仓库规划与设计.ppt

第七章仓库规划与设计,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、仓库规划仓库布置设计存储方式、空间利用、库容量与仓库面积自动化立体仓库概述、自动化立体仓库的优点、分类及发展趋势,一般理解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。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。仓库完成了从“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。,7.1仓储系统与规划,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，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。,1仓库的分类,仓库的分类很多。首先可以分为流通领域的仓库（如物流中心和配送中心）和生产领域的仓库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(DistributionCenter)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，流通领域的仓库，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。,生产领域的仓库严格来说分为储存(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。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。现代物流集成的概念使两个领域的划分已不明显。,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。,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。,2仓储系统的组成,仓储系统包括：储存空间货物仓储设施设备人员作业及管理系统,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摆放的因素有：储位单位、储位策略和原则、商品特性等。货物在库不仅仅要摆放好，还要便于存取、分拣和加工管理，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。,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、叉车等搬运和输送设备。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(WarehouseManagementSystem,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。,7.1.2仓库的作业功能,仓库有三类最基本的功能，即：移动储存信息交换仓库伴随着人类生产和消费的发展而发展，增加了不少其他功能，如分拣、包装、直接转运，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。,仓库的主要功能,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(TransferorPut-away)订单拣货(Orderpicking/selection)直接转运(Crossdocking)发货(Shipping),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,转运或入库(TransferorPut-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。,订单拣货(Orderpicking/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(Discreetpicking)。一次将一个订单的所有货物从头到尾拣取。播种式(Batchpicking)。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(Zonepicking)。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(Wavepicking)。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。,直接转运(Crossdocking),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。,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。,2储存,储存是商品在等待需求前的实际存放。储存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、预期购买和数量折扣等。,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。,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。,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以及仓库的布置与设计。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。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？规模多大？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。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。,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。系统布置设计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，这些数据决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：时间性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。,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。,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。,7.2仓库布置设计,7.2.1存储方式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,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。,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。,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。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。,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。,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为一个通道两侧各有一排货物，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，故名蜂窝损失，它影响了库容量的充分利用。,蜂窝损失用空缺系数来衡量。但实际货物堆码中蜂窝空缺究竟会出现几个是一个动态变化的数据，故只能假设一列货物中各种蜂窝空缺数出现的概率相同。则空缺系数H的期望值为式中n一列货位堆码货物件数；i=0,1,2,n-1,例7-1求图a中的蜂窝空缺系数。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,a,b,通道损失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通道损失La=通道面积/总面积=Wa/(Wa+2d)式中WaWidthofaisle通道宽度ddepth货堆深度,2通道损失,蜂窝空缺损失=可利用的库容量xE(H)=（1-通道损失）xE(H)库容量损失=通道损失+蜂窝空缺损失仓容利用率R=1-库容量损失=,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。,a,b,1)蜂窝空缺系数的期望值：,例7-2对图b计算有关指标:,2)通道损失计算（设叉车通道3米）：通道损失=通道面积/总面积=3/73)蜂窝空缺损失=（1-通道损失）xE(H)=(1-3/7)x7/16=1/4,=0.4375,4)库容量损失=通道损失+蜂窝空缺损失=3/7+1/4=0.6795)仓容利用率R=1-库容量损失=1-0.679=0.3216)设计库容量计算（设实际需求库容量为1000个货位）：设计库容量=实际库容量/仓容利用率R=1000/0.321=3115,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。,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（假设通道宽度为3米，货物深度为1米）。,例7-3,某种货物为木箱包装形式，尺寸（长宽高）为1m0.6m0.7m在仓库中堆垛放置，最高可堆4层。若货物库存量为600箱，沿一条通道的两侧堆放，设所需通道宽度为3.6m，货堆深度为两排（每排宽0.6m），请考虑通道损失和蜂窝损失确定其需要的存储面积。,3.6米,解：货物堆垛4层，实际占地面积为1.00.6600/4=90m2按货堆深度两排计算，此时通道损失La=3.6/(3.6+0.622)=0.6按一列8件计，蜂窝损失空缺系数的期望值E(H)=7/16=0.4375则折合后的蜂窝损失为0.4375(1-0.6)=0.175合计库容量损失为0.6+0.175=0.775故需要的存储面积为90/(1-0.775)=400m2,解：货物堆垛4层，实际占地面积为1.00.6600/4=90m2若货堆深度为4排，则La=3.6/(3.6+0.642)=0.429按一列16件计，蜂窝损失空缺系数期望值E(H)=15/32=0.46875则折合后的蜂窝损失为0.46875(1-0.429)=0.268合计库容量损失为0.429+0.268=0.697故需要的存储面积为90/(1-0.697)=297m2,若货堆深度为4排呢？,3充分利用空间的因素,仓库布置设计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等的限制。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）储存策略也称储存原则，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。常见储存策略有随机储存和指定储存。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。,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。,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(StockKeepingUnit,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200500kg，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。,2仓库面积,仓库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。,例7-4,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/m3。求料垛所占面积。解：计算料垛所占用的总面积为：S=500/(7.81.50.7)=61m2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。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。,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。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，一般如下表所示。,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M0=100mm，倍模、分模优选M0/10，M0/5，M0/2，1M0，3M0，6M0，15M0，30M0，60M0。如库房柱距应采用6m，当库房跨度18m时，跨度应为3m的倍数，当库房跨度18m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15m54m或15m60m，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。,7.3自动化立体仓库,自动化立体仓库又称立体仓库或高架仓库、自动存取系统(AutomaticStorage&RetrievalSystem,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。,7.3.1自动化立体仓库系统简介,自动化立体仓库是通过仓库管理计算机对存储物资进行编码、入库、出库、分拣管理，并自动完成物资的存取及输送。,立体仓库平面布置图示例,整个仓库分为入库区、货物存放区、输送系统、自动分拣系统，而货物存放区又分为固定货架区和旋转货架区。,物资管理,图2出库物资作业流程图,图1入库物资作业流程图,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。,7.3.2自动化立体仓库的优点,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”。,7.3.3自动化立体仓库的分类,自动化立体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。,7.3.4自动化立体仓库的发展趋势,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，自动化立体仓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。,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