A New Sustainable Warehouse Management Approach

for Workforce and Activities Scheduling

Abstract

Sustainable engineering is very important for logistics systems. Nowadays, sustainable warehouse management is a key factor in market success. Workforce flfluctuation and inverting the number of customersrsquo; demands make a lot of problems in distribution warehouses. This study addresses a sustainable approach for the workforce scheduling problem recognized in a real distribution warehouse. The problem arises from the high variability of demand for workers over one workday, which causes workforce surplus in some periods of the workday and shortages in others. Engineering managers of the distribution warehouse already use different full-time and part-time shifts, and schedule workers on different activities, but they still have signifificant workforce surpluses or shortages in some periods. This study proposes the scheduling of activitiesrsquo; execution together with workers to face that variability and decrease the cost of the workforce. This idea comes from the fact that some activities in a distribution warehouse can be done in a specifific time period after the need for them occurs. In this way, the variability of demand for workers can be decreased, and a lower workforce cost may be ensured. Based on this idea, the entire problem is modeled as integer linear programming. The real example of the problem is solved, and the proposed model is tested on randomly generated instances of the problem in Python by means of the PuLP linear programming package. The results indicate different positive effects in the manner of sustainable warehouse management: lower workforce costs, time savings, better utilization of all types of resources and equipment, increased employee satisfaction, and so on. For even 61% of instances of the introduced problem, the obtained cost of the workforce is lower by more than 20% if activitiesrsquo; executions are scheduled together with employees.

Keywords: sustainable warehouse management; workforce; optimization; scheduling; activities; warehouse

Introduction

The warehouse is one of the most important parts of companies with distribution functions, on whose sustainability the entire companyrsquo;s sustainability largely depends. It has a particularly important impact on economic and social sustainability as a part of the company that most absorbs the consequences of changes in demand. This has been best demonstrated nowadays where there are large differences in demand. Recently, more and more attention has also been paid to the ecological sustainability of warehouses. Warehouses are the most responsible for the increase in greenhouse gas emissions in the supply chain , primarily due to the increase in energy consumption for lighting, heating, cooling, air conditioning, and the handling of goods In this regard, companies are being invested in to provide renewable energy sources, green technologies, recycling systems, and so on. In addition, the number of works on the topic of green warehousing has increased significantly in recent years

Nevertheless, economic, social, and environmental sustainability are equally important for achieving overall warehouse sustainability . Tan et al. describe in detail their importance, and point out that any change in goals in one type affects the achievement of the goals of the other two types of sustainability. Therefore, it is very important to maintain a balance between the factors of all three types of sustainability . In this regard, engineering has the task to go a step further than seeking sustainable resources and offer systems in which sustainable resources are used in a sustainable way . Operations research should get more attention in this process .

The sustainability of the warehouse largely depends on the utilization of the warehousersquo;s resource (i.e., on their schedule in space and time). If the warehouse is observed only between four walls, then its main resources are space, equipment, and workforce. The schedule in the use of space and stationary equipment is more a tactical or strategic decision and generally does not require daily optimization. On the other hand, workers and the mobile part of the equipment are scheduled every day. Without the effificient use of these resources, there is no sustainable order picking. Since order picking is an extremely intensive process that consumes a lot of energy, capital, and human resources, its impact on overall warehouse sustainability is extremely high. Andriansyah et al. point out that an effificient use of resources is a prerequisite for sustainable order picking and thus for sustainable warehousing.

Numerous papers deal with scheduling, routing, and other methods that optimize the use of mobile resources in the warehouse. The aim is to minimize their costs, energy consumption, and greenhouse emission while performing activities. Burinskiene et al. scheduled forklift driving and picking vehicle routes to reduce travel time and cost in replenishment and order picking. Boenzi et al. optimized forklift operation in terms of both energy consumption and environmental impacts. Pashkevich et al. examined which factors cause an increase in forklift energy consumption. Lorenc and Lehrer scheduled products in warehouses of modern companies to achieve more effificient use of resources in the order-picking process. On the other hand, studies such as and others have scheduled workers. In general, workers have been scheduled on tasks, jobs, activities, days, and so on, following a work execution plan. Papers dedicated to the workforce in the warehouse and workforce scheduling on activities are represented in the literature review in more detail.

However, to achieve optimal utilization of mobile resources, it is not enough just to optimally schedule t

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

一种新的可持续仓库管理方法在员工和活动调度中应用

摘要

可持续工程对物流系统非常重要。如今，可持续的仓库管理是市场成功的关键因素。物流仓库的人员流动和客户需求数量的倒转给配送仓库带来了诸多问题。本研究提出一种可持续的方法来解决实际配送仓库中的劳动力调度问题。问题的产生是由于一个工作日对工人的需求变化很大，这导致工作日的某些时段出现劳动力过剩，而另一些时段出现劳动力短缺。配送仓库的工程经理已经使用了不同的全职和兼职轮班，并将工人安排在不同的活动上，但是他们在某些时期仍然有大量的劳动力过剩或短缺。本研究提出与工人一起制定活动执行计划，以应对这种变异性，降低劳动力成本。这个想法来自这样一个事实，即分发仓库中的一些活动可以在需求发生后的特定时间段内完成。这样，可以减少对工人需求的可变性，并可以确保更低的劳动力成本。在此基础上，将整个问题建模为整数线性规划。求解了该问题的实际实例，并利用PuLP线性规划软件包在Python中随机生成的问题实例上对所提模型进行了验证。研究结果表明，可持续仓库管理方式具有不同的积极作用:降低劳动力成本、节省时间、更好地利用各类资源和设备、提高员工满意度等。即使在61%的引入问题实例中，如果活动与员工一起执行，那么获得的劳动力成本也会降低20%以上。

关键词：可持续仓库管理、劳动力、优化、调度、活动、仓库

介绍

仓库是具有配功能的企业最重要的组成部分之一，整个企业的可持续性很大程度上取决于仓库的可持续性。它对经济和社会的可持续性有特别重要的影响，作为公司的一部分，大部分吸收了需求变化的后果。这在需求差异很大的今天得到了最好的证明。近年来，仓库的生态可持续性也受到越来越多的关注。仓库是最负责温室气体排放增加供应链,主要是由于能源消费的增加照明、加热、冷却、空调、和处理产品在这方面,公司投入提供可再生能源、绿色技术,回收系统等等。此外，近年来，围绕绿色仓储这一主题的作品数量显著增加

然而，经济、社会和环境的可持续性对于实现整体仓库的可持续性同样重要。Tan等人详细描述了它们的重要性，并指出一种类型目标的任何变化都会影响其他两种类型可持续发展目标的实现。因此，保持这三种可持续性因素之间的平衡是非常重要的。在这方面，工程的任务不仅仅是寻找可持续的资源，并提供以可持续的方式使用可持续资源的系统。在这一过程中，运筹学应得到更多的关注。

仓库的可持续性在很大程度上取决于对仓库资源的利用(即在空间和时间上的进度安排)。如果只在四面墙之间观察仓库，那么它的主要资源是空间、设备和劳动力。空间和固定设备的使用计划更多的是一种战术或战略决策，通常不需要每天进行优化。另一方面，工人和设备的移动部分是每天安排的。没有这些资源的有效利用，就没有可持续的订单拣选。由于拣选订单是一个非常密集的过程，需要消耗大量的能源、资本和人力资源，因此它对整体仓库可持续性的影响是非常高的。Andriansyah等人指出，资源的有效利用是可持续订单拣选和可持续仓储的先决条件。

许多论文讨论了调度、路由和其他方法，以优化仓库中移动资源的使用。其目的是在开展活动时将成本、能源消耗和温室气体排放降至最低。Burinskiene等人安排了叉车驾驶和拣选车辆路线，以减少旅行时间和成本，在补货和订单拣选。Boenzi等人从能源消耗和环境影响两个方面对叉车作业进行了优化。Pashkevich等人研究了哪些因素导致了叉车能耗的增加。Lorenc和Lehrer将产品安排在现代公司的仓库中，以实现在拣选订单过程中更有效地利用资源。另一方面，诸如此类的研究已经安排了工作时间。一般来说，工人按照工作执行计划被安排任务、工作、活动、天数等。文献综述中更详细地介绍了仓库中的劳动力和劳动力活动安排的论文。

然而，要实现移动资源的最佳利用，仅仅根据工作执行计划对其进行最佳调度是不够的;在调度移动资源时，也必须优化调度工作执行。与现有文献中仅涉及移动资源调度对工作的影响相比，本文在此基础上更进一步。此外，本文在仓库调度过程中优先考虑劳动力而不是移动设备，并将仓库中的各类工作定义为活动。与本文类似，Carli等人通过在仓库中安排活动和叉车来优化充电电池。他们的目标是在高峰时间减少叉车电池的充电次数。相比之下，本文在安排活动时考虑了经济和社会方面的因素。它利用推迟执行某些活动和在不同类型的活动中使用工人的可能性来降低劳动力成本。它提供了一个更公平的使用工人在工作日和休息时间，并消除了过度拥挤的仓库，以改善工作条件。所有这些都增加了经济和社会的可持续性，并为环境可持续性解决方案的投资创造了潜力。

因此，对于拥有配送仓库(DW)的企业来说，劳动力的调度和计划是非常重要的，但也是一项复杂的任务。与许多其他服务系统一样，复杂性来自于规划期间工作负载的可变性。因此，在规划的不同时期需要不同数量的工人。然而，在日常工作中，在DW中解决这个问题可能比在其他服务系统中更好。在分析真实DW中的活动时，我们注意到许多活动可以完全或部分推迟。这意味着可以在需要执行这些活动之后的特定时间段内安排这些活动的执行。这样，对工人需求的可变性就会减少，劳动力成本就会降低。本研究的主要目的是将这种特殊性纳入DW活动中工人的调度，并提供一个具有较低劳动力成本的解决方案。与此同时，这个解决方案应该有助于更加平衡的工作人员在一天，尊重休息时间。这样，解决方案应该有助于提高仓库的效率和可持续性。

本研究的想法来自与实际DW的工程经理合作，以降低劳动力成本。通过分析其仓库的活动，以及如何调度工人，定义了DW中的劳动力调度问题。在DW- wsp定义的基础上，提出了应用活动执行调度(AES)来降低DW中的劳动力成本的思想。这个想法和DW-WSP将在本节的其余部分介绍，以及论文的主要贡献和对工程管理人员的启示。下一节将讨论本研究在现有文献和相关研究中的地位。接下来给出了解决所引入问题的方法，该方法允许工人的调度和活动的执行同时进行。这种方法解释了解决问题的概念和问题的数学模型，称为工作和活动执行调度模型(WAES模型)。WAES模型测试了从考虑的DW中获得的输入值，以及问题的100个随机生成的实例。问题的每个实例都用WAES模型和排除AES (WS模型)的模型来解决。最后对测试结果、最后的讨论以及未来的研究进行了总结。

DW-WSP

DW-WSP的介绍如下。劳动力必须由班次和工人概况，以及安排工人的活动在工作日。相同类型的作业执行持续整个工作日的活动，并且在工作日的不同间隔中需要不同数量的工人。在一个时间间隔内执行一个活动所需的工人数等于执行该时间间隔内属于该活动的所有作业所需的工人数之和。每个活动都有完成的截止日期。根据工作发生的历史，按时间间隔和活动计算所需的工人数量。例外情况是其工作负载依赖于一个或多个其他活动的工作负载的活动。对于这样的活动，间隔内所需的工作者数量是根据它所依赖的活动调度的工作者数量来计算的。在DW，有全职和兼职轮班。每个全职员工需要在规定的时间窗口内休息，这取决于轮班。不同的工人配置文件被雇用，可以根据他们的资格执行不同的活动。根据总体定义，该问题可以被描述为轮班调度问题的一个相对扩展版本，其中一个工人可以在同一班次执行多个活动。最后得出定义的问题属于多活动轮班调度问题组的结论。

AES

活动的执行调度和劳动力的调度是DW中降低劳动力成本的主要思想。本文中的AES是指在某些活动需要执行之后的一段时间内对其执行进行调度。这种安排是可能的，因为某些活动在其完成方面提供了机会。这些活动的执行可以全部或部分推迟。下面的示例从劳动力调度的角度解释了AES。规定每辆进站卸货的卡车必须在三小时内卸货。卡车可在到达后的第一、二、三小时内完全卸货。卸货也可以部分安排在两到三个小时内。因此，对装卸作业工人的要求在发生后可以通过不同的方式来满足。

此外，假设测量结果是四名工人可以在一小时内卸下卡车。如果工作日划分为一个小时间隔，那么一辆进站卸货的卡车就会产生需要四名工人工作一小时的工作。由于卸货必须在3小时内完成，所以可以安排4名工人在第1小时、第2小时或第3小时卸货。然而，卡车也可以由一个工人在所有三个小时内卸载，或者由另一个工人在其中一个小时内卸载，以此类推。因此，有许多组合来安排活动的执行(即，满足具有完成截止日期的活动工人的需求)。图1中的示例表示了使用AES来降低DW中的劳动力成本的想法。

主要贡献

人们相信，这项研究通过提供其他研究中没有发现的新奇之处，可能有助于知识和实践。对文献的仔细调查表明，许多研究都是在处理质量质量问题，但试图开发一种更好的技术来解决一个熟悉的质量质量问题。在本研究中，对MASSP模型进行了调整，以便在DW中应用，提高其可持续性。尽管总体MASSP的复杂性，整个问题被扩展到AES以降低DW的劳动力成本。因此，我们认为该研究有两个潜在的贡献:

第一个是实用的，指的是在DW中建立一个劳动力调度模型，这是文献所缺乏的，它可以降低DW中的劳动力成本，提高其可持续性。

第二种是方法上的，将AES引入到MASSP中作为一种新颖的东西，通常可以提供更好的MASSP解决方案。

文献综述

本研究可以放在考虑劳动力调度问题、活动调度问题和仓库可持续性的研究之中。

对于劳动力调度问题，本研究可定位于考虑轮班调度问题的研究之中。根据恩斯特等人的说法，“轮班调度解决了从潜在的大量候选人中进行选择的问题;什么班次应该一起工作，每个班次分配多少员工来满足需求。”除非是固定的，否则也要考虑所选班次内的断口位置。通常，该问题是将单日规划视界划分为一定数量的等间隔。如果指定了可用工人的数量，那么目标通常是找到一个最小化人员不足和人员过剩的时间表。如果没有提供可用的工人数量，则目标是找到一个提供劳动力成本最小的时间表。其他一些正在使用的目标是最小化任务和员工偏好之间的差距，平衡员工之间的工作量，最小化劳动力规模，最大化员工满意度。

本研究可以归入考虑masp的研究。质量群调度问题是一类相对扩展的调度问题。在轮班调度问题中的多活动上下文将这些问题扩展到确定每个工人何时执行哪些活动。对工人的需求是由活动和一个工作日的间隔来表示的。因此，masp通常意味着解决两个问题。一个问题是选择工作班次，然后分配工人到这些班次。第二种是按轮班的间隔给工人分配活动。如果活动需要不同的合格工人，那么对于每个选定的轮班，每个工人的数量profile需要确定。

最后，本研究可列为考虑仓库可持续性的研究之一。这些研究涉及到绿色仓储的理念、可持续仓库管理、解决可持续仓库工程问题的运筹学工具的开发等。

仓库劳动力调度的文献综述

尽管有大量的研究解决了劳动力调度问题，但也有少数研究研究了仓库中的这个问题。在Ernst等人的综述论文中包含并描述了1954年至2003年间发表的700多篇关于劳动力调度的论文中，没有一篇提到仓库。在Van der Bergh等人2003 - 2012年的第二篇综述论文中，有四篇论文提到了仓库。2012年后，据作者所知，只有两篇论文提到了仓库。下面将对所有这些论文进行简要描述。

De Causmaecker等人通过调查比利时公司的一个小而有代表性的样本，对现实世界的人员规划问题进行了分类。在一家仓库公司、一家呼叫中心、一家快餐店和一家职业介绍所，他们遇到了基于不断变化的需求而进行的人事计划。由于所需的人员数量波动，他们将这些公司的问题描述为以波动为中心的人事规划问题。作者指出，这些公司保持着需求预测的历史记录，而仓库公司至少有三个合格的工人，每个任务和雇用临时员工。

Guuml;nther和Nissen安排工人在一个德国物流供应商的工作站(工作)，那里的大部分工作都与仓库有关。两份论文都解决了同样的问题，但使用了不同的技术，都旨在改善现有的工人在白天的时间表。因此，研究的目的是通过允许工人在一天内从事一项以上的工作来实现的。目标函数是最小化对工人需求的过度满足和不满足，以及改变工作。Bard和Wan提出了一个确定永久劳动力的最佳规模的模型，其中工作站组指定了对工人一天24小时，一周7天的需求。该模型使用达拉斯美国邮政服务(USPS)邮件处理和分配中心(Pamp;DC)提供的数据进行了测试。

莱德尔等人定义了为员工制定每周和每日时间表的三个阶段。在第一阶段，每个profile的临时工人的数量和每个工人(临时或永久雇员)的任务小时数确定了一周时间的每一天。在第二个阶段，对于每个员工，每天和每小时的轮班和花在分配任务上的时间百分比被计算。在第三阶段，为每个间隔给员工分配任务。每个阶段的解是通过最小化解与给定需求、条件、规则等的偏差来获得的。Ladier和Alpan综合解决了跨码头卡车调度问题和员工名册问题。提出了员工优先和卡车优先两种迭代方法来解决问题。

多活动排班的文献综述

对劳动力计划和调度领域的文献进行深入的回顾，发现多活动上下文很少被注意到。此外，“活动”这个术语是比较新的。根据恩斯特等人的研究，没有一篇论文将工作描述为活动。此外，Van den Bergh等人进行了一项综述研究，其中工人的活动安排仅在引用的研究中确定，如。然而，在这些之前，也值得一提的是，在这些论文中，工作是遵循本文定义的活动，但它们并不是这样描述的。

Ritzman等人以及Loucks和Jacobs是最早介绍多活动背景的论文之一。Ritzman等人在邮局内每小时为每个工人分配一项特定的工作。类似地，劳克斯和雅各布斯给餐厅员工分配了不同类型的工作(称为任务)，每个任务都要求员工具备足够的技能。巴德和万安排工人在工作站工作的方式是，每个工作站的工人的需求以半小时的间隔确定，每天，每周5天。Guuml;nthe

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[605455]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word