ВЛИЯНИЕ ВЕСОВОЙ И ТОВАРНОЙ КАТЕГОРИЗАЦИИ СКЛАДСКИХ ЯЧЕЕК НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАРШРУТОВ КОМПЛЕКТАЦИИ

​THE IMPACT OF WEIGHT- AND PRODUCT-BASED CLASSIFICATION OF WAREHOUSE BIN SPACES ON THE EFFICIENCY OF PICKING ROUTES

Vulfert Anton Ivanovich

Student, Digital Process and System Management in the Oil and Gas Industry, Omsk State Technical University,

Russia, Omsk

Andieva Elena Yuryevna

Scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, associate professor, Omsk State Technical University,

Russia, Omsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается проблема оптимизации маршрутов комплектации заказов на складе с адресным хранением. Классические алгоритмы маршрутизации ориентированы преимущественно на минимизацию длины маршрута и не учитывают физические характеристики товаров, такие как масса, хрупкость и прочность упаковки. Это приводит к увеличению времени сборки, необходимости перекладывания товаров и росту количества повреждений.

Предлагается модель маршрутизации, учитывающая весовые и товарные категории продукции. Модель основана на приоритетном порядке отбора товаров: от тяжелых и прочных к легким и хрупким. В работе формализована структура склада в виде графовой модели, введена функция стоимости маршрута с учетом логистических и физических ограничений, а также предложены критерии оценки эффективности маршрутов.

Результаты моделирования показывают, что увеличение длины маршрута не всегда приводит к росту времени комплектации. Использование весовой категоризации позволяет сократить общее время сборки за счет уменьшения количества перекладываний и повышения эргономики процесса отбора.

ABSTRACT

This article examines the problem of optimizing order picking routes in a warehouse with location-based storage. Traditional routing algorithms focus primarily on minimizing route length and do not account for the physical characteristics of goods, such as weight, fragility, and packaging strength. This leads to increased picking times, the need to reposition goods, and a rise in the number of damages.

A routing model is proposed that accounts for product weight and category. The model is based on a priority order for picking goods: from heavy and durable to light and fragile. The paper formalizes the warehouse structure as a graph model, introduces a route cost function that accounts for logistical and physical constraints, and proposes criteria for evaluating route efficiency.

Simulation results show that an increase in route length does not always lead to an increase in picking time. The use of weight-based categorization allows for a reduction in total picking time by decreasing the number of transfers and improving the ergonomics of the picking process.

Ключевые слова: адресное хранение; складская логистика; маршрутизация комплектовщика; комплектация заказов; оптимизация маршрутов; WMS; складские ячейки; весовая категоризация товаров; товарные категории; алгоритмы обхода склада; эффективность сборки заказов; складская автоматизация; логистические алгоритмы; оптимизация складских процессов; маршруты отбора товара.

Keywords: location-based storage; warehouse logistics; picker routing; order picking; route optimisation; WMS; warehouse bins; weight-based product categorisation; product categories; warehouse routing algorithms; shortest path routing; warehouse picking; weight-aware routing; graph model of the warehouse; order picking efficiency; warehouse automation; logistics algorithms; warehouse process optimisation; picking route.

Современные складские комплексы и распределительные центры работают в условиях постоянно растущего объема заказов и высокой интенсивности товарооборота. Одной из наиболее ресурсоемких операций складской логистики является процесс комплектации заказов, на который может приходиться до 50–60% общего операционного времени склада.

На складах с адресным хранением каждый товар размещается в определенной ячейке, имеющей уникальный адрес. Процесс сборки заказа представляет собой последовательный обход складских ячеек с целью отбора необходимых позиций. Эффективность данного процесса напрямую зависит от выбранного маршрута перемещения сборщика.

В статье рассмотрим два популярных маршрута обхода:

1) Змейка (S-shape routing) (на рисунке 2)

2) Ёлочка (Serpentine Routing) (на рисунке 1)

Рисунок 1. Маршрут обхода “Ёлочка”

Рисунок 2. Маршрут обхода “Змейка”

Большинство существующих алгоритмов маршрутизации ориентировано на минимизацию стоимости сборки:

                                                      (1)

 — общая стоимость маршрута;

 — общая длина маршрута;

 — количество перекладываний маршрута;

 — риск повреждений;

α, β, γ — веса, значения определяются экспертным путём в зависимости от приоритетов склада: например, при высоком риске повреждений γ увеличивают.

Однако минимизация расстояния не гарантирует минимизацию времени сборки. На практике существенное влияние оказывают физические свойства товаров:

• масса;
• габариты;
• хрупкость;
• прочность упаковки.

Например, если после отбора легких и хрупких товаров сборщик получает задание взять тяжелую упаковку воды, возникает необходимость перераспределения содержимого тележки. Это приводит к дополнительным операциям, увеличению времени сборки и риску повреждения продукции.

В связи с этим возникает задача построения маршрутов комплектации, учитывающих не только геометрию склада, но и характеристики товаров.

Целью данной работы является разработка модели маршрутизации, учитывающей весовые и товарные категории продукции, а также оценка влияния такой маршрутизации на эффективность процесса комплектации.

Змейка и Ёлочка имеют недостаток, который заключается в том, что они учитывают только пространственные характеристики маршрута и не принимают во внимание особенности укладки товаров в процессе сборки. В результате возникают следующие проблемы:

• перекладывание товаров в тележке;
• повреждение хрупкой продукции;
• снижение эргономики работы сборщика;
• увеличение времени отбора;

Для повышения эффективности маршрутов предлагается ввести дополнительную классификацию ячеек и товаров.

• Весовая категория
• Товарная категория

Таблица 1.

Весовая категория

Таблица 2.

Товарная категория

Таблица 3.

Коэффициент прочности

Категории для каждого склада выделяются индивидуально, в зависимости от того, что склад обрабатывает. В таблицах (1) и (2) приведены примеры для складов, которые работают с товарами повседневного спроса (FMCG, Fast Moving Consumer Goods).

На основе категорий формируется понятное правило организации порядка сборки товаров:

 (2)

А также:

  (3)

Для повышения эффективности процесса отбора товаров могут применяться два основных подхода:

• динамическое построение маршрутов на основе характеристик товаров;
• статические маршруты с заранее определёнными характеристиками складских ячеек и фиксированным порядком их обхода сборщиком: от более приоритетных категорий к менее приоритетным в соответствии с правилами (2) и (3).

Динамический подход предполагает адаптивное формирование маршрута для каждого заказа с учетом:

• массы товара;
• коэффициента прочности;
• расположения ячеек;
• текущей загрузки склада;
• характеристик тележки или контейнера.

Несмотря на высокую эффективность, данный подход требует применения сложных алгоритмов маршрутизации, интеграции с WMS-системой и значительных вычислительных ресурсов.

Рассмотрим второй подход — использование статических маршрутов. Выбор данного подхода обусловлен его практической простотой внедрения на начальном этапе оптимизации складских процессов.

Статический подход не требует:

• построения сложных адаптивных алгоритмов;
• постоянного перерасчета маршрутов;
• глубокой модификации WMS;
• значительных вычислительных затрат.

При использовании данного подхода склад предварительно размечается по весовым и товарным категориям. Маршруты обхода формируются таким образом, чтобы сборщик последовательно перемещался от зон с более приоритетными категориями товаров к зонам с менее приоритетными.

Например:

• в начале маршрута располагаются зоны с экстра тяжелыми и прочными товарами;
• в средней части маршрута — товары средней массы;
• в завершении маршрута — легкие и хрупкие товары.

Такой подход позволяет снизить количество перекладываний товаров, уменьшить вероятность повреждения продукции и повысить эргономику процесса комплектации без существенного усложнения логики работы склада.

Проведём теоретическое моделирование и сравнение сборки с учётом категорий ячеек и без:

Таблица 4.

Сравнение маршрутов

Тем самым маршрут с категориями эффективнее на 13,6 % , а также имеет низкую вероятность повреждения товаров, но при этом имеют большую длину.

Маршруты с категориями при теоретическом моделировании показали свою эффективность, однако требуют практической проверки. Для внедрения описанной модели на действующих складах необходимы изменения топологии склада, системы категоризации ячеек и товаров, а также алгоритмов размещения, что требует значительных ресурсов. Практически любая оптимизация складских операций представляет собой комплексный подход к решению задачи, который должен основываться на метриках склада и характеристиках обрабатываемых товаров.

Список литературы:

1. Дыбская, В. В., Логистика складирования : Учебник / В. В. Дыбская. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 559 с.
2. Оптимизация маршрутов комплектации заказов : Управление маршрутами комплектации заказов на складе / SG Systems Global. — 2026. — URL: https://sgsystemsglobal.com/ru/glossary/pick-path-optimization/ (дата обращения: 26.05.2026).
3. de Koster, R. An exact analysis and comparison of manual picker routing heuristics / R. de Koster, B. van der Sluis // Queueing Systems. — 2024. — Vol. 108. — P. 611–660.