仓库结构设计研究

1.      引言 　　

仓库不仅规模各异，形状也不相同。任何一个给定规模的仓库在建设中也会有不同的长宽高组合。而且仓库内部设计时存货的位置会直接影响到仓库内移动的所有货物的总物料搬运费用。假设仓库的基本规模已定，我们需要决策仓库的最优结构是怎样的，考虑在物料搬运成本和仓容利用率之间取得平衡，并最终使物料搬运成本、年库房面积成本和仓库规模（周长）相关的年成本三者之和最小。 　　

2.仓库结构研究 　　

（1）仓库基本结构设计 　　

在仓库规模一定，也就是面积一定的情况下。我们先要确定其仓库的长宽高。这里我们只研究矩形或正方形，对于多层仓库、L型仓库或其他偏离仓库设计理论的仓库结构我们不予考虑。 　　

S=WLD=2(W L) V=WLH 　　

其中S为面积，是一定的。W为宽，L为长，D为周长，H为高，V为仓库的容积。我们要在W、L和H的取值中选取最佳的，使总成本最小。 　　

Cmin=A B E 　　

A为年建筑成本，B为年维护成本，E为年物料搬运成本，C为总成本，目的是W和L的值使总成本最小。 　　

棚顶高度H往往取决于建筑成本、物料搬运成本和货物堆码的特性。在棚顶高度增加1倍时，仓库的容积也会增加1倍，但其建筑成本却并不会增加1倍。因为仓库的屋顶和地面都没有变，这样摊到每单位长度上的建筑成本也就不会翻番。然而，由于棚顶平均高度增加，货物堆码和拣选所费的时间变长，会导致物料搬运成本的上升，在一定程度上抵消建筑成本的下降。我们对棚顶高度的选择实际上是建筑成本与受产品特性、搬运设备等相关的搬运成本之间的平衡。仓库的容积往往根据现在及未来几年所需的仓容量、货物周转量来决定。通过对以往的数据做预测，估计出所需的仓库容积。由V=WLH=SH，可以得出H的估计值。再根据限制性条件确定出最优的W和L值。 　　

（2）仓库空间布局研究 　　

仓库的基本结构确定了以后，接下来就要考虑具体的货位、货架大小、数量、放置方向、巷道宽度及如何布局等问题。仓库的内部空间设计在很大程度上影响了物料搬运的路线，工作强度和时间。有效、合理的设计可以在一定程度上节约物料搬运成本。关于仓库内部空间的设计，我们所追求的目标是使仓库容积利用率最大，搬运路线最短，总的物料搬运成本最小。假设所有库容被利用的概率是相同的，而且仓库内只使用一种标准的货架，每种产品占用一个空间单位，也就是一个货位。 　　

除了靠墙摆设的货架外，其余货架均为双面货架。货架摆放方式为两种：与库房的长平行，与库房的宽平行。我们先研究第一种与库房的长平行的情况。 　　

如下图所示，货架与库房的长平行。设： 　　

A为双面货架的宽 　　

B为货架上一个货位的宽度，通常为所用设备的托盘标准宽度 　　

C为货架上一层中所有的货位数量 　　

D为货架的储存层数 　　

E1为双面货架的数量，

E2为单面货架的数量,两个单面货架视为一个双面货架 　　

F为库存空间内的总库容，即为总的货位数量 　　

G为巷道的宽度，假定所有的巷道宽度一致 　　

H为仓库规划时所用到的长度 　　

I为仓库规划时所用到的宽度 　　

货位宽度B通常可以确定，它一般与搬运设备相配套。巷道宽度G根据实际操作中所需尺度来确定。双面货架的宽度A也可以通过托盘尺度来确定。我们可以设A、B、G、H、I为已知，仓库面积为S已知。在与仓库长平行方向摆放双面货架数量为X，在仓库宽方向摆放双面货架数量为Y。 　　则：

H=X*BC/2 G*(X 1) 　　

I=A/2 A/2 A*Y G*(Y 1) 　　

S=(H R1)*(I R2) 　　

E1=X*Y 　　

E2=2X 　　

仓库结构设计的长宽不可能正好等于H和I，肯定会大于H和I。R1为实际长度与H的差值，R2为实际宽度与I的差值。 　　

其中货架上一层所拥有的货位数量C决定了货架的长度，也间接影响了货架的数量。虽然增加货架的层数可以提高库容量，但无疑延长了搬运时间和搬运成本。我们应该在满足仓库年吞吐量、仓库周转率的同时，尽量减少货架的层数。 　　

提出一个目标函数：使仓库内相同货架层面所拥有的货位数量最大化。 　　

设仓库内相同货架层面所拥有的货位总数为Z 　　

Z＝F/D= E1*C E2*C=X*Y*C 2X*C 　　

求出最优的X、Y、C，在满足目标函数的同时，应会使R1、R2最小，使库容得到充分利用。 　　

我们可以同理，算出若按与仓库宽平行摆放，其利用率如何，选择较佳方案。 　　

2.      仓库结构优化 　　

以上是对仓库单一功能进行简单规划设计，把仓库只是单纯地划为存储区。如果仓库的周转率低，那么我们就可以像上述所示来进行规划。但随着存货周转率的提高，该种单一布局就越来越不能令人满意。我们需要降低堆码高度，变宽通道，来缩短摆放和提取货物所需的时间。 　　

为了优化仓库的结构，我们应按货物周转率把仓库分为存储区和拣货区。在没有把仓库划分前，最简单的拣货区就是利用现有的存储区域，只是在必要时对堆码高度、相对于出库站台的存货位置、货位的尺寸加以调节以提高效率。但当周转率提高，且订单履行时需要拆装时，单一的存储货位既要满足存储要求，又要满足拣货需求，会导致物料搬运成本过高，仓容利用率过低。我们对仓库的两大主要功能来进行设置，根据存货的需要和充分利用仓容量来设计仓储区。根据拣货需要和尽量减少订单履行中的移动时间来设计拣货区。存储货位用于半永久性货物的存储。如果拣货区的存货减少，就用存储区的存货来补足。所有成组装运的货物都要在拣货区拆散。仓储的货位可以又宽又深，堆码高度可达天花板或者在货物稳定摆放所允许的范围内。货位间的通道可能会很狭窄。这样可以对仓储空间充分利用。而拣货货位要比存储货位小，常常货架大小仅有存储区货架的一半。拣货区堆码的高度以工人方便可及的高度为限。将拣货区与存储区分开可使工人履行订单时所需的行走时间、服务时间减少到最少。还可通过专业化的拣货工具，如移动货架、传送带、扫描仪等，来改进流程设计，以进一步减少拣货时搬运货物的时间。