配送中心库位分配的优化仿真

仓储配送中心库位分配优化与仿真

多年来，仿真和优化一直关注的都是改善仓库和配送中心的上架入库和运输等内部作业。大多数仿真环境都是基于配送中心或是可能的场景构建的，而不是实际的仓库作业流程过程。本案例研究提出了一种改进的方法，使用实际的仓库运作数据集来优化仓库，该数据集考虑了季节性变化、SKU存储分配、货架类型和拣选路径。并将生成的仿真模型用于库位分析和优化。

业务介绍及项目目标

分析的配送中心对象由三个主要区域组成：冷冻室、冷却器和一般的货架拣选区。所有被挑选的订单将被送到一个地面有限的仓库地面区集中存放处理，然后再放在卡车上运输交付。收到的托盘会并根据类型摆放到适当的位置。货架在需要时可以从上到下进行补充。取货总是从底部的两个货架，也被称为黃金拣货区。

收货工作一般安排在上午10点之前。托盘被卸下，需要时进行集中整理，然后储存在顶层货架上。该项工作在上午11点前完成。在存储/接收货物过程中，所有底层货架都被填满。拣货从上午11点开始，分为两个主要部分：包裹和LTL零担运输订单。包裹是小订单，通常装在几个盒子里，通过隔夜快递运送。LTL零担运输订单用托盘装好，以便卡车运送。

需要利用仿真解决仓储运营中的以下问题：

1. 收货问题：
- 现有的10个卸货道口无法满足效率需求。需要定义一种方法，确保收货流程可以在上午11点前稳定完成。
- 当前问题包括卡车延误、货物盘点、转移至储存区域，以及分拣区的空间限制。
2. 改进订单下发流程：
- 优化出库货物的分拣路径，减少出库分拣区的堆积。
- 通过优化拣货路径，减少拣货资源的移动距离和空载运行，提高拣货效率最大化“抓取因子”即单次拣货操作中处理的商品数量。

3. 重新调整仓库货架布局：

按需重新配置仓库货位布局，以支持以上两项问题的解决方案。

仿真的实施方案

使用 Simcad Pro 交互式实时仿真系统，可以构建完整的仓库模型，模型的涵盖以下内容：

货架位置的识别：
模型中明确标识每个货架位置，并允许在单个货架空间中容纳多个SKU（库存单位）。
货架定义：
根据货架的物理特性（如体积和功能性）进行定义。
行走通道的规划：
为拣货员设置行走通道，允许其在仓库中行走并完成拣货循环。
道口和分拣区域的扩展：
扩展道口Dock和分拣区域以支持入库和出库分拣操作。

简化数据传输到仿真模型：

为简化从WMS（仓库管理系统）到仿真模型的数据转移过程，模型中使用了现有的货架和SKU命名约定。

模型构建方法：

使用 Simcad Pro 中的货架和路径构建向导来创建仓库结构。利用现有的仓库CAD布局作为背景层，以准确计算行走距离。

这种方法确保了仿真模型对实际仓库运行情况的准确性，支持优化仓库流程的进一步分析与改进。

模型的验证

为了考虑季节性变化因素，模型校验过程需要模型运行整整一年。因此，对模型最初使用一周的操作进行校验，总计约750,000个程序。数据直接从WMS系统加载。校验包括两个阶段：

1.运行基于WMS生成的拣选顺序和存储移动的模型。该模型使用内置约束来驱动WMS仿真。结果验证表明，与分析周的实时性能相比，模型精度为99.91%。考虑到季节性变化，该过程重复了四周，模型准确性与初始周运行的准确性相差仅0.02%。

2.模型初始数据：以基础的出库和入库数据集启动模型。导入的数据集被用来生成订单、拣货、合并和存储操作，并基于已定义的约束条件进行处理。这种数据生成方式有助于扩展模型，快速执行容量增加分析和重新分配货位。

场景分析

在进入仓库分析阶段之前，通过Simcad Pro界面生成了详细的路径意面图（Spaghetti Diagram）、拥堵分析以及热力图。这些地图和图表是按照拣货区域和操作类型分别生成的。

以下是基于分析得出的结果：

货位分配优化：
之前的货位分配方案没有考虑拣货路径中产生的抓取因子和拥堵问题。通过Simcad Pro进行路径分配优化和区域重新分配，冷冻区、冷藏区和地面拣货区的路径效率分别提高了7%、9%和6.5%。
补货周期优化：
仓库的补货周期缩短了35%，且无需增加额外的货架空间。
入库暂存区调整：
入库暂存区重新按照卡车到达时间、产品类型或存储位置进行了组织。并且定义了具体规则，包括装卸时间、合并区域的人员数量以及存储人员安排。
订单释放优化：
冷冻区、冷藏区和地面拣货区的订单释放时间被调整，以与每个订单的预期拣货时间相对应。订单释放按各订单拣货时长进行。
总体改进效果：
所有调整使出库区域的拥堵减少了22.3%，卡车从入库到发货的平均时间缩短了15分钟。这些优化显著提高了仓库运营效率，降低了操作瓶颈。

Simcad 行业经典应用案例