طراحی بهینه انبار اتوماتیک

بطورکلی و صرف نظراز نوع انبار یا کالای قابل انبارش در هر پروژه، طراحان انبار بایستی به لحاظ نمودن دپارتمان های اصلی ذیل در طرح نهائی توجه کافی مبذول نمایند:

1- سکوهای تخلیه و نواحی دریافت کالا

2- ایرلاک کالای وارده (درصورت نیاز)

3- ناحیه شمارش، تفکیک، کد گذاری

4- معابر لجستیکی داخل انبار

5- دپارتمان انبار (محل انبارش کالا)

6- دپارتمان خرده برداری و جورچینی (درصورت نیاز)

7- دپارتمان یارد

8- ایرلاک کالای ارسالی (درصورت نیاز)

9- سکوهای ارسال

بدیهی است براساس نوع انبار و ماهیت کالا و شیوه گردش فرایند لجستیک داخلی و نحوه تعامل انبار با الگوی عملیات لجستیک خارجی، نوع بکارگیری دپارتمان های فوق الذکر و میزان بودجه قابل تخصیص، کاملاً متفاوت خواهد بود و این موضوع دلیلی بر ضرورت طراحی انبار و فرایندهای آن، مطابق با ماهیت صنعت و الزامات خاص هر بنگاه تولیدی که دارای انبار بوده و یا انبارهای تخصصی مانند انبار شرکت های پخش، می باشد. یکی از مسائل مهمی که به عنوان نمونه، تاثیر فراوانی در شیوه طراحی انبار دارد مربوط به گستره ای از تکنولوژی های قابل انتخاب و نحوه تعیین آميخته اي از تكنولوژي هاي انبارش می باشد که بعضاً ناهمگون بوده و قابليت مديريت بهتر فرايند انبارش را فراهم می آورند. بدیهی است، طراحان انبار و برنامه ريزان گردش فرايند، بايستی با طيف وسیعی از انواع تكنولوژي ها آشنا بوده و در طول مراحل طرح ريزي، به نقاط قوت و ضعف ناشي از بكارگيري توامان تكنولوژي ها و قابليت های ناشی از همپوشاني يكديگر، درراستاي برقراري نظام استوار لجستيك، تسلط كافي داشته باشند. اصولا در سیستم های عملیاتی، اعم از تولیدی یا پشتیبان تولید (از جمله انبار)، رابطه مستقيمي ميان پيچيدگي عمليات انبارش (بطور مثال از لحاظ تنوع و يا تعدد كالا)، با لزوم بهره گيري از سطوح بالاتر تكنولوژي وجود دارد، همچنين رابطه معكوسی نیز بين سطح تكنولوژي و ميزان نيروي انساني شاغل در عملیات انبار، قابل مشاهده است. لذا مطالعه تركيبات مختلف گزينه هاي تکنولوژیکی، می تواند به معني جستجوی سیستماتیک برای تحقق بهترین ترکیب تکنولوژی، در راستای كاهش هزينه ها و یا افزايش ظرفيت-های ناشي از توسعه تكنولوژي در انبارها باشد، اما نكته بسيار حائز اهميت اينست كه هيچ ترکیب یا نسخه از پيش نوشته شده اي براي ايجاد انباري كارآمد وجود ندارد و ممكن است گزينه اي كه براي يك دپارتمان انبار، كاملا مفيد باشد، براي انباري با ويژگي ها یا ظرفیت های متفاوت، بطور مشخص، غيرمفيد و ناكارآمد قلمداد گردد، بنابراین شناخت كامل نيازمندي هاي هر سازمان و تعیین دقیق توقعات كاري از دپارتمان انبار، از ضروریات این مطالعه و طراحی منتج از آن خواهد بود. باعنایت به توضیحات فوق و جهت تعیین ترکیب بهینه تجهیزات و ساختار انبار (ضمن رعایت محدودیت های طرح)، بایستی از طریق بکارگیری روش های مدلسازی ریاضی، اقدام به بهینه یابی اجزاء سازنده انبار نمود. بدیهی است بکارگیری تکنیک های مدلسازی ریاضی در انواعی از انبارها از جمله انبارهای مکانیزه یا انبارهای اتوماتیک از اهمیت و اثربخشی بالاتری نیز برخوردار است و قطعاً در کمینه سازی هزینه ها و بیشینه سازی ظرفیت های انبار، تاثیر غیرقابل انکاری خواهند داشت.

اصولاً در اﻧﺒﺎرﻫﺎي اتوماتیک، بویژه در حوزه تکنولوژی ذخیره-بازیابی اتوماتیک، اﺳﺘﻔﺎده از استاکرکرین ها بایستی در ﺣﺎﻟﺖ ﺣﺪاﻗﻠﯽ ﻗﺮار داشته باشد و اﯾﻦ ﻣﻮﺿﻮع سبب كاهش تعداد تجهیزات مورد استفاده در طرح و درنتیجه كاهش هزينه پروژه می شود. به عنوان یک استراتژی لجستیکی، با عنایت به قابلیت های بالای انبارهای اتوماتیک در تامین ظرفیت انتظاری سیستم، درصورت تجمع چند انبار پراکنده و تبديل شدن به يك انبار متمرکز، نه تنها در تعداد ماشين آلات حمل و نقل غیراتوماتیک (مانند انواع لیفتراک)، کاهش قابل ملاحظه ای بروز می نماید، بلکه تعداد استاکرکرین ها نیز به دلیل قابلیت تطبیق با گستره ای از جایگشت های ناشی از ترکیبات مختلف عناصر سازنده انبار، کاهش خواهند یافت. براساس توضیحات فوق و به منظور ایجاد مدل ریاضی بهینه سازی طرح یک انبار مکانیزه اتوماتیک به اطلاعات ذیل نیازمندیم :

1- ظرفیت انبارش مورد نظر کارفرما.

2- مشخصات فیزیکی کالای وارده به انبار، اعم از ابعاد و وزن.

3- انواع تکنولوژی های دردسترس، موثر در ظرفیت انبارش (اعم از قفسه های با عمق انباشت یک یا چند پالت).

4- محدودیت های ابعادي زمین انبار (طول و عرض).

5- انواع سطوح ارتفاعی سازه انبار (بعنوان مثال افزایش ارتفاع توسط ستون های«پایه» شش متری).

6- ویژگی های تجهیزات حمل (ماشین ذخیره- بازیابی اتوماتیک) اعم از سرعت و زمان سرویس‌دهی.

7- هزینه خرید هر دستگاه ماشین ذخیره- بازیابی.

8- ظرفیت بارگيري/ تخليه مورد نظر.

9- ظرفيت مورد نظر انبارش در سلول های قفسه ها.

و توقع داریم پس از طي نمودن فرايند جستجوي پاسخ، نتائج حاصله در قالب دسته بندی های ذیل، قابل حصول باشند:

1- مشخصات بهینه ساختمان انبار شامل طول، عرض، ارتفاع.

2- تعداد راهروها، باتوجه به انواع رده های تکنولوژیکی متفاوت (مانند عمق بهینه انباشت).

3- ابعاد بهینه راهروها و سلول های انبارش.

4- تعداد استاکرکرین‌های مورد نیاز جهت برآورده ساختن سطح مشخصی از سرویس‌دهی.

باعنايت به قابلیت انبارهای اتوماتیک، مبني بر انعطاف پذيري پارامترهاي وابسته تشكيل دهنده انبار، ازجمله مولفه های مربوط به سازه (مانند طول، عرض و ارتفاع مجاز سازه انبار) و پارامترهاي داخلي انبار مانند تعداد راهروها، تعداد ماشین های استاکرکرین و یا عمق انبارش كالا در قفسه ها، در مقایسه با پارامترهای مستقلی همچون مشخصات ماژول کالا اعم از ابعاد و وزن، ظرفیت انبـارش موردنظر و ظرفيت آتی مطلوب براي ارسال و دريافت كالا، بوضوح بررسي تركيبات مختلف پارامترها و تاثير نتائج حاصله در كمينه سازي هزينه هاي پروژه و افزايش كارآمدي و ظرفيت انبار و نهایتاً تحقق سطح مشخصی از ظرفيت سرویس‌دهی، به عنوان نقطه قوت مدلسازی ریاضی قلمداد می گردد. مدل رياضي موردنظر، براساس اهداف پروژه، از دو بخش اصلي تشكيل شده است: الف- بخش اول (بهينه سازي جانمائي بهينه انبار) بهينه سازي جانمائي بهينه انبار، شامل ساختارهاي ابعادي فقسه ها، راهروها، عمق انباشت ماژول كالا و غیره، كه در مجموع، طرح چیدمان بهينه را تشكيل ميدهند. به عبارت دیگر، با توجه به سطح سرویس‌دهی مورد نیاز، مدل توسعه داده شده اول، تعداد راهروها با میزان عمق مشخص، تعداد سلول‌های انبارش در هر راهرو و تعداد سلول‌های انبارش در ارتفاع را بهینه می‌نماید. در این مدل، سطح سرویس‌دهی مورد نیاز وابسته به دو عامل است، نخست ظرفیت انبارش برحسب پالت در کل انبار که یک عامل بلند مدت در طرح‌ریزی انبار است و سپس ظرفیت انبارش روزانه که یک عامل کوتاه مدت می‌باشد. علاوه بر اینها، پارامترهای خارجی نیز در بهینه‌سازی طرح چیدمان مورد توجه قرار می‌گیرند که شامل هزینه فراهم‌سازی زمین و هزینه‌ تهیه سلول‌های انبارش می باشند. ب- بخش دوم (برنامه‌ریزی ماشين هاي استاکرکرین) در بخش دوم مدل رياضي، ملاحظات مرتبط با برنامه‌ریزی ماشين هاي استاکرکرین، به مدل اول اضافه می گردند. بدین ترتیب در اين قسمت، به دنبال بهینه‌سازی تعداد ماشين هاي ذخيره- بازيابي درون انبار هستيم که این تصمیم باتوجه به هزینه خرید ماشين آلات فوق، مدت زمان لازم برای سرویس‌دهی پالت‌هاي منتظر خدمت گيري در کوتاه مدت (یک شیفت کاری)، ویژگی‌ راهروها و مشخصات ابعادي پالت‌ها، بهینه سازي می گردد. همچنین لازم است که میان اجزاء مدل ریاضی و اجزاء انبـار، تنـاظر وجود داشته باشد، به عبارت دیگر، مدل توسعه داده شده ویژگی‌ها و جنبه‌های مختلف انبار مطلوب را در قالب توابع هدف (Objective Function) و محدودیت ها (Constraint)، تحت پوشش قرار دهد. در ارتباط با نحوه قفسه بندی انبار، در تكنولوژي ذخیره- بازیابی اتوماتیک، عموماً از انواع قفسه های خودسوله استفاده مي شود، اما یک پیش شرط مهم در اين روش آنست که گرچه انبـار دارای بخش های مختلفی با ظرفیت های وزنی متفاوت است، اما تمام قفسه‌ها در سراسر انبـار، ابعاد و مشخصه هاي سازه اي یکسانی دارند و درنتیجه نواحي مختلف انبار، بدليل بارگذاری های مختلف ناشي از انبارش انواع رده های وزنی، نیازمند فنداسیون‌هائی متفاوت و متناسب با قابليت بارگذاري موردنظر در همان ناحيه خواهند بود، به نحوی که مشخصات سازه کف می تواند برای تحمل بارهای سبک تا خیلی سنگین (براساس انواع رده های وزنی قابل انبارش)، ناحیه بندی، طراحی و اجراء گردد.

از سوی دیگر، ارتفاع قفسه ها (تعداد طبقات) نيز در ماهیت سازه قفسه خودایستا‌، تاثیر مستقيم دارد زیرا ارتفاع بیشتر قفسه‌بندی مستلزم بهره گيري از سازه قویتر، به منظور مقابله با بارهاي وارده و كمانش هاي پس از بارگذاري است، درنتیجه ارتفاع بیشتر قفسه‌ ها نیز سبب افزايش هزینه‌های قفسه‌ بندي می شود. اما در زمینه استاکرکرین ، فاکتورهای متعددی وجود دارد که در مدل سازي و برنامه ‌ریزی تاثیر گذار است و از آن جمله می‌توان به هزینه‌های خرید و ابعاد هر مدل استاکرکرین اشاره نمود، ضمناً باید به این نکته توجه داشت که هر مدل تجهیز مذکور به پالت‌ها یا بخش وزنی خاصی از انبار می‌تواند سرویس دهد، لذا مدل ریاضی باید تعداد استاکرکرین مورد نیاز را براساس عوامل زمان و سرعت مشخص ‌نماید. لازم به یادآوری است، مكان سرویس‌دهی استاکرکرین ها، در هر مرتبه گسیل، متفاوت و در یکی از نقاط انبـار خواهد بود، لذا زمان سرویس‌دهی استاکرکرین ها از لحاظ آماري ماهیت تصادفی دارند. ذیلاً خلاصه پارامترهاي مندرج در محدوديت هاي مدل ریاضی، ارائه گرديده است:

در اين مطالعه، علاوه بر اجزاء و ویژگی های فیزیکی انبار كه بعنوان محدودیت های مدل درنظر گرفته شده اند، بايستي اهداف مدل مدل ریاضی نيز در قالب اجزاء سازنده توابع هدف، در مدل رياضي لحاظ گردند. در این راستا، نمونه اجزاء تابع هدف توسعه داده شده در نمودار زير نمايش داده شده است:

متدولوژي حل مسأله بهینه یابی انبار مکانیزه اتوماتیک

بدليل پیچیدگی مسئله، تنوع و تعدد محدودیت های بعضاً متضاد، در مدل ریاضی مورد بحث، ضمن بهره گیری از تکنیک های متاهیوریستیک، از تركيب دو الگوریتم ژنتیک و شبیه سازی تبريد، در فرايند حل استفاده شده است. ترکیب این دو متد، سبب می شود که الگوریتم نهایی نقاط قوت هر دو الگوریتم پایه را داشته و نقاط ضعف نیز تا حد زیادی پوشش داده شود. خلاصه شبه كد الگوریتم توسعه داده، برای حل مدل ریاضی بهینه سازی طرح انبارهای ذخیره- بازیابی اتوماتیک، بشرح ذيل مي باشد:

نتائج حل مدل ریاضی

به منظور درك بهتر نتائج حل مدل رياضي، در ادامه مثالي براي نمونه گزارشات بهينه يابي يك انبار ذخیره- بازیابی اتوماتیک، با ظرفيت اسمي 20.000 پالت تهيه شده و نمونه نتائج حاصله مطابق نمونه های ذیل حاصل گردیده است. در نمودار ذيل، نحوه تغییرات ظرفیت قابل حصول انبار در محدوده پاسخ های شدنی، نسبت به دو متغیر ارتفاع و طول انبار مشاهده می گردد. هریک از نقاط معرف بی شمار نقطه بوده که به دلیل یکسان بودن ویژگی ها، در محورهای مختصات، بر روی یکدیگر منطبق شده اند. ضمناً در اين نمودار، به دليل یکسان بودن محور عمودی (ظرفیت ساخته شده)، طول و ارتفاع انبار را می توان در یک ظرفیت خاص با یکدیگر مقایسه نمود.

بطور مشابه، در نمودار رو به رو نیز تعداد ماشين ذخيره- بازيابي بکارگرفته شده در طراحي را با مؤلفه ظرفیت قابل حصول (با عنایت به تعداد راهروها)، مقایسه مي كنیم.

همانطور که از نمودارهاي تركيبي بالا استنتاج می شود، پاسخ بهینه برای طراحی انبـار ذخیره- بازیابی اتوماتیک مورد مثال بالا، عبارتست از تعداد 8 راهرو، 8 ماشين ذخيره- بازيابي از نوع Aisle bound، ظرفیت انبارش معادل 21400 پالت، ارتفاع و طول سازه انبار نيز به ترتيب 22 متر و 80 متر. حال فرض کنید هدف ایجاد انباری با 11 راهرو باشد، لذا مطابق نمودارهاي فوق، از بین پاسخ های قابل پذیرش، تعداد 9 ماشين استاکرکرین از نوع Aisle change، سبب تحقق بازه ظرفیتي 20200 الي 21000 پالت خواهند بود كه درصورت انتخاب ظرفیت 21000 پالت، نزديكترين پاسخ شدنی به حل بهينه، معادل 24 متر ارتفاع و 90 متر طول، براي طراحي سازه انبار، مي باشد. در مثالي ديگر، درصورتی که تعداد راهروها با محور X، حداکثر زمان سرویس دهی با محور Y و هزینه کل با محور Z نمايش داده شوند، نمودار سه بعدی حاصله متشكل از مجموعه نقاطی دارای تعداد 8 راهرو و حداکثر زمان سرویس دهی 426 دقیقه خواهد بود. اين نقاط دارای هزینه های متفاوتی مي باشند كه این امر به دلیل اختلاف در ظرفیت های ساخته شده، ارتفاع های مختلف و ساير موارد مشابه مي باشد. به عبارت دیگر، درصورت احتساب دو ويژگي ثابت، سایر مولفه هاي موثر در طرح می توانند متفاوت و متغير باشند كه اين مهم موجب انعطاف پذيري بيشتر در نزديك شدن به نقطه بهينه طرح می گردد.

نمودار رو به رو نيز نمونه دیگری از نمودارهای سه بعدی است كه رابطه طول انبار (محورX)، ظرفیت ساخته شده (محورY) و هزینه کل احداث انبار (محور Z) را با يكديگر مقايسه مي كند.

در ماتريس ذیل، كليه نتايج حاصله از اجراي مدل رياضي، درقالب ستون هائي متشکل از مؤلفه هاي موثر در طراحي (شاخص هاي تصميم) نمايش داده شده، همچنين هرسطر اين ماتريس نيز، نشان دهنده يك پاسخ قابل قبول و مقادير تعلق گرفته به شاخص هاي آن پاسخ، به منظور استفاده در بهينه سازي طرح انبار مي باشد. با توجه به طيف وسيع جواب هاي قابل قبول در فضاي موجه، عليرغم امكان اولويت بندي شاخص هاي تصميم، به روش هاي مختلف از جمله بكارگيري طيف هاي رنگي (بمنظور تسهيل در دسته بندي و شناسائي گروه های پاسخ ها)، بدليل تعدد شاخص ها و ناهمگوني مقياس های سنجش (به عنوان مثال، مقايسه ستون داراي واحد سنجش متراژ با ستون مبتني بر قيمت و ....)، لذا می توان از روش هاي مبتني بر مقايسات زوجي مانند تكنيك TOPSIS، براي ارزیابی و اولويت بندي راه حل ها بهره برد.

اولويت بندي گزينه هاي بيست گانه مثال فوق، تحت تكنيك Topsis، مطابق جدول رو به رو می باشد و براين اساس، گزينه (راه حل) شماره 1 و گزينه هاي مشابه 661 و 658 و 673، از بالاترين اولويت انتخاب در طرح انبار برخوردار هستند.

با استناد به توضیحات فوق، بهينه ترين ساختار انبار اتوماتيك در مسئله مورد نظر، شامل رديف يك جدول رو به رو می باشد و در ردیف دوم نیز اولویت بعدی طرح درج گردیده است.

نتائج محاسباتی مشابه مثال فوق و سایر برآوردها و تحلیل های آماری، امکان تهیه طرح انبار در پروژه موردمطالعه را فراهم می سازد و در این صورت، اطمینان از بهینگی طرح و کارآمدی نتائج حاصله فراهم خواهد بود.