面向單元貨物存揀一體化系統(tǒng)的儲(chǔ)位管理研究

北京物資學(xué)院 / 王成林 張偉 范鑫

面向單元貨物存揀一體化系統(tǒng)的儲(chǔ)位管理研究

北京物資學(xué)院 / 王成林 張偉 范鑫

本文在對(duì)單元貨物存儲(chǔ)揀選一體化系統(tǒng)特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從存儲(chǔ)策略及作業(yè)方式兩方面對(duì)影響系統(tǒng)貨位編碼的要素進(jìn)行了闡述，確定了存揀一體化系統(tǒng)的貨位編碼原則，建立了面向單元貨物存揀一體化系統(tǒng)在配送中心實(shí)際應(yīng)用中的貨位編碼方式。

單元貨物、存揀一體化、貨位編碼

一、存揀一體化系統(tǒng)的需求及構(gòu)成

隨著電子商務(wù)的發(fā)展以及居民消費(fèi)習(xí)慣的改變，多品種、多批次、小批量、高頻率的物流作業(yè)要求已經(jīng)變得越來(lái)越普遍，這與傳統(tǒng)的以集裝作業(yè)單元為核心、推崇大批量作業(yè)的模式相違背，以周轉(zhuǎn)箱、托盤等為代表的集裝化模式越來(lái)越不適合在某些新興業(yè)態(tài)下使用。因此如何突破原有作業(yè)模式限制，針對(duì)不斷變化的物流作業(yè)要求，研發(fā)出直接以單元貨物為作業(yè)對(duì)象的新型物流裝備系統(tǒng)，成為目前國(guó)內(nèi)外物流工程技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文所述的單元貨物，是指未經(jīng)過(guò)專門器具盛放或捆扎等集裝化處理的貨物，可以是一個(gè)獨(dú)立的包裝單元，也可以是一件單品。在面向單元貨物的作業(yè)模式下，貨物以單元的形式流動(dòng)，直接與訂單需求匹配。

面向單元貨物存儲(chǔ)揀選一體化作業(yè)系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)配送中心面向單元貨物的作業(yè)模式、快速響應(yīng)訂單需求而提出的，是一種基于帶式輸送的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)和動(dòng)態(tài)揀選機(jī)構(gòu)相結(jié)合的自動(dòng)貨物存揀系統(tǒng)，通過(guò)帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)與動(dòng)態(tài)揀選機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行模式，其中動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)由動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元由若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元貨位構(gòu)成。系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1。

圖1 面向單元貨物存揀一體化作業(yè)系統(tǒng)構(gòu)成圖

二、系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)

面向單元貨物存儲(chǔ)揀選一體化作業(yè)系統(tǒng)的作業(yè)分為入庫(kù)作業(yè)與出庫(kù)作業(yè)。執(zhí)行入庫(kù)作業(yè)時(shí)，首先檢測(cè)貨物的外形尺寸，對(duì)超長(zhǎng)、超寬的貨物執(zhí)行退回作業(yè)，錄入滿足存儲(chǔ)要求貨物的信息，由WMS（倉(cāng)儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)）中的貨位分配及優(yōu)化模塊按照確定的存儲(chǔ)原則為單元貨物分配合適的存儲(chǔ)單元，通過(guò)WCS（倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)）控制存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)與揀選機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)，完成貨物的入庫(kù)作業(yè)，系統(tǒng)入庫(kù)流程見(jiàn)圖2。

執(zhí)行出庫(kù)作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)接收到出庫(kù)單后，WMS根據(jù)相應(yīng)的出庫(kù)需求按照先進(jìn)先出、均勻出庫(kù)、就近出庫(kù)等原則每次取出一個(gè)訂單的貨物，WCS接收到WMS的作業(yè)任務(wù)后控制存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)與揀選機(jī)構(gòu)完成出庫(kù)作業(yè)，系統(tǒng)出庫(kù)流程見(jiàn)圖3。

三、系統(tǒng)特征分析

由于結(jié)構(gòu)的特殊性，使得存儲(chǔ)揀選一體化作業(yè)系統(tǒng)具備較強(qiáng)的作業(yè)能力，具有以下特征：

1.動(dòng)態(tài)性。系統(tǒng)是由動(dòng)態(tài)揀選機(jī)構(gòu)和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)組成，每個(gè)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元又被分成若干個(gè)大小相等的標(biāo)準(zhǔn)單元貨位，系統(tǒng)按照貨物尺寸進(jìn)行貨位分配，每個(gè)單元貨物可能占據(jù)一或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元貨位。在系統(tǒng)執(zhí)行出入庫(kù)作業(yè)后，貨物所占的標(biāo)準(zhǔn)單元貨位可能會(huì)變化，所以貨物的存儲(chǔ)貨位是動(dòng)態(tài)變化的，每一次的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)都可能使貨物的存儲(chǔ)位置發(fā)生變化，即系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性強(qiáng)。

圖2 系統(tǒng)入庫(kù)流程圖

圖3 系統(tǒng)出庫(kù)流程圖

2.功能復(fù)合性。一般的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)在出入庫(kù)的過(guò)程中都會(huì)借助于一些裝卸搬運(yùn)設(shè)備，如叉車、堆垛機(jī)、AGV搬運(yùn)小車等。但是存揀一體化系統(tǒng)在倉(cāng)儲(chǔ)管理作業(yè)過(guò)程中，系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)揀選機(jī)構(gòu)和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)同時(shí)作業(yè)，當(dāng)揀選作業(yè)開(kāi)始時(shí)，存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)把貨物移動(dòng)到揀選機(jī)構(gòu)上，揀選機(jī)構(gòu)把貨物輸送到出庫(kù)站臺(tái)。系統(tǒng)本身既具有存儲(chǔ)的能力，同時(shí)又能完成揀貨出庫(kù)的任務(wù)，作業(yè)效率較高。

四、系統(tǒng)存儲(chǔ)策略及作業(yè)方式

1.系統(tǒng)的存儲(chǔ)策略

考慮到存揀一體化作業(yè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特殊性，確定的系統(tǒng)存儲(chǔ)策略如下：

（1）優(yōu)先出入庫(kù)原則。優(yōu)先出入庫(kù)原則分為優(yōu)先出庫(kù)和優(yōu)先入庫(kù)。通常來(lái)講，優(yōu)先出庫(kù)指的是不論貨物在什么位置，為了防止因?yàn)樨浳镩L(zhǎng)時(shí)間積壓而導(dǎo)致過(guò)期、變質(zhì)等問(wèn)題，先入庫(kù)的貨物總是先出庫(kù)；另外一種優(yōu)先出庫(kù)指的是作業(yè)任務(wù)的優(yōu)先調(diào)度，根據(jù)客戶的不同要求，安排不同的作業(yè)次序。出庫(kù)和入庫(kù)是一個(gè)完整的作業(yè)流程，要全面合理制定兩者的作業(yè)順序。為了滿足此原則，系統(tǒng)的控制策略是：當(dāng)確定要出庫(kù)的貨物在系統(tǒng)最外側(cè)時(shí)，貨物直接出庫(kù)；反之，前面的貨物和出庫(kù)貨物同時(shí)被移出，暫存在揀選機(jī)構(gòu)上，然后把出庫(kù)貨物揀出，再把前面的貨物送回貨位。

（2）根據(jù)訂單的關(guān)聯(lián)性，系統(tǒng)采用有效的貨物組合模式。把經(jīng)常同時(shí)出庫(kù)的貨物優(yōu)化組合，存放在相鄰的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元中；關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)的存放在同一個(gè)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元中，系統(tǒng)揀選機(jī)構(gòu)一次操作即可完成出庫(kù)作業(yè)。

（3）考慮貨物的形狀差異合理配置貨位。系統(tǒng)每一個(gè)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元是由若干個(gè)大小相等、長(zhǎng)度一定的標(biāo)準(zhǔn)單元貨位組成的，由于貨物的形狀不同，所以占用的標(biāo)準(zhǔn)單元貨位的個(gè)數(shù)也不同。為最大程度地利用系統(tǒng)的存儲(chǔ)能力，使每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元貨位都能利用，在貨物入庫(kù)時(shí)就需要對(duì)其形狀進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)形狀合理地分配貨位，盡量使每一組貨物都能完全占用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元。

2.系統(tǒng)的作業(yè)方式設(shè)計(jì)

存揀一體化作業(yè)系統(tǒng)有兩種不同的作業(yè)方式，即存儲(chǔ)單元雙端口出入庫(kù)和存儲(chǔ)單元單端口出入庫(kù)。存儲(chǔ)單元雙端口出入庫(kù)作業(yè)方式下，單元貨物的出入庫(kù)遵循就近原則，前端及后端均可執(zhí)行出入庫(kù)。存儲(chǔ)單元單端口出入庫(kù)作業(yè)方式下，貨物只能由存儲(chǔ)單元前端出入庫(kù)，兩種作業(yè)方式如圖4所示。

五、系統(tǒng)貨位編碼設(shè)計(jì)

單元存儲(chǔ)揀選一體化作業(yè)系統(tǒng)是專門針對(duì)當(dāng)前配送中心小批量、多批次、多種類的訂單特點(diǎn)而研發(fā)設(shè)計(jì)的，是一種新型的作業(yè)系統(tǒng)，所以編碼的過(guò)程中要考慮系統(tǒng)的功能集成特點(diǎn)，要區(qū)別于以往的系統(tǒng)編碼形式，建立科學(xué)的系統(tǒng)編碼原則。

1.貨物編碼原則

（1）動(dòng)態(tài)唯一性。唯一性是指每個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)貨位具有獨(dú)一無(wú)二的貨位號(hào)，是貨位的唯一身份標(biāo)識(shí)。貨位編碼唯一才能使貨物的出入庫(kù)流程正確有序，從而提高出入庫(kù)和庫(kù)存管理的效率和準(zhǔn)確性。但是單元存儲(chǔ)揀選一體化系統(tǒng)在每次出入庫(kù)作業(yè)后貨物所占的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元可能會(huì)發(fā)生變化，如本來(lái)占第2和第3標(biāo)準(zhǔn)單元貨位，出庫(kù)后可能占第1和第2標(biāo)準(zhǔn)單元貨位，此時(shí)貨物的貨位編碼會(huì)發(fā)生變化（見(jiàn)圖5）。所以說(shuō)，動(dòng)態(tài)唯一性是指貨位編碼原則唯一，但是系統(tǒng)中記錄的所有貨物存儲(chǔ)貨位號(hào)在系統(tǒng)每次作業(yè)后都會(huì)更新，并保持唯一。

圖4 存儲(chǔ)單元雙端口出入庫(kù)和單端口出入庫(kù)

圖5 貨位動(dòng)態(tài)變化圖

（2）簡(jiǎn)潔性。簡(jiǎn)潔的貨位編碼不僅便于操作人員理解，從而減少培訓(xùn)的流程，節(jié)省成本，提高操作的準(zhǔn)確率，而且易于管理 ，有利于提高系統(tǒng)作業(yè)效率。

（3）可擴(kuò)展性。可擴(kuò)展性是指?jìng)}儲(chǔ)貨位可以隨著倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)的變動(dòng)而及時(shí)簡(jiǎn)單地變化，即貨位編碼方法的連續(xù)性。在增加貨位的情況下，可以按照原來(lái)的編碼原則進(jìn)行編碼，不用重新對(duì)所有貨位進(jìn)行編碼。例如當(dāng)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)增加時(shí)，要增加存儲(chǔ)揀選設(shè)備和貨位，同時(shí)要對(duì)貨位進(jìn)行編碼，就可以根據(jù)編碼的可擴(kuò)展性沿用以前的編碼形式對(duì)新的貨位進(jìn)行編碼，該情況下編碼工作量小，簡(jiǎn)單迅速，而且不影響系統(tǒng)正常工作。

2．系統(tǒng)的編碼方式設(shè)計(jì)

面向單元貨物存揀一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)和動(dòng)態(tài)揀選機(jī)構(gòu)。每一動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元被等分成若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元貨位。進(jìn)行貨位編碼要考慮系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)，根據(jù)已建立的編碼原則編碼。

首先，根據(jù)配送中心面積作業(yè)要求和業(yè)務(wù)量，確定倉(cāng)庫(kù)分區(qū)、單元系統(tǒng)的布局形式及相關(guān)設(shè)施設(shè)備的布置組合方式。配送中心的物流系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)系統(tǒng)、揀選系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)，各種設(shè)備需要按照一定的配置原則才能搭建起和諧的運(yùn)作系統(tǒng)，在設(shè)備配置方面具有一些共同的要求，一般應(yīng)滿足“移動(dòng)路徑最短、前后作業(yè)相互協(xié)調(diào)配套、存儲(chǔ)空間占用最少、作業(yè)效率最高、成本花費(fèi)最低”的要求。在系統(tǒng)布局形式確定的情況下，才能進(jìn)行貨位編碼。

其次，根據(jù)倉(cāng)庫(kù)的面積、高度和存儲(chǔ)貨品的屬性，同時(shí)考慮到貨架的承載能力，確定單元存儲(chǔ)揀選一體化系統(tǒng)的長(zhǎng)、寬、高等形狀、體積屬性。

再次，按照靠近出入庫(kù)口的原則，不管單元系統(tǒng)是橫排、豎排或斜著排列，把靠近出庫(kù)口或入庫(kù)口的單元系統(tǒng)作為第一排，以此類推。在常用的四位貨位編碼原則下，由單元存儲(chǔ)揀選一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式可以知道，存揀一體化系統(tǒng)與傳統(tǒng)的貨架形式有所不同，存揀一體化系統(tǒng)在傳統(tǒng)貨架排、列、層形式的基礎(chǔ)上，把原來(lái)由列和層組成的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元均分成若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元貨位。所以在傳統(tǒng)的區(qū)排列層四位編碼的基礎(chǔ)上增加每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元貨位的編碼，確定單元存儲(chǔ)系統(tǒng)的五位編碼方式：區(qū)號(hào)+排號(hào)+列號(hào)+層號(hào)+標(biāo)準(zhǔn)單元貨位號(hào)。如圖6所示。具體到編碼形式，如貨位編碼為A—1—1—1—1，指的是A區(qū)1排的第1列第1層的第1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元貨位。

最后需要注意的是，要對(duì)建立的五位貨位編碼方式進(jìn)行檢查，能很好地滿足單元存儲(chǔ)揀選一體化系統(tǒng)貨位編碼的動(dòng)態(tài)唯一性、簡(jiǎn)潔性、可擴(kuò)展性的編碼原則，由此確定單元系統(tǒng)的編碼方式。

六、結(jié)論

本文提出了一種以單元貨物為作業(yè)對(duì)象的物流裝備系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理特征進(jìn)行了分析和總結(jié)，根據(jù)系統(tǒng)的特征確定了編碼原則，建立了面向單元貨物存揀一體化系統(tǒng)的五位貨位編碼方式，為該系統(tǒng)在配送中心的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

（項(xiàng)目支持：北京市教育委員會(huì)大學(xué)科技園科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目、北京物資學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、北京市通州區(qū)科普專項(xiàng)）

圖6 面向單元貨物存揀一體化系統(tǒng)貨位編碼方式