Michał Garbacz Politechnika Opolska Marcin Łopuszyński Politechnika Opolska Optymalizacja procesu kompletacji w magazynie (cz. ). WPROWADZENIE W dzisiejszych czasach w celu utrzymania się na rynku, zachodzi potrzeba ciągłego usprawniania procesów realizowanych w obrębie prowadzonej działalności. Biorąc pod uwagę przedsiębiorstwa działające w sferze logistyki, należy znaleźć najsłabsze ogniwo występujące w łańcuchu logistycznym, a następnie zminimalizować jego negatywny wpływ na całokształt przypływu zasobów. Przepływ materiałów od punktu A do B polega na jego fizycznym przemieszczaniu. Im szybciej towar zostanie wydany do dalszego transportu na każdym etapie jego manipulacji, tym szybciej zostanie on dostarczony we właściwe miejsce. Analizując powyższe stwierdzenie, zauważyć można, iż miejscem w którym towar pozostaje bez ruchu przez największy okres czasu jest magazyn (pomijając transport wewnętrzny). O ile w przypadku magazynów, w których następuje wydanie całych jednostek ładunkowych bez ich rozdzielania nie stanowi to problemu, o tyle sprawa komplikuje się w sytuacji magazynów zestawiających zamówienia według wymagań klienta. Podstawowy podział magazynu dzieli go na 4 strefy: - przyjęć, - magazynowania, - kompletacji, - wydań. Przy czym kompletacja może być prowadzona nie tylko w specjalnie wydzielonej do tego strefie, ale również w przestrzeni magazynowej. Pomijając strefę kompletacji, przeznaczenie pozostałych stref można łatwo wywnioskować z ich nazw. Mianem kompletacji natomiast określamy zestawienie artykułów zgodnie z zamówieniami klienta, które poprzedzone jest rozdzieleniem zbiórczych opakowań produktów. Obydwie te czynności składają się na dwa etapy szerszego pojęcia jakim jest komisjonowanie []. Kompletacja polega na pobraniu produktów ze zbiorczych jednostek ładunkowych umiejscowionych w strefie kompletacji i uformowaniu z nich zamówienia zgodnie ze specyfikacją określonego odbiorcy. Dokonywane jest to przez pracownika magazynu, który poruszając się po strefie kompletacji, pobiera z odpowiednich miejsc niezbędne produkty. Skompletowane w ten sposób zamówienie transportowane jest do strefy początkowej/końcowej (potocznie zwanej dokiem). Całość zazwyczaj odbywa się ręcznie z ewentualnym użyciem ręcznych środków transportu wewnętrznego. W literaturze znajdują się informacje, iż kompletacja jest tą fazą magazynowania, która pochłania najwięcej, bo aż 60% kosztów operacyjnych magazynu, przy czym ponad połowa z nich to czas przemieszczania się magazyniera po strefie kompletacji []. Widać więc, że poprzez usprawienie procesu kompletacji, a w sczególności wyznaczenie optymalnych dróg przejść magazyniera w tym procesie, jesteśmy w stanie znacznie zmniejszyć czas potrzebny na zestawienie artykułów zgodnie z zamówieniami klientów.. PROBLEM BADAWCZY Problem badawczy dotyczy optymalizacji procesu kompletacji prowadzonego na magazynie w systemie człowiek do towaru. Pobranie towaru następuje z miejsc składowych w których umieszczone są poszczególne grupy. Towary grupy A to towary najczęściej pobierane, natomiast towary grupy Politechnika Opolska, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki. E-mail: garbacz.m@hotmail.com Politechnika Opolska, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki. E-mail: m.lopuszynski@po.opole.pl
C najrzadziej, zgodnie z jedną z najczęstszych klasyfikacji w regule Volume based storage [3]. Składowanie w poszczególnych miejscach odbywa się na jednym poziomie, a więc określając położenie towaru w strefie kompletacji mamy do czynienia z przestrzenią dwuwymiarową. Wspomniana przestrzeń składa się z 64 miejsc składowych 8 regałów z 8 miejscami składowymi. Dok startowy/końcowy umiejscowiony jest na skraju lub po środku układu. Omawiana strefa kompletacji została przedstawiona na rysunku. Rys.. Rzut poziomy omawianej strefy kompletacji. 3. METODY ROZMIESZCZANIA TOWARÓW ORAZ WYZNACZANIA TRAS Mając na uwadze optymalizację procesu kompletacji, a w szczególności skrócenie pokonywanej drogi przez magazyniera, należy skorzystać z wymienianych w literaturze metod wyznaczania tras przejścia oraz rozmieszczenia. Czterema podstawowymi strategiami rozmieszczenia są [4]: - Across-Aisle, - Within-Aisle, - Perimeter, -. Podczas prowadzenia badań, dwie z nich odznaczyły się wyraźną przewagą nad innymi, dlatego tylko one zostaną omówione poniżej. Mianowicie są to zbliżone do siebie strategie Within-Aisle oraz. Pierwsza z nich polega na układaniu najczęściej pobieranych (grupy A) rozpoczynając od doku, kolumna po kolumnie pionowo w przeciwną stronę magazynu. W przypadku doku położonego po środku strefy kompletacji towary rozkładane są na przemian w kolumnie na lewo od doku, a następie na prawo (lub odwrotnie). Założenie to przedstawia rysunek.
Rys.. zgodne ze strategią Within-Aisle dla doku środkowego. Źródło: opracowanie własne, na podstawie [5]. Dzięki takiemu podejściu zminimalizowana zostaje odległość często pobieranych od doku poprzez umieszczanie ich w regałach znajdujących się blisko punktu startowego/końcowego. Druga wspomniana strategia, opiera się natomiast na wyliczonych wcześniej odległościach poszczególnych miejsc składowych od punktu startowego/końcowego. Cechą odróżniającą tą metodę od innych, jest tworzenie się schodów w przypadku rzutu poziomego. Strategia ta przedstawiona została na rysunku 3. Rys. 3. zgodne ze strategią dla doku środkowego. Źródło: opracowanie własne, na podstawie [5]. W przypadku wyznaczania tras przejścia, podstawowymi metodami używanymi w kompletacji są [4]: - S-Shape,
- Midpoint, - Return. Wspomniane metody należą do algorytmów heurystycznych, które pozwalają na otrzymanie satysfakcjonujących wyników przy dosyć małej złożoności obliczeniowej. Optymalizację można również przeprowadzić przy użyciu algorytmów dokładnych, jednak ich złożoność jest bardzo duża. Często więc koszt ten nie jest opłacalny, gdyż najlepsza heurystyczna metoda uzyskuje wyniki jedynie około 5% gorsze od wspomnianych metod dokładnych [5]. Z trzech wspomnianych metod omówione zostaną jedynie dwie, występujące w najlepszych uzyskanych wynikach. Mianowicie są to S-Shape oraz Return. S-Shape polega na wchodzeniu przez pracownika jedynie do tych korytarzy z których pobierany jest towar, a następnie przemieszczaniu się do jego końca. Następnie magazynier przechodzi do kolejnego korytarza z którego pobiera towar. Idea tej metody zobrazowana została na rysunku 4. Rys. 4. Przejście S-Shape (ułożenie Within-Aisle). Źródło: opracowanie własne, na podstawie [5]. Druga z wspomnianych metod przejść przedstawiona została na rysunku 5. W myśl tej zasady, magazynier poruszając się po magazynie wchodzi do korytarzy z których ma do pobrania towar, dochodzi do ostatniego miejsca z którego go pobiera, a następnie wraca do korytarza głównego.
Rys. 5. Przejście Return (ułożenie Within-Aisle). Źródło: opracowanie własne, na podstawie [5]. 4. METODA BADAWCZA W celu wyznaczenia pewnych prawidłowości mogących pomóc w optymalizacji procesu kompletacji, opracowana została aplikacja symulująca przejście magazyniera oraz implementująca wspomniane wcześniej strategie rozmieszczenia (S-Shape, Midpoint, Return) oraz heurystyczne metody wyznaczania tras (Across-Aisle, Within-Aisle, Perimeter, oraz dodatkowo rozmieszczenie losowe) [6]. W aplikacji istnieje dodatkowo możliwość wyboru ilości artykułów na zamówieniu, ilości przebiegów kompletacji, oraz sposobu zachowania się układu i zamówienia. Wybrać można spośród losowego układu i zamówienia dla każdego przebiegu, losowego układu i stałego zamówienia oraz losowego zamówienia i stałego układu. Konfigurując parametry symulacji do wyboru mamy skrajne lub środkowe umiejscowienie doku oraz możliwość symulacji jednej lub wszystkich metod przejścia na raz dla danej konfiguracji. Po zakończonej symulacji istnieje możliwość wizualnego sprawdzenia ostatniej trasy przejścia. W przypadku wyboru wszystkich trzech metod przejścia na raz, podejrzeć można ostanie przejścia każdej z dostępnych metod. Okno główne aplikacji z zakończoną przykładową symulacją przedstawione zostało na rysunku 6.
Rys. 6. Okno główne omawianej aplikacji. Na podstawie tak otrzymanych wyników aplikacja potrafi wygenerować statystyki czasu trwanai oraz drogi kompletacji. Otrzymane wykresy znajdują się na rysunku 7. Oprócz średniej drogi oraz czasu dla posczególnych metod przejść, odczytać z nich można maksymalny oraz minimalny czas występujący podczas wszystkich przebiegów. Dodatkową funkcjonalnością jest możliwość zobrazowania wykresów przebiegu czasu i drogi kompletacji. Są one graficzną reprezentacją zmienności interesujących nas wartości w czasie.
Rys. 7. Okno statystyk omawianej aplikacji. Rys. 8. Okno wykresu przebiegu czasu kompletacji omawianej aplikacji. Podstawowymi założeniami, które pozwalają przełożyć otrzymane dane na czas oraz drogę to: - prędkość przemieszczania się magazyniera 3 km/h, - szerokość jednego regału,5 x,5 m, - czas postoju przy palecie z której pobierany jest towar 0-5 sekund.
5. OTRZYMANE WYNIKI Symulacje przeprowadzone zostały zarówno dla doku środkowego jak i skrajnego. Pod uwagę wzięte zostały wszystkie możliwe kombinacje dostępne w aplikacji, dla zamówień o wielkości 0, 40 i 60 artykułów. Dla każdego wariantu przeprowadzono 0 000 przejść symulacji, a następnie wzięte zostały pod uwagę uzyskane średnie czasy oraz odległośći. Dla dwóch najlepszych metod przejść przeprowadzono dodatkowe symulacje dla 40 artykułów, stałego układu i losowego zamówienia oraz 00 000 przejść. Wybór 40 artykułów podytkowany został pośrednią wartością pomiędzy testowanymi ilościami artykułów, natomiast wspomniane zachowanie układu wydaje się najlepiej odwzorowywać rzeczywitość. Łącznie przeprowadzono więc 8 400 000 pojedyńczych przejść procesu kompletacyjnego składających się na otrzymane wyniki. Ze względu na bardzo dużą objętość otrzymanych danych przedstawione zostaną jedynie dwie startegie oraz metody przejścia które okazały się najlepsze dla stałego układu i losowego zamówienia. W tabelach, oraz 3 znajdują się wyniki otrzymane dla doku środkowego oraz 0 artykułów na zamówieniu. Tabela. Najlepsze wyniki otrzymane dla 0 artykułów i doku środkowego. Czas [sek.] przejścia Śr. Min. Max. Within- Aisle S-Shape 3 5 58 Within-Aisle S-Shape 53 7 87 Within- Aisle Return 38 54 9 S-Shape 57 47 87 Tabela. Najlepsze wyniki otrzymane dla 0 artykułów i doku środkowego. Czas [sek] przejścia Śr. Min. Max. S-Shape 74 43 35 Within-Aisle S-Shape 6 30 87 Return 78 45 364 S-Shape 65 4 87 Tabela 3 Najlepsze wyniki otrzymane dla 60 artykułów i doku środkowego. Czas [sek] przejścia Śr. Min. Max. S-Shape 35 S-Shape 7 47 87 Return 9 00 386 Within Aisle S-Shape 74 36 87 Dane w tabelach 4, 5 i 6 przedstawiają natomiast wyniki otrzymane dla doku skrajnego.
Tabela 4. Najlepsze wyniki uzyskane dla 0 artykułów i doku skrajnego. Czas [sek] przejścia Śr. Min. Max. S-Shape 06 46 S-Shape 43 9 97 Return 7 Return 36 08 45 0 Midpoint 64 Midpoint 9 Tabela 5. Najlepsze wyniki otrzymane dla 40 artykułów i doku skrajnego. Czas [sek] przejścia Śr. Min. Max. S-Shape 75 4 34 Return Midpoint 8 Within-Aisle 5 37 Tabela 6. Najlepsze wyniki otrzymane dla 60 artykułów i doku skrajnego. Czas [sek] przejścia Śr. Min. Max. S-Shape S-Shape Return Midpoint 67 9 73 0 97 45 3 Across Aisle Across Aisle Return 40 83 400 Midpoint 4 78 395 Within-Aisle 8 S-Shape 8 97 5 Midpoint 89 6 35 6. WNIOSKI Na łączny czas procesu kompletacji w głównej mierze wpływają takie czynniki jak: - ułożenie ; - sposób wyznaczania trasy przejścia w procesie kompletcji; - ilość artykułów w zamówieniu; - umiejscowienie punktu startowego/końcowego; - czas związany z podjęciem towaru oraz innymi czynnościami. Dokonując właściwych decyzji na poziomie strategicznym, jesteśmy więc w stanie obniżyć czas przeznaczany na zestawienie zgodnie z zamówieniem.
Analizując otrzymane wyniki zauważyć można, iż w pewnych przypadkach metody wyznaczone jako najkorzystniejsze pod względem czasu różnią się od metod otrzymanych dla przebytej drogi. Różnica ta wynika z faktu doliczania losowego czasu dla każdego pobieranego produktu. Z tego względu każde przejście może się od siebie znacznie różnić. O ile losowość taka pozwala przybliżić bardziej rzeczywistość, o tyle wyniki otrzymane dla przebytej drogi są w stanie odpowiedzieć na pytanie wyboru krótszej ścieżki przejścia. W przedstawionych tabelach zarówno dla czasu jak i drogi najczęsciej występującą strategią ułożenia okazała się strategia Within-Aisle oraz. Obie te metody rozmieszczają towary w magazynie w dosyć podobny sposób, tj. w regałach blisko doku. Główna różnica polega na tym, iż Within- Aisle umieszcza najczęściej pobierane grupy zazwyczaj w jednym lub dwóch regłach idąc w głąb magazynu. natomiast umiejscawia często pobierane towary w kilku regałach w obrębie doku, ale dosyć blisko korytarza głównego dzięki czemu nie ma potrzeby wchodzenia w głąb magazynu. Biorąc pod uwagę sposób wyznaczania trasy przejścia, najczęściej występującą regułą okazała się metoda S-Shape. Pod względem przebytej drogi uzyskiwała ona zawsze najlepsze wyniki, natomiast pod względem otrzymanego czasu jedynie raz znalazła się na miejscu drugim. Analizując posczególne tabele zauważyć można, iż czas kompletacji ulega wydłużenia wraz ze wzrostem ilości artkułów na zamówieniu. Minimalne czasy uzyskiwane dla poszczególnych przejść są dosyć zbliżone, czego nie można powiedzieć o czasach maksymalnych. Dla małych ilości artykułów na zamówieniu poszczególne uzyskiwane czasy okazały się lepsze dla doku skrajnego. W miarę wzrostu ilości artykułów na zamówieniu przewaga ta malała, a dla 60 artykułów uzyskano wręcz gorsze czasy. Wyniki te sugerują umieszczanie punktu startowego/końcowego bliżej środka strefy kompletacji wraz ze wzrostem ilości artykułów do skompletowania. Wyniki uzyskane dla doku środkowego wskazują, iż zazwyczaj najgorszym czasem w tym wypadku odznaczało się przejście zgodnie z regułą Midpoint. Dok prawy nie odznaczył się wspomnianą prawidłowością przez co zakładać można, iż należy unikać metody Midpoint w miarę zblizania się do środka strefy kompletacji. Streszczenie Proces kompletacji pochłania znaczną część kosztów operacyjnych magazynu, przy czym ponad połowa z nich to czas przemieszczania się pracownika magazynu po strefie kompletacji. Poprzez odnalezienie najlepszych połączeń strategii rozmieszczenia z metodami przejść podczas zestawiania zamówień, jesteśmy w stanie znacząco obniżyć czas trwania całego procesu. W celu wyznaczenia najlepszych kombinacji rozmieszczeń i sposobów wyznaczania tras, opracowana została specjalna aplikacja symulująca przejście magazyniera kompletującego zamówienia. W aplikacji zaimplementowano kilka strategii rozmieszczenia oraz heurystycznych metod przejść, co pozwala na wyznaczenie średnich czasów i odległości symulowanych przejść. Otrzymane w ten sposób wyniki pozwoliły na zaobserwowanie pewnych tendencji występujących w procesie kompletacji zamówień, dzięki którym możliwe jest zoptymalizowanie tego procesu. Słowa kluczowe: kompletacja, optymalizacja, magazynowanie. Abstract Optimization of order picking in warehouse (Part ) The process of order picking absorbs significant part of the operating costs of warehouse, with more than half of them is time spent on traveling around the order picking area. By finding the best deployment strategy combined with routing methods we are able to reduce the duration of the whole process. In order to determine the best combination of deployment and ways of routing, a special application which simulates movements of warehouseman, has been developed. The application implements several strategies and heuristic routing methods, which allows to determine the average time and distance of simulated routes. Result obtained in that way allowed to observe certain trends occurring in the order picking process by which is possible to optimize the whole process.
Key words: order picking, optimization, warehouse LITERATURA []. Ratkiewicz A., Efektywność procesu kompletacji, Logistyka 4/0, s. 794-800. []. Tarczyński G., Wielokryterialna ocena procesu kompletacji w magazynie, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Katowicach, 03, s.. [3]. Jakubiak M., Komisjonowanie produktów jako element sterowania przepływami w węzłach logistycznych, Praca doktorska, Uniwersytet Ekonomiczny we Wrocławiu, Wrocław 03, s.. [4]. Krawczyk S., Jakubiak M., Rola komisjonowania w sterowaniu przepływani produktów, Logistyka 4/0, s. 48. [5]. De Koster R., Le-Duc T., Roodebergen K. J., Design and Control of Warehouse Order Picking: a literature review, European Research Institute of Management, 006, s. 8. [6]. Garbacz \M., Optymalizacja procesu kompletacji w magazynie, praca inżynierska, Politechnika Opolska, Opole 05.