第七章仓储系统规划

1、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

2、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

3、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。ninniirSrCINPV0)1

4、 ()1 (iC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）LWXY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

5、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。SkCkCW828*kCkCSWSL828*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。SWL*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。SkCkCTCX)241()221(2SkCTCY)421(例题例题 一家自营零部件仓库的月

6、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（500600）2200（英尺） 仓库总造价为：9030000027000000（美元） 总造价摊到每一年：27000000/201350000（美元/年） 摊到每英尺周长k为： k 1350000/2200613.64（美元/英尺年） C值为： C0.0051

7、00000126000（美元/英尺年）例题 则：（英尺）440300000613.64860002613.6486000828*SkCkCW（英尺）682440300000*WSL /3719849 300000613.642600041613.6426000212 )241()221(2年）（美元）（）（SkCkCTC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：uvwaamLumL/2mL/2waa（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

8、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）；

9、 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：hLawkCdCCaCdCLmphpsh2)()(2221*1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：hLawkCaCdCCdCawnpshph2)(22)(21*1)(*11awnuLmav*112 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：hLawkCdCCaCdCLmphpsh2)(22321*2hLawkCaCdCCdCawnpshph2)

10、(23221*2)(*22awnvLmau*223 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。hpCCd2hpCCd 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

11、知：w=8英尺，a=10英尺，L4英尺，h4层， k=50000，d400000/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： d4000002Cp/Ch=600，因此，应选（b）结构。例题 代入公式：（个货位）（238 42410850000320.01400000320.051030.01400000241 2)(22321*2hLawkCdCCaCdCLmphpsh（个货架）（26 42410850000320.051030.014000002320.014000001081 2)(23221*2hLawkCaCdCCdCawnpshph（

12、英尺）（46810826)(*22awnv（英尺）98242381033*22Lmau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

13、车厢变换次数（次/天）。QNDSSQNDL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：D14000，Q570，N2，S75，则：（英尺）921 75257014000 QNDSSQNDL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

14、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。CSDHHSCDN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

15、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=6500426000， S=8，H=2 则：（个车位）4125. 32826000325000HSCDN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

16、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

17、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

18、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

19、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。miinS1miiSn1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：njmixnjxmiSxtsxSdfcijmiijinjijminjijipkkjikik,.,2 , 1,.,2 , 110 ,.,2 , 11 ,.,2 , 1 . .min11111，或，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。ipkk

20、jikikijSdfc1minjijijx11min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？123仓库布局示意图6253)12(90)8(135)15(175)9(85)7(15)4(96)6(150)3(200)7(60)5(88)5(25)5(1504321321)(iikikScf号口号口号口4种货物的运输频率及单位费用分类原则布置544543343223211354324321432154322112322343

21、34544532116 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 kjd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：2158.5 2485911573964 2 39333329323219313133193339dfcdfcdfcSdfckkkk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。0 .26755 .18775 .16970 .21355 .27520 .19550 .13355 .22120 .30105 .22125 .20320 .24705 .34470 .26500 .2

22、4705 .29070 .25590 .19325 .18795 .24010 .23160 .16895 .16365 .21585 .21255 .14980 .14460 .19685 .19875 .13600 .13080 .18300 .16680 .12840 .11640 .13080 .14520 .10680 .9480 .10920 .13560 .9720 .8520 .9960 .13800 .9960 .8760 .10203 .14413 .10037 .9617 .13163 .15030 .10653 .10233 .13783 .16063 .11687 .

23、11267 .14817 .17513 .13137 .12717 .1626432116 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1ij计算结果分类原则布置 结果如下：122333425294134621041447111415482121161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844455)12(90)10(85)8(135)15(175)9(85)12(40)7(15)

24、4(96)4(30)7(60)5(230)12(150)7(250)12(126)5(150)9(150)10(100)6(150)3(200)6(100)5(88)9(300)8(125)6(2006543214 3 2 1)(iikikScf6种货物的相关值分类原则布置1234562345673456784567895678910567891045678934567823456712345610987659876548765437654326543216543217654328765438876541098765432130 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19

25、 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 kjd4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。1Y1Z2Y2Z3Y3Z4Y4Z出库站台入库站台货物规格年订单数平均年库存单位A6.06750800B4.01575016000C1.01125025120D8.02550018600E

26、3.01775012533F5.035003936G15.06250907COI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)/250平均日订单数(e)=(a)(c)所需存储空间(f)=(e)/(d)体积-订单指数A6.06750800274800177.78B4.0157501600063640001015.87C1.011250251204525120558.22D8.025500186001021488001458.82E3.0177

27、50125337137599529.56F5.03500393614196801405.71G15.062509072513605544.20总计8675077896313604COI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，E1Z/E2Y2Z3Y3Z4Y4Z出库站台入库站台COI布置原则 （3）再安排COI(G

28、)=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，E1Z/E，G，C2Y/C，B2Z/B3Y3Z4Y4Z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， 2

29、Z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

30、。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。1Y1Z2Y2Z3Y3Z4Y4Z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A1.550056B10.63000103C4.3150027D5.5170015E2.7550084F15.0110055G9.070026H6.7280045I3.3130094J4.790035COI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

31、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：minjijipkkjkiixSdpfc111minCOI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。pkkjkjdp1minjijjiiixSfc11minCOI布置原则 求解方法： 第一步：对每种货物i的成本项cifi/Si进行排序； 第二步：对每一个存储空间j的距离项wj进行排序； 第三步：使成本项最大的货物布置在距离项最小的存储空间。COI布置原则 例题考虑如图所示的仓库布置。4种货物以相同的比例通过