Ветлугина И.М., Мешков И.В.
NET WMS - ИННОВАЦИОННЫЙ ПОДХОД РЕШЕНИЯ ЛОГИСТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Дальневосточный федеральный университет
The article explores methodology Net WMS and difference from classical warehouse management system. Logistical problems are considered with warehousing and transportation. The components of architecture of a new system are defined: constraint programming, distributed network, visualization tools.
Keywords: Net WMS, warehouse management system, warehousing, optimization, constraint programming.
Описана методология Net WMS и её отличие от классических систем управления складами. Рассмотрены логистические задачи, связанные со складским размещением и транспортировкой. Определены компоненты архитектуры новой системы: программирование в ограничениях, распределенная сетевая среда, программные средства визуализации.
Ключевые слова: Net WMS, система управления складом, складское размещение, оптимизация, программирование в ограничениях.
Внедрение систем управления складскими запасами является необходимым для достижения должной эффективности работы склада и контроля запасов в производственных и торговых предприятиях. Но с развитием различных видов производств и ростом вариантов организации движения и хранения запасов на предприятиях классическое понимание WMS (Warehouse Management System — система управления складом), как реализации лишь адресного хранения с базовой оптимизацией себя исчерпывает. Появляется потребность в автоматизации сложных вычислительных процессов, связанных со складским размещением и транспортировкой грузов.
Реализация ряда инновационных идей в рамках проведенного в Евросоюзе научно-исследовательского проекта в данной предметной области получила название Net WMS. Исследования объединили труды представителей компьютерных лабораторий французских и шведских институтов, компаний-разработчиков оптимизационного программного обеспечения, а так же исследовательских центров крупных промышленных автомобильных концернов Peugeot Citroën и Fiat.
Основная цель Net WMS состоит в том, чтобы значительно увеличить эффективность SCM (Supply Chain Management - управление цепями поставок) через интеграцию новых методов оптимизации и компонентов виртуализации в системах управления складами. Net WMS структурируют процессы управления складами, реализуют их в распределенной сетевой среде с учетом современного развития технологий.
Оригинальная методология WMS используется для контроля и мониторинга основных операций склада, таких как прием заказов, обработка заказов, выбор со склада заказанных клиентом товаров, отгрузка заказа и инвентаризационный учет.
Несомненно, основная логика в управлении складом заключается в возможности оперировать возникающими сочетаниями складских единиц, их местоположений, количеств, единиц измерения и инвентарных характеристик, а также информации о состоянии заказов. Это позволяет решать, где выбирать и как выбирать номенклатуру, и в какой последовательности выполнять эти операции.
Процесс в WMS построен вокруг следующих основных функциональных возможностей:
• инвентаризационный учет,
• адресное складское хранение,
• контроль качества товаров,
• обработка принимаемых заказов,
• автоматизированная система пополнения товаров,
• приемка,
• отгрузка,
• контроль эффективности процессов,
• генерация отчетности,
• формирование заказов,
• ручное планирование действий.
Существующие WMS обладают широкими возможностями в управлении товародвижением в пределах склада, но не в состоянии удовлетворять увеличивающийся спрос на большее количество числовой обработки. Для более сложных задач адаптирована методология Net WMS. Примером могут служить такие многокритериальные оптимизационные задачи, как размещение товаров клиента в контейнере, с расчетом необходимого количества картонных коробок для упаковки, определение трудовых ресурсов, требуемых для своевременного выполнения заказа, оптимизация порядка размещения элементов на поддоне и положения поддонов в грузовике в соответствии с графиком выгрузок у клиентов. В целом, все существующие WMS испытывают недостаток в таких функциональных возможностях оптимизации как проектирование, календарное планирование. В большинстве представленных на рынке WMS отсутствуют расширенные инструментальные средства для оптимальных упаковки и заполнения контейнеров и грузовиков с учетом ограничений поставок.
Ожидаемые новые функциональные возможности таким образом касаются:
• процесса упаковки заказываемых вещей,
• погрузочного процесса,
• управления транспортом (назначения заказов на транспортные средства),
• сетевого планирования (назначения транспортных средств на маршруты),
• автоматизированного календарного планирования,
• интранет и интернет-технологий.
Задача размещения является классической комбинаторной задачей оптимизации, которая способствовала в начале 1970-ых развитию теории алгоритмов и теории сложности вычислений. Эта задача имеет большое практическое значение, поэтому представляется как центральная задача во многих промышленных приложениях, автоматизирующих загрузку и распределение. Емкостной единицей могут представляться грузовики, контейнеры или склады, а размещаемыми элементами единицы партий, которые будут загружены согласно весу, длине, поверхности или ограничениям объема. Таким образом, это основная вычислительная задача оптимизации складского управления.
В одномерной задаче размещения, входящими данными являются: N элементов длины L1..., LN, для размещения в K хранилищах длины L.
Результат: вариант размещения, если существует единственное решение задачи, или минимальное количество задействованных хранилищ, при котором существует решение.
Одномерные (1BP) задачи моделируют только самые простые формы загрузки транспорта или сборочной линии. Однако, данный тип задач означает, что, если мы допускаем гипотезу, что P≠NP, то не существует эффективного алгоритма, позволяющего решить все экземпляры задач этого класса за полиномиальное время.
Двумерная (2BP) и трехмерная (3BP) модели задач размещения содержат несколько задач, соответствующих измерениям пространства. Эти задачи имеют много вариантов ориентации груза в зависимости от его форм, (квадраты, прямоугольники и т.д.) и возможности их вращения. У всех этих вариантов задач есть та же самая теоретическая NP сложность, пока задача обуславливается архитектурой целочисленных координат и конечным разнообразием определенных требований. Основной технологический подход к решению задач размещения, разработанный в проекте Net-WMS, основан на программировании в ограничениях, с целью создания существенных усовершенствований в проектировании и реализации эффективных геометрических решающих программ в этом контексте.
Основные проблемы загрузки контейнеров являются трехмерными (3BP), но только до тех пор, пока преследуется единственная цель наиболее эргономичного использования пространства. Реальные проблемы дополняются ограничениями тяжести грузов и рядом дополнительных требований, исходящих из предметной области. Примеры таких дополнительных требований – ограничение штабелируемости, устойчивости контейнеров, нахождения контейнеров в пределах видимости и доступности, а так же требования, направленные на предотвращение повреждений груза или обеспечивающие рациональный порядок погрузки. Необходимость рассмотрения этих практических требований в дополнение к объемным ограничениям, а в особенности распределения веса в контейнере, выделяется многими исследователями, и это - главная цель Net-WMS для продвижения современных технологий и методов в этой области.
Активное применение методология Net WMS получила в логистических цепочках участвующих в реализации проекта автомобильных концернов.
Моделирование и вычислительная сложность проблем оптимизации в WMS показывают, что полностью автоматическое решение проблем возможно далеко не всегда, и во многих случаях требуются эффективные средства взаимодействия с пользователем. В этом направлении в проекте Net-WMS исследуются возможности применения виртуализации и инструментальных средств, позволяющих рассматривать трехмерность элементов.