تحسين تخطيط الأرضية
هندسة المستودع: هندسة التخزين والحركة
المستودع هو مشكلة تحسين هندسي. كل قدم مربع إما تخزين (أرفف تحمل المنتجات) أو حركة (ممرات للعمال والرافعات الشوكية). المقايضة أساسية: الممرات الأوسع تعني حركة أسهل لكن تخزين أقل. الممرات الضيقة تعني المزيد من التخزين لكن تحتاج إلى معدات متخصصة (و أغلى ثمنًا).
أعماق الممرات القياسية:
- الرافعة الشوكية التقليدية: 11-13 قدم (الرافعة الشوكية تحتاج إلى مساحة للدوران مع الطبلية)
- شاحنة الوصول: 8-10 أقدام (الأذرع تمتد للوصول إلى الأرفف)
- الممر الضيق جداً (VNA): 5-6 أقدام (شاحنة برج متخصصة، مكلفة لكن تزيد التخزين إلى الحد الأقصى)
استراتيجيات مسارات الاختيار: المسار الهندسي الذي يتبعه العامل لجمع العناصر:
- نمط S (متعرج): أدخل كل ممر، سر طوله بالكامل، اخرج من الطرف الآخر. بسيط لكن يزور كل ممر حتى لو كان هناك عنصر واحد فقط يحتاج إلى جمعه من هناك.
- الفجوة الأكبر: أدخل الممر فقط إذا كان به عناصر للاختيار. تخطي الممرات بدون اختيارات. داخل الممر، استدر عند أكبر فجوة بين الاختيارات بدلاً من السير بطول الممر بالكامل.
- Cross-dock: بالنسبة للعناصر التي تذهب مباشرة من الاستقبال إلى الشحن: تجاوز التخزين تماماً. يضع تخطيط Cross-dock أرصفة الاستقبال والشحن على جانبين متقابلين، مع وجود مسار واضح بينهما.
حساب كثافة التخزين
المستودع بعرض 200 قدم وطول 400 قدم (80000 قدم مربع إجمالي). التخطيط الحالي يستخدم رافعات شوكية تقليدية بممرات بعرض 12 قدم. الأرفف عمقها 4 أقدام (عمق الطبلية الواحدة) على كل جانب من كل ممر. يتناوب التخطيط: رف، ممر، رف، ممر.
كل وحدة رف-ممر-رف هي: 4 (رف) + 12 (ممر) + 4 (رف) = 20 قدم العرض.
استخدام المكعب و Bin Packing
التكديس: الهندسة ثلاثية الأبعاد في كل مقطورة
الطبلية القياسية في أمريكا الشمالية هي 48 بوصة × 40 بوصة (طبلية GMA). هذه هي الوحدة الأساسية لهندسة الخدمات اللوجستية.
استخدام المكعب يقيس مدى كفاءة ملء المساحة: حجم المنتج الفعلي مقسوماً على الحجم المتاح. مقطورة ممتلئة بالوزن لكن نصف فارغة بالحجم لديها استخدام مكعب سيء. مقطورة مليئة حتى السقف لديها استخدام مكعب ممتاز.
تكديس العمود: كل طبقة متطابقة، الصناديق مباشرة فوق بعضها البعض. ضعيفة من الناحية الهيكلية لكن تستخدم المساحة بكفاءة.
التكديس المتشابك (Pinwheel): الطبقات المتناوبة يتم تدويرها 90 درجة. أكثر استقراراً بكثير لكن ينشئ فراغات على الحواف، مما يهدر 5-15% من مساحة الطبلية.
تحميل الحاوية هو التحدي الهندسي الحقيقي: ملاءمة صناديق مستطيلة بأحجام مختلفة في حاوية شحن بطول 40 قدم (الأبعاد الداخلية تقريباً 39'5" × 7'8" × 7'10"). هذا هو Bin packing ثلاثي الأبعاد: واحدة من المشاكل الكلاسيكية NP-hard في علوم الكمبيوتر. لا يوجد خوارزمية يمكنها ضمان الحل الأمثل في وقت معقول للحالات الكبيرة.
عملياً، تستخدم شركات الخدمات اللوجستية أساليب استكشافية: العناصر الأكبر أولاً، ملء مساحة الأرضية قبل ارتفاع التكديس، تجميع العناصر حسب المقصد لكفاءة التفريغ.
كفاءة تحميل الطبلية
تحتاج إلى تحميل صناديق طولها 12 بوصة وعرضها 10 بوصات وارتفاعها 8 بوصات على طبلية قياسية 48" × 40". أقصى ارتفاع تكديس هو 48 بوصة.
لماذا يصبح تحسين المسار صعباً
مشكلة البائع المتجول (TSP)
افترض أنك تجب زيارة 10 عملاء والعودة إلى مستودعك. ما هو أقصر مسار؟ هذه هي مشكلة البائع المتجول: واحدة من أكثر المشاكل المدروسة في الرياضيات و علوم الكمبيوتر.
الصعوبة هي الانفجار التوافقي. بالنسبة لـ N محطة، هناك (N-1)!/2 مسارات فريدة (مقسومة على 2 لأن اتجاه الساعة و العكس هي نفس المسافة).
- 5 محطات: 12 مسار: تحقق من كلها في ميلي ثانية
- 10 محطات: 181,440 مسار: لا يزال يمكن لأجهزة الكمبيوتر التعامل معها
- 15 محطة: 43.6 مليار مسار: يستغرق ساعات
- 20 محطة: 60.8 كوادريليون مسار: يستغرق قرون
- 50 محطة: مسارات أكثر من الذرات في الكون المرئي
TSP هي NP-hard: لا توجد خوارزمية معروفة يمكنها حلها في وقت متعدد الحدود. مع نمو N، تصبح الحلول الدقيقة مستحيلة و يجب أن نستخدم استكشافيات: خوارزميات تجد حلولاً جيدة (لكن ليس مضمونة بأنها مثلى) بسرعة.
الاستكشافيات الشائعة:
- أقرب جار: من الموقع الحالي، اذهب دائماً إلى أقرب محطة غير مزارة. سريع لكن غالباً ما ينتج مسارات بتقاطعات قبيحة.
- إدراج الهيكل المحدب: ابدأ بالمحطات الخارجية (الهيكل المحدب: الحد الهندسي). ثم أدرج محطات داخلية واحدة تلو الأخرى حيث تضيف أقل مسافة.
- تحسين 2-opt: خذ مسار مكتمل و حاول تبديل أزواج الحواف. إذا أزلت حافتين و أعدت الاتصال بطريقة مختلفة تجعل المسار أقصر، احفظ التبديل. كرر حتى لا يوجد تحسين.
استكشافيات مقابل حلول دقيقة
لدى شركة توصيل 12 محطة اليوم. يستخدم السائق استكشافية أقرب جار: في كل نقطة، اقسد إلى أقرب محطة غير مزارة.
المناطق و الكثافة و مشكلة التوجيه للمركبات
توصيل الميل الأخير: حيث تلتقي الهندسة بالاقتصاد
الميل الأخير: من مركز التوزيع إلى باب العميل: يمثل 40-50% من إجمالي تكاليف الشحن. إنها أكثر جزء مقيد من الناحية الهندسية في سلسلة التوريد.
المسارات الشعاعية من مستودع: شاحنات التوصيل تتفرع من مركز توزيع مركزي. يجب أن يغطي مسار كل شاحنة منطقة جغرافية مضغوطة: لا يجب أن تتقاطع شاحنتان في أراضي بعضهما البعض.
كثافة التوصيل تحدد كل شيء. في منطقة حضرية كثيفة، قد تقوم شاحنة بـ 150 توصيل في نوبة 8 ساعات. في المناطق الريفية، قد تتعامل نفس الشاحنة مع 20-30. السبب الهندسي: المحطات الحضرية قريبة من بعضها البعض (قيادة قصيرة بين المحطات) بينما المحطات الريفية بعيدة جداً.
التوجيه القائم على المناطق يقسم منطقة الخدمة إلى مجموعات جغرافية. يتم تعيين كل منطقة إلى مركبة واحدة. المناطق الجيدة مضغوطة (تقريباً دائرية أو مربعة) و متجاورة (بدون فجوات أو جيوب معزولة). الهدف: تقليل المسافة الإجمالية مع الحفاظ على كل مسار تحت حد الوقت/السعة.
مشكلة التوجيه للمركبات (VRP) تعمم TSP إلى مركبات متعددة. بالنظر إلى مستودع و N عميل و K شاحنة (لكل منها قدرة و قيود زمنية)، قم بتعيين العملاء إلى الشاحنات و تسلسل مسار كل شاحنة لتقليل المسافة الإجمالية. VRP هي أيضاً NP-hard.
خريطة منطقة مصممة بشكل جيد تنشئ مسارات حيث يشكل مسار كل سائق شكل هندسي مضغوط: دائرة تقريبية أو فص يمتد من المستودع. إذا رأيت مسار يتقاطع مع نفسه أو يتداخل مع منطقة سائق آخر، فإن التوجيه غير فعال.
تصميم المناطق
تعمل شركة توصيل من مستودع في وسط مدينة. لديهم 4 سائقين و 200 توصيل موزعة عبر منطقة خدمة تقريباً دائرية نصف قطرها 10 أميال.