Wariantowe projektowanie przestrzeni w obiekcie cross-dockingowym An alternative space area design in a cross-dock facility

(1)

z. 117 Transport 2017

Andrzej Ratkiewicz, Łukasz Olędzki

Politechnika Warszawska, Wydział Transportu

WARIANTOWE PROJEKTOWANIE PRZESTRZENI

W OBIEKCIE CROSS-DOCKINGOWYM

Rękopis dostarczono: maj 2017

Streszczenie: Artykuł przedstawia badania w zakresie kształtowania oraz wymiarowania strefy

przyjęć i wydań w obiekcie cross-dockingowym o układzie przestrzennym typu I. Strefę przyjęć i wydań ukształtowano w czterech wariantach organizacji przestrzeni dla dwóch typów akumulatorowych wózków: unoszącego i podnośnikowego z przeciwwagą. Dla każdego wariantu obliczono wartości parametrów technicznych i ekonomicznych. Następnie wśród wszystkich ww. wariantów wybrano wariant preferowany przy użyciu metody unitaryzacji zerowej.

Słowa kluczowe: projektowanie przestrzeni, cross-docking, ocena wielokryterialna.

1. WPROWADZENIE

Koncepcja cross-dockingu polega, w uproszczeniu, na przyjęciu jednostek ładunkowych od dostawców z samochodów ciężarowych do obiektu magazynowego, posortowaniu jednostek ładunkowych oraz ich załadunku do pojazdów przyporządkowanych do poszczególnych odbiorców. Koncepcja ta pozwala ograniczyć do minimum składowanie jednostek ładunkowych w obiekcie oraz skraca czas obsługi pojazdów. Całkowity czas trwania wszystkich czynności wykonywanych na przyjętej do obiektu jednostce ładunkowej nie powinien przekraczać 24 godzin.

Celem niniejszego artykułu było wariantowe ukształtowanie przestrzenne strefy przyjęć i wydań w obiekcie magazynowym funkcjonującym wg. koncepcji cross-dockingu w tzw. układzie przestrzennym multiple-touch typ I (szczegółowy opis układu – np. w [1], [2], [3], [7]). W układzie tym materiały przychodzące są odstawiane w strefie buforowej na wejściu, następnie są sortowane na poszczególne kierunki wyjściowe i transportowane do strefy buforowej na wyjściu, gdzie zostają załadowane na przyporządkowane im samochody ciężarowe. Natomiast typ I oznacza prostokątny kształt budynku obiektu oraz rozmieszczenie wejść i wyjść (bram lub doków) na dwóch przeciwległych ścianach budynku.

Na podstawie danych i założeń projektowych wyznaczono miarodajne natężenie przepływu materiałów w obiekcie, sporządzono wykres logistyczny oraz kartę cykli

transportowych oraz dobrano środki transportowe. Następnie ukształtowano i zwymiarowano obiekt cross-dockingowy w czterech wariantach projektowych.

(2)

2. KSZTAŁTOWANIE I WYMIAROWANIE PRZESTRZENI

I PROCESÓW

Materiałami przepływającymi przez obiekt cross-dockingowy są artykuły branży spożywczej o maksymalnych wymiarach 1200×800×1344 mm i masie do 505 kg. Nośnikiem jednostki ładunkowej paletowej jest paleta EUR o wymiarach 1200×800×144 mm i masie 25 kg. Jedna jednostka ładunkowa paletowa (jłp) składa się z dwudziestu czterech paczek o maksymalnych wymiarach 400×300×400 mm i masie do 25 kg.

Na podstawie metod przedstawionych w [4] oraz danych i założeń projektowych określono miarodajne natężenie przepływu materiałów przez obiekt, które wynosi 2155 jłp/dobę. Po ustaleniu dobowego miarodajnego przepływu materiałów przez obiekt sporządzono wykres logistyczny przedstawiony na rys. 1. Pionowa linia zaznaczona na wykresie to zapas buforu Zp, który oblicza się poprzez odjęcie wielkości przepływu

materiałów w trakcie napełniania bufora od wielkości przepływu materiałów w trakcie opróżniania bufora w miejscu, gdzie szczelina między krzywymi jest największa. Na rysunku 1 miejsce to przypada w godzinie 3, natomiast wielkość zapasu bufora wynosi: Zp

= 1437 – 239,33 = 1197,67 ≈ 1198 jłp/dobę.

Rys. 1. Wykres logistyczny napełniania i opróżniania obiektu. Źródło: opracowanie własne na podstawie [9].

(3)

Rys. 2. Karta procesu przepływu materiałów. Źródło: opracowanie własne na podstawie [4].

Do celów realizacji procesu przepływu materiałów przez obiekt cross-dockingowy w wariantach numer 1 i 2 wybrano akumulatorowy unoszący wózek widłowy z platformą dla operatora, natomiast w wariantach 3 i 4 wybrano akumulatorowy wózek widłowy czołowy z przeciwwagą. Następnie określono kategorie pracy ludzkiej, gdzie: L1 - operatorzy urządzeń (wózków); L2 – pracownicy identyfikacji i kontroli materiałów na wejściu do obiektu; L3 - pracownicy identyfikacji i kontroli materiałów na wyjściu z obiektu. Na podstawie publikacji [8], [10] ustalono szerokości dróg dla ciągów pieszych i wózków widłowych. Dla wariantów numer 1 i 2 szerokości dróg wynoszą 3600 mm dla wariantów 3 i 4 – 3980 mm. We wszystkich wariantach przyjęto dwukierunkową organizację ruchu wózków widłowych. Następnie (rys. 3–6) zaproponowano cztery warianty tzw. „modułu

odkładczego” – elementu przestrzeni, w którym odbywa się załadunek (rozładunek) i buforowanie jednostek ładunkowych. Kolejne stosowanie ww. wariantów określa cechy

strefy przyjęć i wydań, które prowadzą do zróżnicowania układu całego obiektu cross-dockingowego. Powstałe w ten sposób warianty przestrzenne obiektu przedstawiono na rys. 7-10.

(4)

Rys. 3. Moduł odkładczy wariantu 1. Źródło: opracowanie własne na podstawie [9].

(5)

Rys. 7. Plan przestrzenny obiektu cross-dockingowego w wariancie nr 1. Źródło: opracowanie własne na podstawie [9].

(6)

Wariant Czas cyklu ładunkowego [min]

Czas obsługi pojazdów na wejściu [min/pojazd]

Czas obsługi pojazdów na wyjściu z obiektu [min/pojazd] 1 2,33 72,51 76,36 2 2,24 70,14 73,83 3 2,62 80,17 84,49 4 2,58 79,11 83,37

Źródło: opracowanie własne na podstawie [9].

W celu sformalizowania przepływu materiałów w obiekcie występujące w nim cykle transportowe podzielono na cykle krótkie, średnie i długie. Przyjęto, że długości dróg dla czasów krótkich obejmowały 6 pierwszych modułów, dla czasów średnich - 13 modułów, dla czasów długich - wszystkie moduły odkładcze. Zestawienie długości dróg dla cykli krótkich, średnich i długich przedstawiono w tablicy 2.

Tablica 2.

Długości dróg dla czasów cykli krótkich, średnich i długich

Wariant Długość drogi cyklu [m]

Cykl krótki Cykl średni Cykl długi

1 84,69 121,57 188,17

2 91,55 145,61 247,03

3 79,13 122,07 199,93

4 101,25 149,39 261,05

Na podstawie Tablicy 1 ustalono czas cyklu nr 1 (rozładunek pojazdu, przepływ materiałów i informacji) oraz czas cyklu nr 5 (załadunek pojazdu, przepływ materiałów i informacji). Zestawienie czasów cykli 1-5 przedstawiono w tablicy 3.

Tablica 3.

Zestawienie czasów cykli

Wariant

Czasy cykli [min] Cykl nr 1 Cykl nr 2 (krótki) Cyklu nr 3 (średni) Cyklu nr 4 (długi) Cykl nr 5 1 1,5828 2,4513 3,0699 4,1687 1,5828 2 1,4867 2,5745 3,4665 5,1399 1,4867 3 1,8703 2,9709 3,6795 4,9641 1,8085 4 1,8323 3,3359 4,1302 5,9726 1,7705

(7)

Czasy cykli identyfikacji i kontroli są jednakowe dla wszystkich wariantów i wynoszą tcK1 = tcK2 =1,1224 min. Kolejność obsługi kierunków wejściowych i wyjściowych w

badanym obiekcie została ustalona na podstawie aplikacji przedstawionej w [6]. Po wprowadzeniu danych, aplikacja, za pomocą algorytmu genetycznego, ustala racjonalną kolejność wejść i wyjść na podstawie kryterium minimalizacji długości pokonywanych dróg. Dane wprowadzone do programu dla wszystkich wariantów zostały przedstawione w tablicy 4. Dodatkowo do ww. aplikacji wprowadzono także wymiary modułów.

Tablica 4.

Dane wejściowe

Parametr Wartość

Liczba pokoleń 2000

Liczba osobników w pokoleniu 100

Prawdopodobieństwo mutacji 0,01

Współczynnik zmiany prawdopobobieństwa mutacji 0,01

Prawdopodobieństwo krzyżowania 0,9

Udział najlepszych potomków 0,9

Para rodziców uzyskuje 1 potomka

Kolejnym krokiem było obliczenie pracochłonności procesu przepływu materiałów oraz potrzebnej liczby ludzi i urządzeń. W przypadku, gdy czynności nie są wykonywane przez cały czas dysponowany brutto, należy obliczyć natężenie pracochłonności, a następnie potrzebną liczbę ludzi i urządzeń. Zestawienie wyników natężenia pracochłonności dla wszystkich wariantów zostały przedstawione w tabeli numer 5.

Tablica 5.

Zestawienie wyników natężenia pracochłonności dla wszystkich wariantów [urządzenioroboczogodzin / godzinę]

Wariant Natężenie pracochłonności dla cykli nr :

Natężenie pracochłonności dla czynności identyfikacji i

kontroli 1 2 3 4 5 1 2 1 9,47 8,17 1,80 2,43 9,47 6,72 5,76 2 8,90 8,55 2,03 3,00 8,90 6,72 5,76 3 11,20 9,87 2,15 2,90 10,83 6,72 5,76 4 10,97 11,08 2,42 3,48 10,60 6,72 5,76

Ostatecznie, po uwzględnieniu nierównomierności obciążenia pracą odwzorowanego poprzez natężenie pracochłonności, obliczono potrzebną liczbę ludzi i urządzeń. Zestawienie wyników przestawiono w tabeli 6.

(8)

3 52 52 9 8

4 54 54 9 8

Kolejnym krokiem projektowym było obliczenie nakładów oraz rocznych kosztów eksploatacyjnych obliczanych wg zasad podanych w [4].

Do oceny rozwiązania projektowego wybrano następujące parametry i mierniki: 1) Łączne nakłady na projektowany obiekt,

2) Roczne koszty eksploatacyjne, 3) Nakłady na 1 miejsce paletowe,

4) Koszt przejścia uśrednionej jednostki ładunkowej paletowej przez obiekt, 5) Miernik powierzchniowy.

W tabeli numer 7 przedstawiono zestawienie parametrów i mierników oceny rozwiązania projektowego.

Tablica 7.

Zestawienie mierników i parametrów oceny rozwiązania projektowego

Parametr/miernik Wariant 1 Wariant 2 Wariant 3 Wariant 4 Nakłady na obiekt 14105900 14817196 14022528 16078780 Roczne koszty eksploatacyjne [PLN] 5 916 779,52 5987606,15 6809065,86 7176411,12 Nakłady na 1 miejsce paletowe [PLN] 7684,60 8070,37 7490,67 7730,18 Koszt przejścia uśrednionej jłp przez obiekt [PLN] 10,77 10,90 12,39 13,06 Miernik powierzchniowy [m2_/jłp] 3,83 3,91 3,19 3,30

(9)

3. WYBÓR PREFEROWANEGO WARIANTU

PROJEKTOWEGO

Wybór preferowanego wariantu projektowego został dokonany za pomocą metody unitaryzacji zerowej. Metoda ta polega na przyjęciu stałego punktu odniesienia, który stanowi rozstęp zmiennej normowanej. Odpowiednie mierniki (Tabl. 7) zostały potraktowane jako zmienne diagnostyczne (zi1 – zi5) o charakterze destymulant, gdyż

wzrost każdej z tych wartości przyczynia się do pogorszenia wyniku końcowego. Wartości zmiennych diagnostycznych obliczono ze wzoru (1).

r – liczba ocenianych wariantów alternatywnych, r = 4; j – numer ocenianego wariantu.

s – liczba kryteriów oceny, s = 5; j – numer kryterium oceny;

Tablica 8.

Zestawienie zmiennych unormowanych

Wariant zi1 zi2 zi3 zi4 zi5 Qi

W1 0,96 1,00 0,67 1,00 0,11 3,74

W2 0,61 0,94 0,00 0,94 0,00 2,50

W3 1,00 0,29 1,00 0,29 1,00 3,58

W4 0,00 0,00 0,59 0,00 0,85 1,43

Wartość Qi jest sumą wartości zmiennych unormowanych. Na podstawie tabeli 8

sporządzono tabelę 9 zawierającą ranking. Im wyższa wartość Qi , tym lepsze rozwiązanie

projektowe danego wariantu.

Tablica 9.

Ranking zmiennych unormowanych

Wariant Qi Ranking

W1 3,74 W1 3,74

W2 2,50 W3 3,58

W3 3,58 W2 2,50

W4 1,43 W4 1,43

Na podstawie tabeli 9 stwierdzono, że najlepszym rozwiązaniem projektowym jest wariant numer 1. Kolejne warianty to: wariant numer 3, 2 i 4.

(10)

W dwóch pozostałych wariantach ładunki były umieszczone w czterech rzędach, po dwa wzdłuż krawędzi modułu. Na tej podstawie można stwierdzić, że dla przyjętych danych i założeń, układ jednorzędowy składowana ładunków jest lepszy niż dwurzędowy.

Ze względu na wymiary, promień skrętu wózków wymusił dwukierunkową organizację ruchu, którą zastosowano we wszystkich wariantach. Być może końcowe wyniki przemawiałby na korzyść wariantów 2 i 4, gdyby założono w nich ruch jednokierunkowy, przynajmniej wzdłuż ściany doku, gdyż promień skrętu wózków pozwalał na to rozwiązanie. Dzięki temu wymiary budynku oraz samej działki, byłby niższe od przyjętych. Przełożyłoby się to na niższe nakłady oraz koszty, a także zmniejszeniu uległy by długości dróg i czasów cykli ładunkowych, a przez to, liczba urządzeń mogłaby być mniejsza od obliczonej.

Bibliografia

1. AgustinaD., LeeC.K.M., Piplani R.: A review: mathematicalmodels for cross docking planning. International Journal of Engineering Business Management, 2010; 2: 47–54.

2. Bartholdi, J. J., Gue, K. R.: The best shape for a crossdock. Transportation Science, 2004; 38, 235–244. 3. Boysen N., Fliedner M., Scholl A.: Scheduling inbound and outbound trucks at cross docking terminals.

OR Spectrum, 2010; 32: 135 – 161.

4. Fijałkowski J.: Technologia magazynowania: wybrane zagadnienia. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1995.

5. Fijałkowski J.: Transport wewnętrzny w systemach logistycznych: wybrane zagadnienia. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.

6. Lewczuk K..: Wybrane aspekty projektowania terminali cross-dockingowych. Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, 2013.

7. Ladier A.-L., Alpan G.: Cross-docking operations: Current research versus industrypractice., Omega, 2016; 62: 145–162.

8. Neufert E.: Podręcznik projektowania architektoniczno- budowlanego. Arkady, Warszawa 2011. 9. Olędzki L.: Elementy projektowania przestrzeni w układach logistycznych. Praca magisterska

obroniona na Wydziale Transportu Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2017

10. PN-M-78010:1968P Transport wewnętrzny. Drogi i otwory drzwiowe. Wytyczne projektowania

AN ALTERNATIVE SPACE AREA DESIGN IN A CROSS-DOCK FACILITY

Summary: The paper presents a research in shaping and dimensioning receipt zone and dispatch zone in a

cross-dock facility for determined type of spatial layout. Receipt and dispatch zone was examined in four variants of space organization and was shaped for 2 types of electric forklift trucks: rider low-lift truck and counterbalance truck. Thereafter among all previously mentioned variants there was one preferred variant chosen by using zero equalization method.