第7章 仓库与物流中心的规划与设计

第7章 仓库与物流中心的规划与设计

第 7 章 仓库与物流中心的规划与设计 Warehouses and Logistics centers Planning and Design 2004-09 本章主要内容 仓储系统与规划 仓库的分类和组成 、 仓库的作业功能 、 仓库规划 。 存储规划与库房布置设计 存储方式与空间 、 空间利用 、 库容量与仓库面积 、 库房布置设计 。 自动化立体仓库 概述、自动化立体仓库的优点、自动化立体仓库的分类、自动化仓库的发展趋势。 物流配送中心规划 物流中心的规划要素和资料分析、配送中心设施规划、其他系统规划。 本章重点 习题 2 引导案例 : 海尔物流和立体库 海尔集团公司分析发现在整个生产过程中，最受制约的就是仓储，就是原材料和零部件的仓储和配送，所以海尔选择了这个突破口。 在青岛海尔信息园里面建了一座机械化的立体库，在黄岛开发区建了一座全自动的立体库。在国内人们因为人工成本便宜，地皮又大而质疑立体库的效果。 但海尔的事实是，黄岛立体库长 120 米、宽 60 米，仓储面积 5 400 m 2 ，立体库有 9 168 个标准托盘位，托盘是 1.2×1 米的；立体库的建筑高度是 16 米，放货的高度可到 12.8 米，每天进出的托盘达到 1 200 个，实际能力是 1 600 个。 5 400 m 2 取代了原来 65 000 m 2 的外租库，而且由于使用了计算机系统，管理人员从原来的 300 多人降为 48 人。通过减少外租库的租金，外租库到车间的来回费用，节省工人工资加起来一年是 1 200 万。 第二个作用是降低了物料的库存。因为海尔在计算机系统里都设定了，比如说只允许放 7 天的料，超过 7 天不让进，相对来说使整个库存量下降。库存量下降当时空调事业部就是一个典型的例子，大约 3 个月，从 9 月到 12 月降了 1.4 亿。 3 引导案例 : 海尔物流和立体库 第三个作用是深化了企业物流系统的规划。因为立体库使用后是两翼推动，一是海尔要求所有的分供方按照照标准化的模式送货，所有的都是标准化的托盘，标准的周转箱。 以往都是纸箱，纸箱的坏处在于，产品的零部件容易压坏，上线的时候还要倒箱，多次倒箱增加了人工拣选，保证不了产品的质量。现在我们采用统一的产品包装，从分供方的厂里到海尔的生产线整个过程不用倒箱。 对车间也是一样，以往我们车间的效果也是脏、乱、差，使用标准箱之后，全部是叉车作业标准化。立体库对两方都产生了有利的作用，对分供方也好，对海尔内部的整个物流推进也是很重要的。 4 引导案例 : 海尔物流和立体库 第三个作用是深化了企业物流系统的规划。因为立体库使用后是两翼推动，一是海尔要求所有的分供方按照照标准化的模式送货，所有的都是标准化的托盘，标准的周转箱。 以往都是纸箱，纸箱的坏处在于，产品的零部件容易压坏，上线的时候还要倒箱，多次倒箱增加了人工拣选，保证不了产品的质量。现在我们采用统一的产品包装，从分供方的厂里到海尔的生产线整个过程不用倒箱。 对车间也是一样，以往我们车间的效果也是脏、乱、差，使用标准箱之后，全部是叉车作业标准化。立体库对两方都产生了有利的作用，对分供方也好，对海尔内部的整个物流推进也是很重要的。 二是，立体库具有灵活性和扩展性，刚开始设计立体库想的只是放空调的东西，但是通过计算机系统管理以后，只占很少的库容，公司马上把冰箱、洗衣机、电脑全部放进去，一下减少了这些厂的外租库，整个效果非常明显。 立体库就有这么多好处。并不一定非要建立体库，在车间旁边也可以搭立体货架，这样就节约了车间里面宝贵的生产面积，每一寸土地都得到充分的利用。（改编自“周行 . 海尔物流与创新 . 商品储运与养护 , 2000.8: 12-18.” 作者周行就职于海尔集团物流本部。） 5 7.1 仓储系统与规划 仓库就是储存和保管货物的场所。 发展  商品、货物的数量和种类越来越多，但是存储的时间却越来越短，而且货品在仓库不只是储存和保管，还有诸如分拣、包装等加工增值过程。 从物流系统的观点来看，仓库的主要功能应当是促使货物更快、更有效地流动，而不仅仅是储存。 仓库已经不仅仅是一个储存场所，它已经发展到配送中心、物流中心，不但建筑物的外貌焕然一新，而且内部的空间、设施和货物都发生了根本的变化，更有功能和管理的进化。 现代仓库和物流中心已经形成了围绕货物的以存储空间、储存设施设备、人员和作业及管理系统组成的仓储系统，功能也延伸到包括运输、仓储、包装、配送、流通加工和信息等一整套的物流环节。 仓库从“静态”储藏  “ 动态”流通枢纽的质的飞跃。观念和功能的改变，引起了仓库形态和内容的显著变化。 6 7.1.1 仓库的分类和组成 从仓库发展到了物流配送中心，但并不意味着所有的仓库都要成为物流中心、配送中心的，它们还是有分工的。 现代社会仍然存在以储存为主要功能的仓库，对仓库的分类和组成有所了解后，认识就会更深。 我们讲仓库和物流中心规划设计先从仓库开始。 7 1 ．仓库的分类 仓库的分类很多。 首先可以分为 流通领域，如物流中心和配送中心 生产领域 物流中心又称流通中心，是组织、衔接、调节、管理物流的较大的据点。 配送中心 (Distribution Center) 是物流中心的一种形态，它是从事货物配备（集货、加工、分货、拣选、配送）和组织对用户的送货，以高水平实现销售和供应服务的现代流通设施。 流通领域还有一类是单一存储功能的战略储备库，如国家储备库。 但总的来说，流通类型的仓库，活动范围大，服务社会面广，设计、配置和功能均以考虑社会经济效益为前提。 8 9 若按保管形态分，有 普通仓库、 冷藏仓库、 恒温仓库、 露天仓库 危险品仓库等 因为要储藏货物的要求不一样，它们的区别同时反映在建筑物和内部设施上。 10 若按库房建筑结构分，有 平房仓库（平库） 楼房仓库 高层货架仓库 罐式仓库 轻钢结构仓库 成本低、建设快 从空间利用率来说，高层货架仓库最好，但需要更多的储存设施设备。楼房仓库因为容易在上下层间形成物流瓶颈，一般并不推荐，除非采用输送机等自动设备。 11 12 下图所示为包括多种不同类型库房的仓库的布置图，它分为小板材库、大板材库、超大物件库、板材出入库缓冲区、超大物件 / 生产线缓冲区和站台区。 13 生产领域的仓库 分为储存 (Storage) 和仓储 (Warehousing) 两类。 生产制造过程原材料的储存、原材料或在制品的供应都属于储存功能。 而准备发货启运的最终成品和产品的存储则属于仓储功能。 它们是企业物流不同阶段的功能，但因为作业和管理的相似性，现在很多企业统一管理 。不管是原材料库、设备库、工具及零件库、劳保品库，还是成品库，都是为企业生产经营服务，设计、配置和管理要体现成本效益的原则，但最终要由市场需求来决定。 14 2 ．仓储系统的组成 仓储系统包括： 存储空间 货物 仓储设施设备 人员 作业及管理系统等要素。 15 2 ．仓储系统的组成 1) 储存空间。储存空间由仓库库房提供，不同的库房提供的空间差别很大。在进行储存空间规划时，必须考虑到空间的大小、柱子间距、有效高度、通道和收发站台等因素，并配合其他因素，才能做出完善的设计。 2) 货物。货物是仓库的生命源。货物的特征、货物在储存空间的摆放方式和管理与控制是储存系统要解决的关键问题。货物的特征包括供应商、商品特性、规格类别、数量和时间等方面，而影响到它们在储存空间的摆放因素有：储位单位、储位策略和原则和商品特性等。货物在库不仅仅要摆放好，还要便于存取、分拣和加工等管理，这些活动在仓库，尤其是流通型仓库即物流中心更多，要求掌握库存状况、了解其品质、数量、位置和出入库状况等信息。 16 2 ．仓储系统的组成 3) 仓储设施设备。仓储设施设备由收发设施设备、储存设备、搬运和输送设备等组成。只要货物不是直接堆码在地上，不是由人力肩扛手捧，就要托盘、货架等储存设备和输送机、笼车、叉车等搬运和输送设备。这些设备已在第 5 章详细介绍了，本章将结合具体设计，谈及它们的选型和配备。 4) 人员。仓储系统的人员包括仓管、搬运、拣货和补货等人员。即使是最自动化的仓库也需要人员来看护和管理。人员仍然是仓库最活跃的因素，在仓储空间设计和设备选择时，都要根据自动化程度的高低来考虑人 - 机作业和管理问题，例如考虑人员在存取搬运货物时，要求效率高、省时、省力，作业流程要合理、储位配置及标志要简单清楚，一目了然；且要好放、好拿、好找。 5) 作业及管理系统。前面已经谈到，前几项组成已经决定了仓库的作业状况好坏。按照设施规划设计的要求，我们首先要考虑的是作业流程，没有通畅的作业流程就不可能有完善的仓库功能功能布局。现代仓库还要考虑信息系统。仓库管理系统 (Warehouse Management System, WMS) 是仓库运作的神经中枢，与良好的作业系统配合，才能完成仓库的各项功能。 17 7.1.2 仓库的作业功能 仓库的三类最基本的功能，即： 移动 (Movement) 、 储存 (Storage) 信息交换 (Information transfer) 。 其他功能，如 分拣 ( Sortation ) 、 包装 (Packaging) 直接转运 ( Crossdocking ) ，查 OM 书 索引 要完成这些功能必须创造性地应用仓储和物料搬运设备，并且离不开信息技术的支持。 18 仓库的主要功能 19 1 ．移动 移动功能可以进一步分为以下作业功能： 收货 (Receiving) 。 转运或入库 (Transfer or Put-away) 。 订单拣货 (Order picking/selection) 。 直接转运 (Cross docking) 。 发货 (Shipping) 。 20 收货 (Receiving) 收货作业包括： 到达产品卸货、 货物外观查验、 检查物料的数量和质量是否与货单一致、 更新库存记录。 21 转运或入库 (Transfer or Put-away) 转运或入库是将商品移至存储区、专门作业区或发货区的实际移动过程，包括搬运和放在适当的地方。 22 订单拣货 (Order picking/selection) 订单拣货是将一种或多种存储货物取出，按顾客要求整理组合，包括拆包或再包装。订单拣货是仓库的一项基本服务，一般占仓库的近一半作业成本。订单拣货有 4 种策略，即： 摘果式 (Discreet picking) 。一次将一个订单的所有货物从头到尾拣取。 播种式 (Batch picking) 。先将所有订单所要的同一种货物拣出，在暂存区再按各用户的需求二次分配。 分区式 (Zone picking) 。每个拣货员负责一片存储区内货物的拣货，在一个拣货通道内，先将订单上所要货物中该通道内有的全部拣出，汇集一起后再分配。这是一种分区播种式，但要多个拣货员才能完成拣货任务。 波浪式 (Wave picking) 。按照某种特征将要发货的订单分组，如同一承运商的所有订单为一组，一次完成这一组订单，下一波再拣选另一组的。例如 UPS 自动仓库分拣系统就是采用这种方式。 23 直接转运 (Cross docking) 直接转运，也称越库，它无需存储，直接将刚收到的货物经适当的分类整理转运到发货站台，如图所示。 纯粹的直接转运消除了入库、储存和拣选作业，但必须有信息系统的支撑。 直接转运应用现在越来越广，因为它减少了作业时间和成本，并提高顾客服务水平，例如美国 1995 年统计约有 75% 的食品仓库和配送中心将来自供应商的产品直接转运到零售食品店。 24 发货 (Shipping) 发货作业包括拣选出的产品在发货区暂存，配货整理后搬运到运输车辆内，库存记录的调整和发货记录的检查。 也包括分类整理和包装作业，如货物放于箱盒等容器中，置于托盘上、捆扎加固、张贴发货标签和包装单等。 25 2 ．储存 存储是商品在等待需求前的实际存放。 存储的形式与存储货物的尺寸、数量，以及产品搬运特性或容器有关。 储存按时间长短分为临时的和持久的。 临时储存强调仓库的移动功能，仅储存基本库存补货所必需的货物数量。具体数量由物流系统的设计、提前期和需求三者综合决定。直接转运的目标就是只用临时储存。 持久储存是指超过正常补货数量的，即安全库存或缓冲库存。需要持久储存的条件常有季节性需求、不确定的需求、水果和肉类等保鲜产品、预期购买和数量折扣等。 26 3 ．信息交换 信息交换总是伴随着仓库的移动和储存功能，仓库作业管理总需要时间性强的精确信息，如库存水平、吞吐量、储位信息、进出货信息、空间利用率等。 现在企业越来越依赖于电子数据交换 EDI 、 Internet 、条码和 RFID 等技术所提供的计算机化的信息来提高信息交换的速度和精确率。 尽管企业都试图减少纸面的信息流，但纸面信息还是很多的，企业建设的各种仓库管理系统就是想尽可能地将这些日常管理功能自动化。 成功的仓库功能总是想减少检查作业，但是在仓库运作中误差和差错总是难免的，因此需要定期盘存，以提高信息的准确性。 27 仓库中重要的是消除无效的移动、储存和信息交换，这有多种表现形式，如： 多余或过度的搬运； 平面面积和立体空间的利用率低； 过时设备所造成的过量维护成本和停工检修时间； 陈旧的收发站台； 落后的计算机信息处理系统。 现代的市场竞争要求仓库有精确的处理、储存和检索系统，以及改进的包装和发货系统，从而仓库要将人工操作和自动化系统优化组合。这也是对仓库规划和设计提出的高要求。 28 7.1.3 仓库规划 仓库规划的内容包括仓库选址、确定仓库的大小和数量和仓库的布置与设计。 仓库的主要作用是服务，服务于生产、服务于消费，因此提高对客户的服务水平，选址问题是首要的问题。 但决定仓库选址之前要考虑这样的问题： 需要建多少仓库？ 每个仓库建在什么地方？ 规模大小是多少？ 对于一些大企业，仓库可能很多，但分散的仓库使得每一个仓库规模都很小，利用率和效率都难以保证，且难以达到物料搬运设备和自动化仓库的经济应用规模。现在的趋势是集中，例如引导案例中海尔的例子。 我们应当根据生产厂的地址、客户服务基础和要求、租用费用、建造费用等因素综合考虑。 29 一个好的仓库规划应当能够增加产出、改善物流、降低成本、提高顾客服务水平和提供更好的工作条件。 或者说达到空间利用、设备利用和劳动力利用的最大化、所有物料容易接近和所有物料得到最大保护的目标，这就要求有正确的规划程序和方法。 系统布置规划程序和方法对仓库这类设施也适用。对仓库的 PQRST 分析是十分必要的。 P ：仓库要存放的物品有哪些，有多少类型、采用什么包装、储存有什么要求，这些数据确定了收发、储存等作业区的总体类型； Q ：仓库总的吞吐量是多少，各物品有多少数量，这些数据确定了仓库的大体面积； R ：包括物品移动路径，与 P 一起确定了搬运设备的选择，和仓库通道的设计。 S ：辅助设施对仓库功能的完成也很重要， T ：而时间性更是仓库设计要着重考虑的因素，例如现在竞争激烈和顾客服务的要求的快速反应使得仓库必须采用自动化设施设备才能达到快和准的基本要求。 30 仓库布置由如下因素决定： 存储物品类型、 可用空间、 高度、 库存周转周期、 存取量、 仓库周围交通布置等。 总体布置要根据仓库的作业功能对作业区作出适当划分，如分为 物料存储区、 收货作业区、 分拣作业区、 发货作业区等， 然后分析这些作业单位的物流关系，以此来确定相对位置。 31 但是仓库布置作为服务系统的一类布置问题，有它的特殊性。 仓库规划设计中物流的因素很重要， 解决如何存，如何流的问题是主线， 因此首先要考虑存储方式和空间利用，然后与总的吞吐量和平均库存量结合确定仓库模型。 32 7.2 仓库布置设计 7.2.1 存储方式与空间 货物在仓库的存储方式主要有以下三种： 散放。 堆码。 货架储存。 33 散放 散放是最原始的方式，空间利用率低，且散放活性系数为 0 ，极不便于搬运作业，是应当尽量避免的。 但是如果仓库进出货采用人工搬运方式（这在我国还很常见），收发货暂存区域就会存在散放，因此在人工搬运为主的仓库中，确定暂存区大小时要予以考虑。 34 堆码 仓库存放的物品多种多样，包装材料及规格是多种多样的，散装物料形状更是各异，因此堆码有多种形式，如重叠式堆码、交错式堆码、悬臂式堆码、宝塔式堆码和散装物资的特殊堆码方式，其示意图如下。 堆码的空间利用率也不高，而且不能满足先进先出这一存储的基本目标。 35 货架储存 这是现代仓库储存的主要方式，它很好地解决了空间利用和先进先出两个问题。 从前面第 5 章可知货架形式多样，要根据具体物料特性和库存出入量选择合适的货架，以及配套的搬运方式。 货架和搬运设备结合就确定了面积要求，我们将在后面详细讲述。 36 储存货物的空间叫储存空间，储存是仓库的核心功能，储存区域规划的合理与否直接关系仓库的作业效率和储存能力。 在进行仓储区域的空间规划时，应先求出存货所需的空间大小，并考虑货物尺寸及数量、堆码方式、托盘方式、托盘尺寸、货架货位等因素，然后进行区域的空间规划。堆码方式、托盘及货架的关系直接影响到空间的利用。 37 7.2.2 空间利用 1 ．蜂窝损失 分类堆码时计算面积要考虑蜂窝损失。以图所示的分类堆码为例，图 a 为一个通道各有一排货物，每排货物有若干列，而每一列堆码四层。 如果在一列货堆上取走一层或几层，只要不被取尽，所产生的空缺不能被别的货物填补，留下的空位有如蜂窝，故名蜂窝形空缺，它影响了库容量的充分利用。 38 蜂窝损失空缺系数的计算如下。 空缺系数 H 的期望值为 式中 n — 一列货位堆码货物件数； i = 0, 1, 2, … 。 39 例 7-1 求左图中的蜂窝损失空缺系数。 解：图中一列货物可能有四种状态：只堆 1 、 2 、 3 或 4 层，因此相应的空缺数分别为 3/4 、 2/4 、 1/4 和 0 。设 4 种状态的出现概率都是 1/4 ，则空缺系数 H 的期望值 同理对右图中可算出为 0.4375 。 40 2 ．通道损失 通道损失则是由于通道占据了有效的堆放面积，无论分类堆码，还是货架储存，都存在通道损失。若不考虑通道深度方向的情况，通道损失可用下式计算 L a = W a / ( W a + 2 d ) (7-2) 式中 W a —Width of asile 通道宽度， d —depth 货堆深度。 41 2 ．通道损失 如下图 a ，托盘深度为 1m ，叉车作业通道宽度为 3m ，则通道损失为 3/5 ，即 60% 。可见通道损失之多。 为降低此损失，可以增加货位深度，如图 b 堆两排，通道损失降到 0.429 ，但此时增加了蜂窝损失。 42 对于常见的选择式货架来说，堆垛深度最多两排，即双深式货架，此时可配用带伸缩叉的叉车。但出入库和装卸搬运等操作不太方便，需要全面考虑，具体参见后面案例。 通过上述典型计算，在货物不同深度时的通道损失、蜂窝损失及总空间损失见下表 7-1 。 可见，货堆越深，通道的损失越小，虽然蜂窝形的空缺损失增大，但总的库容量损失有所减少。 平面损失率很大，要提高空间利用率，只有往高度发展和降低通道宽度，这也是高层自动化立体仓库发展的一个原因。 43 例 7-2 某种货物 C 为木箱包装形式，尺寸（长 × 宽 × 高）为 1000×600×700mm ，箱底部平行宽度方向有两根垫木，可用叉车搬运，在仓库中堆垛放置，最高可堆 4 层。 C 货物最大库存量为 600 件，请考虑通道损失（设叉车直角堆垛最小通道宽度为 3.6m ）和蜂窝损失确定其需要的存储面积。 44 例 7-2 解：货物堆垛 4 层，实际占地面积为 1.0×0.6×600/4=90m2 。 一般叉车货叉长达 900~1000mm （参见图 5-33 ），因此堆码时一次可以叉两件 C 货物。则通道分类堆垛方式为每通道两边至少各有两排货物。 若按货堆深度两排计算，此时通道损失由公式 (7-2) 可算出 La =3.6/(3.6+2×(0.6×2))=0.6 ，但取出货物时一般是一件一件取，则蜂窝损失为一列 8 件计，由公式 (7-1) 可算出蜂窝损失空缺系数 E ( H )=7/16=0.4375 ，则由公式 (7-3) 折合后的蜂窝损失为 0.4375×(1-0.6)=0.175 ，合计损失为 0.6+0.175=0.775 。故需要的存储面积为 90/(1-0.775)=400 m2 。 45 例 7-2 解：货物堆垛 4 层，实际占地面积为 1.0×0.6×600/4=90m2 。 若货堆深度更多，如 4 排，则 La =3.6/(3.6+2×(0.6×4))=0.429 ，蜂窝损失为一列 16 件计，蜂窝损失空缺系数 E ( H )=15/32=0.46875 ，合计损失为 0.429+0.46875×(1-0.429)=0.697 ，故需要的存储面积为 90/(1-0.697)=297 m2 。 46 47 3 ．充分利用空间的因素 仓库设计布置的一个重要原则是利用空间，因此要考虑以下因素： 1 ）空间的保持。空间的保持包括最大限度地将空间集中和立体空间的利用，以及将蜂窝损失降到最低。 2 ）空间的限制。空间的利用受到结构钢架、喷水消防装置、顶棚高度、地面载荷强度（对多层货架特别重要）、立柱以及物料安全堆放高度的限制。 3 ）易接近性。过分强调空间利用可能会导致不易接近物料。通道的设计必须足够宽，以便于物料搬运。而且每一个存储孤岛的接触面都应有能进入的通道。所有主要通道都应是直的，可通向门；通道的方向应能使大多数物料沿存储区的最长轴线存放；且通道应考虑两面作业，不应沿墙设置，除非这面墙有门。 4 ）储存策略也称存储原则，指的是安排货物在仓库储存区域存放位置的方法和原则，它影响仓库存储区的设计。常见储存策略有定位储存、随机储存、分类储存和分类随机储存。在选择货物存放位置时应考虑的问题有：根据货物的特性选择储区，大批量选大储区，小批量选小储区，体积大、笨重的储于重型货架并接近发货区；轻量货物储于上层货架；相同或相似的货物尽可能靠近储存等。良好的储存策略可以减少出入库移动距离，缩短作业时间，充分利用储存空间。 48 7.2.3 库容量与仓库面积 1 ．库容量 仓库规模主要取决于拟存货物的平均库存量。 货物平均库存量是一个动态指标，它随货物的收发经常发生变化。 作为流通领域的经营性仓库，其库存量难以计算，但可以确定一个最大吞吐量指标； 作为制造企业内仓库，可根据历史资料和生产的发展，大体估算出平均库存量，一般应考虑 5~10 年后预计达到的数量。库存量以实物形态的重量表示。 在库存量大体确定后，还要根据拟存货物的规格品种、体积、单位重量、形状和包装等确定每一个货物单元的尺寸和重量，以此作为仓库的存储单元 (Stock Keeping Unit, SKU) 。 仓库存储单元一般以托盘或货箱为载体，每个货物单元的重量多为 200~500kg ，单元尺寸最好采用标准托盘尺寸。 对托盘货架仓库以托盘为单位的库存量就是库容量，它可用来确定库房面积。 49 2 ．面积计算 库房面积包括有效面积和辅助面积， 有效面积指货架、料垛实际占用面积； 辅助面积指收发、分拣作业场地、通道、办公室和卫生间等需要的面积。 面积计算方法一般有两种：直接计算法和荷重计算法。 直接计算法是直接计算出货架、堆垛所占的面积和辅助面积等，然后相加求出总面积。 荷重计算法是一种经验算法，它根据库存量、储备期和单位面积的荷重能力来确定仓库面积，在我国计划经济时代应用较多，但因为现在储备期时间大为缩短和采用货架、托盘后货物的单位面积荷重能力数据大为改变，应用较少。 面积较难计算时，还可以类比同类仓库面积，比较类推出所需面积。 直接计算法面积的计算与库内货物存储方式、存取策略、空间利用、装卸搬运机械的类型以及通道等有关，在设计时应根据实际情况具体计算。 50 例 7-3 某金属材料仓库库存量为 500 吨，全部采用行车搬运集中堆垛存储，垛长 6m ，垛宽 2m ，垛高 1.5m ，考虑蜂窝损失后，空间利用率为 0.7 ，材料比重为 7.8t/m 3 。求面积。 解：计算料垛所占用的总面积为： S =500/(1.5×0.7×7.8)=61m 2 在同一库内的不同物料应分别计算，分类堆垛，求和后，再考虑通道损失，得最后面积。 51 例 7-4 采用货架存储的直接计算以托盘为单位，要确定货架货格尺寸，货架排列和层数，再确定面积。 某仓库拟存储 A 、 B 两类货物，包装尺寸（长 × 宽 × 高）分别为 500×280×180mm 和 400×300×205mm ，采用在 1 200×1 000×150mm 的标准托盘上堆垛，高度不超过 900mm 两类货物最高库存量分别是 19 200 和 7 500 件，采用选取式重型货架堆垛，货架每一货格存放两个托盘货物。 作业叉车为电动堆垛叉车，提升高度为 3 524mm ，直角堆垛最小通道宽度为 2235mm 。 试确定货架长宽高、层数和排数（叉车、货架详细参数见第 5 章），并计算货架区面积。 52 解： 1 ）计算 A 、 B 两类货物所需的托盘存储单元数。 对 A 类货物， 1200×1000 托盘每层可放 8 件（不超出托盘尺寸），可堆层数为 (900-150)/180=4.17 ，取整即 4 层，故一托盘可堆垛 32 件。库存量折合 SKU 为 19200/32=600 托盘。 同理对 B 类货物，每托盘可堆垛 30 件，共需 250 托盘。 A 、 B 共需 850 托盘。 2 ）确定货格尺寸 因每货格放 2 托盘，按第 5 章图 5-32 所示的托盘货架尺寸要求，确定货格尺寸为 2 750mm （含立柱宽度 50 ）长， 1 000mm 深， 1 100mm 高（含横梁高度）。 3 ）确定货架层数 由叉车的提升高度 3 524mm 确定货架层数为 4 层，含地上层。 53 4 ）确定叉车货架作业单元 由于叉车两面作业，故可以确定叉车货架作业单元，见图。该单元共有 16 个托盘，长度为 2.75m ，深度为两排货架深度 + 背靠背间隙 100mm+ 叉车直角堆垛最小通道宽度  即 D =2×1m+0.1m+2.235m=4.335m 取 4.4m 面积 S 0 =2.75×4.4=12.1m 2 。 54 5 ）确定面积 由总 SKU 数除以叉车货架作业单元得所需单元数，再乘单元面积即可得货架区面积（包括作业通道面积），即 单元数 =850/16=53.125 取不小于的整数得 54 个 故面积 S =54× S 0 =54×12=648 m 2 。 6 ）确定货架排数 货架总长和排数与具体的面积形状有关。对新建仓库则可以此作为确定仓库大体形状的基础。本例 54 个单元，按 6×9 得货架长 9 个单元，即长 9×2.7=24.3m ，共 6 个巷道， 12 排货架，深 6×4.4=26.4m 。深度比长度大，不符合货架沿长方向布置的原则。可考虑用 4 巷道，取 4×14=56 ，此时长度为 37.8m ，深度为 17.6m ，如下图所示。设计时还要进一步放为整数，如 39m×18m 。 55 56 7.2.4 库房布置设计 1 ．库房设计 由上述直接计算法得出存储的有效面积后，加上必要的辅助面积，就可得仓库总面积，以此可作库房设计。库房的长度与宽度（跨度）与库房面积有关，在确定的面积下，长宽可以有无数种组合，但设计要按优先比例选取，一般如下表 7-2 所示。 57 确定了宽长比后，选定宽度，再定长度。如库房需要面积 800m2 ，取宽长比 1:4 ，则算出宽度取 14m ，长 56m 。 长宽尺寸还要符合建筑标准 GBJ-2-86《 建筑模数协调统一标准 》 ，该标准规定了基本模数 M 0 =100 mm ，倍模、分模优选 M 0 /10 ， M 0 /5 ， M 0 /2 ， 1 M 0 ， 3 M 0 ， 6 M 0 ， 15 M 0 ， 30 M 0 ， 60 M 0 。如库房柱距应采用 6m ，当库房跨度≤ 18m 时，跨度应为 3 m 的倍数，当库房跨度 >18 m 时，跨度应为 6m 的倍数。故常用库房跨度 6m, 9m, 12m, 15m, 18m, 24m, 30m 。 如上例，按建筑模数修正为 15m×54m 或 15m×60m ，总面积超出一点是可以的，因为还有许多其他因素没有考虑，应留有余地。 58 2 ．收发站台设计 收发站台 (dock) 主要用于货物的装卸暂放。而且因为仓库是一个动态系统，进出频繁，需要专门考虑系统进出两端，也即收发站台的设计。收发站台的设计我们将在第 8 章中详细讲述。 现代仓库和物流中心进出货频繁，收发货作业离不开门，库门也是站台设计布置时必须考虑的问题。为满足收发作业要求，我们还要考虑门的数量，请见下例。 59 例 7-5 某仓库每年处理货物 6 百万箱，其中 70% 的进货是由卡车运输的，而 90% 的出货是由卡车运输的。 仓库每周工作 5 天，每天 2 班。对于进货卡车，卸货速度是每工人小时 200 箱，而出货上货的速度是 175 箱 / 人时。进出货卡车满载都是 500 箱。 考虑进出货并不均匀，设计加上 25% 的安全系数。试确定仓库收发货门数。 60 某仓库每年处理货物 6 百万箱，其中 70% 的进货是由卡车运输的，而 90% 的出货是由卡车运输的。仓库每周工作 5 天，每天 2 班。对于进货卡车，卸货速度是每工人小时 200 箱，而出货上货的速度是 175 箱 / 人时。进出货卡车满载都是 500 箱。考虑进出货并不均匀，设计加上 25% 的安全系数。试确定仓库收发货门数。 解： 1 ）确定进货需求 a. 年卡车进货量为卡车进货百分比乘总进货量，即 70%×6 000 000 =4 200 000 箱 b. 则年进货卡车次数（假定满载）为 4 200 000/500=8 400 次 c. 每一卡车货卸货作业时间为 500/200=2.5 小时 d. 则年总进货卡车次数所需作业时间为 8400×2.5=21 000 小时 2 ）确定出货需求 a. 年卡车出货量为卡车出货百分比乘总出货量，即 90%×6 000 000 =5 400 000 箱 b. 则年出货卡车次数（假定满载）为 5 400 000/500=10 800 次 c. 每一卡车货上货作业时间为 500/175=2.85 小时 d. 则年总进货卡车次数所需作业时间为 10 800×2.85=30 780 小时 3 ）计算总共作业时间 进、出货合计作业时间为 21 000+30 780=51 780 小时， 加上 25% 安全系数为 51 780×(1+25%)=64 725 小时 4 ）每年工作时数 52 周乘每周工作天数乘每天工作时数，即 52×5×8×2=4 160 小时 5 ）需要门数为总作业时间除年工作时数，即 64 725/4 160=15.5≈16 故仓库需要 16 个收发货门。 61 3 ．通道设计 通道设计也是仓库规划的重要内容。通道布置的合理与否，将影响仓库作业和物流合理化，以及生产率的提高。通道设计不合理，会造成作业场地的拥挤、阻塞、生产不安全、甚至影响机械作业率。 出入库通道连接仓库收发站台和外部道路，是仓库的出入口。根据运输方式不同，对有铁路专用线的入库区，铁路专线的长度应根据出入库物料的数量和频度来确定，线路的宽度及两边的留量应根据铁路有关规定执行。对一般的汽车通道，应根据运输量、日出入库的车辆数量、机动车辆的载重量、型号等来设计道路的宽度、地面承载能力等。库区的出入口，即站台，应按作业流程设计，做到物流合理化。 库房通道。一般库房通道应设有纵向或横向的进出库通道，大型库房还应同时设纵向和横向进出库通道。 库房内各作业区之间还应留有作业通道，通道的宽窄应根据装卸搬运机械的类型确定。例如叉车作业通道的详细内容请见第 5 章，通道和道路设计详见第 8 章。 62 4 ．物流动线 仓库布置要考虑物流模式，我们在第 4 章所介绍的直线型、 L 型、 U 型和 S 型（参见图 4-6 ）还适用。 为更好地表示仓库作业时物料、设备和人员移动的方式，我们用动线表示商品、设备（包括货品箱、托盘、料箱等）、废弃物和人员的移动路线。 布置要求全部动线完整、合理，物料、设备和人员等不能发生阻断、迂回、绕远和相互干扰等现象。 根据这一要求，可以在仓库或物流中心平面布置图上布置动线，就成为图 7-8 所示的动线图。 63 64 7.3 自动化立体仓库 AS/RS 自动化立体仓库又称立体仓库或高架仓库、自动存取系统 (Automatic Storage & Retrieval System, AS/RS) ，它一般指采用几层、十几层甚至几十层高的货架，用自动化物料搬运设备进行货物出库和入库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间进行储存，故形象地称为立体仓库。 65 7.3.1 概述 自动化立体仓库一般由高层货架、物料搬运设备、控制和管理设备及土建公用设施等部分组成。自动化立体仓库不仅是过去那种只有建筑物的仓库，还具有在分拣、理货的同时不需直接人工处理就能自动地存储和取出物料的仓库。它使用多层货架、能在巷道内的任何货位存储并取出货物的搬运车，以及计算机控制和通信系统，有的系统可以直接与其他生产控制系统相联。 66 自动化立体仓库是一个复杂的综合自动化系统，也是生产物流的重要组成部分。 随着现代工业生产的发展，柔性制造系统、计算机集成制造系统和工厂自动化对自动化提出了更高的要求，搬运仓储技术要具有更可靠、更实时的信息。 工厂和仓库中的物流必须伴随着并行的信息流，信息技术深刻地影响着自动化仓库的发展进步。 搬运设备是自动化仓库中的重要设备，它们一般是由电力来驱动的，通过自动或手动控制，实现把货物从一处搬到另一处，如自动导引小车和有轨台车等。 输送设备也是立体仓库中不可缺少的设备，它具有把各物流站点衔接起来的作用。常见的输送设备有辊式、链式、轮式、带式、滑板式输送机等多种形式。 67 7.3.2 自动化立体仓库的优点 20 世纪 50 年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的仓库， 50 年代末到 60 年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机。 1963 年美国首先在仓库业务中采用计算机控制，建立了第一座计算机控制的立体仓库。 目前，全美投入运营的自动库约有 30 万个。 1980 年我国自行研制了第一座自动化立体仓库投入使用。之后，立体仓库在我国得到了迅速的发展。 这些仓库使用在机器制造业、电器制造业、航空港、轻工和化工企业、商储业、军需部门等。目前国内对立体仓库的需求正不断增加。 历史和现实已充分证明，使用自动化立体仓库能够产生巨大的社会效益和经济效益。 68 自动化仓库的优点，本章开头海尔引导案例就是明证。下面再总结如下： 1 ）立体仓库能大幅度地增加仓库高度，充分利用仓库面积与空间，减少占地面积。 2 ）便于实现仓库的机械化、自动化，从而提高出、入库效率，降低物流成本。 3 ）提高仓库管理水平。借助于计算机管理能有效地利用仓库储存能力，便于清点盘存，合理减少库存，节约流动资金。自动化仓库的信息系统可以方便地融入到整个企业资源管理系统中，使企业物流更为合理化，减少了非增值物流过程。。 4 ）由于采用货架储存，并结合计算机管理，可以容易地实现先进先出的出入库原则，防止储存原因造成的货物损失。 5 ）采用自动化技术后，立体仓库能适应黑暗、有毒、低温等特殊场合的需要。 6 ）自动化仓库都有仓储信息管理系统 WMS ，数据及时准确，便于企业领导随时掌握库存情况，根据生产及市场状况及时对企业规划做出调整，提高了生产的应变能力和决策能力。 69 总之，自动化立体仓库的出现，使传统的仓储观念发生了根本性的变化。 原来那种固定货位，人工搬运和码放，人工管理，以储存为主的仓储作业已改变为自由选择货位，按需要实现先进先出的机械化、自动化仓储作业。 在提高储存效率的同时，借助自动库系统，还可以实现对货物进行自动拣选、组配；自动化立体仓库的出货管理可以实现按实际需求，将库存货物按指定的数量和时间要求自动送到合适的地点，满足均衡生产的需要。 可以说，立体仓库的出现使“静态仓库”变成了“动态仓库”。 70 7.3.3 自动化仓库的分类 自动化仓库是随着生产的不断发展和进步而变化的。物流系统的多样性，决定了立体仓库的多样性。作为一种特定的仓库形式，一般有以下几种分类方式。 按建筑形式分类：整体式和分离式。 按货物存取形式分类：单元货架式、拣选货架式。 按货架的形式分类：单元货格式货架仓库、贯通式货架仓库、旋转式货架仓库和移动式货架仓库。 按单元大小分：托盘式立体仓库 (Pallet-load AS/RS) 和小件立体仓库 (Mini-load AS/RS) 。 71 7.3.4 自动化仓库的发展趋势 随着企业在供应链存货控制上取得的持续进展，在目前的现代化企业中，大规模的仓储中心已较为少见。 企业更需要的是小型化、高反应速度和柔性的存货自动处理系统。 为适应工业的发展，自动库系统的高速小型化趋势越来越明显。 在堆垛机方面，具有新的物理外形和更高性能的设备不断出现；伴随着电子控制技术的进步，堆垛机在具有更高定位精度的同时，搜索能力和运行速度的提高使出入库操作周期大大缩短，从而获得了更大的生产能力。 72 自动化仓库发展的另一个发展重点是提高信息传输和处理速度，主要体现在广泛采用最新光电扫描技术，如采用射频数据通信技术，新的高效光通讯器件等来实现数据的采集、处理和交换能够在搬运工具与中央计算机之间快速进行，使物品的存取和发送情息做到快速、实时、可靠和准确。 现代信息技术的快速进步也给自动化仓库注入了新的发展活力。人工智能和专家系统大量运用到自动化仓库系统中。如高容错搬运系统、自诊断专家系统（远程异地诊断和维护）等已出现早部分复杂自动库系统中。 73 7.4 物流配送中心规划设计 配送中心就是从事货物配备（集货、加工、分货、拣选、配货）和组织对用户的送货，以高水平实现销售和供应服务的现代流通设施，它是物流中心的一种。 配送中心是基于物流合理化和发展市场两个需要而发展的，是以组织配送式销售和供应，执行实物配送为主要功能的流通型物流结点。 它很好地解决用户多样化需求和厂商大批量专业化生产的矛盾，因此，逐渐成为现代化物流的标志。 74 配送中心系统规划包括多方面的内容，应从物流系统规划、信息系统规划和运营系统规划三个方面入手。 物流系统规划 包括设施布置设计、物流设备规划和作业方法设计。 信息系统规划 也就是对配送中心信息管理与决策支持系统的规划，包括功能规划、流程规划和信息系统设计。 运营系统规划 包括组织机构、人员配备、作业标准和规范的设计。通过系统规划实现配送中心的高效化、信息化、标准化和制度化。 75 7.4.1 配送中心规划的要素和资料分析 1 ．配送中心规划的要素 配送中心作为一种特殊设施，它的规划在普通设施 SLP 法的 PQRST 要素上增加为 EIQRSTC 。影响配送中心系统规划的基础数据和背景资料，主要包括： 1 ） E——Entry ：指配送的对象或客户。配送中心的服务对象或客户不同，配送中心的订单形态和出货形态就会有很大不同。 2 ） I——Item ：指配送货品的种类。在配送中心所处理的货品品项数不同，则其复杂性与困难性也有所不同；其货品储放的储位安排也完全不同。另外在配送中心所处理的货品种类不同，其特性也完全不同。 3 ） Q——Quantity ：指配送货品的数量或库存量。这里 Q 包含三个方面的含义：一是配送中心的出货数量，二是配送中心的库存量。货品的出货数量的多少和随时间的变化趋势会直接影响到配送中心的作业能力和设备的配置。配送中心的库存量和库存周期将影响到配送中心的面积和空间的需求。 76 EIQRSTC 4 ） R——Route ：指配送的通路。物流通路与配送中心的规划也有很大的关系。规划配送中心之前首先必须了解物流通路的类型，然后根据配送中心在物流通路中的位置和上下游客户的特点进行规划，才不会造成失败的案例。 5 ） S——Service ：指物流服务水平。物流服务水平包括订货交货时间、货品缺货率、增值服务能力等，应该是合理的物流成本的下的服务品质。 6 ） T——Time ：指物流的交货时间。在物流服务品质中物流的交货时间非常重要，因为交货时间太长或不准时都会严重影响零售商的业务。 7 ） C——Cost ：指配送货品的价值或建造的预算。在配送中心规划时除了考虑以上的基本要素外，还应该注意研究配送货品的价值和建造预算。首先，配送货品的价值与物流成本有很密切的关系；其次，配送中心的建造费用预算也会直接影响到配送中心的规模和自动化水准，没有足够的建设投资，所有理想的规划都是无法实现的。 77 2 ．配送中心资料分析 要搜集、整理和分析上述七个要素的资料，可以采用定性和定量的方法，定量方法包括 储运单位分析、物品特性分析和 EIQ 分析 ，定性方法有作业时序分析、人力需求分析、作业流程分析、作业功能需求分析和业务流程分析。 物品特性是货物分类的参考因素，如按储存保管特性可分为干货区、冷冻区及冷藏区；按货物重量可分为重物区、轻物区；按货物价值可分出贵重物品区及一般物品区等。因此配送中心规划时首先需要对货物进行物品特性分析，以划分不同的储存和作业区域。 储运单位分析就是考察配送中心各个主要作业（进货、拣货、出货）环节的基本储运单位。一般配送中心的储运单位包括 P—— 托盘、 C—— 箱子和 B—— 单品，而不同的储运单位，其配备的储存和搬运设备也不同。因此掌握物流过程中的单位转换相当重要，需要将这些包装单位（ P 、 C 、 B ）进行分析，即所谓的 PCB 分析 。 78 EIQ 分析就是利用 E 、 I 、 Q 这三个物流关键要素，来研究配送中心的需求特性，为配送中心提供规划依据。 日本铃木震先生积极倡导以订单品项数量分析方法来进行配送中心的系统规划，即是从客户订单的品项、数量与订购次数等出发，进行出货特性的分析。分析的内容包括： 订单量（ EQ ）分析：单张订单出货数量的分析。 订货品项数（ EN ）分析：单张订单出货品项数的分析。 品项数量（ IQ ）分析：每单一品项出货总数量的分析。 品项受订次数（ IK ）分析：每单一品项出货次数的分析。 79 7.4.2 配送中心的设施规划 我们前面第 4 章所介绍的系统布置设计具有很强的实践性，同样也可应用于配送中心的系统布置中。 配送中心的系统布置就是根物流作业量和物流路线，确定各功能区域的面积和各功能区域的相对位置，最后得到配送中心的平面布置图。 图 7-9 是配送中心系统布置的一般程序。 80 81 流程分析 。搜集并分析了配送中心规划各项要素和资料后，就是流程分析。配送中心的主要作业活动包括入库、仓储、拣取、配货、出货、配送等，一些配送中心还具有流通加工、贴标签、包装及退货等作业。 在布置规划时，首先应将具有相同流程的货物作为一类（如 A 、 B 、 C 、 D…… ），分析每类物料的作业流程，作出配送中心作业流程表。 区域设置 。配送中心按功能可分为进货区、储存区、分拣区和其他功能区，在预定的空间内合理布置各功能区域的相对位置是非常重要的。 82 7.4.3 其他系统规划 配送中心整体规划过程中，拣选作业系统的规划是其中最重要的部分。分拣和拣选系统是配送中心劳动强度和差错率最高的作业，拣选作业系统规划是配送中心总体规划过程的重心，并且主导其它规划环节的进行。 主要工作包括：拣选方式的确定，即 PCB 分析；根据 EIQ 的分析结果确定不同的分拣作业方式；然后是订货拣选四种策略（见第 1 节）的综合运用，最后是拣选信息处理和拣选设备的选用。 物流信息系统是配送中心的灵魂，配送中心各项功能的实现都离不开信息系统。配送中心的信息系统包括仓库管理系统、运输管理系统 TMS 和配送中心管理系统。 仓库管理系统 (Warehouse Management System, WMS) 是用来管理仓库内部的人员、库存、工作时间、订单和设备的软件实施工具。 83 本 章 重 点 本章内容按仓库进化的先后分为三个层次，即仓库、自动化立体仓库和物流配送中心， 其中仓库规划设计是最基本的：仓库的分类和组成、仓库的作业功能、仓库规划、存储方式与空间、空间利用、库容量与仓库面积和库房布置设计。 仓库：平库、楼库、 AS/RS 或 HBW 、 DC 、 LC 仓库的主要作业功能：移动、存储和信息交换 移动：收发货、转运或入库、拣货和直接转运等。 84 仓储系统包括：存储空间、货物、仓储设施设备、人员、作业及管理系统等要素。 存储方式与空间：散放、堆码（分类堆垛）、货架存储 分类堆垛：蜂窝损失、通道损失、不能 FIFO 货架存储： FIFO 、通道损失 存储单元 (Stock Keeping Unit, SKU) 。 SKU 仓库存储单元，以 SKU 为单位的库存量就是库容量 面积计算：直接计算法是直接计算出货架、堆垛所占的面积和辅助面积等，计算与库内货物存储方式、存取策略、空间利用、装卸搬运机械的类型以及通道等有关 85 库房布置设计：货架长宽高、层数和排数、货格、叉车、货架作业单元、货架布置方向、长宽比、建筑模数。收发站台、库门、通道、物流动线。 自动化立体仓库的优点：空间利用高、自动化和信息管理 立体仓库的分类： 单元货架式、拣选货架式； 单元货格式货架仓库、贯通式货架仓库、旋转式货架仓库和移动式货架仓库 托盘式立体仓库 (Pallet-load) 和小件立体仓库 (Mini-load) 。 86 配送中心系统规划：物流系统规划、信息系统规划和运营系统规划。 物流系统规划 包括设施布置设计、物流设备规划和作业方法设计。 要素： EIQRSTC 、 EIQ 分析、 PCB 分析、流程分析（入库、仓储、拣取、配货、出货、配送等 ）、区域设置（进货区、储存区、分拣区和其他功能区） 物流信息系统： WMS 、 TMS 、 DCMS 87 习题 一个自有仓库的年吞吐量为 1 万件货物，平均每件货物的搬运费用为 0.01 美元 / 英尺。仓库的规模为 10 万平方英尺。以仓库周长计算的年建造和维护费用为 210 美元 / 英尺。装卸站位于仓库的一角。请问，该仓库最佳的长度和宽度是多少 ? 该设计的总相关成本是多少 ? 某库房实际需要库容量为 5 000 个货位，为为减少通道占用面积，采用一个通道两侧各有两排货物的布置形式，即双深式，蜂窝空缺和通道所造成的库容量损失为 0.569 ，试问该库房设计的库容量为多少货位？ 88 玛丽玫瑰化妆品公司的成品仓库采用的是 6 米高的托盘货架，由平衡重式叉车来存取货，货架通道宽度是 3.6 米。请问在不扩建仓库的情况下，可采用什么方法来增加库容量，以满足公司产品增加的要求？ 乔治公司仓库的有效空间是 150×275×30 英尺，容量可以满足目前公司年产量 25000 件的需要。该公司成品外尺寸为 15×25×12 英寸（ 1 英尺 =12 英寸），最大堆码高度为 6 层，仓库没有采用货架。现在公司产能提高了一倍，估计产成品也将增加一倍。请提出一个办法解决在仓库空间不变的情况下，翻番的成品库存问题。 89