仓库管理-储存系统规划教材(ppt 64页)

第七章 储存系统规划 参考文献 1罗纳德 巴罗 .企业物流管理 M.北京：机械工业出 版社， 2002. 2蔡临宁 .物流系统规划 M.北京：机械 工业出版社， 2005. 3王家善，吴清一，周佳平 .设施规划与设计 M.北京 ：机械工业出版社， 1995. 综述 仓储系统规划的要素构成 确定仓库 高度 确定仓库 长度与宽度 仓库的 空间布局 仓库的 站台设计 物料 存货布局 确定设施 规模 订货与捡货 操作 仓库选址 仓库系统 评价 确定设施的规模 确定设施的规模概述 规模简单地讲，就是指仓库建筑的总容积 长、宽和高。 存储设施的规模一旦确定，它就会在未来 20年或更长的时期内成为仓库运作的约束条件， 因为虽然内部布局可改变，但基础设施难以调整 ，所以，确定存储设施是设施设计决策中最重要 的部分。 一般说来，对仓库规模的规划不力要么导 致仓库的物料搬运费用大大提高（当容量小于需 求时），要么导致物流系统中不必要的空间浪费 。 影响规模决策的因素 影响规模决策的因素 1）物料搬运系统的类型 2）对巷道的要求 3）存货布局排列 4）对站台的要求 5）当地建筑规章 6）办公区域 7）货物吞吐量（当前和未来） 规模的起点是容纳仓库中各期存货所需要 的最小空间，其他因素对仓库规模的影响则表现 为，在这个库存决定的基础规模之上再增加容量 。 库存决定规模的两种类型 库存决定规模的两种类型 1）无趋势规模确定问题 在合理的时期内，空间需求没有显著变化 ，空间需求不可预测的情况。然而，随着年度内 库存货物的售出及补货的变化，在短期内，空间 需求会发生季节性变动。 2）有趋势规模确定问题 预期平均库存水平在数年内将有所变化的 情况下，确定仓库规模。 无趋势规模确定问题 仓储有两种基本选择 1）从公共仓库或允许分包的合同仓库租借库容空 间。 2）经营自有的或租赁的库容空间。 选择方法 如果库容需求波动较小，则进行成本比较。 如果库容需求波动较大，则可以采用混合策略。 自营仓库 租用仓库 仓储空间需求 库容类型选择的财务分析 由于此类决策所跨越的时间较长，也许要 超过 20年，因此，资金的时间价值在选择过程中 有举足轻重的作用。 其中 为第 i期两个可选方案之间的现 金流量差异。 确定仓库的结构 仓库高度 仓库高度的决定因素 仓库高度取决于建筑成本、物料搬运成本 和货物堆码特性。 仓库高度的权衡 如果高度增加一倍，仓库的容积也就增加 一倍，但建筑成本却不一定翻番。 但高度增加，货物的堆码和拣选时间将变 长，会导致物料搬运成本的上升，从而抵消建筑 成本的下降。 仓库的长度与宽度 仓库长度与宽度或仓库构造取决于在库内移 动产品的物料搬运成本和仓库的建筑成本。 弗朗西斯（ Francis， 1967）从理论上研究 了仓库结构的设计问题，见下图。 S（面积） L W X Y 其中 X和 Y点是出入库站台的可能位置 仓库的长度与宽度 经计算，弗朗西斯的结论是，假定使用往 返拣货法，站台位于 X点的仓库宽度 W和长度 L的 最优值为： 其中： C 某种货物出入库的每英尺的成本乘以该种货物出入库的预期 数量； k 每英尺的年周长成本； S 所需仓库的地面面积。 仓库的长度与宽度 位于 X点的仓库宽度 W和长度 L的最优值为： 即：当站台位置位于仓库的中央时，仓库 将变为正方形。 仓库的长度与宽度 站台位于 X点的仓库总成本 TCX为： 站台位于 Y点的仓库总成本 TCY为： 注意 上述公式不适用于使用传送带物料搬 运系统的情况，因为使用传送带弱化了站台位置 和仓库结构与可变物料搬运成本之间的关系。 例题 例题 一家自营零部件仓库的月吞吐量为 10万箱，平均出入库物料搬运 成本为每件每英尺 0.005美元；拣货时，每件货物均需从出库站台往返 ，该操作需要 30万平方英尺的库容空间。据估计，一个 500600平方英 尺的仓库造价为每平方英尺 90美元，该仓库的使用年限为 20年。装卸 台位于拟建仓库的一角附近。该仓库建筑物的最优尺度各是多少？其总 相关成本是多少？ 简要解答 仓库周长为： 2（ 500 600） 2200（英尺） 仓库总造价为： 90300000 27000000（美元） 总造价摊到每一年： 27000000/20 1350000（美元 /年） 摊到每英尺周长 k为： k 1350000/2200 613.64（美元 /英尺 年） C值为： C 0.00510000012 6000（美元 /英尺 年） 例题 则： 仓库的空间布局 仓库的基本结构确定了以后，接下来就要确 定货架和巷道的布局决策（ Bassan, Roll and Rosenblatt, 1980）。 货架的摆放有如下两种方式： u v w a a mL u mL/2 mL/2 w aa （ a） （ b） 图 矩形仓库结构的两种可能的货架布局情况平面图 仓库的空间布局 实践中，除了靠墙摆设的货架外，其余货架一般均为双面 货架。 仓库布局的目标是使物料搬运成本、年库房面积成本和与仓库 规模（周长）相关的年成本三者之和最小。 为表示方便，相关符号说明如下： w 双面货架的宽度（英尺）； L 存储单元的长度，例如托盘的宽度（英尺）； m 货架上货位的数量； h 垂直方向上的储存层数； n 双面货架的数量； k 库存空间的总库容； a 一个巷道的宽度，假定所有巷道宽度相同（英尺）； u， v 仓库的长度与宽度（英尺）； d 用存储单元（如托盘）表示的年吞吐量（需求）。假定 一种产品占用一个空间单位（产品数 /年）； 仓库的空间布局 Ch 一个长度单位的库存货物的物料搬运成本 （美元 /英尺）； Cs 每一单位仓库面积的年成本（水、电、维 护）（美元 /平方英尺） Cp 每一长度单位外墙的年成本（美元 /英尺 年） 则： 对于布局（ a），最优的货架上货位数量为： 仓库的空间布局 双面货架的最优数量为： 最优仓库结构的长度与宽度为： 仓库的空间布局 对于布局（ b），最优的货架上货位数量为： 双面货架的最优数量为： 最优仓库结构的长度与宽度为： 仓库的空间布局 方案（ a）与方案（ b）的选择规则： 若 ，则布局（ a）较好； 若 ，则布局（ b）较好； 若 d处于二者之间，则得不出任何结论。 例题 例题 对一仓库进行布局。该仓库的年吞吐量为 40万个托盘货物，每 个托盘需要 4英尺 4英尺 4英尺的储存空间，堆码高度可以达到 4个 托盘高度，托盘背对背码放，宽度为 8英尺，巷道宽度为 10英尺，物 料搬运费用为 0.01美元 /英尺，年仓库空间费用为 0.05美元 /平方英尺 年，围墙年周长费用为 3美元 /英尺年，仓库周转率为 8次 /年，总库容 为 5万个货位，库房的规格应该规划为多少？ 简要解答 由题设知： w=8英尺， a=10英尺， L 4英尺， h 4层， k=50000， d 400000/年， Ch=0.01美元 /英尺， Cs=0.05美元 /平方英尺年， Cp=3美元 /英尺年 所以： d 4000002Cp/Ch=600，因此，应选（ b）结构。 例题 代入公式： 仓库的站台设计 仓库站台的分类 1）火车站台 2）卡车站台 仓库里需要有火车站或卡车站。几乎每一 个仓库至少需要一个卡车站，而对火车站的需要 则不那么普遍。 火车站台设计 火车站台设计首先要考虑车站的长度，以 便有效的处理货物流转。平均的总需求量可以通 过统计得出，每节车厢的载运量、车厢长度也可 计算出，从而可以从理论上计算出火车站台的长 度。 火车站台设计 火车站台长度计算公式 其中： L 所需要的火车站台长度（英尺）； D 每天的总需求量（担 /天）； S 车厢的平均长度（英尺）； Q 车厢的平均载货量（担 /车厢）； N 每天完成的车厢变换次数（次 /天）。 火车站台设计 例题 一家食品仓库平均每天收到由火车运输的货物 14000担，每节火车车厢能够装载该货物 570担，有效长 度为 75英尺。每天能完成两次换车。试估算所需的长站长 度。 简要解答 由题目知： D 14000， Q 570， N 2， S 75 ，则： 火车站台设计 火车站台设计的其他问题 1）车站是否需要封闭。 封闭可以保护货物不受恶劣天气的影响，防盗并 提高装卸效率。 2）考虑站台的深度。 如果使用叉车装卸，则站台至少应有 12英尺的深 度以保证安全操作。 如果需要订单检验和货物托盘化装卸时，站台还 要用做货物的临时出货等待区，那就需要更深的站台，大 约 40至 50英尺。 3）考虑站台与车厢地板的高度。 卡车站台设计 与火车站台不同，卡车站台一般不计算车 站长度，而往往是计算站门或车位的数目。 典型的卡车站台布局： 直达式站台 完全封闭式站台 卡 车 直进直出式站台 卡 车 有篷式站台 齿形站台 卡车站台设计 计算公式如下： 其中： N 所需站台总数； D 车站的日平均货运量； H 装卸一卡车货物所需时间； C 卡车的载货量； S 每天进行卡车装卸的时间。 卡车站台设计 例题 某仓库每周为该地区 50家药品零售店进行补货， 平均每家店每天的订货量为 6500磅，每周工作 5天。每天 可将 4家店订的货装在同一辆卡车上。 2个工人装一辆车需 要 2小时，实行 8小时工作制。该仓库在 8小时内要尽可能 多地安排工人以满足需要。要满足这种活动的平均水平， 需要多少车位？ 简要解答 由题目知： D=506500=325000， C=65004 26000， S=8， H=2 则： 物料存货布局 物料存货布局 在仓库结构已知，出库入库设备确定，进 行了分区，以及所使用的物料搬运系统确定后， 接下来的问题就是，确定存货在仓库中的放置位 置，如何摆放及如何查找存货。 存货布局的直觉方法 直觉方法能为布局问题的解决提供有用的 指导原则，又不需要运用到很难的数学方法，是 一种很有吸引力的方法。 从直觉来看，布局是根据四条标准进行的 ： （ 1）互补性 （ 2）相容性 （ 3）流动性 （ 4）货物规格 存货布局的直觉方法 存货布局的直觉方法 （ 1）互补性 是指将经常一起订购的物品放置在相互接近的位 置。 （ 2）相容性 是有关物品相邻放置是否可行的问题。 （ 3）流动性 是考虑到仓库里的货物具有不同的周转率，而且 ，物料搬运成本与放置和拣取存货需要移动的距离有关。 根据流动性进行布局忽视了货物的规格，没有考 虑到可能会有更多体积小的货物可以放置在靠近出货点或 出货等待区的位置。这表明按货的规格（体积）进行布局 ，也可能实现搬运成本最小化。 存货布局的直觉方法 存货布局的直觉方法 （ 4）货物规格 将较小的物品放置在靠近出货点的地方，可 以使物料搬运活动比根据流动性布局更少，因为这样 一来，更大量的货物可以靠近出库车站放置。 但按规格布局并不能保证其成本低于按流动 性进行的布局。在体积较小的物品周转率较高时，按 规格布局是一个不错的选择。 存储原则 仓库物品存储的原则 1）随机存储原则 这是最简单的方法，即：将运入的物品放到任意 可放的位置。应当指出，随机原则在实际中并不是真正随 机的，操作人员倾向于优先使用最近的空间。 2）分类存储原则 物品由于类别不同，会存放到预先制定的区域。 3）分级存储原则 这个原则来自于 Pareto的观察，即我们习惯上所说 的 ABC分类法。 4）混合存储原则 这个原则，理论上研究较少。 存储原则 5） COI原则 如前所述，按流动性布局与按规格进行布 局都不是完美无缺的，因为这两种方法都忽视了 对方的重要性。因此 Heskett（ 1964）把这两种特 性综合成了一个体积 -订单指数（ Cube-per-Order Index， COI）。 该指数是储存货物所需的平均空间（立方 英尺）与该货物的日平均订单数量的比值。 COI 值低的货物应尽可能靠近 I/O口放置。 用 COI指导仓库空间的布局，可以使最大 数量的存货尽可能移动最短的距离。 存储原则 讨论范围 1）分类原则布置 2）特定条件下的 COI原则布置 3）随机存储原则布置 分类原则布置 假设： A仓库有 P个 I/O口，可以供 m种物品存取 。仓库可以容纳 n个单位物品。对于 i物品，需要 Si 空间。理想的情况是 然而，当等式左边稍小于右侧时，可以假设 第 m个物品占据剩余的空间为 从而假设等式成立。 分类原则布置 设： 物品 i从编号为 k的 I/O口进出的频率为 fik; 从 k号 I/O将单位物品移动单位距离的费用是 cjk; 存储空间 j到 k号 I/O的距离是 dkj; xij为布尔变量，用来表示 i是否放在 j上。 则： 分类原则布置 令： 则目标函数可写成： 此模型可利用运输算法求解。 分类原则布置 例题 考虑如图所示的仓库布置。 4种货物通过 3 个进出点出入该仓库。全部 3个 I/O都处在该仓库 的边缘上，具体数据见表。为了使各个 I/O点和 存储空间中的运输费用最低，该如何将这 4种货 物布置在这 16个存储空间中？ 1 2 3 仓库布局示意图 4种货物的运输频率及单位费用 分类原则布置 存储空间 j离第 k个 I/O点的距离 分类原则布置 题解 首先计算 wij， 以 w39为例： 分类原则布置 所有 wij计算结果如下： 利用上述结果，可建立分配模型，进行求解。 计算结果 分类原则布置 结果如下： 1 2 2 3 3 3 4 2 5 2 9 4 13 4 6 2 10 4 14 4 7 1 11 4 15 4 8 2 12 1 16 1 分类原则布置 练习题 考虑如图所示的仓库布置。 6种货物从 仓库的 4个角落处的 4个 I/O口进出。每种货物的所 有口进出频率和所需的存储空间如图所示，从 k 口到存储单元 j的距离如下图，计算当使费用最低 时，这 6种货物应如何分配？ 存储单元位置图 6种货物的相关值 分类原则布置 4个 I/O口和 30个存储单元的 dkj值 COI布置原则 COI例题： 一家仓库的内部结构如图所示。每个货位能容纳 40000立方英尺的存货。所搜集的资料包括：一份订单所包 括货物的最小运货单位所需的存储空间（立方英尺）；在一 年的规划期内（每年按 250天计）货物的预期订单数以及预 期的出货数量。试用 COI为这些货物安排货位。 1Y 1Z 2Y 2Z 3Y 3Z 4Y 4Z 出库站台 入库站台 货物 规格 年订单数 平均年库存单 位 A 6.0 6750 800 B 4.0 15750 16000 C 1.0 11250 25120 D 8.0 25500 18600 E 3.0 17750 12533 F 5.0 3500 3936 G 15.0 6250 907 COI布置原则 体积订单指数计算表 根据此表中的（ e）与（ f）栏，结合图中所给的分区，即可 将货物按 COI原则安排到相应的货位中。 货物 名称 (a)规格 (立方英 尺 ) (b)预期 年订单 数 (c)平均 年库存单 位 (d)=(b)/25 0 平均日订单 数 (e)=(a)(c ) 所需存储空 间 (f)=(e)/(d) 体积 -订单指 数 A 6.0 6750 800 27 4800 177.78 B 4.0 15750 16000 63 64000 1015.87 C 1.0 11250 25120 45 25120 558.22 D 8.0 25500 18600 102 148800 1458.82 E 3.0 17750 12533 71 37599 529.56 F 5.0 3500 3936 14 19680 1405.71 G 15.0 6250 907 25 13605 544.20 总计 86750 77896 313604 COI布置原则 货位安排： （ 1） COI(A)=177.78最小，故应先安排，需空间 4800立方英尺 ，放入 1Y中，仍剩余 40000-4800=35200立方英尺。 （ 2） COA(E)=529.56， 故再安排 E，需 37599立方英尺，放入 1Y中， 1Y已满。但 E仍剩余 2399未安排，放入 1Z中， 1Z区剩余空间 37601立方英尺。 1Y/A， E 1Z/E 2Y 2Z 3Y 3Z 4Y 4Z 出库站台 入库站台 COI布置原则 （ 3）再安排 COI(G)=544.20，需空间 13605立方英尺，放 入 1Z中，仍剩余 37601-13605=23996立方英尺。 （ 4）安排 COA(C)=558.22， 需 25120立方英尺，放入 1Z中， 1Z已满。但 C仍剩余 1124未安排，放入 2Y中， 2Y区剩余空间 38876立方 英尺。 （ 5）安排 COA(B)=1015.87， 需 64000立方英尺， 2Y已满，放 入 1Z中，。但 B仍剩余 25124未安排，放入 2Z中， 2Z区剩余空间 14876 立方英尺。 1Y/A， E 1Z/E， G， C 2Y/C， B 2Z/B 3Y 3Z 4Y 4Z 出库站台 入库站台 COI布置原则 （ 6）安排 COA(F)=1405.71 ，需 19680立方英尺，放入 2Z中 ， 2Z已满，但 F仍剩余 4804未安排，放入 3Y中， 3Y区剩余空间 35196 立方英尺。 （ 7）安排 COA(D)=1458.82， 需 148800立方英尺， 3Y已满， 但 D仍剩余 113604未安排，放入 3Z中， 3Z已满，但 D仍剩余 73604未安 排，放入 4Y中， 4Y已满，但 D仍剩余 33604未安排，放入 4Z中， 4Z区剩 余空间 6396立方英尺。 1Y/A， E/100% 1Z/E,G,C/100% 2Y/C， B/100% 2Z/B， F/100% 3Y/F， D/100% 3Z/D/100% 4Y/D/100% 4Z/D/84.01% 出库站台 入库站台 COI布置原则 练习题： 一个仓库有 8个货位，产品从仓库的后面入库，从前部出库，如图 。每个货位的面积为 2500平方英尺，产品可堆码 10英尺高。仓库共存储 了 10种产品，相关资料如表。请按下述要求完成布置： （ 1）按流动性 布局的方法；（ 2）按规格布局；（ 3）按 COI法布局。 1Y 1Z 2Y 2Z 3Y 3Z 4Y 4Z 出库站台 入库站台 货物 名称 货物规格 （立方英尺 ） 年平均库存 单位 平均日 订单量 A 1.5 500 56 B 10.6 3000 103 C 4.3 1500 27 D 5.5 1700 15 E 2.7 5500 84 F 15.0 1100 55 G 9.0 700 26 H 6.7 2800 45 I 3.3 1300 94 J 4.7 900 35 COI布置原则 考虑一种特定条件下的 COI布置： 每种货物以同样的比例进出 I/O点，而且 移动货物的单位距离的费用与 I/O点无关。定义 Pk 为通过第 k个 I/O点进出仓库的比例， k=1,2, p 。 由于上述约束，因此没必要使用分类原则布 置中的 fik及 cik，将其分别用 fi和 ci代替，上节模 型变为： COI布置原则 令： 则目标函数可写成： 此模型不需利用运输算法求解。 COI