Informatyka w logistyce przedsiębiorstw wykład 5 1. Charakterystyka i funkcje systemu klasy WMS 2. Funkcje systemu WMS 3. Elementy (moduły) systemu WMS 3.1. Operacje magazynowe 3.2. Transport i spedycja 3.3. Planowanie i optymalizacja tras 4. Algorytm najkrótszej ścieżki 4.1. Charakterystyka problemu 4.2. Algorytm Dijkstry 4.3. Przykład optymalizacji trasy
1. Charakterystyka systemu klasy WMS Magazynowy system informatyczny (Warehouse Management System WMS) program do zarządzania ruchem produktów w magazynach, wykorzystywany w logistyce, zwany też systemem obsługi magazynu wysokiego składu. Stosowanie systemów WMS w zarządzaniu magazynem prowadzi do redukcji kosztów logistycznych i podniesienia wydajności pracy personelu oraz sprzętu. Ponadto WMS umożliwia optymalizację procesów magazynowych, poziomu zapasów, śledzenie zajętości lokalizacji magazynowych, itp. 2. Funkcje systemu WMS Bezbłędna lokalizacja towarów w magazynie. Szczególnym zadaniem realizowanym w ramach systemów WMS jest lokalizacja towarów w magazynie oraz kontrola przebiegu obrotu magazynowego. System dostarcza informacji dotyczących stanu magazynowego według wielu różnych kryteriów oraz umożliwia sprawną lokalizację każdej partii towaru i każdej pojedynczej przesyłki. W systemie WMS operator może wygenerować odpowiednią etykietę i oznaczyć nią jednostki towarowe lub w momencie przyjmowania towaru do magazynu przyjąć do systemu informacje zawarte na etykiecie nadanej jej wcześniej przez inny podmiot. Kontrola ilościowa i asortymentowa towaru. Za pomocą systemu WMS możliwa jest kontrola ilości i rodzaju przyjmowanego do magazynu towaru, np. pod kątem zgodności dostawy z dokonanym wcześniej zamówieniem. Systemy WMS doskonale sprawdzają się w centrach logistycznych, gdzie ruch towarów jest intensywny, w jednym czasie następuje zarówno przyjęcie towaru, jak i wysyłka skoordynowanie ruchu towarów wymaga automatyzacji operacji zachodzących w systemie, przy możliwości skontrolowania ich prawidłowości w każdym momencie bez konieczności żmudnego przeliczania partii towarów na regałach magazynowych. Planowanie wysyłek z magazynu. Istotną rolę dla usługodawców logistycznych może stanowić możliwość planowania wysyłek z magazynu w taki sposób, aby zoptymalizować wykorzystanie posiadanych zasobów, a także skrócić czas magazynowania i obniżyć w ten sposób koszty zamrożenia kapitału obrotowego. Oznacza to, że system WMS można odpowiednio zintegrować z innymi systemami wykorzystywanymi przez przedsiębiorstwa w sferze logistyki. Rozwiązania typu WMS mają za zadanie koordynowanie prac magazynowych. Są to wysoce wyspecjalizowane systemy usprawniające procesy, które zachodzą w magazynach. Systemy te mają duże znaczenie przede wszystkim dla operatorów logistycznych, którzy obsługują w swoich magazynach i terminalach codziennie dużą liczbę zróżnicowanych przesyłek, pochodzących od wielu nadawców i kierowanych do wielu odbiorców. 2
W firmach świadczących usługi logistyczne systemy WMS stanowią często technologię wspierającą działanie systemu zarządzającego klasy ERP. Powodem tego jest fakt, iż procesy magazynowe są na tyle specyficzne, iż wymagają odrębnych algorytmów, w które systemy klasy ERP zazwyczaj nie są wyposażone. Wynika to z przeznaczenia systemów ERP tj. ewidencjonowania stanu zapasów w ujęciu ilościowym i ewentualnie wartościowym, podczas gdy systemy WMS rejestrują takie aspekty logistyczne jak: parametry logistyczne opakowań, klasy miejsc składowania, oznaczenia miejsc magazynowych w formie kodów kreskowych, itp. W praktyce system WMS stanowi odrębną całość funkcjonalną, zawiera szereg specyficznych modułów, odpowiadających poszczególnym grupom procesów logistycznych, jakie zachodzą w magazynowaniu, łącznie z obsługą magazynów wysokiego składowania. Między systemami WMS oraz ERP powinna funkcjonować sprawna wymiana danych, oparta na ujednoliconych standardach przekazywania informacji. Nowe klasy oprogramowania zapewniają zwykle obsługę zróżnicowanych danych w poszczególnych podsystemach informatycznych przedsiębiorstw i swobodne przenoszenie ich z modułu do modułu. Pozwala to na całkowite automatyzowanie ruchu produktów w magazynach z wykorzystaniem oprogramowania klasy WMS. 3. Elementy (moduły) systemu WMS 3.1. Operacje magazynowe Magazynowanie zespół czynności związanych z gospodarowaniem zapasami lub organizowanie wejścia i wyjścia, przypływów i odpływów towarów w organizacji. Produkty znajdujące się w magazynach są w fazie względnego spoczynku, ponieważ patrząc z punktu widzenia logistyki, magazynowanie to niepożądane przerwy w przepływie tych produktów. Niestety ww. przerwy są nieuniknione i należy się z nimi liczyć, a przede wszystkim podejmować odpowiednie decyzje dotyczące gospodarki magazynowej. Podstawowe zadania magazynowania: utrzymywanie zapasów dla potrzeb bieżącej działalności przedsiębiorstwa, konfekcjonowanie, czyli zestawianie różnych produktów od różnych wytwórców w jednym miejscu według zamówień odbiorców, konsolidowanie, czyli kompletowanie małych partii towarów w jedną dużą partię wysyłkową, dekonsolidowanie, czyli proces odwrotny do wyżej wymienionego rozdzielanie danej partii towarów na partie mniejsze zgodnie z zapotrzebowaniem odbiorców. 3
Aby skutecznie realizować ww. zadania należy uwzględnić szereg następujących czynników: warunki techniczne magazynów jako budynków i ich przystosowanie do pełnionej funkcji oraz wyposażenie techniczne magazynów (np. w odpowiedni sprzęt do rozładunku itp.), strumienie towarowe (w tym: wielkości dostaw, ich strukturę, rozkład dostaw w czasie, sposób załadunku i wyładunku, kontroli jakości dostaw itp.), czasowy i ilościowy rozkład zapotrzebowania oraz organizację (obieg dokumentacji, system informacji, przygotowanie dostaw, obszary zadaniowe itp.) Przebieg procesu magazynowania Czynności przyjęcia, składowania, komplementacji i wydania wpływają na wielkość oraz sposób ukształtowania i wyposażenia poszczególnych powierzchni magazynowych, co powoduje, że rozpatrywane są one jako odrębne układy (strefy) funkcjonalne magazynu. W procesie magazynowania możemy wyróżnić fazy jego przebiegu, które wyznaczają następujące strefy funkcjonalne: strefa przyjęć materiałów (operacje i czynności przyjmowania), która obejmuje: o rozładunek środków transportu zewnętrznego, o kontrolę ilościową i jakościową, o segregowanie, sortowanie, przepakowywanie i oznakowanie dostawy zgodnie z ustaloną organizacją magazynu strefa składowania materiałów, tj. składowanie i przechowywanie w określonym czasie, co oznacza: o ochronę materiałów, o kondycjonowanie (stopniowe pozyskanie pożądanych właściwości materiałów). strefa komplementacji materiałów (operacje i czynności związane z realizacją zamówienia), która obejmuje: o przeformowanie materiałów (towarów), o wybieranie materiałów według zamówień, o przemieszczanie materiałów do wydania. strefa wydań materiałów (operacje i czynności wydania), obejmująca: o pakowanie i formowanie jednostek, o przygotowanie do wysyłki i załadunek środków transportu zewnętrznego, o kontrolę wyjścia itp. Przebieg procesu magazynowania rozpoczyna się od odbioru i przyjęcia. Odbiór polega na ilościowym oraz jakościowym sprawdzeniu dostarczanych dóbr materialnych. Sprawdzenie ma na celu ujawnienie braków lub nadwyżek ilościowych oraz wad i braków jakościowych, ujęcie spostrzeżeń w odpowiednie protokoły i przekazanie dokumentacji do komórek organizacyjnych odpowiedzialnych za dalszy tok sprawy. Przyjęcie polega na skontrolowaniu strony formalnej, tj. zgodności dostawy z zamówieniem, wystawieniu dowodów przychodowych, zaewidencjonowaniu przychodu. 4
Czynności magazynowe realizowane są automatycznie przez system WMS i zintegrowany z nim ZSI (ERP), przy czym ZSI nie musi o tym wiedzieć. Wynika to z faktu, iż ZSI zarządza zapasami we wspomnianym ujęciu ilościowym (wartościowym), a WMS w kontekście ich fizycznej lokalizacji. W ramach obsługi magazynowej system WMS rejestruje wszystkie pojawiające się w magazynie jednostki logistyczne. System w sposób dynamiczny przydziela odpowiednie miejsce magazynowe. Wysyłka towarów realizowana jest w połączeniu z ZSI; system WMS wyznacza i rezerwuje przeznaczone na ten cel artykuły w odpowiedniej ilości. Ewentualna kompletacja towarów w systemie WMS polega na generowaniu nośników do kompletacji co umożliwia pobranie odpowiednich materiałów z wyznaczonych miejsc składowania. 3.2. Transport i spedycja System WMS dostarcza użytkownikowi zestaw funkcji pozwalających na wspomaganie prac związanych z planowaniem i realizacją prac transportowych związanych z przygotowaniem skompletowanych przesyłek poszczególnym transportom zewnętrznym. Kartoteki danych modułu spedycyjnego systemu WMS specyficzne dla planowania transportu: kontrahenci baza kontrahentów, opisująca poszczególne firmy transportowe, środki transportu kartoteka pojazdów z parametrami typu: powierzchnia, ładowność, pojemność, itd. produkty parametry dostępnych typów transportowych artykułów, umożliwiające zróżnicowanie transportu (chłodnia, cysterna, itd.), kierowcy baza danych istniejących kierowców, zawiera informacje umożliwiające szybki kontakt z kierowcami, klasa dróg baza kategorii i typów dostępnych szlaków, trasy baza realizowanych oraz niezrealizowanych tras, typy nośników magazynowo-transportowych dane umożliwiające np. przyporządkowanie właściwego samochodu oraz optymalizację załadunku, miejscowości oraz połączenia drogowe kartoteka dostępnych miejscowości wraz z tabelami odległości. 3.3. Planowanie i optymalizacja tras Głównym zadaniem tej opcji systemu WMS jest optymalizacja planowania tras dla przygotowanych wysyłek. Planowanie odbywa się poprzez zastosowanie odpowiednich algorytmów (np. algorytmu marszrutyzacji, algorytmu najkrótszej drogi, algorytmu komiwojażera, algorytmu chińskiego listonosza, itd.) i odpowiednich narzędzi informatycznych. 5
Optymalizacja trans transportowych odbywa się za pośrednictwem oprogramowania typu GIS (Geographic Information System) z pełną możliwością edycji podłączonej mapy (np. E-mapa, Google Maps, itp.) 4. Algorytm najkrótszej ścieżki algorytm Dijkstry 4.1. Charakterystyka problemu Problem najkrótszej ścieżki jest zagadnieniem szczególnie istotnym w informatyce w służbie logistyki. Polega on na znalezieniu najkrótszego połączenia pomiędzy danymi wierzchołkami grafu, przy czym problem najkrótszej ścieżki od jednego z wierzchołków do innego wierzchołka grafu można zobrazować jako problem znalezienia najkrótszej drogi pomiędzy dwoma miastami. W takim wypadku wierzchołkami grafu są skrzyżowania dróg, krawędziami drogi, a wartości (wagi) krawędzi odwzorowują długość danego odcinka drogowego. Do znalezienia najkrótszej ścieżki pomiędzy dwoma wierzchołkami zazwyczaj używany jest algorytm Dijkstry. 4.2. Algorytm Dijkstry Algorytm Dijkstry znajduje najkrótszą drogę z wierzchołka zwanego źródłem do wierzchołka zwanego ujściem w grafie, w którym wszystkim krawędziom nadano nieujemne wagi. Działanie algorytmu polega na przypisaniu wierzchołkom pewnych wartości liczbowych. Taką liczbę nazywa się cechą wierzchołka. Cechę wierzchołka określa się stałą (gdy jest równa długości najkrótszej drogi ze źródła do ujścia) albo, w przeciwnym przypadku, cechą tymczasową. Na początku wszystkie wierzchołki, oprócz źródła, otrzymują tymczasowe cechy równe (nieskończoność). Źródło otrzymuje cechę stałą równą 0 (zero). Następnie wszystkie wierzchołki połączone krawędzią z wierzchołkiem źródła otrzymują cechy tymczasowe równe odległości od źródła. Potem wybierany jest spośród nich wierzchołek o najmniejszej wartości tymczasowej. Cechę (wartość) tego wierzchołka zamienia się na stałą oraz przegląda wszystkie wierzchołki z nim połączone. Jeśli droga ze źródła do któregoś z nich ma mniejszą długość od tymczasowej cechy tego wierzchołka, to zmniejsza się tę cechę. Ponownie znajduje się wierzchołek o najmniejszej wartości tymczasowej i zamienia cechę tego wierzchołka na stałą. Kontynuuje się to postępowanie aż do momentu zamiany cechy wierzchołka ujścia na stałą (czyli obliczenia długości najkrótszej drogi ze źródła do ujścia). 6
4.3. Przykład optymalizacji trasy Opis problemu: 0) Sytuacja wyjściowa (6 miast wierzchołków grafu). Należy znaleźć najkrótszą drogę z pkt. (1) do pkt. (5). Odległości między miastami określają wartości (wagi) krawędzi grafu. Każdy punkt (poza wyjściowym tj. źródłem ma cechę ). Przykładowo, aby dojść z pkt. (1) do pkt. (5) można przejść m.in. drogą 1-6-5 (suma wag: 14+9=23) lub drogą 1-2-4-5 (suma wag: 7+15+6=28). Rozwiązanie problemu: 1) Krok pierwszy analiza odległości z pkt. (1) do wszystkich sąsiadów (2, 3, 6). Wierzchołek (6) uzyskuje tymczasową cechę: 14, wierzchołki (2) oraz (3) odpowiednio wartości: 7 oraz 9. Wierzchołek (1) od początku ma wartość 0 (zero). 2) Krok drugi z uwagi na najniższą wartość przydzielonych do tej pory cech (7, 9, 14), w dalszej kolejności analizowany jest punkt (2). Ponieważ bezpośrednia odległość między (1) i (3) jest mniejsza niż suma odległości przez pkt. (2), pkt. (3) nie zmienia wartości cechy (9<10+7). Pkt. (4) uzyskuje cechę 22 (7+15). Punkt (1) uzyskuje miano sprawdzonego (kolor czerwony). 3) Krok trzeci analizowany jest pkt. (3) z uwagi na wartość cechy równą 9 (jest to najniższa wartość spośród: 9, 14, 22). Punkt (2) uzyskuje miano sprawdzonego (kolor czerwony). Nie są analizowane odległości do punktów już sprawdzonych. Spośród pozostałych możliwości pkt. (6) uzyskuje cechę 11 (9+2<14), pkt. (4) cechę 20 (9+11<22). 7
4) Krok czwarty pkt. (3) uzyskuje miano sprawdzonego (kolor czerwony). Z dwóch możliwości tj. z dwóch pozostałych do analizy wartości cech (11 oraz 20), wybierany jest punkt o niższej wartości pkt. (6). W konsekwencji cecha dla pkt. (5) uzyskuje wartość 20. 5) Krok ostatni z uwagi na wartość cechy 20 dla pkt. (4) ewentualna droga do pkt. (5) przez pkt. (4) to dodatkowa odległość równa +6. Wobec powyższego, optymalna tj. najkrótsza droga wiedzie z pkt. (1) do pkt. (5) przez punkty (3) oraz (6). Łączna odległość w tym przypadku wynosi 20 (j). 1-3-6-5 (suma wag: 9+2+9=20). 8