Содержание к диссертации
СОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ПРОБЛЕМА ОПТИМИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА 17
1.1. Распределительный центр 17
Особенности и функции распределительного центра 17
Логистический процесс на распределительном центре 23
Проблема оптимизации складских операций 24
1.2. Проблема автоматизации РЦ с адресной системой хранения 31
Выводы по главе 1 40
2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА С АДРЕСНОЙ СИСТЕМОЙ
ХРАНЕНИЯ 41
2.1. Идеальная модель бизнес-процессов распределительного центра
с адресной системой хранения 41
Модель бизнес-процесса получения товара 45
Модель бизнес-процесса размещения товара 48
Модель бизнес-процесса хранения товара 48
Модель бизнес-процесса комплектации товара 50
Модель бизнес-процесса отгрузки товара 52
2.2. Анализ складского модуля ERP-системы Microsoft Axapta 3.0 56
Анализ бизнес-процесса получения товара 56
Анализ бизнес-процесса размещения товара 57
Анализ бизнес-процесса хранения товара 60
Анализ бизнес-процесса комплектации товара 60
Анализ бизнес-процесса отгрузки товара 61
Результаты анализа функциональности системы Microsoft Axapta 3.0 требованиям идеальной модели бизнес-процессов РЦ 62
, Выводы по главе 2 70
3. МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОПТИМИЗАЦИИ БИЗНЕСС-ПРОЦЕССОВ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА С АДРЕСНОЙ СИСТЕМОЙ
ХРАНЕНИЯ 72
3.1. Задача размещения товаров на распределительном центре с адресной
системой хранения 72
Постановка задачи 73
Алгоритм решения задачи 76
Оценка точности алгоритма 79
3.2. Задача комплектации товара на распределительном центре с адресной
системой хранения 88
3.2.1. Постановка задачи 88
Алгоритм решения задачи 89
Практический пример решения задачи комплектации 93
Выводы по главе 3 95
4. РАЗВИТИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ СИСТЕМЫ MICROSOFT
AXAPTA 3.0 96
Реализация модуля «Адресный склад» в системе MS Axapta 3.0 96
Проектирование складских бизнес-процессов 104
Проектирование бизнес-процесса получения товара 105
Проектирование бизнес-процесса размещения товара 106
Проектирование бизнес-процесса хранения товара 109
Проектирование бизнес-процесса комплектации товара 111
Проектирование бизнес-процесса отгрузки товара 116
4.3. Результаты. Опыт внедрения 119
Выводы по главе 4 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 127
Приложение 1. Список сокращений, используемых в тексте работы 133
Приложение 2. Анализ бизнес-процессов склада 134
Приложение 3. Модели складских операций РЦ 137
Приложение 4. Документы о внедрении 143
Введение к работе
Актуальность темы
В процессе производства продукции организация складского хозяйства, наряду с технологией, имеет большое значение. При этом в цикле производства продукции функции складирования и хранения имеются как на этапе снабжения, так и на этапе реализации готовой продукции. Одним из прогрессивных методов организации складского хозяйства является создание распределительного центра (РЦ), на базе которого как правило совмещаются функции материально-технического снабжения производства, хранения и отгрузки готовой продукции, осуществляется распределение материального потока между производственными подразделениями, другими складами и потребители.
Кроме производства и реализации собственной продукции, некоторые промышленные предприятия закупают, хранят и реализуют продукцию сторонних производителей. Это предполагает реализацию ряда дополнительных функций, таких как фасовка, упаковка, предпродажная подготовка продукции.
Для промышленных предприятий появление распределительных центров связанно, прежде всего, с ростом компании, развитием филиальной сети. Это объясняется тем, что чем больше ассортимент выпускаемой продукции, тем невыгодней становится доставлять её до потребителей. Число поставок и соответственно транспортные расходы стремительно возрастают. При появлении распределительного центра готовая продукция из производства доставляется на РЦ, здесь ее сортируют в соответствии с потребностями клиентов или филиалов и отгружают.
Согласно [1], основные особенности распределительного центра можно сформулировать следующим образом: большой объем и площадь помещения; большой количественный ассортимент и качественное разнообразие товара ;
1 Здесь и далее под товаром будем понимать материалы и комплектующие, необходимые для технологического процесса производства и конечную продукцию, отгружаемую потребителям.
5 большое количество поставщиков и клиентов; приемка товара на РЦ производится централизовано большими партиями, а отгрузка с РЦ осуществляться как большими партиями, так и небольшими партиями разнородного товара; заказы комплектуются вручную, состоят из товаров разных категорий, распределенных по всему РЦ.
Эффективность функционирования РЦ в значительной степени оказывает влияние на эффективность деятельности предприятия в целом. Большие площади распределительного центра требуют применения адресной системы хранения запасов, большое количество сотрудников требует сплоченной организации их работ и оптимизации их деятельности. Реализация системы снабжения и сбыта на базе распределительного центра позволяет значительно сократить затраты на хранение, на персонал, упростить и оптимизировать внутренние логистические процессы.
Проблемами организации, управления и оптимизации функционирования складского хозяйства занимается складская логистика. В настоящее время вопросы складской логистики, рассматриваются в работах [2-22] следующих отечественных и зарубежных ученых: В. И. Сергеев, В.В. Дыбская, А. М. Гаджинский, В. С. Лукинский, Ю.М. Неруш, Б.А. Аникин, С.А. Таран, В.В. Волгин, В. И. Бережной, Е. В. Бережная, John J. Bartholdi, Steven Т. Hackman, S. Emmett, J.A. Tompkins, J.D. Smith, E. Mulcahy, Edward Frazelle, Art Liebeskind, David J. Pi-asecki, F. Bolten, Ernst Maida Napolitano, Max Muller, J. David Viale, Alan Rushton, Phil Croucher, Peter Baker, James R. Stock, Douglas M. Lambert, Donald Waters, Donald J. Bowersox, David J. Closs.
При этом, как отмечается в [2], многое в практической складской логистике основано на рекомендациях, простых правилах и нормах. При этом отсутствуют научно обоснованные математические и компьютерные модели и алгоритмы оптимизации функционирования складского хозяйства, большинство работ ограни-
чивается лишь перечислением типов складского оборудования, методов отбора товаров по заказам и т.п.
Сегодня очевидно, что обеспечить эффективное управление и оптимизацию бизнес-процессов РЦ невозможно без внедрения автоматизированной информационной системы управления складом. Согласно экспертному опросу об актуальности автоматизации складов, проведенному журналом «Складские технологии» среди крупных и средних производственных и торговых (например, Вимм-Билль-Данн, ВымпелКом, Лебядинский, всего 31 компания), были получены следующие ответы: вопрос автоматизации склада актуален сейчас - 51,6%; сейчас нет, но, возможно станет актуальным в будущем - 22,6 %; вопрос автоматизации уже решен - 16,1%; вопрос не актуален - 9,7 % [23].
В [24] отмечается, что внедрение информационной технологии управления складом позволяет: уменьшить резервный запас до 50%; сократить количество сотрудников на 10-20%; снизить административные издержки на 15-25%; повысить эффективность использования складского пространства на 10-20%; уменьшить стоимость проведения инвентаризации на 75%; увеличить пропускную способность склада на 5-20%.
Представленные на рынке системы управления складом условно можно разделить на четыре группы [24]: системы начального уровня (1С 7.7: Торговля и склад, 1С 8: Управление торговлей); стандартные коробочные системы (EXceed 1000, RadioBeacon WMS, модуль «Управление складом» ERP-системы Microsoft Axapta 3.0); конфигурируемые систем (Exceed WMS 4000; Manhattan WMS); адаптируемые системы (Previa, Marc Global, RedPrairie, Click Commerce, Solvo.WMS).
Для комплексной автоматизации своей деятельности крупные промышленные предприятия используют, как правило, ERP-системы. Складской модуль ERP-систем реализует функции по управлению материальными потоками и автоматизирует основные процессы склада: приемку, регистрацию, хранение, комплектацию, упаковку, отгрузку товаров. Основными недостатками модуля ERP-систем
7 являются: ручной ввод информации, минимальные функциональные возможности, отсутствие алгоритмов оптимизации складских операций и жестко заданная схема выполнения складских бизнес-процессов. Перечисленные недостатки, а также сложность и скорость выполнения складских операций на РЦ не позволяют эффективно использовать модуль ERP-систем для управления РЦ без развития функциональности системы.
Одной из наиболее распространенных ERP-систем, используемых в настоящее время в нашей стране для автоматизации деятельности средних и крупных компаний, является система Microsoft Axapta 3.0 [25]. Поэтому в данной работе в качестве базового средства автоматизации РЦ будет рассматриваться система Microsoft Axapta 3.0 и ее модуль управления складом.
Таким образом, задача развития математических моделей и алгоритмов оптимизации функционирования складского хозяйства и автоматизация на их основе складских бизнес-процессов является актуальной.
Цель работы
Целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования распределительного центра за счет развития моделей и алгоритмов оптимизации, автоматизации его бизнес-процессов и их реализации в ERP-системе Microsoft Axapta 3.0.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ общего состояния проблемы в области оптимизации и автоматизации деятельности распределительного центра;
разработать идеальную функциональную модель бизнес-процессов распределительного центра;
сопоставить предложенную идеальную функциональную модель бизнес-процессов распределительного центра с возможностями модуля управле-
8 ния складом ERP-системы Microsoft Axapta 3.0 и сформулировать задачи по развитию функциональности системы;
разработать модели и алгоритмы оптимизации логистического процесса на распределительном центре;
разработать программное обеспечение, расширяющее функциональность ERP-системы Microsoft Axapta 3.0 с учетом предложенных моделей и алгоритмов.
Методы исследования
.Для решения поставленных задач используются системный анализ, методы функционального моделирования, теория множеств, исследование операций, теория проектирования баз данных, теория и методы разработки программного обеспечения.
Научная новизна
Научной новизной в диссертационной работе обладают следующие результаты:
разработана идеальная функциональная модель бизнес-процессов распределительного центра с адресной системой хранения, учитывающая особенности распределительного центра с адресной системой хранения и отражающая процесс автоматизации управления складским технологическим процессом;
разработаны математическая модель задачи оптимизации размещения товаров на распределительном центре с адресной системой хранения, учитывающая характеристики оборота товаров и ограничения ячеек, и эвристический алгоритм решения представленной задачи, основанный на показателе обращений к ячейки среднего размера, заполненной товаром;
разработана математическая модель задачи оптимизации комплектации товаров на распределительном центре с адресной системой хранения, учитывающая расстояние до ячеек при комплектации заказов;
развита функциональность ERP-системы Microsoft Axapta в части реализации предложенных алгоритмов и информационной поддержки работы персонала распределительного цента с использованием терминалов сбора данных.
Практическая ценность и новизна результатов
Полученные.результаты реализованы в виде конкретных моделей и алгоритмов программного модуля «Адресный склад» в системе Microsoft Axapta 3.0, разработанного при активном участии автора.
Программный модуль «Адресный склад» внедрен на распределительном центре с адресной системой хранения группы компаний «ЛАМА» (г. Томск).
Практическая ценность использования результатов работы заключается в повышении производительности труда работников распределительного центра и эффективности использования складского пространства за счет совершенствования бизнес-процессов, сокращения времени при выполнении складских операций, обеспечения оперативности получения информации о состоянии распределительного центра и исполнительской дисциплины. Достоверность полученных результатов подтверждается актом о внедрении, представленным в приложении 4.
Кроме того, результаты работы используются в учебном процессе кафедры автоматизации обработки информации Томского государственного университета систем управлении и радиоэлектроники при чтении курса лекций по дисциплине «Системы управления производством — ERP-системы» для подготовки бакалавров по направлению 080700 - «Бизнес-информатика» и курса лекций по дисциплине «Теоретические основы автоматизированного управления» для подготовки инженеров по направлению 230102 — «Автоматизированные системы обработки ин-
10 формации и управления», что подтверждается соответствующим актом о использовании, представленным в приложении 4. Результаты работы были отмечены:
дипломом и разовой стипендией Международного научного фонда экономических исследований академика Н.П. Федоренко (г. Москва);
дипломом Санкт-петербургского государственного политехнического университета за лучшую научную работу по направлению «Системный анализ, проектирование, управление и обработка информации».
Апробация работы
Результаты работы неоднократно докладывались на различных конференциях и семинарах:
3-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», г. Томск, 2005;
Международном симпозиуме KORUS'2005 (Korea-Russia International Symposium on science and technology), г. Новосибирск, 2005;
конференции лауреатов и стипендиатов Международного научного фонда экономических исследований академика Н.П.Федоренко, г. Москва, 2006;
4-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», г. Томск, 2006;
5-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», г. Томск, 2007;
6-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», г. Томск, 2008.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, приведенных в списке литературы [26-33, 63], в том числе 3 из них в изданиях рекомендованных ВАК.
Основные защищаемые положения
Идеальная функциональная модель бизнес-процессов распределительного центра позволяет улучшить их качество.
Математическая модель и разработанный алгоритм оптимизации размещения товаров на РЦ с адресной системой хранения позволяет сократить время и трудозатраты складского персонала при выполнении последующих складских операций с товаром.
Математическая модель задачи комплектации товаров на РЦ с адресной системой хранения позволяет сократить время выполнения «волны комплектации».
Реализованный модуль «Адресный склад» позволяет оптимизировать складские бизнес-процессы, получать оперативную информацию о состоянии распределительного центра в режиме реального времени и повысить производительность труда сотрудников РЦ.
Основное содержание работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений.
В первой главе содержится описание сложившейся к настоящему моменту ситуации в области автоматизации и оптимизации работы складских комплексов,
12 определяются основные особенности, задачи и функции распределительного центра в логистической системе.
Детально рассматривается адресная система хранения запасов, ее виды. На основе анализа существующих видов адресного хранения: статического и динамического делается вывод о том, что «золотая середина» при организации системы хранения запасов на РЦ заключается в эффективном сочетании данных видов адресного хранения.
Рассматривается логистический процесс грузопереработки на РЦ и показывается, что в современной литературе нет функциональной модели «как должно быть» бизнес-процессов складского хозяйства распределительного центра. В связи с отсутствием модели «как должно быть» введено понятие «идеальной модели». Идеальная модель описывает желаемое состояние, абстрагированное от реальных ограничений проекта и рассматривается в качестве долгосрочной цели. Целесообразность создания идеальной модели при моделировании складских бизнес-процессов «как должно быть» обусловлена тем, что идеальная модель служит исходным решением для реализации процессов «как должно быть» и впоследствии образует основу для непрерывного менеджмента процессов.
Проведен анализ литературы по складской логистике и представлены рекомендации, методы, существующие алгоритмы оптимизации наиболее значимых складских операций - размещения и комплектации. На основе проведенного анализа сделан вывод о том, что в литературе по складской логистике нет формальных математических моделей оптимизации данных складских операций.
В конце главы проводится обзор рынка программного обеспечения, направленного на автоматизацию работы складских комплексов, выделяются задачи и функции современных систем управления складом.
Показано, что крупные промышленные компании для автоматизации своей деятельности используют ERP-системы. В большинстве ERP-систем реализован модуль управления складом, но такие недостатки как ручной ввод информации, мини-
13 мальные функциональные возможности, отсутствие алгоритмов оптимизации складских операций и жестко заданная схема выполнения складских бизнес-процессов, а также высокая сложность и скорость выполнения складских операций на РЦ не позволяют эффективно использовать модуль ERP-систем для управления РЦ без развития функциональности системы.
Вторая глава работы посвящена созданию идеальной функциональной модели бизнес-процессов распределительного центра с адресной системой хранения.
В начале главы подробно рассматриваются взгляды различных авторов на состав складских функций и операций. В результате анализа делается вывод о том, что на данный момент нет единого взгляда на состав складских функций и операций, у разных авторов они отличаются как по количеству, так и по наименованию. Классический подход анализа бизнес-процессов основанный на сравнении модели «как есть» с моделью «как должно быть» для складского хозяйства распределительного центра выполнить нельзя, по причине отсутствия модели «как должно быть».
В основу построения идеальной модели РЦ с адресной системой хранения были положены пять базовых функций <получение товара, хранение товара, размещение товара, комплектация товара, отгрузка товара>. Дальнейшая декомпозиция идеальной модели производилась на основе модели жизненного цикла перемещения материального и информационного потоков по технологическим операциям распределительного центра с адресной системой хранения. Построение идеальной модели выполнено на основе фундаментальных понятий анализа деятельности складского хозяйства (жидкая модель материального потока, адресная система хранения, закрепленное и совмещенное хранение, склад как система массового обслуживания) и с соблюдением общесистемных принципов декомпозиции (полноты, простоты, существенности, элементарности).
Идеальная функциональная модель бизнес-процессов распределительного центра с адресной системой хранения, предложенная в виде SADT-диаграмм
14 (Structured Analysis and Design Technique - Технология Структурного Анализа и Моделирования) в методологии функционального моделирования IDEF0, дает возможность представить связь материального и информационного потоков на РЦ.
Далее проводится анализ функциональности модуля управления складом ERP-системы Microsoft Axapta 3.0 на соответствие требованиям разработанной идеальной модели бизнес-процессов распределительного центра с адресной системой хранения.
В качестве основных недостатков функциональности ERP-системы Microsoft Axapta 3.0 по управлению распределительным центром с адресной системой хранения выделяются следующие:
заложенные в систему бизнес-процессы не поддерживают всех операций идеальной функциональной модели бизнес-процессов РЦ;
алгоритмы размещения и комплектации товара на РЦ не позволяют оптимизировать использование складских ресурсов;
система не поддерживает взаимодействие с терминалом сбора данных при выполнении складских операций, что не позволяет получать информации о состоянии РЦ в режиме реального времени и контролировать правильность их выполнения.
На основе рассмотренных недостатков делается вывод о необходимости проведения работ по:
разработке алгоритма оптимизации размещения товаров на РЦ с адресной системой хранения;
разработке алгоритма оптимизации комплектации товаров на РЦ с адресной системой хранения;
развитию функциональности системы Axapta в области управления бизнес-процессами РЦ с адресной системой хранения.
Третья глава посвящена задачам размещения и комплектации товаров на РЦ с адресной системой хранения.
Для решения задачи оптимизации размещения товаров разрабатывается эвристический алгоритм. В главе приведена содержательная постановка задачи размещения товаров на РЦ с адресной системой хранения, математическая модель, алгоритм решения и оценка точности разработанного алгоритма. Проверка точности разработанного алгоритма проведена с помощью оценки нижней границы. Среднее отклонение от нижней границы составляет 12 %, что свидетельствует о достаточной точности разработанного алгоритма для практического применения.
Для решения задачи оптимизации комплектации товаров на РЦ с адресной системой хранения строится математическая модель, которая позволяет представить задачу в терминах целочисленного программирования и использовать аддитивный алгоритм для ее решения. В главе приведена содержательная постановка , задачи оптимизации комплектации товаров на РЦ с адресной системой хранения и математическая модель. В конце главы представлен пример решения задачи оптимизации комплектации товаров на РЦ с помощью аддитивного алгоритма.
Четвертая глава содержит описание программного модуля «Адресный склад», разработанного при активном участии автора, и результаты его внедрения.
Цель создания программного модуля «Адресный склад» - обеспечение автоматизированного управления материальным потоком, контроль и оптимизация деятельности сотрудников за счет внедрения идеальной функциональной модели бизнес-процессов РЦ с адресной системой хранения, применения оптимизационных алгоритмов размещения и комплектации товаров, развития функциональности системы.
При реализации модуля «Адресный склад» в информационной системе (ИС) были решены следующие задачи: задана топология РЦ и определена ее взаимосвязь с номенклатурой; выбран метод идентификации товаров и контроля выполнения складских операций; разработаны механизмы управления складскими зада-
нами и контроля деятельности сотрудников РЦ; разработана архитектура ИС; разработаны механизмы взаимодействия персонала с ИС с использованием терминалов сбора данных (ТСД).
В главе приведена разработанная автором технология организации складских операций в виде ЕРС-моделей (event-driven process chain): «Принять товар, проверить его количество и качество», «Разместить товар на хранение», «Контролировать наличие товара», «Отобрать товара в зону комплектации», «Скомплектовать заказы», «Отгрузить товар с РЦ».
В конце главы рассматриваются результаты исследований и опыт внедрения модуля «Адресный склад» на распределительном центре группы компании «Лама» в г. Томске.
