仓储企业分区拣货效率探析

随着商品流通量急剧增加, 新的贸易形式的出现, 竞争的压力和追求高额利润的动力迫使厂商不断寻求降低自己的物流成本。人们开始关注于改善产品及客户服务质量, 这迫使管理者们从减少产品损坏、减少作业时间及进一步提高订单拣选准确性的角度出发来, 重新审视订单拣选活动, 在客户要货时尽快让货品配送出去, 拣货速度直接影响到服务质量。几乎所有的公司都无一例外希望降低配送费用在配送额中所占的百分比, 那些看上去只是由一些货架、叉车、输送线、集装器具及软件构成的物流系统是企业的战略性资源, 需要进行战略性投资。本文拟建立模型分析零售型配送行业分区拣选作业流程, 设计合理的拣货作业方式, 为经营管理者投资决策作参考。

订单拣选作业当中所包含的人类劳动要素主要有以下几项: (1) 拣货员在拣选位置间往返来回; (2) 从存储货位拣选货物; (3) 弯腰以便伸手够到拣选区域; (4) 对订单拣选作业进行文字记录; (5) 按照订单将货物分类; (6) 包装; (7) 搜索拣选位。在零售、食品杂货、经销商配送行业中, 其客户通常是零售商店、食品杂货店、经销商, 在这种情况下, 一项订单所包含的工作量经常很大, 其中55%的时间花在往返来回上, 因此订单本身就代表了对高效工作的要求。零售型配送行业由于订单的品种多, 这类配送行业经常通过分区拣选方式跨越好几个仓储区完成订单拣选任务[1]。

所谓分区就是将拣货员分配到各个拣选区, 即分配走廊的一部分或某个机械装置给拣货员进行订单拣选作业的区域。这种拣选方式最突出的特点是, 一个拣货员被指派到某个区域, 而其他拣货员都不在那个工作区域工作。在订单拣选作业当中, 意味着拣货员并不负责完成一个订单的拣选任务, 一个订单上的所有货品是从不同区域拣选出来的, 因此这些货品是由不同的订单拣货员拣选出来[2]。

拣选员被分配到指定的工作区域后, 他们会越来越熟悉自己所负责区域里的产品及其位置, 这种对货品的熟悉可以提高订单拣选作业的效率和准确性。其次, 由于同一时间一条走廊里不会超过一个操作员, 所以拥挤的程度被减小到最小。同时, 采用分区拣选作业方式后, 操作人员在拣选过程中很少或是几乎没有机会与其他人进行过多的聊天交流活动。虽然某些交流活动是健康的, 但分区拣选有利于对之进行控制和监管。

根据各区拣货时间并发与否, 常见的分区作业方式又分为串行分区和并行分区。其中, 串行分区指所有货品是逐步拣选的, 拣货员负责拣选完所负责区的货品后将装物品的容器 (箱或托盘) 移进入下分区或交给下一个分区接着拣选, 就像接力赛跑一样, 一棒传一棒。在此系统中, 经常出现某分区拣货员回到和前一分区的交接点时, 没有前一分区已经完成的订单, 由于不能越过交接点去帮助前一分区那位忙碌的拣货员, 只得无奈的等待, 造成了时间的浪费, 拣货不能达到最高效率[3,4]。动态分区 (接力式分区) 是串行分区的一种改进, 见图1。订单在此不作分割, 拣货员一区接一区的接力拣选, 但分区大小不固定, 以接力的方式来完成所有的分拣动作, 消除了拣货区的限制, 避免了节点间的无奈等待。这种只包含一个订单的拣选, 可以大大提高顾客订单响应速度, 同时省去了分类作业的成本。但货物量很少时, 那么拣选一个货物平均所需的往返步行时间就相当多, 降低了拣货效率[5,6]。 相反, 并行分区, 各分区固定, 但配合订单分割与分批策略, 运用多组拣货人员在短时间内共同完成订单的拣选。拣货员在拣选一件产品的过程中, 会在产品上贴上条码标签, 然后将其放在一个大的手推车里面, 或是放在位于拣货员行列旁边的传送带上。手推车或是传送带上的货物随之将被送到一个分类系统处, 该系统会按照顾客订单的要求将货物进行分类, 可以是手工分类, 也可采用自动分拣设备进行分类。即当一项订单被分配给多个拣货员时, 将这些订单里的货物重新整合在一起所付出的努力也极大地增加了。与分区拣选所节约的拣选时间相比, 我们还必须权衡由分区拣选所引起的分类工作的额外成本, 如自动化分拣设备价格从几十万到上千万不等, 速度在6000件/小时以上, 对国内相当一部分仓储企业来讲, 需对目前最传统的单据分拣、借助电子标签等辅助设备分拣等的成本效益与采用自动化分拣系统的成本效益作权衡考量。

此外, 分区拣选系统, 若各分区工作任务的不均衡, 并行分区拣选系统中常会导致某些分区拣货作业已经完成, 而另一些分区拣货人员还处于作业中, 使拣货设备或作业人员任务不均衡;动态分区拣货系统中, 常会出现“追尾”现象, 即:操作中若某个拣货员的速度比较快, 或者正好手上这张订单的项目比较少, 使得他赶上了下游的拣货员, 而下游手上的订单还未做完未转交给他的下游;或者他完成手上的订单项目并转交给下游后, 重新返回领取下一项订单, 若其上游刚好仍在返回过程中, 为取得他的上游手上的订单使得他赶上了上游的拣货员。这些都会迟滞了整个拣货作业, 带来管理方面的问题。

在决定是采用何种分区拣选方式的时候, 需要对两种拣选方式——并行分区拣选与动态串行分区拣选——做一个正式的经济可行性分析。应该用最好的并行拣选设计与最好的动态分区拣选的方案做对比分析。对并行分区拣选方式所能增加的收益 (提高效率及降低拥挤度) 是否可以弥补建立分区拣选系统所需要的额外投资 (如:分类作业所需配备的物料及信息处理系统的话费、信息处理费) 、拣选错误的可能性以及减慢了客户反应时间, 这些因素需权衡起来, 考虑分拣量、能力、速度、投资额度等问题。

用成本关系式来描述这些成本如何作为成本动因的函数而发生, 通过拣货作业生产率来衡量拣货作业活动的绩效。

用Cs和Cd分别表示并行分区和动态串行分区的作业总成本。

Rs=Ispscp+cse+Uscu+csIs+cmq+α(caq−cmq)+Ksck   (1)Rd=Idpdcp+cde+Udcu   (2)Rs=Ιspscp+ces+Uscu+csΙs+cqm+α(cqa-cqm)+Κsck   (1)Rd=Ιdpdcp+ced+Udcu   (2)

其中:Rs (Rd) —采用并行 (动态) 分区拣选系统的效益;Id (Is) —并行 (动态串行) 分区作业系统所拣选货品项的数量;p—设定的配送价格;ps (pd) —拣货区所需拣选人员的数量;cp—平均每年一个拣选人员及其所用的拣选设备的成本;csees (cdeed) —平均每年拣选区设备成本, 如货架成本, 传输带成本等;cmqqm (caqqa) —人工分类 (自动分拣机) 系统的空间成本;α (β) —二维变量, α=1时采用人工分类系统, α=0时为人工分类系统;Us (Ud) —平均一年内订单在规定时间 (如:一天) 内由于工作不均衡造成未完成的数量;cu—由于工作任务不均衡造成的等待或“追尾”现象导致的损失的机会成本;Ks—分类区需要的分类作业员的数量;ck—平均每年一个分类作业员的人工费用;cs—分类I项货品所需的分类系统的设备成本, 如自动分拣机、传送带等。

式 (1) 和式 (2) 中, 部分参数如:拣货员、分类员的人工费用及设备成本和配送价格容易确定, 年劳动力成本就是年工作时间与工资率之积;年空间成本就是面积与年单位平方米成本之积;年系统设备成本就是投资成本与年折旧率之积。但作业不均衡引起的机会成本及单位时间内两种作业方式可完成的订单数量较难准确确定。

考虑Jane 2000[3]对串行分区分拣系统提出几种启发式算法, 通过改变分区的大小和平衡订单体积等解决了分区中的拣货人员的工作负载问题。Jane and Laih 2005[4]提出启发式物品储存安排算法, 算法中首先计算所有订单物品的相关程度, 然后按照相关程度从大到小安排储存在不同的分拣区域, 使并行分区分拣系统的工作负载得以平衡。Russell M l, Meller R D, 2003[9]指出, 增加订单拣货员每趟拣选操作所处理的订单数量, 可提高拣选效率。Praikhh J P, Meller R D (2008) [9]证明每批订单量为200时小于订单批量为50时由于作业不均衡造成的系统不均衡成本。同时, John Bartholdi (1996) [5]指出在动态分区拣选作业中, 可以根据拣货员速度进行调整, 如把拣选速度慢的安排在上游拣货, 速度快的安排在下游, 一般情况下, 拣货慢的赶上拣货速度快的机会很小, 降低发生"追尾"的概率。本文假设仓储企业拣选作业系统货品已按上述启发式算法存放, 动态分区拣选系统中作业人员根据日常作业绩效, 按拣选速度快慢顺序分布在拣选线上。因此, 平均一年内订单在规定时间 (如:一天) 内由于工作不均衡造成未完成的数量, 等于每天最大完工数量 (按计划当天的订单量) 与实际完工数量的差值。即:

Us=D-Is (3)

Ud=D-Id (4)

式中:D—每天预处理的订单数量。因此, 式 (1) 和式 (2) 可转换为:

Rs=Ispscp+cse(D−Is)cu+csIs+cmq+α(caq−cmq)+Ksck   (5)Rd=Idpdcp+cde+(D−Is)cu   (6)Rs=Ιspscp+ces(D-Ιs)cu+csΙs+cqm+α(cqa-cqm)+Κsck   (5)Rd=Ιdpdcp+ced+(D-Ιs)cu   (6)

从而, 我们可以得出我们的最优解, 即:目标函数为R=max (Rs, Rd) 。我们通过衡量我们的关键资产——劳动力资源、空间资源、物料搬运系统——的运作效率及其利用率是否使总的仓储生产率提高, 即我们对分类系统进行与其他要素投入不成比例的高投入, 是否会产生一个非常高的单项作业生产率水平, 使我们的收益提高。

通过以上分析, 分区拣货作业系统涉及的成本因素主要有拣货区拣选人员的人力成本、拣选设备成本 (如叉车、拣货周转箱等) 、拣货区设备成本 (如传送带、货架等) 、任务不均衡带来的机会成本、并行分区所需的分类系统设备成本、分类作业人员的人力成本。这些因素相互作用, 共同影响着拣货系统的成本、效益。拣货作业过程中成本因果关系图见图2。各个因果链用正号或负号表示了影响作用的性质。正号表示箭头指向的变量将随着箭头源的变量增加而增加, 或减少而减少;负号表示标量间与此相反的关系。

在拣货作业系统中, 随着拣货作业量、订单频率的变化, 拣货作业成本也逐年发生变化, 作业量和成本的变化又会引起利润的变化, 利润可带来仓储企业业务项目的增加, 供给与需求又决定了仓储企业各年的实际订单量和订单频率, 如此循环, 构成了一个动态的反馈结构。由于两类作业系统 (并行分区拣选作业和动态分区拣选作业) 之间的区别主要在劳动力资源、空间资源、系统资源 (物料搬运系统、分类系统以及信息处理系统等) , 我们可以把3项主要仓储资源的成本价总起来, 从而可以很容易地计算出仓储成本, 选择适合自己企业的拣选策略。