基于柏拉图及产品相关性分析的仓储优化设计——以东莞巨源钢材为例

摘 要

对于钢材企业而言，合理、科学、规范的仓储管理方式关系到企业生产、加工、装卸搬运、存储等多个环节能否有序进行。仓储作为物流的一部分，是企业的第三利润源泉，关系到企业的市场竞争力，此外，企业中大部分物资都存储于此，加强钢材仓储管理至关重要。基于此，本文以巨源钢材仓储管理作为研究对象，通过柏拉图分析和产品相关性分析，挖掘巨源钢材仓储订单中各型号钢材相关性及仓储损耗因素，通过统计分析相关订单购买钢材种类、仓储布局、企业损耗因素等，指出企业仓库钢材存储库位分配相关性低、仓储成本高以及仓储信息化管理落后几方面存在的问题，并结合实际，提出了合理优化设计仓储布局、降低损耗、提高信息化以优化仓储管理等措施，帮助东莞巨源钢材实现科学化、规范化管理，优化仓储布局，提高企业运作效率，降低企业生产成本，获得更多的经济利益。

关键词：钢材 仓储优化 损耗控制

一、引言

从粗钢的产能来看，2008年至2015年期间，我国粗钢产能持续增加，由2008年6.6亿吨上升至2015年的12亿吨，而粗钢的生产利用率却呈下降趋势，特别是2012年以后，精钢生产利用率持续低于合理的水平线，2015年我国粗钢生产利用率不足70%，我国钢的消费与产量同时进入峰值区并呈下降态势,2017年四季度以来，环保政策使全国各地频繁的、大幅度的环保限产，钢铁行业从微利经营进入整体亏损,发展进入“严冬”期。钢铁企业间竞争越加激烈，为降低生产成本，制定精细化战略，同时扩大市场份额,并对钢铁行业内传统物流模式进行改革，挖掘仓储物流领域的利润空间，仓库作为物流领域的重要组成部分,是影响企业作业效率的一个重要因素，能够保证仓储工作的顺利进行，提高物流企业的经济效益。

二、方法简介

（一）柏拉图分析法

柏拉图分析跟ABC分类法相似，是为了使有限的人力、物力、时间、资金等资源得到更加有效的利用。依据库存内物资重要程度不同以及事物在经济、技术方面的主要特征，以某类库存货物品种数占物资品种数的百分比和该类物资金额占库存物资总金额的百分数大小为标准，区分“少数重点因素”和“大量微细因素”从而实现区别对待区别管理的一种方法。

（二）FP-Tree算法

FP-Tree算法的基本数据结构，包含一个一棵FP树和一个项头表，是一种挖掘关联规则的频繁项集的算法，每个项通过一个结点链指向它在树中出现的位置。FP-Tree算法在Apriori算法基础之上进行改良，该算法使计算物品关联性的效率更高。只需扫描原始数据两遍,通过不断地迭代FP-tree的构造和投影，即可得出物品之间的关联程度。

三、东莞巨源钢材仓储现状

东莞巨源钢材位于东莞市高埗镇，主要营业为镇内普通房屋建筑钢材销售，其中巨源钢材有一堆场，占地面积约20002，共分为五个区域，其中螺纹钢占四大区域。如图一，螺纹钢分别堆放于堆场的左右两边，左边为HRB335抗震、HRB500抗震、R235三种型号，右边为钢材及HRB400抗震，每个型号的螺纹钢按12*9～32*12规格长度依次从出口向堆场末端增加的方式有序堆放，如图1。堆场的装卸搬运作业大部分由龙门吊、电动叉车、手动液压叉车等半自动化设施完成，其中龙门吊只能单边作业，由人工固定捆扎好螺纹钢后，操控移动至出口装车，作业过程中时常需要两边移动，工作量大，作业效率低下。加工作业则由螺纹钢调制机、螺纹钢切断机、螺纹钢冷拉机和螺纹钢点焊机等半自动化设施完成。

图1 螺纹钢存储库位图

经整理分析得出巨源钢材2019年7、8、9月螺纹钢出入库共126单，总计螺纹钢出库数量为1136根，出库螺纹钢品种数达75种，螺纹钢出入库流水信息如表1、表2所示。

表1 螺纹钢出库流水

表2 堆场螺纹钢周转率

如图1堆场中堆放有利于快速锁定螺纹钢的堆放位置，但按照螺纹钢出入库流水统计表显示，周转率较高的螺纹钢型HRB400抗震12*9、HRB335抗震12*9、HRB500抗震18*9等分别堆放于不同区域，且距离出入口较远，螺纹钢搬运距离增加，且不同规格型号的螺纹钢在出入库过程中具有一定的相关性，如JY235044订单中同时需要HRB335抗震、HRB400两种型号的螺纹钢时，需要龙门吊及叉车移动到两边作业，距离远且工作量大，大大的降低了工作效率。

巨源钢材为自营仓储，在旺季时仓储人员都忙于仓储作业，缺乏专门的管理人员。作业过程中的螺纹钢随地乱放，螺纹钢的出入库以方便和快为原则，螺纹钢入库后捆扎好放在垫有方木的固定库位，而部分散装螺纹钢则直接堆放，从而容易造成部分螺纹钢弯曲变形。螺纹钢在堆场中露天存放，虽然堆场的底部用方木垫着，部分螺纹钢会在雨天进行遮盖，但是雨天或者潮湿天气还是会有大量生锈钢筋出现，从而除锈作业成本增加，影响作业效率。其次旺季为了方便作业，接到加工作业订单后，作业人员未经规划，就堆场选取长料进行加工作业，虽然方便快捷，但是在钢筋网、钢筋笼、钢筋马凳等复杂作业过程中剩余较多的螺纹钢尾料，使损耗一直居高不下。据统计，7、8、9月损耗如图2所示，每月预计损耗费用为1000元，实际损耗为1286元，超出了计划成本。其中，每月对生锈螺纹钢进行除锈处理及维护所支出费用最高，其次是人为在作业过程中螺纹钢的切割误差，切割后产生的尾料浪费，对螺纹钢的维护不当造成螺纹钢变形、丢失等的损耗。

图2 巨源钢材损耗分析图

巨源钢材仓储除基本的订单处理作业系统外，并没有其他数据化信息处理系统，作业人员共6人，其中5人学业水平在高中以下，堆场中出库、入库、收货、盘点、库存管理等作业都通过手动登记处理，信息化水平低下。与传统观念一样认为仓储就是物资存储，这也是为什么企业对仓储不重视，仓储人员学历层次不高的主要原因。巨源钢材缺少对信息化系统设备的投入，仓储管理人员学业水平低下，思想观念落后，缺少学习和创新，极大地制约了钢材企业先进设备和技术的应用。

四、东莞巨源钢材仓储存在问题

（一）损耗率高

由图五统计表中数据可知，7、8、9月总计螺纹钢的损耗支出达到3857元。物料损耗率=(损耗量/总用量)×100%，损耗率一般不超过5％，螺纹钢损耗则不应超过3%。螺纹钢每平方米的重量为0.00617*d2,kg，根据加权平均法算得7、8、9月总出库螺纹钢的平均直径为约为15，螺纹钢的市场单价为4元/kg，螺纹钢按9米算时，投入总量约为56774元，按12米算时投入总量约为75699，损耗率分别达到6.79%和5.10%，超出了额定值。

钢筋入库后直接堆放在方木上，雨天虽然底部钢筋避免了被雨水直接浸泡，但是泥土却保留着一定的湿度，使得底部湿度较高，造成底部钢筋生锈速度加快，其次，只有部分钢筋在雨天进行遮盖，使得钢筋的生锈风险加大，而钢筋生锈后若不加以处理，铁锈组织疏松,空气不断进入,加速钢筋锈蚀膨胀，并带动附近区域锈化，是钢筋大量生锈损耗率一直居高不下的主要原因。钢筋的生锈导致的损耗不仅增加了作业量，生锈的钢筋若处理不到位，在达到电化学反应环境时，钢筋会继续生锈，体积膨胀造成混凝土裂开、剥落，存在一定安全隐患。其次钢筋的切割和焊接等加工作业过程中，缺少规划，没遵循“长料长用，短料短用，长短搭配”原则。尾料浪费是造成损耗率高的次要因素，不仅导致自身加工成本高，其次使得客户的成本增加，最终可能会影响单量。

（二）螺纹钢库位分配相关性低

如图一所示，4种型号的螺纹钢是按照种类、粗细、长短顺序进行的库位分配，该库位分配方式便于快速锁定螺纹钢存放位置，方便管理，但是结合表二、表四分析，螺纹钢的库位分配并没有根据不同型号螺纹钢出入库数据之间的联系进行分配，螺纹钢的库位分配相关性低。

如图三、图四中HRB335抗震、HRB400抗震两种型号的螺纹钢的出入库频率相对较高，这两个型号的螺纹钢有相当大的几率出现在同一个订单中，然而这两种型号的螺纹钢却分别位于堆场中的左右两边区域。少量的螺纹钢出入库时，可通过人为手动进行螺纹钢的存取，但是当有一定量的螺纹钢出入库时，需要用到龙门吊及叉车进行作业，但是巨源钢材堆场中只有一台龙门吊，并且作业过程中只能顾及到堆场一边，所以当两边都有螺纹钢出入库时，龙门吊需要一边作业完成后再移动到另一边，因此HRB335抗震与HRB400抗震的库位分配相关性还没HRB335抗震与HRB500抗震之间高。

导致螺纹钢在出入库作业过程中工作量大大提高，同时降低作业效率，造成资源的浪费，间接的提高了管理成本和人力资源成本，是仓储成本居高不下的重要原因之一。

（三）信息化管理落后

虽然巨源钢材仓储在机械水平方面能勉强支撑仓储作业运行，但是信息化水平低下。不像大型钢材企业，巨源钢材对信息化投入低，对钢材仓储并不重视，与传统观念一样，认为仓储就是物资存储，因此无论是在信息系统设备方面还是仓储人才方面都并没过多的投入。堆场中出库、入库、收货、盘点、库存管理等岗位作业基本都依靠手工处理单据，业务流程繁琐，工作流程多，工作量大，出错风险性大，此外相关岗位的资料时常面临重复创建完成，手工任务多，需要消耗大量时间在重复的劳动上面，影响工作的效率。堆场中钢材种类较多，在处理订单过程中需要在2000m2的堆场中寻找，识别速度慢，准确性不高，且仓储作业人员学历水平不高，多是高中以下学历，对于新知识、新技术的接受能力不强，工作中的创新意识不强，多是按部就班、重规叠矩的进行操作。从而仓储作业方式一直得不到改善，工作繁琐，工作量大，使得人力资源成本得不到缩减，作业效率低，导致客户服务水平低得不到提高。

五、基于柏拉图分析、FP-Tree算法的问题分析

（一）对螺纹钢产品进行分类

巨源钢材存储螺纹钢钢种75种，图3对螺纹钢各规格类型出库数量进行排序，其中第1-11种占种类数15%，占出库数量70%，为“少量重要因素”，划分为A类进行管理。第12-37占种类数35%，占出库数量21%，为“中量中等因素”，划分为B类进行管理。第38-75种占种类数50%，占出库数量9%，划分为C类进行管理。2019年7、8、9月订单总共126单，总出库1136根螺纹钢。

图3 螺纹钢ABC分类表

（二）基于FP-Tree算法的相关性分析

客户对产品的需求往往具有一定的联系性，因此，不同规格型号螺纹钢的需求相关性反映在客户订单中，通过对螺纹钢的相关性计算，可找出相关性及出入库频率较高的螺纹钢，再根据结果将相关性高的螺纹钢放在同一个区域内，库位的优化可减少出入库作业量，提高作业效率。由此需要通过FP-Tree算法，对客户订单进行扫描，寻找出包含多种螺纹钢的订单，并筛选出高频率的订单，计算出相关性大小的具体数值。

巨源钢材堆场中螺纹钢规格型号共75种，将这76种螺纹钢按ABCD区分，再根据规格进行编号，如下图。

表3 螺纹管规格及型号编号

1.出库订单一次扫描

在此通过FP-Tree算法对7、8、9月客户订单进行第一次扫描，寻找出包含多种螺纹钢的订单，并设置最小支持度为2，筛选出高频率钢种和具有关联性的订单，先将1项频繁集统计后放入项头表，根据支持度进行排序，同时删去支持度低于阈值的项，找出所有订单中的支持度大于等于2的频繁项集，以确保结果的准确性。统计结果如下：

2.出库订单二次扫描

树形图1-8中记录了所有的频繁1项集出现的次数，并且按照次数降序进行排列，树形图一中，C1总共出现18次，出现次数最多，因此排在第一位，树形图一二中C2总共出现16次，因此排在第二位，以此类推，至D2出现频数达到最低支持度阈值为止。第一次扫描后找出了所有频繁1项集，但是在第一次扫描的数据中还存在部分低于支持度阈值的项，

在此进行第二次扫描，扫描结果中A4、A18、B3、B5、B7、B10、B13、B14、B16、B18、B19、C7、C10、C13、D3、D6只出现了一次，支持度低于阈值，因此进行删除，将剩下的C1、C2、B1、B2、C4、C9、C6、C15、B4、B15、D2这11个频繁项集按照支持度大小降序排列，组成项头表，并建立FP-Tree，如下图

树形图9

由树形图9可知：

1客户购买HRB400抗震12*9时，有72.3%的几率购买HRB400抗震14*9。

2客户购买HRB400 抗震12*9、HRB400抗震14*9时有22.3%的几率购买HRB400抗震16*9。

3客户购买HRB400抗震14*9时，有43.8%的几率购买HRB400抗震16*9。

4客户购买HRB335抗震12*9时，有63.7%的几率购买HRB335抗震14*9。

5客户购买HRB400抗震20*9时，有50.0%的几率购买HRB400抗震18*9。

6客户购买HRB400抗震20*9时，有50.0%的几率购买HRB400抗震15*9。

经过关联性分析后可粗略的确定螺纹钢的库位分配位置，但对关联性低于20%，且频数较低部分，因频数过低，无法进行准确判定，所以不进行比较，这部分需要继续对更多订单进行统计和扫描才能得出更准确的结果。

六、东莞巨源钢材优化策略

（一）降低损耗

1、螺纹钢生锈率把控

日常生活中往往通过喷漆、电镀、热喷涂、热浸镀、使用防锈油、使用钝化液等环境封存方式隔绝氧气进行防锈，但是这些方法工作量大，且对于新入库螺纹钢，需要持续进行支出。铁的生锈主要是铁元素与空气中的氧和水发生电化学反应，因此可以专门定制一定量的气象防锈膜尽量减少螺纹钢与空气的接触。定制的气象防锈膜制作成长形袋子状，按照螺纹钢的长度制作，宽度则按每捆螺纹钢的大小定制，其次每米受力处加厚处理，设置多个受力点，避难在作业中因钢筋作业造成破损，气象防锈膜隔绝螺纹钢与外部环境接触，能应对雨天与潮湿天气，同时制作存取记录表用于出入库频数较低的螺纹钢，方便盘点及管理作业，节约人力管理。主要对出入库频率低的B、C类螺纹钢进行封存。对于出入库频繁的螺纹钢则通过控制出入库时间和顺序，遵循“先入先出”原则，避免长时间存储即可。泥土中保留的水汽容易使螺纹钢的生锈速度加快，因此在螺纹钢底部铺上一层10cm厚的石子盖住土层，以控制底部湿度。从而降低防锈率。

2、裁切问题公式化

面对钢筋网、钢筋笼、钢筋马凳等钢筋切割问题，将螺纹钢切割问题公式化，使切割问题变为数学计算问题，同时利用线性规划建立数学模型，通过此种技术对钢筋裁切问题进行处理。首先了解加工型态，分析并计算螺纹钢所需材料种类及数量，将需求变数单位变为根，以整数形式进行计算，当通过整数规划处理问题，如果变量因素及条件较多时，将需要大量的电脑运算，分析过程效益将会降低。因此需要建立线性数学模式处理，分析运算过程变量因素，将非整数变量因素调整问整数根，使结果同整数条件下的线性规划结果相近，由此更方便裁切过程前期材料的准备，同时使问题分析过程复杂程度降低，提高工作效益。

在螺纹钢材料需求尺寸与数量确定后，未进行问题分析前，应就螺纹钢材料尺寸及螺纹钢需求尺寸，建立满足问题需求的螺纹钢材料组合，当螺纹钢供给尺寸减去该螺纹钢裁切组合剩余螺纹钢长度大于等于零，并小于需求尺寸是，即达到有效螺纹钢裁切组合。若计算过程中螺纹钢总体裁切组合过多，需继续将问题分段处理，以降低问题复杂度。裁切问题公式化有利于将复杂的螺纹钢裁切问题简单化，同时有利于螺纹钢材料的计算，可节省大量时间和成本。

3、定额管理

对所需加工材料进行定额管理。控制加工过程中耗材的使用。对每种耗材实行严格的登记、跟踪，并定期统计分析。严格把控材料的分配和使用，遵循“长料长用，短料短用，长短搭配”原则，严禁浪费的行为。通过严格的材料定额控制，控制材料成本开支，降低了材料成本。

（二）钢材库位优化

1、建立标识

库位调整后，为了方便工作人员识别，快速查找到不同型号的钢材，需要对堆场内的标识和指引进行进一步明确。堆场中区域标识可划分为：①作业区域标识，根据功能划分作业区域标识，可分为出入库区域、检验验收区域、缓冲区域。②位置指引标识。用黄线对堆场内各个区域道路、路面进行划线区分，标明具体的功能区域。同时，在场内显眼位置安放提示路标，便于操作人员能够尽快进行入库和出库操作。③完善钢材状态标志。用不同颜色来区分钢材的状态，比如黄色为待检验钢材、绿色为合格钢材、红色为不合格钢材。这样钢材状态一目了然，也便于提高运作效率。④建立货物标识。主要是清楚标注出货位信息，便于能够快速查找到不同型号的钢材。比如将堆场分为一二三四五号，其次每个库位进行号码编排“四号定位”是标识建立的主要法则，四号可指编号、排号、列号以及层号等。

2、螺纹钢库位调整

首先根据螺纹钢出库量度对及出库频数，对螺纹钢进行排序，其次由树形图9中信息可知，HRB400 12*9抗震与RB400 14*9抗震，HRB400抗震14*9 与HRB400抗震16*9，HRB335抗震12*9与HRB335抗震14*9，HRB400抗震20*9与 HRB400抗震18*9，HRB400抗震20*9 与HRB400抗震15*9，HRB400抗震12*9 、HRB400抗震、14*9 HRB400抗震16*9之间存在一定的相关性，因此在库位划分时，应将关联性大的螺纹钢放在临近的位置。一号堆场中前部分为出入库数量大，出入库频率高，关联性高的A类螺纹钢，1号堆场后部分及2号堆场为B类螺纹钢的存储库位，C类螺纹钢因出入库数量及频数较低，关联性低，因此按规格型号的实际关联情况进行库位分配，最终如图二所示。同时将4号堆场作为应对旺季的钢材需求，对钢材及螺纹钢的不同需求进行存储。

3、缩减C类螺纹钢库存，增加过道宽度

过去，各堆场间的位置只为方便龙门吊和叉车在堆场中的移动，旺季时因为作业需求和其他设备作业，往往影响着主通道的通畅状态甚至造成堵塞，大大影响了作业效率。上述数据对螺纹钢分类分析后，可将B、C类螺纹钢的存储数量缩减，库存量可设为频繁出入库螺纹钢的一次最大出库量或视实际情况对库存加以调整。同种型号的螺纹钢原本一个规格一个库位压缩为两个或三个规格一个库位，对螺纹钢进行捆扎处理后堆放，同时做好标记，避免识别错误。通过缩减2、3、4、5堆场的存储位置，增大过道距离，并在过道区用黄色油漆进行划分，避免时间长后堆放状况打回原形。过道内可作为临时加工作业区，运输车辆临时停车区，新旧螺纹钢位置互换临时摆放区等，由此每个堆场都变为中高频堆场，可减少螺纹钢的搬运工作量，方便加快作业效率，维持主通道的畅通，另外还要在过道出入口处准备好“作业中”提示牌，避免车辆误入，造成安全隐患。

图4 螺纹钢库位优化图

（三）加大信息化管理投入

1.引进适合本公司的仓储系统

引进如ERP-U8、WMS、金蝶系统等适合公司的仓储管理系统，这些系统都具有各自的管理思想，设计思路及业务流程，并具有以下功能：1各项数据统计分析，一般现代仓储管理系统都具有各项数据的统计分析功能，如对物资的用途、用量、时间、费用等统计分析，并可实现物资库存临界点控制和费用分析。2数据转移功能，仓库中各项数据可通过word、excel形式导出获得。3安全管理功能，具备安全系统，可设置密码操作，同时系统对工作时间和状态都有记录，并且具有及时压缩备份功能，防止系统奔溃或断电等意外状况导致的数据丢失情况出现。4查询功能，可实时查询各种需求数据，提供物资数据动态，方便快捷。对于简化作业流程、减少作业量、降低错误率、缩短作业时间、提高作业效率有一定帮助。

2.加大人才培养力度

人才的培养可从以下几方面入手：（1）加大在职仓储人员的强化培养，虽然这部分人员工作经验丰富，但是在专业知识上极度欠缺，对新鲜事物的接受度不高。对此，我们就必须要加大现有员工培训力度，通过培训让他们了解自动化、智能化管理的重要性，并对培训进行考核，将考核结果纳入到绩效考核体系中，以此来激励仓储人员开展现代化管理的积极性。（2）设立人才培养基金及相关福利制度，鼓励、支持人才培养。（3）对于大专以上毕业生，列为人才培养对象，依据专业和特长制定人才培养计划。（4）加强培训与加强锻炼：在培训过程中，提供更多的实践与锻炼机会给他们，以加快他们的成长与经验的积累。（5）在业余和工作之际开展积极、丰富多彩的文化生活，以提高工作积极性和作业效率。

总结

本文从巨源钢材螺纹钢仓储相关性和损耗率方面切入，通过柏拉图分析法对订单及损耗进行统计和分析，寻找出占权重比较高的螺纹钢规格型号和损耗率高的主要因素。其中螺纹钢生锈和切割损耗两大主要因素的处理则通过改善存储环境和裁切问题公式化等方法解决。其次在利用FP-Tree算法计算巨源钢材仓储中各钢种的相关性，计算得知结果后，根据计算结果与权重对螺纹钢的存储库位进行优化设计，同时根据柏拉图分析法对螺纹钢进行侧重管理，有效减少了螺纹钢在堆场内的搬运距离和次数，降低了工作量，提高运作效率。

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基于柏拉图及产品相关性分析的仓储优化设计 ——以东莞巨源钢材为例

价格 ¥9.90 发布时间 2023年3月19日

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