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仓库系统对订单效率的最佳设计

摘要

从各类文献综述和深刻理解实际行业后，据了解，正确使用存储分配策略可以使用最小存储空间达到最小总行驶距离的目的，以及这直接影响到加强订单的采购现象。同时，适当的路由规划可以最小化，实现整体采购成本，最终实现目标单位时间的采摘性能提升。所以这个文章考虑了对订单拣选系统的影响，对于十字架的数量和布局类型等因素的表现，仓库系统中的通道，存储分配策略，通道，通道内的平均拾取密度和顺序组合类型等。将使用一个软件eM工厂作为一个模拟和分析工具，一个仓库设计数据库将会开发，这是基于最小总体旅行作为最佳性能指标，交叉通道数量，仓库布局，仓储分配，采摘路线规划，采摘密度和订单组合类型将是在仓库系统中优化整合和规划。最后，我们提供这个数据库给工厂作为参考仓库规划或仓库设计从而来改进未来。

关键词：通道内的平均采摘密度交叉通道，订单拣选性能拣配路线，存储分配策略

1、介绍

在配送中心的内部业务中，订单拣选操作是一项重要且乏味的工作。从劳动力需求的角度来看，目前，大多数配送中心仍然属于劳动密集型产业，劳动力直接与订单拣货操作相关的成本占据平均水平超过总成本的50％。很多复杂的商品类型是其特征，一些内部操作修改，阳离子可以轻松降低公司的成本。这是一个紧迫需要考虑的话题。因此，对仓库的影响力很大运营成本。因此，仓库设计加存储分配挑选路线规划无疑将增强操作性，消除效率和空间利用，降低订单采摘成本。

本文是基于Vaughan提供的模型Petersen，增加了三个因素：订单选择策略和订单组合类型。因为所有三个因素都会影响订单拣货效率，我们在模型中考虑到它们，并且还增加了存储位置规划方法，不同采摘密度在通道内，不同的选择策略和单次订单通过组合类似的顺序拾取或拣选加重组之后。我们希望通过对不同的公司进行模拟可以为零售商提供最佳的设计，房屋系统，以加强订单拣货操作效率。

良好的仓储系统应确保商品的轻松高效的访问，妥善使用存放位置找到最短路径，最后在合理的时间内交货。本文主要关注交叉点等因素，通道数量，存储分配，选路器路径，通道内的采集密度，以及配送中心的采摘操作存储区域中不同的组合顺序。我们希望对这些因素进行系统的分析和研究，以获得最短的旅行距离。

最后，通过仿真结果验证，将开发仓库系统设计数据库，并将此数据库提供给仓库行业作为仓库系统规划的参考。预计良好的采摘作业将提高生产效率，并配有完善的仓储系统规划遴选政策决定，肯定有助于公司降低成本。

2、文献综述

考虑到影响订单拣选系统绩效的因素，本文将着眼于解决“仓库布局”，“仓储分配策略”，“选择器路由策略”和“订单组合”等四个方面的仓储系统设计问题”。

2.1 仓库布局设计

影响订单拣选系统的一个重要因素就是存储区规划。Ashayeri^[2]为仓库布局问题提出了解决方案，针对的是最低建筑成本或材料处理成本的目标。一般来说，仓库布局基于矩形。Caron等^[3]建议仓库布局可分为三种类型。第一个是平行存储通道，I/O站位于过道头部或末端的中间;第二和第三是垂直通道，但是I/O站位于中间和左下角。

根据Roodbergen和Koster^[4]的研究，他们考虑将交叉通道放在原来的平行通道之间，并将结果与没有交叉通道的结果进行比较。发现两种情况下平均拾取距离有显着差异。 Ratliff和Rosenthal^[5]研究了矩形仓库中的采摘问题，其中只有通道两端的路径。他们使用图论来找到最短的采摘时间，发现采摘时间与商品数量无关，而是线性依赖于通道的数量。Vaughan和Petersen^[1]研究了订单组合类型的效果在交叉通道布局上的采摘距离。他们发现，当跨过道处于最佳状态时，会产生最有利的效果。Roodbergen和Koster^[6]找到了多个交叉通道和采摘路径的最佳组合。

Caron等人^[7]发现仓库布局对采摘行驶距离有显着的影响。他们证明布局设计对总行程距离有60％以上的影响，同时也找出仓库布局与采摘行程距离的关系。 Vaughan和Petersen^[6]开发了一种启发式算法，以获得最佳数量的交叉通道，从而实现最佳性能，而Roodbergen和Koster^[4]比较了正常布局和交叉通道布局之间的平均行车时间，并证明了交叉走道时间平均较短。因此，他们的研究重点之一是建立一个仓库系统的最佳通道设计。

2.2 存储分配策略

通常，存储分配策略如下：随机存储，分类存储，固定存储，基于体积的存储等。Rosenblatt和Eynan^[8]建议分类存储方法的分配基础主要是转换率。他们的结论表明，随着分类项目的增加，旅行时间预计会减少，当分类项目低于十分时，会发现更好的改善。

Jarvis和McDowell^[9]专注于矩形仓库，其中包括交叉通道在最终位置，并假设每个项目具有相同的采摘时间。采摘时间与采摘距离成比例，因此采用固定储存方式计算预期采摘时间。Rosenblatt和Eynan^[8]将仓库分成一些较小的区域，并使用分类存储分配策略来减少总采购时间，最终获得最佳的自动仓库系统。 Guenov和Raeside^[10]研究了带式启发式布局和自动存储/检索系统（AS/RS）下的最优通道宽度，建议采用ABC存储原理，有效提高AS/RS机的容量。Jeroen和Gademann^[11]解释说，分类存储策略是基于客户需求比例，并给出有效分类存储位置和产品的方法。Petersen和Schmenner^[12]研究了启发式选择路径和存储基于拣配数量的分配政策。他们指出，在采购数量的所有存储方法中，通道之间的存储节省了比其他存储方法大约10到20％的采购。Jarvis和McDowell^[9]开发了一个随机模型，当在横向政策下，他们的任务可以获得最小的平均存储/检索时间。

2.3 选择器路由策略

选择器路由规划的目的是减少不必要的拾取距离，从而导致最短和最有效的选择。Ratliff和Rosenthal^[5]提出了一种解决选路器路由问题的新方案：首先分别找出每个路径的采集距离，然后找出连接到下一条路径的距离，并以此方式重复，直到完成所有商品的选择。

Goetschalckx和Ratliff^[13]开发了一种有效的最优算法，并显示出比常规政策节省高达30％的旅行时间的政策。还表明，对于大多数实际的通道宽度，在相同的通道中挑选通道的两侧而不是挑选一侧然后选择另一侧是显着更有效的，除非拾取密度大于50％。采用手工订单的大多数仓库由一个或多个平行通道部分组成，类似于图1所示。在通道中选择四种可能的策略：遍历，分割遍历，返回和分割返回。穿越策略在通道的一端进入，另一端退出。退货政策在通道的同一端进出。分割策略是来自两端的遍历策略或来自两端的返回策略。在图如图1所示，通道1B表示遍历策略，过道4A，分割遍历策略，过道2A返回策略，以及过道3A分割返回策略。Jeroen和Gademann^[14]考虑了自动仓库系统固定储存政策下区域之间的拣选顺序，从而导致访问期间旅行时间最短。比较不同通道类型对行程距离和通道数量的影响。结果表明，交叉通道仓库的采集距离与之成正比走道数量，采摘行程距离迅速增加交叉通道数量增加，采摘行程距离“Z”形通道独立于通道数量。

Hall^[15]研究了矩形仓库中的三种不同的选择器路由策略，包括横向，中点返回和最大差距回报。仿真方法用于比较不同策略的行驶距离，结果表明，最大的差距回报性能优于其他。Vaughan和Petersen^[1]研究了具有交叉通道的仓库布局，以找出最短的采购距离。他们通过不同的实验计算采摘距离基于四个因素的组合设计，也是动态规划。结果表明，当通道长度相对于通道宽度增加时，可以获得最佳的通道数量。 Roodbergen和Koster^[6]通过使用动态规划计算方法来确定不同仓库尺寸和不同拣选单的平均旅行时间，并发现如果布局是中间通道类型（三个交叉通道），平均行车时间明显较低。该文中提到了七种选择路径的方法。其中，组合方法具有最佳性能，最大间隙启发式应用于具有两个交叉通道和低采摘密度的情况下更好。

图1 四种采摘政策

2.4 组合顺序

单次采购意味着基于单一订单执行拣货。相反，配料和分区采摘是一种拾取方法，它分别结合不同的顺序，并在不同的采摘区域执行挑选。林和卢^[16]提出五种订单分类，并附有两个政策，并通过模拟结果验证，发现每种订单类型都有自己的适当政策。在最小采摘时间和劳动力利用率的提高中都可以获得一致的结果。Gademann等人^[17]在平行通道仓库中采用变量拣选操作，研究了采摘中的订单批处理方法，对一组选择器进行了多批次批处理，并通过分支方法解决了订单批处理问题。他们发现，主要的改进是获得一个非常简单有效的方法来改善批量大小的下限。Chiang^[18]提出，当订单分配成本高时，可以将订单分为多交货或双交货模式。然后，可以在定期审查系统下研究订单分割方法，以便在订单交货期间找出最佳交货数量，最终有效降低总体库存成本。

3、模型建造

本文将详细介绍配送中心仓库系统设计中的采摘性能因素，如交叉通道数量，采摘路径，采摘密度和订单组合。它还描述了如何使用最小采摘距离作为在不同仓库环境下获得最佳采摘性能组合的仓库系统设计的基础。

图2 一个交叉通道的仓库布局

常规仓库布局没有交叉通道设计。因此，即使第一个通道只需要在某个存储位置进行一小段时间来接收一些商品，您仍然必须从第一个存储位置到最后一个位置，回到第一个位置，再到第二个过道。因此，采取了很多不必要的重叠距离。为了解决上述问题，Vaughan和Petersen^[1]提出了如图1所示的交叉通道的想法。添加交叉通道后，总存储位置不变，但主通道长度增加，因此必要总空间增加，空间利用率下降。但是添加交叉通道又增加了拾取路径的灵活性，并且可以提高选择效率。这有助于减少整体采摘距离。但是，如果添加过量的交叉通道，则如图3所示存储空间增加太多，这又导致拾取距离的增加。

图3 过多交叉通道的仓库布局

3.1 仓库系统仿真结构

3.1.1 仓库布局考虑和分类假设

本文基于Vaughan和Petersen^[1]提出的交叉通道数量（1〜9），并将交叉通道数量进一步扩展为11，假设为0〜10。本文仅考虑输入和输出点（I/O点）位于左下和右下。在每个采摘中，选择器从输入点开始，并通过走到输出点完成订单的选择。如果采摘是基于订单组合，则在完成采购任务中完成所有订单，考虑到采购中的实际行驶距离。换句话说，它是基于直线距离计算的。

3.1.2 存储分配规划

在仓库系统存储分配策略中，存在两种不同的策略，即基于商品项目访问频率的策略，另一种是基于商品项目访问频率加上商品项目相似度。以前的研究证明，基于考虑商品项目相似性和访问频率的存储分配策略有助于提高仓库系统的拣选效率。本文主要关注改进的有效性。

3.1.3 选择器路由规划

对于选择器路由规划，请考虑Goetschalckx和Ratliff^[13]提出的两个剔除策略，即修改的Z选择策略和返回策略。为了应对修改Z选择退货政策的实际情况，退货政策的距离计算基于直线距离。计算如下：

1、水平距离M（i，m）是从第i个传输到第m个通道的距离，其中a是每个存储位置的宽度，b是每个存储位置的深度，w是通道宽度：

M(i,m) = 2times;|m minus;i|times;b |m minus;i minus;1|times;W;

for i,m = 1,2,...,N.

2、通道内的旅行距离Mw计算为位置宽度和通过的实际位置的乘积，即：

Mw=atimes;通过的实际存储位置

修改Z挑选政策的形成是基于Goetschalckx和Ratliff^[13]提出的Z挑选政策的基本原则，其中过道宽度应大于2.1m。在采摘操作中，挑选机必须经常穿过走道。 拾取器通过的路径的轨迹与Z形相似，因此被称为Z拾取拾取原理，如图3所示。在Z-pick策略中计算出的采摘距离是基于欧氏距离。例如，如图4所示，单个订单的选择位置分别是存储位置i，存储位置j，存储位置k和存储位置1。然后，总采摘距离是以下五个距离的总和（在图中，x是存储的总和通道一侧的位置号）：

图4 标准Z-pick图案

1、从点o到点orsquo;的距离是：

(3-1)

2、距离点o的线性距离是：

(3-2)

3、从点i到点j的距离为：

(3-3)

4、从点j到点kis的距离：

(3-4)

5、从点k到点l的距

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