仓库布局规划设计方法研究.docx

1、仓库布局规划设计方法研究1传统仓库布局方法及存在问题1.1传统仓库布局方法理论 仓库是对货物进行储存、保管的重要场所，是物流中心和配送中心的核心仓储要素，也是构成整条供应链和物流网络的重要节点，在现代城市和企业物流体系中发挥了非常重要的作用。如果由于仓库布局的不合理而影响了仓储物流的效率不仅会增加仓库的物流成本，而且会产生整个供应链和物流网络的瓶颈，增加社会物流成本，同时减弱仓储企业的竞争力。所以建设仓库之前，必须对其布局进行合理规划。 仓库布局规划就是在仓库在供应链中的位置和物流网络中的地位确定后，根据仓库建成后的主要货物货种和货物的存货量以及预测的各种货物的周转率等条件，通过对基础资料的分

2、析，确定仓库的类型和仓库的面积、仓库内所需的作业区以及各作业区的面积和作业区在仓库内的布置，在此基础上再确定仓库运作所需的人员和设备。仓库布局规划主要包含基本规划、详细规划和运作规划三个层次的规划，基本规划是对仓库的初步设计，确定仓库的总体规模和总体布局；详细规划是对仓库布局的进一步细化，确定各个作业区的具体布局、仓库内动线布置以及仓库的内部布置；运作规划主要确定仓库在具体的物流运作中针对仓库的布局所要采取的拣货、仓储等策略。仓库布局规划的最终目标就是有效的利用空间、设备、人员和能源，最大程度的减少物料搬运，缩短拣货作业流程，力求投资最低，进货、出货、拣货和储存四大主要部分协调配合，仓库各种功

3、能柔性化。为人员和设备提供合理的工作空间。要实现以上的目标就要综合运用运筹学、系统工程、工业工程以及数学理论等多种方法，同时做到宏观与微观相结合，将定性分析、定量分析和个人经验结合起来，同时将物流的观点作为仓库布局的出发点，并贯穿在区域布置的始终。1.2传统仓库布局的一般步骤 通常仓库的布局规划主要包括以下的步骤：图1 仓库规划布局的一般步骤（设施设备选用）1.3传统仓库布局的主要内容1、 仓库作业功能区域规划仓库作业功能区域规划主要确定仓库建成以后所需要具备的物流功能区域，是仓库布局规划的基础。一般来说，仓库通常包含以下的功能区域：装卸货平台、进货暂存区、理货区、库存区、拣货区、补货区、分类

4、区、集货区、流通加工区、出货暂存区、退货处理区、辅助作业区等，功能区域规划就是根据货物的种类、货物作业需求以及仓库的特殊要求，确定仓库建成后需要包含的物流功能以及相应的功能区域。2、 仓库作业功能区域面积规划功能区域面积规划主要研究在确定仓库所需的功能区域后，计算各个功能区所需的面积，对新建的仓库来说，通常需要概算建成后的物流量的要求，通过物流量来预测所需的功能区面积。通常有以下一些指标： 储存保管作业区单位面积作业量：0.70.9吨/平方米 收验货作业区单位面积作业量：0.20.3吨/平方米 拣选作业区单位面积作业量：0.20.3吨/平方米 配送集货作业区单位面积作业量：0.20.3吨/平方

5、米 辅助生产区域的面积是仓库面积的58通过以上的指标就可以概算仓库各功能区的面积以及总面积。3、 仓库作业区域能力规划 在确定作业区之后，根据其功能的设置，进行作业能力的规划。作业区能力的规划主要包含以下三方面的内容： 仓储区储运能力的规划方法：主要有周转率估计法和商品送货频率估计法 拣货区的储运能力规划 能力平衡分析4、 仓库物流作业流程、物流动线设计仓库内的作业流程主要包含以下6项内容：客户及订单管理、入库作业、理货作业、装卸搬运作业、流通加工作业、出库作业。比较典型的物流作业流程如图1所示。图1 典型物流作业流程 物流动线的选择与物流作业流程密切相关，它决定了物流作业的在仓库内的连接方式

6、和各种作业之间的位置关系，通常包括以下6种物流动线形式： 直线型：出/入口在仓库的相对面，无论订单大小与拣货品项多少，均要通过仓库全程。适合于作业流程简单、规模较小的物流作业 双直线型：出/入口在仓库的相对面，但具有两条通路。适合于作业流程相似，但有两种不同的进出货形态的物流形式 锯齿型：出/入口在仓库的不同侧面，路线成锯齿状，通常适应于多排并列的库存货架区内 U型：出/入口在仓库的同侧，可根据进出货频率大小，将物流量大的物品安排在靠近进出口端的储区，缩短这些物品的拣货搬运路线 分流式：适应于批量拣货的分流作业集中式：适应于因储区与物品特性，而把订单分解在不同区域拣货，然后再进行集货的作业5、

7、 仓库作业区域布置设计仓库作业区域布置设计是仓库布局规划的核心环节，它决定所需的存储区、拣货区、进货区等各个物流功能区域在仓库中的位置、各区域的物流关系，并确定合理的物流流程。目前，对仓库作业区域进行布置设计主要有三种方法： 动线布置法：动线布置法是以仓库内的物流动线形式作为布置的主要依据。主要包括两种方式，一种是流程式，首先确定物流配送中心内由进货到出货的主要物流动线形式，并完成物流相关性分析。在此基础上，再按作业流程顺序和关联程度配置各作业区域位置。即由进货作业开始进行布置，再按物流前后相关顺序按序安排各物流作业区域的相关位置；另一种是关联式，以整个仓库的作业配置为主，根据活动关联分析得出

8、各作业区域间的活动流量，各区域间的流量以线条表示。为避免流量大的区域间活动经过的距离太长，应将两区域尽量接近。 活动相关性布置法：是根据各区域的活动相关表进行区域布置的方法。首先汇总各个作业区的基本资料如作业流程与面积需求等，然后制作各个作业区的作业关联图，根据关联图的基本资料，选择与各部门活动相关性最高的部门区域先行置入规划范围内，再按作业关联图中的关联关系和作业区域的重要程度，以此置入布置范围内。 图形构建法：此方法与活动相关性布置法相似，所不同的是活动相关性布置是以作业区间接近程度（定性测量）作为挑选作业区的方法，而图形构建法则是以不同作业间的权数总和（定量测量）作为挑选作业区的法则。6

9、、 仓库物流通道和装卸平台设计通道设计主要是通道设置和宽度的设计，通道的正确布置和宽度设计将直接影响物流效率， 影响各物流作业区活动高效性、有序性和安全性，通道设计的主要考虑因素包括：通道形式、搬运设备的型号、尺寸、能力和旋转半径、储存货物尺寸、储存批量尺寸、储存区到进出口及装卸区的距离等等。装卸平台是物料在设施流通程序的起点和终点，它将物料在室内的流通与对外运输结合在一起，所以它必须与整个设施系统的效率相匹配，才能保持整个物流系统的高效性，装卸平台的设计主要包括以下个方面的内容： 装卸平台位置选择 装卸平台数量选择 装卸平台类型选择 装卸平台高度确定7、 仓库物流设施设备设计物流设施设备的设

10、计主要以功能需求、选用型号和所需数量等内容为主，主要包含以下设施设备的选用： 容器设施的选用 储存设备的选用 物料搬运设备的选用 订单拣取设备的选用 流通加工设备的选用 物流配合设备的选用8、 方案评价 方案评价是对多种仓库布局方案进行比较的评价方法，以定性的评价为主目前主要的评价方法包括： 优缺点列举法 因素分析法 点评价法 权值分析法 层次分析法 经济效益比较法1.4传统仓库布局方法存在问题从以上对传统仓库布局方法的描述可以看出，传统的布局方法在对仓库进行布局时存在以下的问题：1、 传统布局方法没有形成对不合理布局的预知能力传统布局规划设计方法从初始资料的分析到最终方案的确定的每一个步骤都

11、是以特定的理论为依据的，最终布局的合理与否也就取决于每一种理论对相应的问题描述的准确性，所以其中任何一个环节产生的误差都有可能被放大并且导致整个布局方案的不合理。也就是说，传统的仓库布局方法没有充分考虑仓库建成后可能产生的不合理的布局，没有形成对不合理布局的预知能力。同时考虑到仓库的基础设施的建设成本较高，而且一经建成就不能轻易修改，传统的布局方法就会存在较大的资金浪费风险。2、 传统布局方法是一种静态的布局方法仓库的能力不能满足峰值日的发货要求，由于拣货作业花费很多时间，不能满足发货要求，是仓库布局失败的两个主要表现，产生失败的主要原因是布局方法的静态化。传统的布局方法虽然已经考虑了仓库内的

12、物流作业流程，但在对仓库进行布局时，没有考虑各个作业流程的特殊要求以及各个作业区内部作业方式会对整个仓库布局产生的影响，也就说，传统的布局方式是就布局而布局，是一种静态的布局方法，由此导致的后果是：当仓库正式建成运作后，仓库的运作和仓库内作业区以及通道等设施的布局会产生较多的冲突，影响整个仓储物流系统的效率，并可能造成仓库布局的失败。3、 传统布局方法以定性方法为主作为仓库布局的核心环节，仓库作业区域布置的三种方法都是建立在对各个物流作业区的相关性分析的基础上的，然而相关性分析是一种以定性分析为主的方法，这就决定了仓库的布局存在着较大的主观因素；另一方面，仓库布局方案的评价方法目前也是以定性分

13、析为主，同样也不可避免的存在评价是否客观的问题。 综合而言，传统的仓库布局方法是一种比较合理的方法，但由于以上问题的存在，传统布局方法产生的布局方案还存在着资金浪费、运作效率低、运作成本高、仓库物流冲突点多等缺陷，这就严重影响了仓库布局方法的应用，所以迫切需要对传统布局方法进行针对性的改进，这就产生了虚拟化仓库布局方法。2 基于仿真技术的虚拟化仓库布局方法2.1虚拟化仓库布局方法特点针对传统的仓库布局方法存在的问题，本文提出了基于仿真的虚拟化的布局方法，所谓虚拟化的布局方法，就是通过系统仿真，反复模拟特定仓库布局方案下的仓库运作状况，通过对仿真动画的直接观察和仿真结果的定量和定性分析，提出该布

14、局方案的改进措施，并对方案进行不断的修正，最终获得较优的布局方案的仓库布局方法。虚拟化仓库布局方法的显著特点主要包括：1、 将系统仿真技术应用于仓库布局虚拟化布局方法最突出的特点是将数学规划法、统筹法和系统优化法等系统分析的方法与仿真技术相结合，形成对仓库进行形象化描述的系统仿真的方法。将系统仿真技术应用于仓库布局具有以下的优点： 具有可视性的特点，通过对模型的动画描述，更加直接的了解仓库的运作情况 有利于解决随即因素的影响 对仓库的运作进行足够长时间的模拟，有利于系统优化 具有柔性化的特点，系统参数改变简单，利于方案的比较2、 以定量为主，定性和定量相结合评价指标体系 与传统的布局方法相比，

15、虚拟化布局方法的另一个突出的特点是对布局方案的评价中定量化方法的使用比重大大提高。如上文所说，传统的布局方案评价方法如优缺点比较法、因素分析法等都是以定性分析为主的方法，通常根据设计者的经验对布局方案的优劣进行判断；虚拟化布局方法建立了一系列对仓库布局进行评价的指标，对每一个指标都设法通过数学模型进行描述，通过仿真的数量化的结果综合考虑方案的优劣。在以定量分析的同时，在虚拟化的布局方案的评价中，将定性的评价融入定量的评价中，使布局结果更接近实际情况。3、 对方案进行反复修正，逐步逼近最优方案虚拟化布局方法的第三个特点是：虚拟化布局方法对仓库布局的设计不是一步就到位的，通常是对初始方案进行若干次

16、修正，反复迭代后才得到一个较优的方案。对方案进行评价的目的就是寻找在该方案中的瓶颈环节，同时提出对这些瓶颈环节进行改进的措施，将这些措施带回原方案中，就会得到一个新的方案，利用仿真方法对新方案再进行评价，会发现新的瓶颈环节。也就是说，每一次的方案评价就是对原有方案进行改善的过程，这样在若干次的评价与修正后，所得的方案会越来越接近于最优的布局方案。4、 更加接近仓库实际的运作，降低了投资风险 虚拟化的布局方法将系统规划变成了仿真模型，通过运行模型，评价规划方案的优劣并修改方案。这样可以在系统建成之前，对不合理的设计和投资进行修正，避免了资金、人力和时间的浪费。也就是说，虚拟化的布局是“将明天的仓

17、库放到了今天”，通过改变参数对未来仓库的运作进行准确描述，有效的提高了仓库布局方案的可靠性，降低了投资的风险。5、 提供了将仓库中各个考虑因素有效结合的方法传统的仓库布局方法无法将仓库布局和仓库运作的各个因素放在一起统一考虑，而基于仿真的虚拟化布局方法既可以将仓库的运作包含在仓库布局中考虑，在仓库运作的各个环节中又可以将仓储、拣货、搬运以及加工等环节作为一个整体来进行研究。既可以对各个子系统建立独立的模型来研究其它系统对该系统的影响，又可以将各个子系统整合为一个整体，从整个仓储物流系统的角度来选择仓库运作的合理策略选择。2.2虚拟化仓库布局步骤1、 根据传统的布局方法确定初始的布局方案虚拟化的

18、布局方案的初始方案的确定与传统的布局方法确定初始布局方案的方法基本上是一致的，即通过收集、分析与仓库建设相关的资料，确定仓库需要具备的物流功能、物流功能区域的作业能力和面积、仓库的物流流程，通过相关性的分析，确定各个功能区在仓库内的位置，并合理配置仓库的通道、装卸平台和工作人员及设备。这一步的主要目的是为后面的仿真提供一个初始的布局方案，是仿真运行和评价的基础，所以初始方案也要尽量做到合理，减少方案评价的工作量。初始方案确定后，将明确以下的基础资料和设计结果： 储存的主要商品类型、货物数量、货物特性和储存形式及其变化趋势 订单的品项和数量及其变化趋势 仓库内具备的功能分区 各个功能区的作业能力

19、及功能区面积 各个功能区在仓库内的布局，包括物流通道的布置和装卸平台的设计 仓库内一般的作业流程 仓库内配备的设备和人员2、 确立合理的算法和假设条件初步的仓库布局方案的确定勾勒出仓库的总体框架，接下来的任务就是将初步的布局方案在仿真模型中准确的表达出来，并对方案进行评价。但由于新建仓库通常存在若干的不确定因素，所以需要借助一系列合理的算法和假设来对这些不确定因素进行模拟，同时尽量简化问题，因此，算法和假设条件的合理与否是仿真模型准确与否的关键因素之一，在建立算法和假设的过程中通常需要借鉴其它类似仓库的经验数据，同时要借助于概率论等数学体系。3、 确立对方案进行评价的指标体系对仓库布局方案的评

20、价主要是通过建立指标体系来实现的，评价指标主要包括总体的布置评价指标、主要作业区能力评价指标、运行评价指标和费用评价指标，每一类指标中都包含定量和定性两方面的指标。其中总体布置评价指标主要评价各个作业区布置的合理性、通道的布置合理性等方面；作业区能力评价指标主要评价各个作业区的面积是否合适、作业区的作业能力以及作业效率；运行评价指标主要评价整个仓储物流的运行效率、人员和机械运行流畅性等方面；费用评价指标主要评价在特定仓库布局条件下的仓库初期建设成本和运营成本。4、 对布局方案进行仿真以初步设计的方案为基础，根据仓库布局及算法假设，同时本着尽可能多的体现和包含评价指标的原则，利用仿真软件对布局方

21、案进行仿真。对于一般的仿真来说，仿真的时间是可以任意长的，而且只有经过长时间的仿真，才能排除随机因素的影响，得到比较客观的结果，所以在对仓库的布局方案进行仿真时，仿真的时间通常选择一个月、一个季度甚至一年。5、 根据仿真结果，分析方案的优劣在虚拟化仓库布局方法中，对布局方案的评价通常采用两种方法：一是直接观察的方法；二是定量与定性相结合的指标评价方法 仿真过程的直接观察法利用仿真模型的直观性的特点，在对仓库的布局进行仿真的过程中，直接观察仓库内物流系统的运行效率、运行的顺畅性，找出比较明显的瓶颈环节。 指标评价方法通过研究仿真结束后的评价指标，找出仓库布局的不合理环节，找出相对过大和过小的指标

22、，如找出作业能力不足以及过剩太多的作业区，成本过大的环节，影响物流效率最大的因素，人员和设备的配备数量是否合适等。6、 对系统的瓶颈进行分析，提出改进方案通过对仿真模型的直接观察和对指标的评价，可以分析出影响仓库内物流效率的环节、物流设备和人员配备的满足率、各作业区之间衔接的顺畅性、作业区作业能力的满足率以及增加仓库运营成本的因素等，对产生瓶颈环节的因素进行分析，并有针对性的提出改进方案，通常考虑的改进方案包括： 调整作业区间的位置关系 调整作业区内部的布局方式 调整作业区的形状 改变作业区的面积分布 调整作业区间的通道尺寸及通道布置 调整出入库站台的数量 调整人员和设备的配备数量7、 将改进

23、方案带入仿真模型中，进行反复修正，获得较优方案对方案改进后，将仓库中作业区布局的调整以及各参数的改变重新体现在仿真模型中，建立新的布局方案的仿真模型，并进行仿真，得到新的仿真结果，然后重复第5步，对新的方案进行评价，如此反复修正，最终的到符合要求的较优的布局方案。 虚拟化布局方法的步骤如图3所示，值得注意的是，虚拟化布局方法虽然在布局手段和评价方法中都有很大的改进，但这并不意味着所得的方案是最优方案，或者可以说，仓库布局没有最优方案，只能根据仓库布局的实际要求选择较为合理的方案。 图3 虚拟化布局方法步骤2.3虚拟化仓库布局中的关键问题1、 仓库布局的算法确立 订单到达及订单品项数量的概率分布

24、在仓库的初步设计阶段，订单的品项和数量及其变化趋势是进行仓库布局设计的重要基础数据，已经有了定量的描述。为了如实的在仿真模型中反映订单的品项和数量，必须使用合理的算法来模拟订单的到达以及每笔订单的货物数量。概率论的模型是描述订单特性的重要工具，通常，订单的到达服从泊松分布，即在一天内的某一时段，到达k（k0,1,2,）个订单的概率为：在该时间段内订单到达的平均值为。每一订单中包含的货物品项服从负二项分布，即在某一个订单中包含k（kr,r+1,r+2）项货物的概率为：平均每一个订单包含的货物品项数为个。 车辆到达及每一车辆货物数量的概率分布货物到达及到达数量的概率分布与订单到达及订单品项数量的概

25、率分布基本一致，即车辆的到达服从泊松分布，每一辆车的货物数量服从负指数分布，但分布函数中的变量值、r和p的值不相同。 装卸货人员和设备的平均卸货时间在仓库作业中，通常包括以下两个方面的装卸货作业：对进货和发货车辆进行的装卸货作业和对仓储区的货架进行的装卸货作业。装卸货作业的时间与其它仓储作业时间相比较小，而且作业时间通常都比较接近，即作业时间的波动较小，所以在仿真中用三角分布来模拟人员和设备的装卸货作业，其概率密度函数为：在三角分布中，装卸时间的最大最小值分别为b和a，最有可能值为m，平均值为。 作业区之间货物搬运的时间在仓库作业中，货物的搬运占用了大多数的作业时间，它贯穿了从进货、存储、拣货

26、、加工以及出货的整个作业流程。目前仓储的搬运活动大多以人控的搬运车辆为主，辅以人力搬运，一般来说，搬运车辆的速度都是比较稳定或者接近于恒定的速度v，而且加速和减速的时间都比较短，可以不考虑。这样，仓库内货物搬运的时间就只与搬运的距离l有关，只要知道了各个作业区之间的距离，就可以估算出在作业区之间进行一次搬运的时间： 拣货作业的时间拣货作业的时间与上文提到的作业区之间货物搬运的时间不同，它是在仓储区和拣货区内部的作业时间，拣货作业时间可以分为拣取作业时间和分拣作业时间。拣取作业时间是指根据订单要求，从储存场所选出货物，并放置在指定地点的作业时间。拣取作业时间的主要时间是根据订单在仓储区依次拣取货

27、物的时间，主要包含两方面：在仓储区的移动时间和拣取货物的时间。这两方面在上文均已提到，拣取货物的时间即平均卸货时间，符合三角分布；在仓储区的移动时间主要与移动的距离和拣货人员和机械的移动速度有关，拣货人员和机械的移动速度通常是一个定值，所以拣货作业在仓储区的移动时间主要取决于对订单进行一次拣货所移动的距离。通常对订单进行拣货的过程看作为一个占有率问题，即从仓储区的m个货架上按照订单拣取n件货物的概率服从多项式分布：式中： ， 假设所拣货物存在于j个货架上，拣货经过的最后一个货架为第l个货架，这样通过初步布局中设定的货架的长度（）和宽度（）以及通道之间的距离（）就可以得到拣取作业在仓储取作业时间

28、的均值：分拣作业时间是指对拣选出的货物按照用户或配送路线要求进行分类集中所需的时间。这一作业时间与拣货的方式有关，在采用按用户订单进行单一拣选时，由于每次针对同一用户的需求进行拣选，所以可以在货物拣出后直接将货物集中在该用户的货位上，这样分拣作业与拣货作业是同步进行并完成的；如果采用批量拣货方式，集中将货物拣取出来，接下来就要将这些货物按照不同用户的需求量进行分配，分别放置在各指定的货位上，这样分拣作业就是拣取作业的后续作业，对分拣作业时间要进行单独的研究。当利用传送装置进行自动分拣时，分拣作业的时间主要取决于分拣系统的效率，即每小时能够分拣的货物的数量，这样，根据需要分拣的货物的数量就可以推

29、算出分拣的时间。当使用人力拣货时，也存在一个平均的分拣效率，同样可以根据分拣货物的数量估算出分拣作业的时间。假设分拣机械或人力的分拣效率为p，则分拣n件货物的时间就是： 需要加工的货物比例及加工的平均时间在仓库中，不是每一件货物在出库前都需要进行加工的，在对仓库布局进行初步设计时根据货物的特性，只有部分货物需要进一步的加工。对需要加工货物的比例的确定没有一种精确的方法，只能根据预测的仓库中的货物种类和数量，结合类似的仓库内的需要加工的货物比例定性的加以确定。仓库的货物加工基本上都是以货物的包装为主，对包装这样的加工时间主要取决于两个方面：一是货物的种类，决定了货物包装的难易程度；二是加工人员的

30、熟练程度，决定了包装的快慢。因此，对于同一种货物，加工的时间只取决于加工人员的熟练程度，对于熟练工来讲，这一时间趋于稳定，所以货物的加工时间也可以用三角分布来表示。 其它辅助作业时间仓库内的其它辅助作业包括订单的接受和处理作业、货物的检验作业、存货的查询作业、设备的维修保养作业等，这些作业的时间通常是非常随机和不确定的，而且通常是和仓库内的其它作业同步进行的，所以不对这些作业时间进行深入的研究，在需要使用时，将这些作业时间以定值处理。2、 评价指标体系的确立 总体的布置评价 仓库空间利用率仓储空间利用率指标是指仓库内目前利用的空间（包括作业区空间和通道空间）占仓库总空间的比例。通常在仓库中比较

31、合理的布局是尽可能多的使用仓库空间，但这并不意味着仓库空间达到100的利用率是最好的，在仓库的布局中，还要考虑为今后的发展预留的作业区空间以及为了工作人员工作的舒适性和安全性而设置的额外空间，所以仓库的利用率通常在一定的范围内。 仓库布置的清晰度仓库布置的清晰度指标是指仓库各功能区的形状及布局合理性的指标，以尽量避免类似蜂窝状的空间浪费和由于作业区布置太近而产生的物流不畅，仓库布置的清晰度指标通常用下式表示：其中：作业区的形状比例作业区的最短边长/最长边长 通道布置合理性 仓库内通道主要包括两种类型，一种是各个作业区间物料移动的通道，另一种是分布在作业区内部的物流通道。通道设计的目的是使仓储机械和人员在仓库内自由、高效的移动，并且尽量避免冲突和盲角以及减少所占有的空间。所以在对通道布置进行评价时主要考虑以下内容：1) 通道服务的作业区面积2) 到达作业区的简易性3) 到达同一作业区的可选路径4) 交叉点数量5) 作业区的形状考虑以上的内容，对通道系统进行评价的指标应包括：通道的服务面积通道系统所服务的总的面积/通道总长度；作业区的形状比例作业区的最短边长/最长边长；通道系统交叉点的总数。 主要作业区能力评价