1 引言
仓储是企业供应链中的一个重要环节,无论对于制造企业还是第三方物流企业以及配送中心,仓储往往占用大量的资金。据统计,美本国在1986 年,物流总费用为5 180 亿美元,其中库存费用为2 170 亿美元,运输费用为2 810 亿美元,三者分别占当年 G DP总值44 500 亿美元的11164 % ,4187 %和6131 %;在2000 年物流总费用为10 060亿美元,其中库存费用为3 770 亿美元,运输费用为5 900 亿美元,三者分别占当年 G DP总值99 600 亿美元的1011 % ,3178 %和5192 %。14 年间,库存费用、 运输费用和物流总费用占 G DP 总值的百分值分别减少了1109 % ,0139 %和1154 %。美国的实践表明减少库存支出成为降低物流费用的主要来源。减少库存支出,关键在于有效提高仓储效率、 加快资金周转、 压缩库存量,基于计算机技术的集成化仓储控制与管理系统成为重要的手段。
2 集成化仓储系统的构成集成化仓储系统一般由入库系统、 货架系统、 堆垛机、 库内输送系统、 出库系统和计算机管理控制系统构成。它主要面向配送中心和企业的仓储流通环节,系统的货架数量较多,出库系统和入库系统较复杂,往往带有分拣系统,这个系统和外界的运输企业、 运输网点及用户一般通过广域 Internet 联系,如图1 所示。
入库系统实现货物或物料的入库,也实现物流信息的采集与收集。入库系统由入库运送设备、 货物或物料自动识别系统构成,其中入口输送设备选输送带,自动识别系统采用条码系统,该系统由打印在货物或物料上的条码、 条码阅读器和入库计算机组成。
货架系统采用单元货格式货架,货格的长度为113m,深度 018m,高度 112m。货架系统共有 16 排,22列,11 层,共3 872 个货位。堆垛机实现货物单元的上架和下架。堆垛机可在巷道内来回穿梭,其货台可上下垂直升降,货叉可横行伸缩,从而实现货物的三维方向移动。堆垛机水平穿梭的三档工作速度分别为 80m/ min ,60m/ min ,40m/ min ;垂直升降速度分为两档,分别为45m/ min ,20m/ min ;货叉存取速度为20m/ min。堆垛机的电力拖动采用交流变频调速,采用 P LC对堆垛机进行控制,实现自动认址、 货位虚实检测以及与主控计算机之间的信息通信等功能。库内输送系统的运送设备选用视觉导航AG V ,这种AG V具有运输柔性好、 路径更改和维护方便、 易于识别多路径、 智能化程度高的特点。
出库系统由出库运送设备、 货物或物料自动识别分拣系统构成,其中自动识别系统一般采用条码系统。计算机管理控制系统由入库计算机、 中央计算机、出库计算机和相互之间的通信系统组成。入库计算机完成入库货物和物料信息的采集、 存储和传输;中央主控计算机则实现货位分配、 堆垛机工作指令传输、 堆垛机工作状态监控、 库内AG V 运输路径规划和调度、 库内货物信息统计与报表打印、 库存控制辅助决策等;出库计算机完成出库指令传输、 出库货物信息存储与传输。
3 集成化仓储系统的工作流程集成化仓储系统的工作流程一般是入库、 库内运输、 存放和出库,整个工作在计算机管理系统的控制下进行,如图2 所示。计算机系统一般为三级管理控制系统,上位机与局域网相连,下位机与控制器 P LC相连,通过无线和有线方式传送数据[1]。
311 入库流程系统响应入库请求,弹出入库对话框,用户填写入库货物的名称和数量;系统查询订货量,如果订货量大于货物库存数量,则给出报警提示;否则,系统向入库计算机发送入库操作任务单,并打印入库单据,入库计算机控制条码系统扫描货物;扫描后入库会判断扫描的货物和任务是否相符,如相符则执行入库分拣和运送,如不符,则给出报警信号。
312 拼盘与并箱小尺寸的货物或零件入库前,一般需进行拼盘并箱作业,以适应仓储要求和充分利用货位容积,大尺寸的货物可根据情况直接入库或放入托盘后再入库。
一般采用固定拼盘并箱方式,即多个同种货物或零件放于一个托盘或货箱中。某些情况下,为了进一步增加仓储容量,可采用散件拼盘并箱模式,即随意品种、 随意数量的拼装入箱。这种模式中,需要在管理系统的数据库中设定拼盘批次码、 拼盘码、 货物零件到场批次码等信息,将每个拼盘中货物数量、 种类和其存放货位联系起来,以利于出库时倒盘拼箱。
313 条形码扫描输入条形码采用UPC码,表征货物的条形码一般含有四种信息:托盘号、 货号、 批次号和数量。条形码由扫描器读入、 译码器解译后经串行接口传入计算机。
314 出库流程系统响应出库请求,弹出出库对话框,用户填写出库货物的名称和数量;系统查询库存量,如果出库数量大于货物的库存数量,则给出报警提示;否则,系统向出库计算机发送出库操作任务单,并打印出库单据,出库计算机向堆垛机发出出库指令,堆垛机从货架出货,尽可能输送到出库台,出库计算机控制条码系统扫描货物;扫描后出库计算机会判断扫描的货物和任务是否相符,如相符则执行出库分拣和分装,如不符,则给出报警信号。
4 集成化仓储系统的信息系统
集成化仓储系统的信息系统主要包括计算机监控系统、 数据库系统及网络系统。计算机监控系统涉及管理计算机、 监控计算机和控制具体设备执行的 P LC控制器等,数据库系统完成底层数据的存储,网络系统则负责信息的传送和交换。
411 系统的逻辑功能(图 3)(1)系统维护子系统:对系统进行初始化,设置各种编码和处理方式,包括设置拼盘方式、 出入库方式、 批量方式及对日期、 数据库、 货位编码初始化。
(2)需求量管理子系统:根据生产计划、 销售状况、库存情况、 货物清单、 日期等信息调配物料需求数量和时间。
(3)订货管理子系统:制作订单、 录入合同、 管理进货日程、 统计合同并为管理者提供供货单位的信誉、 供货能力和生产技术信息等基本档案资料。(4)不合格品管理子系统:管理零件到厂或货物到公司后的各种不合格品,根据从入库验收、 生产和销售中返回的不合格品、 生产追讨单和赔付单,将不合格品从库存中扣除。(5)存储管理子系统:提供存储管理中的各种功能,包括货位管理、 入库管理、 出库管理和倒盘库管理子系统。货位管理对入库件分配合理货位,对全库划分内部作业区,确定每种零件或货物的托盘的件数。
倒盘库管理按要求对全库进行盘点,根据货位管理提供的信息完成货物或零件的倒库,并记录和维护有关的数据资料。
(6)库存管理子系统:负责各种物料的收发存管理,实时处理存储管理系统、 订货管理系统提供的数据,随时更新库存信息以反映库存的动态变化。该子系统包括收发存管理、 库存状况分析、 ABC分类管理和呆滞物料管理等子系统。收发存管理提供某段时间内库存物流的信息状况,随机显示和打印当前的库存量等信息;库存状况分析提供库存中现有量、 计划收到量、 已分配量、 可用量等库存信息;ABC分类管理对库存的货物进行分类管理;呆滞物料管理提供库存积压货物的品种、数量及积压金额,便于采取措施进行处理。
412 数据库系统集成化仓储系统的信息管理系统是一个小型数据库管理系统,涉及到库存数据库、 入库数据库和出库数据库,其核心是库存数据库,各数据库之间可以交换数据。数据库需反映管理系统的功能要求,库存数据库包括存储货物的种类、 名称及其数量等与生产和销售相关的数据信息[2]。
可采用多表结构来构造库存数据库,分别为存储货物品种、 需求及库存的库存数量表、 生产厂家表、 生产计划表等,各表之间建立关联,构成无冗余的高效数据库。其基本结构如图4 所示。
计算机系统中间数据交换的方法主要的有两种: ①采用发出自定义消息的方法,发出数据的一方在发出数据前先发送消息,接收数据的一方在接收到消息后开始接收数据,通过编程系统消息来保证发出方与接收方工作的同步,这种方法实时响应速度高,但实现起来比较复杂。
②定时查询法,发出数据的一方在发出数据的同时设定数据发出标志,接收数据的一方定时查询数据发出标志,一旦发现数据已发出,则接收数据,这种方法一般通过文件来传递数据,实时性差一些。集成化存储系统的信息管理系统可以采用多种数据库语言进行本论文由设计开发,如Oracle ,F oxPro ,SQL 等。
5 集成化仓储系统的管理技术
511 出入库调度规则出入库作业调度主要是安排各出入库作业的开始执行时刻。常用的调度原则: ①出库任务优先执行原则; ②优先级高的任务先执行原则; ③当入库任务的执行不影响任何出库任务的按时完成时方执行入库任务。出入库调度的执行离不开必要的信息,具体需要的数据有:出库任务最迟时刻;入库任务申请时刻;出入库任务所需执行时间;堆垛机完成出入库任务的平均执行时间;估算出入库任务完成时刻的安全系数;运输车辆故障及恢复情况;运输任务情况(包括已下发未完成的运输及未下发的运输任务) 。
具体的出入库调度算法有
1)按照入库任务申请的时刻将每台堆垛机的入库任务排队;(2) 确定出库任务的最迟执行时刻,最迟执行时刻=最迟送达缓冲站时刻 - 出库任务执行所需时间 ×估算出库任务预计完成时刻的安全系数;(3)调整任务序列,若相邻两个出库任务的最迟执行时刻之差小于堆垛机平均作业时间,则提前前一任务的最迟执行时刻,使其差距大于或等于平均作业时间,循环操作直至所有任务的最迟执行时刻的差距不小于堆垛机平均作业时间。当有多项出库和入库申请时,为了提高存取效率,可采用出入库联合作业。具体可根据入库货位和出库货位的位置将出库任务和入库任务进行组合优化。
512 货位分配技术货位分配包含两个层面的意义,一是为入库货物分配合理的货位,二是选择确定出库货物的位置。货位分配的原则主要有: ①货架受力良好; ②同种货物先入先出; ③同种货物分区存放; ④为取而存。
货物分配的方法主要有以下两种
1)分类分区存放根据入库货物的种类将仓储容积分为几个区域,按照出库频率来选择货物存放的分区,其中出库频率最大的货物放置在离出库台最近的分区。如有五种货物A1 ,A2 ,A3 ,A4 ,A5 ,每种货物需要货箱的数量分别为Q1 ,Q2 ,Q3 ,Q4 ,Q5 ,总需求量为Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 ,总货位数为M,则A1 的分区大小为M1 = INT(MQ1/ Q) ,A2 的分区大小为 M2 = INT(MQ2/ Q) ,A3 的分区大小为 M3 =INT(MQ3/ Q) ,A4 的分区大小为M4 = INT(MQ4/ Q) ,则从货位号1 到货位号 M1 为货物 A1 的分区,从货位号 M1+ 1 到货位号 M1 + M2 为货物 A2 的分区,从货位号 M1+M2 + 1 到货位号M1 + M2 + M3 为货物 A3 的分区,从货位号M1 +M2 +M3 + 1 到货位号M1 +M2 + M3 + M4 为货物A4 的分区。
分区的数目一般不超过 10 个,以免使每个分区容量过小。(2)位号联合分配法仓储货位的编号有多种方式,常见的有两种方法,一种是按照排、 列、 层号来编号,顺序可以是排列层,也可以是列层排,如010203 表示放在第一排二列三层的货位号[3]。另一种是根据货格位置距离出库台的距离进行编号,单排货架的货位编号如图5 所示。
货箱或托盘通常采用箱号来指定,可以将货箱号码编制成与货位序号相同,在这种情况下某个指定的货箱通常只放置在货箱号所指定的货位上,此时可将货位和相应的货箱号码等同处理,而无须区别货位还是货箱。在分配货位时可根据货物的出库频率和数量按货位从小到大进行分配。
513 库存分析与控制库存分析控制主要包括库存状况统计与分析、 订货量确定等。正确可靠的库存控制可以有效减少库存资金占用,降低缺货风险。(1)库存费用基本的库存费用包括订货费用、 库存持有费用和缺货费用。
订货费用往往包括订单经过财务和采购部门的处理费用、 订单传输到供应地的成本、 货物运输费用(当采购价格不包含运输费用时) 和在收货地点的货物搬运或商品加工成本。库存持有费用是维持货物存储所需的费用,包括空间费用、 资金占用费用、 库存服务费用和库存风险成本。在高级拉动式库存控制中,将库存持有费用分为经常性库存的库存持有费用和安全库存的库存持有费用。(2)ABC分析法将库存货物按年度货币占用量分为 ABC三类。年度货币占用量是库存货物的年度需求量与其库存成本的乘积。A级是年度货币量最高的库存,这些品种的货物可能只占库存总数的15 % ,但用于它们的库存成本却占到总数的 70 %～80 %。B 级是年度货币量中等的库存,这些品种的货物占全部库存的30 % ,占总价值的15 %～25 %。那些年度货币量较低的为C级库存品种,它们只占全部年度货 币量的5 %,但却占库存总数的55 %。
根据货物的ABC分类,分别采取不同的管理和资金策略。将管理资源和资金集中于重要的A类货物。(3)基本的经济订货批量福特• 哈里斯所提出的经济订货批量公式,又被称为最佳订货量模型,其公式为:O3=2• D• SI• C式中,D为库存货物的年需求量,S为货物的采购成本, I为货物的单价,C为单位货物的保管费用。(4)再订货点在发出订单和得到货物之间通常有一定的时间间隔,因此订货需要一定的提前期。
提前期内货物的需求量为再订货点 ROP ,即当库存量达到再订货点时,就应该开始新的订货:ROP = d × LT。其中,d 为需求速率,LT为提前期。(5)高级拉动式库存控制在许多情况下,订货期内的需求往往是不确定的,存在着没有足够的库存来满足客户需要的风险,为此在保证经常性库存满足平均需求和平均提前期以外,还需要增加额外库存,称为安全库存。通过升高或降低再订货点,可以实现控制发生缺货的概率[4]。
提前期内需求的标准差 S′ d为: S′ d = Sd × LT。式中,S′ d 为需求期内分布的标准差。安全库存为z×S′ d ,z为距离需求期内分布均值的标准差的倍数,由正态分布表查到。再订货点为:ROP = d× LT+ z×S′ d。6
