznie do hali magazynowej z tysiącami miejsc składowania, a jednostka ładunkowa nie musi oznaczać palety (jednostki ładunkowej paletowej). Pojęcie systemu logistycznego odnosi się zarówno do centrum dystrybucyjnego sieci hipermarketów jak i do dużo skromniejszej w skali i rozmiarach siedziby sklepu internetowego, gdzie cały proces magazynowy obsługiwany jest przez jednego pracownika. Oba te obiekty podlegają takim samym prawom i analizom. Oczywiście, w zależności od profilu magazynu, komisjonowanie może odgrywać większą lub mniejszą rolę, niemniej szacuje się, że proces komisjonowania może generować nawet około 50% wszystkich kosztów operacyjnych obiektu magazynowego [16]. Wyzwanie i trudność w zaprojektowaniu (i eksploatacji) wydajnej i efektywnej strefy komisjonowania (zarówno z gatunku tych dużych jak i tych bardziej skromnych) wynika z mnogości możliwych do przyjęcia rozwiązań. Nawet dla najmniejszej ze stref nie ma jedynego, uniwersalnego sposobu jej organizacji i zarządzania. Z jednej strony specyfika obsługiwanego asortymentu, parametry zadania logistycznego, narzucone ograniczenia i wymagania, doświadczenie projektanta do pewnego stopnia zawężają obszar możliwych rozwiązań, z drugiej strony nawet uwzględniając te wszystkie ograniczenia liczba możliwych wariantów projektowych jest nadal bardzo duża. W klasycznym ujęciu analitycznym, procedura projektowa ([2], [3]) wymagałaby stworzenia szeregu alternatywnych rozwiązań dla danego projektu wariantów projektowych odpowiadającym kolejnym, możliwym rozwiązaniom danego zadania logistycznego. Wiąże się to z wielokrotnym powtórzeniem obliczeń projektowych. Następnie dokonywane jest porównanie otrzymanych wyników (na podstawie wskaźników projektowych) oraz wybór najlepszego (według tych wskaźników) wariantu. W praktyce, żmudność i powtarzalność obliczeń często prowadzi do ograniczenia liczby analizowanych wariantów projektowych do niezbędnego minimum w rezultacie nie ma pewności, że wybrane zostało rozwiązanie najkorzystniejsze. Odpowiedzią na ten problem wydają się być komputerowe metody symulacyjne. Posiadając program komputerowy z zaprogramowanym pewnym katalogiem dostępnych rozwiązań (na przykład: kilka różnych metod wyznaczania tras kompletacyjnych, różne sposoby grupowania zleceń na komisjonowanie, różne metody rozłożenia artykułów w strefie kompletacji) i mając możliwość dowolnego modyfikowania zadania logistycznego (danych wejściowych) jesteśmy w stanie (poprzez szybkie tworzenie i porównywanie wariantów projektowych) dobrać odpowiednie (można powiedzieć: zindywidualizowane) rozwiązanie do danego problemu. 1 kacprzak.michal@op.pl Logistyka 4/

2 W artykule w skrótowy sposób przedstawiony zostanie przekrój możliwych do wykorzystania metod i sposobów znajdujących zastosowanie przy kształtowaniu i wymiarowaniu strefy komisjonowania. Zaprezentowane zostaną także niektóre możliwości programu SSK autorskiej implementacji koncepcji programu wspomagającego projektowanie (i analizowanie już istniejących) stref komisjonowania. 2. ZADANIE LOGISTYCZNE DANE PROJEKTOWE Za bazę wszelkich rozważań przyjmujemy pewne zadanie logistyczne (ZL) czyli zestaw danych wejściowych. Zadanie logistyczne odgrywa pierwszorzędną rolę dla całego obiektu magazynowego, a przez to także dla strefy komisjonowania. Zadanie logistyczne definiuje takie obszary jak: obsługiwany asortyment, charakterystykę zleceń na komisjonowanie oraz pewne założenia strategiczne projektu. Standardowo, ZL zawiera poniższe dane: rodzaj asortymentu (inaczej będziemy postępowali z częściami elektronicznymi, a inaczej z oponami samochodowymi), specjalne wymagania (jeżeli występują) odnośnie przechowywania i transportu poszczególnych artykułów (np.: artykuły spożywcze, leki, materiały niebezpieczne), gabaryty (na tym etapie mogą to być wartości przybliżone) poszczególnych artykułów czy są to artykuły drobnicowe czy też wielkogabarytowe? Istotna jest również masa poszczególnych artykułów wpłynie ona m.in. na możliwość piętrowania artykułów w jednostkach skomisjonowanych, inne ograniczenia odnośnie obiektu logistycznego/strefy komisjonowania narzucona maksymalna/minimalna powierzchnia/kubatura jaka jest do dyspozycji, etc., konieczność wykorzystania istniejącej infrastruktury magazynowej i/lub środków transportu wewnętrznego np.: firma może posiadać własne urządzenia transportu wewnętrznego i chce je dalej wykorzystywać w projektowanej strefie, etc., zdeterminowaną liczbę miejsc pobrania (miejsc składowania) jaką musi być w stanie obsłużyć projektowany obiekt. Oprócz powyższych informacji musimy uzyskać dane odnośnie: przewidywanych wielkości strumieni ładunków na wyjściu (wejściu) z (do) strefy, czyli wydanie jak wielu jednostek skomisjonowanych będzie konieczne w danej jednostce czasu (godzina, zmiana, doba) charakterystyk zleceń na komisjonowanie jak wiele różnych artykułów występuje na wzorcowym zleceniu na komisjonowanie, oraz jak wiele artykułów danego rodzaju należy pobrać. Źródła tych danych mogą być dwojakie: założenia projektowe tworzymy nowy obiekt (strefę komisjonowania) i zakładamy, że będzie on musiał mieć daną wydajność (możliwość wydania określonej liczby jednostek skomisjonowanych w danej jednostce czasu), dane historyczne analizujemy istniejącą strefę komisjonowania lub tworzymy nowy obiekt na potrzeby już istniejącego podmiotu tutaj źródłem danych są np.: zlecenia na komisjonowanie realizowane przez ostatnie 3 lata w poprzednim magazynie/strefie. Analiza powyższych danych pozwala projektantowi na wstępne określenie technologii składowania, konieczności zastosowania środków transportu wewnętrznego o danych parametrach, etc. Analiza (lub założenia) dotycząca artykułów i zleceń na komisjonowanie pozwoli stwierdzić istnienie (lub nie co jest równie ważną informacją) uprzywilejowanych artykułów (grup artykułów), co będzie miało znaczenie głownie przy rozmieszczeniu artykułów w strefie kompletacji. Program SSK pozwala zarówno na import danych historycznych o zleceniach na komisjonowanie (w formie arkusza kalkulacyjnego) jak i na stworzenie przykładowych zleceń na podstawie takich parametrów jak: liczba artykułów, prawdopodobieństwo wystąpienia danego artykułu na zleceniu, średnia liczba pobrań poszczególnych artykułów, odchylenie standardowe średniej liczby artykułów na zleceniu, 396 Logistyka 4/2015

3 liczba zleceń, średnia liczba artykułów na zleceniu, odchylenie standardowe średniej liczby pobrań danego artykułu. Powyższe parametry ilustrują rysunki 1,2,3. Rys. 1. Import danych historycznych oraz tworzenie przykładowych artykułów Rys. 2. Tworzenie charakterystyk artykułów na podstawie zadanych parametrów Rys. 3. Tworzenie przykładowych zleceń na komisjonowanie na podstawie zadanych parametrów Logistyka 4/

4 3. KSZTAŁTOWANIE I WYMIAROWANIE UKŁADU PRZESTRZENNEGO STREFY KOMISJONOWANIA Drugim elementem (po analizie zadania logistycznego) jest proces nadawania konkretnego kształtu (ukształtowanie) powstającej strefy komisjonowania (aisle configuration problem). Szczegółowy opis tego procesu oraz związane z nim analizy można znaleźć m.in. w: [6], [7], [13], [15]. W tym kroku procedury projektowej należy ustalić wielkości takich parametrów jak: liczba bloków w strefie, liczba korytarzy roboczych w strefie, umiejscowienie punktu zdawczo-odbiorczego w strefie (na dole/górze strefy, lub pomiędzy poszczególnymi blokami). Dane te znajdą odzwierciedlenie w całkowitej liczbie miejsc składowania (miejsc oferowania) w strefie. Opisane powyżej parametry ilustruje rysunek 4, gdzie zaprezentowano układ z trzema blokami oraz trzema korytarzami roboczymi. Rys. 4. Wybrane elementy strefy komisjonowania Program SSK pozwala zarówno na swobodne kształtowanie strefy kompletacji poprzez modyfikację powyższych parametrów, jak również na zwymiarowanie wykorzystanych elementów poprzez zadanie ich konkretnych wymiarów. Rysunek 5 ilustruje możliwości wymiarowania elementów strefy komisjonowania, natomiast rysunek 6 przedstawia różne warianty ukształtowania strefy dla zadanej liczby miejsc składowania. Rys. 5. Wymiarowanie elementów strefy komisjonowania 398 Logistyka 4/2015

5 Rys. 6. Przykładowe układy przestrzenne strefy komisjonowania dla 72 miejsc pobrań 4. PRZYDZIAŁ ARTYKUŁÓW DO MIEJSC POBRAŃ Posiadając zdefiniowany asortyment (poszczególne artykuły), oraz ukształtowaną strefę komisjonowania (istotna jest zwłaszcza całkowita liczba miejsc pobrania) należy dokonać przydziału konkretnych miejsc składowania do poszczególnych artykułów. Odpowiednie rozmieszczanie artykułów w strefie ma na celu umiejscowienie uprzywilejowanych (najczęściej pobieranych, pobieranych w największych ilościach, najlżejszych, najcięższych, etc.) artykułów bliżej punktu zdawczo-odbiorczego (gdzie rozpoczynamy/kończymy proces kompletacji). Bliższe umiejscowienie, pozwala na szybsze pobranie danego artykułu, co z kolei przekłada się na szybszą realizację całego procesu komisjonowania. Problematyka przydziału artykułów do lokacji (storage assigment problem) jest szeroko poruszana w literaturze, m.in. w: [8], [9], [10], [11], [12]. Do najbardziej popularnych metod, według których możemy dokonać rozmieszczenia artykułów w strefie komisjonowania należą: metoda losowa (random storage), Logistyka 4/

6 metoda stałych miejsc (dedicated storage), metoda pierwszej wolnej lokacji (closest open location storage), metoda przydziału według pewnego kryterium (criteria-based storage lub full-turnover storage gdy przyjętym kryterium jest rotacja), metoda oparta na klasach (class-based storage). Najprostszym sposobem rozlokowania artykułów jest rozmieszczenie losowe kolejne artykuły są w losowy sposób przypisywane do wolnych miejsc składowania. Z kolei metoda stałych miejsc przypisuje zawsze to samo miejsce (te same miejsca) dla danego artykułu z jednej strony ułatwia to pracę osobom realizującym proces kompletacji (pamiętają one gdzie znajdują się poszczególne artykuły), z drugiej może się zdarzyć, że w lokacjach uprzywilejowanych znajdują się artykuły rzadko pobierane. Metoda pierwszej wolnej lokacji oznacza, że dany artykuł, który musi być ulokowany w strefie kompletacji zostaje przydzielony do pierwszego wolnego miejsca w tejże strefie (do najbliższego w stosunku do punktu zdawczo-odbiorczemu wolnego miejsca). Metoda przydziału według kryterium opiera się na założeniu, że najlepsze miejsca są przydzielane artykułom według zadanego kryterium najpopularniejszym kryterium jest rotacja czyli im częściej dany artykuł jest pobierany, tym bliżej jest lokowany w stosunku do punktu Z-O. Oprócz rotacji, możliwe jest zastosowanie również innych kryteriów: masa najcięższe produkty są pobierane jako pierwsze, tym samym znajdują się na dole jednostek skompletowanych ograniczając możliwość uszkodzenia jednostek lżejszych, gabaryty największe artykuły są pobierane jako pierwsze, sumaryczna liczba pobrań im więcej jednostek danego artykułu jest wydawane z magazynu tym, bliżej jest on lokowany w stosunku do pkt Z-O. Zastosowanie tych (lub jeszcze innych) kryteriów będzie zależało od charakterystyki obsługiwanego asortymentu oraz specyfiki zadania logistycznego. Ciekawym kryterium doboru jest współczynnik COI (cube per order index) czyli współczynnik łączący w sobie rotację i gabaryty/masę produktów. Jako uprzywilejowane traktowane będą produkty najczęściej pobierane i zajmujące jak najmniej przestrzeni. Rozwinięciem metody przydziału według zadanego kryterium jest metoda przydziału według klas. W całym asortymencie zostają wyznaczone pod-grupy (na ogół trzy) według wartości pewnego kryterium (najpopularniejszym parametrem jest rotacja). Poszczególne pod-grupy mają przydzielone pewne pule miejsc dla pierwszej grupy zostaje przydzielona grupa miejsc położonych najbliżej punktu Z-O. Kolejne grupy są przydzielane do miejsc bardziej oddalonych od punktu Z-O. W dalszej części następuje rozlokowanie artykułów w poszczególnych klasach. Warto zwrócić uwagę, że przydział wewnątrz klasy może odbywać się zgodnie z dowolną metoda (np.: przydział losowy, pierwsze wolne miejsce, etc.). Najbardziej rozpowszechnioną metodą opartych na klasach jest metoda ABC (kryterium przydziału dla tej metody jest rotacja) i bazuje ona na zasadzie Pareto ( 80% skutków wynika z 20% przyczyn ). Inną metodą przydziału według klas jest metoda XYZ. W metodzie XYZ za kryterium służy stabilność zapotrzebowania dokładności prognozowania popytu na dany artykuł zgodnie z tym kryterium najbardziej uprzywilejowane artykuły to takie, których popyt jest stały. Program SSK oferuje rozmieszczenie artykułów według czterech metod: metody losowej, metody podziału na klasy według: o częstości pobrań (rotacji), o liczby pobrań. Oprócz podziałów zilustrowanych na rysunkach 7 oraz 8, program podaje też statystyki dotyczące poszczególnych artykułów takie jak: liczbę pobrań, liczbę miejsc składowania przypisanych dla danego artykułu, etc. Dostępne są również bardziej specjalistyczne rozkłady dla rzadziej spotykanych układów przestrzennych strefy komisjonowania: dla punktu zdawczo-odbiorczego znajdującego się pomiędzy blokami strefy oraz dla strefy komisjonowania podzielonej na trzy pod-strefy (zoning). Rozwiązania te nie są prezentowane w tym artykule. 400 Logistyka 4/2015

7 Rys. 7. Przykład rozmieszczenia artykułów według klas na podstawie częstości pobrań Rys. 8. Przykład losowego przydziału artykułów do miejsc składowania Logistyka 4/

8 5. DOBÓR TRASY KOMPLETACYJNEJ Trasa kompletacyjna odpowiada drodze jaką należy pokonać aby pobrać wszystkie artykuły znajdujące się w danym zleceniu kompletacyjnym. Dobór trasy sprowadza się do wybrania odpowiedniej kolejności odwiedzania poszczególnych punktów pobrania. Im więcej punktów musimy odwiedzić (im dłuższa lista kompletacyjna), tym trudniej jest osobie kompletującej wybrać najlepszą trasę. Z pomocą przychodzą różnego rodzaju algorytmy wspomagające dobór trasy kompletacyjnej (np.: [1], [4], [5], [15]). Algorytmy te zasadniczo dzielą się na dwie grupy: algorytmy optymalne, algorytmy sub-optymalne (metody heurystyczne). Algorytmy optymalne (zgodnie z nazwą) dają najlepsze rezultaty czyli wskazują optymalny (najkrótszy) sposób odwiedzenia wszystkich zadanych punktów i w praktyce sprowadzają się do rozwiązania problemu komiwojażera (traveling salesman problem). Mimo znaczących postępów w tej dziedzinie (patrz: [1]), ze względu na charakterystykę problemu komiwojażera, nadal największym problemem jest stworzenie wydajnego algorytmu, który w przystępnym czasie będzie w stanie wyznaczyć drogę dla kilkudziesięciu, czy też kilkuset, punktów. Alternatywą dla metod optymalnych są algorytmy sub-optymalne czyli algorytmy heurystyczne. Oferują one znacznie szybsze obliczenia i mogą niekiedy dawać (stosunkowo) dobre rozwiązania. Do przykładowych metod heurystycznych należą: trasa S (S-shape), metoda drogi powrotnej (return), metoda największej przerwy (largest gap), metoda punktu środkowego (mid-point), metoda sąsiednich korytarzy (aisle-by-aisle), metoda kombinowana i kombinowana + (combined i combined + ). Szczegółowy opis poszczególnych algorytmów można znaleźć w [15]. Należy zwrócić uwagę, że wydajność poszczególnych metod bezpośrednio zależy od układu przestrzennego strefy komisjonowania (liczba bloków i korytarzy roboczych) oraz innych czynników sposóbu rozmieszczenia artykułów w strefie komisjonowania, etc. Niemniej, we wspomnianej pracy [15] dokonano porównania tych metod dla szeregu możliwych konfiguracji strefy komisjonowania. Wnioski wskazują, że z metod heurystycznych najlepsza okazała się metoda kombinowana+. Mimo tego, różnica w długości tras pomiędzy metodą kombinowaną+ a optymalna nadal wynosi 1-25% (w zależności od konkretnego układu przestrzennego) na korzyść trasy optymalnej. Program SSK oferuje następujące sposoby wyznaczania trasy kompletacyjnej wraz z ilustracją rozwiązania oraz obliczeniem długości trasy: zawsze najbliższa nie omawiany powyżej algorytm, stanowiący przykład algorytmu zachłannego, trasa S, trasa S+ autorska modyfikacja algorytmu trasy S, analogiczna jak przejście pomiędzy metodą kombinowaną a kombinowaną+, algorytm optymalny (do 25 różnych artykułów na liście kompletacyjnej, bez zastosowania podziału strefy kompletacji na pod-strefy), algorytm sub-optymalny modyfikacja algorytmu optymalnego dającego gwarantowany rezultat nie gorszy niż przyjęty ułamek rozwiązania optymalnego (np.: 99,5%). Rys. 9. Przykłady wyznaczenia tras kompletacji: metodą trasy S (po lewej stronie, długość trasy 2558j odległości), metodą kombinowaną + (po stronie prawej, długość trasy 2162j odległości). 402 Logistyka 4/2015

9 6. PODSUMOWANIE W powyższej pracy skrótowo przedstawiono przegląd wybranych (ze wszystkich możliwych) rozwiązań i metod organizacji pracy, jakie można wykorzystać w procesie projektowania strefy komisjonowania. Nawet uwzględniając, że zaprezentowane metody należą do rozwiązań najpopularniejszych i najczęściej spotykanych (pominięta została większość wyspecjalizowanych rozwiązań), można zauważyć z jak wielu potencjalnych rozwiązań projektant powinien wybrać rozwiązanie najlepsze. Dokonanie w pełni świadomego i rzetelnego wyboru wymagałoby stworzenia wariantu projektowego dla większości kombinacji zaprezentowanych metod. Następnie, porównanie stworzonych wariantów pozwoliłoby wyłonić najkorzystniejsze rozwiązanie. Używając metod klasycznych (analitycznych) jest to praktycznie niewykonalne ze względu na ilość niezbędnych obliczeń dla kilkunastu (kilkudziesięciu) wariantów projektowych. Wspomaganie komputerowe w postaci narzędzi symulacyjnych (takich jak zaprezentowany program SSK) umożliwia szybkie tworzenie wariantów projektowych. Zarówno ze względu na prędkość obliczeń, jak i łatwość tworzenia kolejnych wariantów programy symulacyjne mogą stanowić wartościowe narzędzie wspomagające proces projektowania (analizowania wydajności) stref komisjonowania. Streszczenie Celem poniższego artykułu było przedstawienie koncepcji wspomagania projektowania (oraz analizy istniejących) stref komisjonowania poprzez wykorzystanie komputerowych programów symulacyjnych oraz zaprezentowanie przykładu takiego narzędzia - programu SSK. W skrótowy sposób został przedstawiony zbiór popularnych metod i rozwiązań wykorzystywanych podczas kształtowania i wymiarowania strefy komisjonowania. Zaznaczone też zostało, które z omawianych metod zostały zaimplementowane w programie SSK. Słowa kluczowe: komisjonowanie, projektowanie strefy komisjonowania. Order-picking area design using computer simulation methods Abstract In this article concept of usage of simulations as a support for designing (analysis, re-designing) of order picking zones will be provided. Example of implementation of this idea SSK program will be given as well. Article will briefly describe the most common and popular solutions and approaches selected from huge variety of possible methods that can be found in modern order picking zones. Finally, short list of implemented solutions in SSK program will be provided. Key words: order picking, order picking zone design. 7. LITERATURA [1] Applegate D., L., Bixby R., E., Chvatal V., Cook W.J. The traveling salesman problem - a computational study. Princeton University Press, 2006, Princeton. [2] Fijałkowski J., Technologia magazynowania. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 1995, Warszawa. [3] Fijałkowski J., Transport wewnętrzny w systemach logistycznych. Wybrane zagadnienia. Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2003, Warszawa. [4] Joachimowski R., Algorytm metaheurystyczny dla problemu układania tras pojazdów, Logistyka 6/2014, Poznań. [5] Lawler E., L., Lenstra J.,K., Rinnooy Kan, A., H.G., Shmoys D.,B., The traveling salesman problem, Wiley, 1995, Chichester. [6] Le-Duc T., De Koster R., Determining the optimal number of zones in a pick-and-pack order picking system, RSM Erasmus University, 2005, the Netherlands. [7] Kłodawski M., Jacyna M., Wpływ układu strefy komisjonowania na długość drogi kompletowania, Logistyka 4/2010, Poznań. [8] Kłodawski, M., Klasowe metody rozmieszczenia asortymentu i ich wpływ na wydajność procesu kompletacji, Logistyka 4/2012, Poznań. [9] Kłodawski M., Problem przydziału artykułów do lokacji w funkcji minimalizacji kosztów obiektu logistycznego, Logistyka 4/2014, Poznań. Logistyka 4/

10 [10] Kłodawski M., Problem przydziału artykułów do lokacji w funkcji minimalizacji kosztów obiektu logistycznego, Logistyka 4/2014, Poznań. [11] Lorenc A., K., Metody klasyfikacji i rozmieszczania produktów w magazynie przegląd praktycznych rozwiązań, Logistyka 3/2014, Poznań. [12] Lorenc A., K., Planowanie rozmieszczania produktów w magazynie najnowsze rozwiązania i trendy rozwojowe, Logistyka 3/2013, Poznań. [13] Petersen C.G., Considerations in order picking zone configuration, International Journal of Operations & Production Management, Bingley, [14] Ratkiewicz, A., Efektywność procesu kompletacji, Logistyka 4/2011, Poznań. [15] Roodbergen K., J., Layout and Routing Methods for Warehouses. PhD thesis, RSM Erasmus University, 2001, the Netherlands. [16] Tompkins J., White A., Yavuz, B., Tanchoco, J., Facilities Planning, John Wiley & Sons, 2003, New York. 404 Logistyka 4/2015