案例案例 某钢材库仓储系统的设计与优化某钢材库仓储系统的设计与优化本案例采用多因素分析法，对刚才仓储系统的规划、贮量动态预测、搬运设备选取、 立体仓库设计等，结合实例进行讨论，提出了以调查统计、分等加权、相关图分析和指数 平滑预测等为手段的现代仓储系统的设计与优化方法。与经验估算法相比，多因素分析法 具有系统全面、经济合理等特点。 一、前言一、前言 现代科技的进步，促使仓库技能也在不断发展和完善，仓储系统的设计和优化已日益 显示出重要性。但在实际应用中，还缺少科学的理论和方法来指导。本文通过对某公司钢 材库进行规划和设计，力求探寻适用于仓储系统的设计理论和优化方法，以供进一步探讨。该钢材库的库区平面布置图如图 9-1 所示。可以看出，不符合物流系统基本设计原则 之处有以下几点： （1）系统观念不强，分布混乱，不必要的路径过长，转弯和迂回太多，从而使物流不 畅，装载和运输费用增加。 （2）原仓库、料场布置不合理。例如是钢管库，是露天料场，两者存放货物相同 却不在同一运输线上。 （3）原仓库物资随意堆放，没有充分利用空间和占地面积，且工作环境不佳。 基于上述原因，在原钢材库的库区规模条件下，进行重新规划和设计，以便得到合理 的仓储系统。 二、库厂的选址和规划二、库厂的选址和规划 仓库和料场的选址和布置对仓储系统的基建投资，物流费用、生产管理、作业条件、 环境保护等都有着重要意义，因此要首先考 虑。 该钢材库的库区规模和地址是确定的。 仓库和料场的功能基本相同，存取物资品种 基本单一。库场地址选择应用较多的是分级 评分法，又称分等加权法，如表 9-1 所示。 表中列出了地址选择的影响因素，按其重要 性分别规定相应的权数。同时，对每个备选 地址进行审查，并按每个因素逐个排出各个 地址的排队等级数，放在每个小格中对角线 的左上方。再把每个因素中各个地址的排队 等级数乘以该因素的相应权数，所得分数放 在每个小方格中的右下方。最后把每个地址 的这个分数相加，得到总分数，标明各个备 选库场地址互相比较时的优劣程度，如地址 C 总分 143 最高，取为最佳方案。表表 9-19-1 库址选择评分表库址选择评分表可供选择的地址可供选择的地址影响因素权数 ABC影响因素权数 ABC1 劳动力54/202/105/256 土地、气候42/82/82/82 运输63/183/182/127 费用74/282/143/213 环境33/94/122/68 扩展余地22/42/45/104 停车场所45/204/164/169 通道便利53/154/202/105 服务72/144/285/35合计/136/130/143接着要合理确定仓储系统区域所有单位间的位置关系，并画出平面布置图。这是利用 相关图来进行的。所谓相关，就是个单位之间所具有的关系密切度，这种密切度与物流因 素有关：两个单位之间的物流量大，则他们的关系密切度也大，应靠近安排；也与非物流 因素有关：非物流因素要求两个单位靠近一些，则它们之间的关系密切度也大，应靠近安 排。这样，把各单位间的关系密切度按等级确定下来，并用简明的图表示出来，就是相关 图。可以用相关图作为依据来进行系统规划。通常把密切度等级分为 6 等，即 A、E、I、O、U、X 等。A 级密切度最高，X 级最低。取 X 级的两个单位不但不需要靠近， 而且不能靠近。钢材库区主要单位有十个根据密切程度定出等级，画出综合相关图，如图 9-2 所示。令 A 级相关的两个单位的优先权数为 6，E 级为 5，I 级为 4，O 级为 3，U 极为 2，X 极为 1，可计算每个单位的累计优先权数，列表 9-2.一个单位所含的累计优先权数越 高，则这个单位对其他各个单位的重要程度越高，就应该优先安排。再根据每个单位与其 他单位密切程度以及实际情况，确定出钢材区规划和布置，如图 9-3 所示。表表 9-29-2 优先权顺序表优先权顺序表优先权数37363532323129252423单位优先顺序12345678910三、预测分析三、预测分析 客场地址和总体布置确定以后，对未来几年钢材最大存储量进行预测，以便确定库场 的容积和机械设备的配置。根据 19891994 年资料，钢材进库场数据如表 9-3 所示，其分 布如图 9-4，呈非线性递增的趋势，故采用三次指数平滑预测法。表表 9-39-3 钢材进库场数据钢材进库场数据 月平均（万 t）年度198919901991199219931994数量0.950.971.011.091.151.20取平滑分数=0.3S0(1)=S0(2)=0.9770.95 + 0.97 + 1.013S0(3)=0.977根据计算公式：St（1）=yt+(1-)St-1(1)St(2)= St（1）+(1-)St-1(2)St(3)= St(2)+ (1-)St-1(3)式中 平滑系数；St（1）第七周期的一次指数平滑值；St(2)第七周期的二次指数平滑值；St(3) 第七周期的二次指数平滑值；yt第七周的实际值计算结构如表 9-4 所示。表表 9-49-4 计算过程计算过程年度198919901991199219931994周期0123456入库量0.950.971.011.091.151.20St（1）0.9770.96920.98150.98151.01401.05481.0984St(2)0.9770.97310.97550.97550.98701.00741.0347St(3)0.9770.96990.97160.97160.97620.98561.0003a6=3S6(1)- 3S6(2)+3S6(3)=1.19b6=(6-5a) S6(1)-2(5-4a) S6(2)+(4-3a) S6(3)=0.055a22(1 - a)2c6=(S6(1)- 2S6(2)+S6(3)=0.003a22(1 - a)2建立三次指数平滑预测模型为：Y6+T=a6+b6T+c6T2将各系数代入：Y=1.19+0.055T+0.003 T2则 1995 年预测超前周期 T=1, 1996 年 T=2再代入预测模型，预测后五年的入库见表 9-5。表表 9-59-5 预测入库量预测入库量 月平均（万月平均（万 t t）年度19951996199719981999入库 Y1.2481.3121.3821.4581.54根据 19891994 年计划内和计划外的销量（出库量） ，其数据序列呈明显的线性增长倾向，故采用二次指数平滑预测模型（略去计算过程） ，预测出 19951999 年销量，即出库数据，见表 9-6。表表 9-69-6 预测出库量预测出库量月平均（万月平均（万 t t）年度19951996199719981999计划内1.1641.2041.2441.2841.324 销量 计划外0.06720.10260.15870.1740.216表表 9-79-7 1995199519991999 年每年度平均入库场差值年每年度平均入库场差值月平均（万月平均（万t t）年度19951996199719981999入出库差值0.01680.0054-0.02070019951999 年每年度月平均入出库场差值见表 9-7。最大积压量（原库存为零）为0.0222 万 t，累计积压量为 0.0015 万 t。四、库存容量的确定和优化计算四、库存容量的确定和优化计算根据预测分析，得知未来 5 年内每年度月平均入库值，又知库厂每月上半月一边进钢材一边销钢材，下半月只销钢材，积压量甚少，可化简为零。这样可得出库存模型如图 9-5 所示。 （其中，P 为进货速度，R 为销货速度，Q0为进货批量，Qmax为最大库存量，t1为边进边销的时间，T 为库存周转期。 ）Q0=1.388 万 t/月1.248t + 1.312t + 1.382t + 1.458t + 1.54t5Pt1=RT=Q0R=1.388 万 t/月Q0T1.3881P=2.776 万 t/月Q0t11.3881/2最高库存量 Qmax=R(T-t1)=0.694 万 t 但实际情况只能近似于库存模型，取月不平衡系数 Km=1.4，则实际库存量应为：Qmax=KmQmax=0.917 万 t再根据仓库和料场比例关系，确定建立一个最大容量不小于 5500t 的立体仓库群。由于根据该钢材库的进货批量和时间基本上确定，因此不需要再做其他计算。五、钢材库货架的设计五、钢材库货架的设计钢材库主要是存储钢材，大部分是 4 米以上的长大件，根据国内外立体仓库货架资料，采用带有横撑的货架是最优选择，其钢材存放在横撑上。每个货架由 11 个立柱组成，立柱图 9-5 库存模型间距为 1 米，每个货架为 5 层，每层承载重量为 5t。立柱之间用钢筋和角钢链接。立柱由槽钢和钢板组成。横撑采用槽钢，按一定的尺寸分别焊接在立柱的两侧。经过强度和稳定性（当一侧满载，另一侧仍空载时）计算确定截面尺寸。每个货架最大承载重为 50t，一般情况货架利用率为 95%，库存量按 5500t 计算，则货架最少需求量为：n=115.7 个5500t50t/个 95%取整数为 116 个，分配在确定的立体仓库中。六、搬运方案的选取六、搬运方案的选取 （一）运输方式 从总体布置图（图 9-3）可以看出，运输方式有公路运输和铁路运输。前者机动灵活、 换装环节少。后者运量大，可靠性高，远途运输费用较少。只有铁路和公路运输协调工作， 才是最佳的运输方式。但根据该钢材库实际情况，铁路运输方式是主要的。 （二）装卸机械的分析 钢材库、场物资主要是 4m 以上的长大件，装卸机械主要选择下述三种: （1） 轻型龙门起重机。库场装卸长大件，大都采用龙门起重机，主要用于露天料场。 它跨越铁路线和货场，占用通道面积小，库场面积利用率高，起重量大，效率高。 （2）侧面高架叉车，又称无轨堆垛车。其起升高度和通过窄巷道的性能比一般叉车好， 机动性比巷道堆垛机好，可转移到其他巷道工作，可在巷道外作业，又可开出库外作业， 同时货叉可横向调节，是和长大件的装卸。 （3）桥式堆垛起重机。它是一种最早用于高层货架仓库存取物资的机械，也适用于无 货架堆垛，它既有桥式起重机能够跨越仓库内地面障碍物、堆垛高度高的优点，又有叉车 灵便、两货叉横向可调节以叉取长大件的特点。 （三）装卸机械的优化计算 该钢材库进、出库场的主要运输工具是火车，同它配合的最佳装卸机械是龙门起重机。 根据总体规划，它的跨度为 35 米，起重量为 5t。火车每月最少运输 5 次，每次最多 20 节 车皮，每节车皮最大载重量 100t。该库场每次最大发货量为：Q=Km=1.4=1540t5500t55500t5其中，Km为月不平衡系数。此仓储系统符合运筹学的排队论 MMC 型，平均到达率为：=0.139 节/小时5 20节30 24小时库场实行两班制，一台龙门起重机需要司机 2 人，需配备 12 个装卸工人。龙门起重2 3机完成一个周期工作需要 12 分钟，则平均服务率为：M=(5t)100t/节=0.25 节/小时60分钟/小时12分钟每台龙门起重机（及装卸工人等）的服务费用包括：装卸工人工资 4 元/小时，司机工 资 3.2 元/小时，龙门起重机回收期定位 8 年。则每小时成本为 16 元，所以服务成本费 C=23.2 元/小时。火车一节车皮等待一小时随时费 C0=100 元。/M=0.139/0.250.56设龙门起重机台数为 C:P0=-1C - 1 n = 0(0.56)nn!+1(C - 1)!1（C - 0.56）(0.56)CLS=P0+0.56(0.224)c + 1(C - 1)!(C - 0.56)2令 C=1、2、3、4、5