基于可拓創新方法的云倉儲優化策略研究

文/孫文卓 李凌峰 李元中

在云倉儲處于萌芽階段的背景下，為使倉儲環節更加高效，本文采用可拓創新方法對典型的單個倉庫模型進行了分析，并提出了有利于倉儲高質量發展的優化策略。本文通過組件和相互作用分析建立了倉庫系統功能模型，以此找出了其中的不足功能。進行根原因分析后建立基元模型，進行問題求解，提出優化策略組。并通過層次分析法比較了各策略優度，為云倉儲高質量發展提供建議。

1.引言

目前對于倉儲環節的優化，國內楊瑋等（2017）提出了利用Flexsim 建?？s短入庫時間[1]，肖華等（2017）通過建立自動化倉庫的數學模型，研究了自動化倉庫軌道規劃[2]。國外Martins（2013）研究了倉儲作業過程中作業時間與空閑時間變化大的問題[3]，GrosseEH等（2015）研究了貨位優化中的建模問題[4]。已有的這些研究，對倉庫的入庫、揀選、貨位和作業流程優化等方面進行了研究，但未能提出形式化、程序化的分析方法，無法系統科學地對倉庫進行模型研究，因此本文基于可拓創新方法對倉庫進行了形式化、程序化的分析，對倉庫庫存的實時反應以及預測問題進行了研究。

2.可拓學理論概述

可拓學的研究對象是矛盾問題，基本理論是可拓論，方法體系是可拓創新方法，可拓論和可拓創新方法在各個領域的應用稱為可拓工程[5]?？赏貙W為了解決矛盾問題，以其為研究對象創建了一套程序化的創新方法，幫助我們按照程序處理問題和矛盾，實現創新，是比較高效的創新方法。在可拓學中，建立了物元、事元、關系元（統稱為基元）來描述物、事和關系[6]?；˙）作為邏輯細胞的基本表達式為B=（O，C，V）=

其中，O表示某對象(物、動作或關系)，而c1，c2，…，cn表示對象的n個特征，v1，v2，…，vn表示對象關于某個特征的相應量值?？赏貏撔路椒ㄊ褂昧鞒桃话闶窍扔眯问交姆绞奖硎久軉栴}，通過發散樹、相關網、蘊含系、分合鏈等拓展方法進行拓展，再通過置換、增刪、擴縮、分解、復制等基本變換方法以及與、或、積、逆的4種基本運算，來獲得創新方案，最后通過優度評價，獲取較優方案。

3.倉庫系統功能模型的建立和分析

3.1 組件分析。倉庫是所要研究的工程系統。倉庫的系統組件可以分為裝卸設備、運輸設備、保管設備、計量設備、養護檢驗設備、通風保暖設備、信息設備這七個部分，超系統組件為貨物，如表1所示。

表1 組件分析

3.2 相互作用分析。使用矩陣列表、對表1的系統組件和超系統組件進行相互作用分析，并且用“+”來表示每兩個組件間存在作用關系，“-”來表示每兩個組件之間不存在作用關系。

3.3 功能模型建立。倉庫系統的主要目標是超系統組件中的貨物，根據相互作用分析的結果表2，可以建立出功能模型圖，如圖1。由圖1可以得出三個比較明顯的問題，一是保管設備的信息上傳到信息設備的功能不足，二是計量設備的計量結果反饋到信息設備的功能不足，三是由信息設備調度貨物的功能不足。

表2 相互作用分析

3.4 模型分析。由功能模型中的四個不足功能，可以得出該倉庫在貨物的室外定位、盤點方面存在問題。倉庫在盤點環節使用紙質文件完成信息記錄，由員工將相關信息手動上傳到信息系統，依靠過程效率低下且容易出現誤差；缺少室外定位系統，無法實時預測庫存變化。近年，低功耗廣域網絡（LPWAN）技術發展迅速、比較成熟，已開始廣泛部署[7]。以這項技術為基礎的定位系統主要包括基站、LoRa傳感器，定位系統，定位算法。LoRa傳感器通信范圍長、功耗小、成本低、尺寸小[8]，定位精度主要受算法影響。以這項技術為基礎的定位系統很適合倉庫對貨物的室外定位?，F對盤點和室外定位問題、建立事元模型A1、A2。

4.組策略分析

選取事元模型A1中A13，A2中A24作為關鍵事元進行發散分析。該倉庫的盤點工作主要是由員工手動清點，記錄在紙質文件上并上傳信息管理系統。其問題在于手動清點效率較低，且容易出現誤差。這一問題的解決有員工清點裝備的升級和貨物室內定位的優化兩方面的方案。清點裝備升級方案需要引入條形碼標簽和對應的手持掃描儀，將貨物信息存入對應條形碼中，清點時只需要掃描對應條形碼，掃描儀就能將掃描結果存入信息系統中。這一方案簡化了工作流程，解決了手動清點記錄效率低下，容易出錯的問題。優勢是投入成本較小，劣勢是它只能獲取到某一時刻的庫存信息，無法實時精準反映庫存。貨物室內定位方案需要在庫內布置若干RFID讀寫器和天線，每個讀寫器都對應任意的貨架區域，當帶有標簽的貨物進入讀寫器范圍時，它的信息就會被上傳到信息系統中。這一方案節省了人力，免去了頻繁的盤點工作，而且可以實時精準反映庫存情況，但投入成本略高。

室外定位需要布置定位基站和定位設備，組成無線傳感網絡。它的主要問題在于定位精度，定位精度主要是受算法影響。目前對于室外定位有無相關距離的定位算法和基于距離的定位算法兩種。前者以APIT定位算法為例，它每次選取三個定位基站聯成三角形，通過基站接收到的信號強度變化判定定位設備是否在三角形內，多次重復選取三角形和判定，最終判定其位置[9]。這一算法優勢在于對設備要求較低，劣勢是精度不穩定。后者以TDOA定位方法為例，它需要多個定位基站，接受來自定位設備的信號并據此計算距離，通過多個距離和對應基站的位置計算出定位設備的位置[10]。這一算法優勢在于精度較高，劣勢在于對設備要求較高，投入成本較高。A24=（室外定位，方式，定位算法）

對以上策略進行組合，得到優化策略。

策略Z1需要引入盤點工具掃描儀、選擇室外定位算法為APIT定位算法；Z2需要引入盤點工具掃描儀、選擇室外定位算法為TDOA定位算法；Z3需要引入以RFID技術為基礎的室內定位系統、選擇室外定位算法為APIT定位算法；Z4需要引入以RFID技術為基礎的室內定位系統、選擇室外定位算法為APIT定位算法。

5.策略評價

（1）確定衡量指標。對組合得出的優化策略，選擇定位精度C1，投入成本C2，盤點效果C3作為衡量指標。（2）采用層次分析法（AHP），對方案進行比較并得出其優度。對于該倉庫的優化，盤點效果重要性大于投入成本，而成本重要性比定位精度重要。故使用1-5比率標度建立判別矩陣H，H=

用求和法求出權系數ai=（a1，a2，a3）=（0.1062，0.2605，0.6333）。

（3）計算各方案Zj的關聯度并進行規范。使用1-5級標度設置指標C1、C2、C3的量級。建立關聯函數ki（Xi），Xi取很不好、不好、一般、好、很好時，ki（Xi）可以分別取1、2、3、4、5。

每個方案Zj的關聯度分別為

計算各指標的規范關聯度

據此得出各方案Zj的規范關聯度為

計算得出 Z1、Z2、Z3、Z4的優度分別為0.7042，0.6900，0.9100，0.8958。故以此評價的話方案Z3最優，Z4優度稍遜于Z3。Z3方案需要倉庫內引入RFID定位系統，倉庫外基站定位算法采用以APIT定位算法為例的無關距離定位算法，是策略集中最有利于該倉庫的優化方案。

6.結語

近年來、云倉儲這一運作模式逐漸興起，提高了物流效率、降低了物流成本。本文從實際出發，運用可拓學較為科學和全面地分析系統，發散問題，獲取策略集，并進行優度評價選取解決方案，為解決問題提供有效幫助。對于倉庫而言，短期內有效地投入可以取得長期的高質量發展和更大回報，機械化和信息化已是倉庫發展的長期趨勢。以此可以形成以創新驅動為動力的“云物流”高質量發展。