面向单元货物存拣一体化系统的储位管理研究

北京物资学院 / 王成林 张伟 范鑫

面向单元货物存拣一体化系统的储位管理研究

北京物资学院 / 王成林 张伟 范鑫

本文在对单元货物存储拣选一体化系统特征进行分析的基础上，从存储策略及作业方式两方面对影响系统货位编码的要素进行了阐述，确定了存拣一体化系统的货位编码原则，建立了面向单元货物存拣一体化系统在配送中心实际应用中的货位编码方式。

单元货物、存拣一体化、货位编码

一、存拣一体化系统的需求及构成

随着电子商务的发展以及居民消费习惯的改变，多品种、多批次、小批量、高频率的物流作业要求已经变得越来越普遍，这与传统的以集装作业单元为核心、推崇大批量作业的模式相违背，以周转箱、托盘等为代表的集装化模式越来越不适合在某些新兴业态下使用。因此如何突破原有作业模式限制，针对不断变化的物流作业要求，研发出直接以单元货物为作业对象的新型物流装备系统，成为目前国内外物流工程技术领域的研究热点。本文所述的单元货物，是指未经过专门器具盛放或捆扎等集装化处理的货物，可以是一个独立的包装单元，也可以是一件单品。在面向单元货物的作业模式下，货物以单元的形式流动，直接与订单需求匹配。

面向单元货物存储拣选一体化作业系统是为了实现配送中心面向单元货物的作业模式、快速响应订单需求而提出的，是一种基于带式输送的动态存储机构和动态拣选机构相结合的自动货物存拣系统，通过带式输送机实现动态存储机构与动态拣选机构联动的运行模式，其中动态存储机构由动态存储单元组成，每个动态存储单元由若干个标准单元货位构成。系统组成见图1。

图1 面向单元货物存拣一体化作业系统构成图

二、系统工作流程设计

面向单元货物存储拣选一体化作业系统的作业分为入库作业与出库作业。执行入库作业时，首先检测货物的外形尺寸，对超长、超宽的货物执行退回作业，录入满足存储要求货物的信息，由WMS（仓储管理信息系统）中的货位分配及优化模块按照确定的存储原则为单元货物分配合适的存储单元，通过WCS（仓储控制系统）控制存储机构与拣选机构的联动，完成货物的入库作业，系统入库流程见图2。

执行出库作业时，系统接收到出库单后，WMS根据相应的出库需求按照先进先出、均匀出库、就近出库等原则每次取出一个订单的货物，WCS接收到WMS的作业任务后控制存储机构与拣选机构完成出库作业，系统出库流程见图3。

三、系统特征分析

由于结构的特殊性，使得存储拣选一体化作业系统具备较强的作业能力，具有以下特征：

1.动态性。系统是由动态拣选机构和动态存储机构组成，每个动态存储单元又被分成若干个大小相等的标准单元货位，系统按照货物尺寸进行货位分配，每个单元货物可能占据一或多个标准单元货位。在系统执行出入库作业后，货物所占的标准单元货位可能会变化，所以货物的存储货位是动态变化的，每一次的仓储作业都可能使货物的存储位置发生变化，即系统的动态性强。

图2 系统入库流程图

图3 系统出库流程图

2.功能复合性。一般的仓储系统在出入库的过程中都会借助于一些装卸搬运设备，如叉车、堆垛机、AGV搬运小车等。但是存拣一体化系统在仓储管理作业过程中，系统本身的动态拣选机构和动态存储机构同时作业，当拣选作业开始时，存储机构把货物移动到拣选机构上，拣选机构把货物输送到出库站台。系统本身既具有存储的能力，同时又能完成拣货出库的任务，作业效率较高。

四、系统存储策略及作业方式

1.系统的存储策略

考虑到存拣一体化作业系统的结构特殊性，确定的系统存储策略如下：

（1）优先出入库原则。优先出入库原则分为优先出库和优先入库。通常来讲，优先出库指的是不论货物在什么位置，为了防止因为货物长时间积压而导致过期、变质等问题，先入库的货物总是先出库；另外一种优先出库指的是作业任务的优先调度，根据客户的不同要求，安排不同的作业次序。出库和入库是一个完整的作业流程，要全面合理制定两者的作业顺序。为了满足此原则，系统的控制策略是：当确定要出库的货物在系统最外侧时，货物直接出库；反之，前面的货物和出库货物同时被移出，暂存在拣选机构上，然后把出库货物拣出，再把前面的货物送回货位。

（2）根据订单的关联性，系统采用有效的货物组合模式。把经常同时出库的货物优化组合，存放在相邻的动态存储单元中；关联性更强的存放在同一个动态存储单元中，系统拣选机构一次操作即可完成出库作业。

（3）考虑货物的形状差异合理配置货位。系统每一个动态存储单元是由若干个大小相等、长度一定的标准单元货位组成的，由于货物的形状不同，所以占用的标准单元货位的个数也不同。为最大程度地利用系统的存储能力，使每个标准单元货位都能利用，在货物入库时就需要对其形状进行测量，并根据形状合理地分配货位，尽量使每一组货物都能完全占用动态存储单元。

2.系统的作业方式设计

存拣一体化作业系统有两种不同的作业方式，即存储单元双端口出入库和存储单元单端口出入库。存储单元双端口出入库作业方式下，单元货物的出入库遵循就近原则，前端及后端均可执行出入库。存储单元单端口出入库作业方式下，货物只能由存储单元前端出入库，两种作业方式如图4所示。

五、系统货位编码设计

单元存储拣选一体化作业系统是专门针对当前配送中心小批量、多批次、多种类的订单特点而研发设计的，是一种新型的作业系统，所以编码的过程中要考虑系统的功能集成特点，要区别于以往的系统编码形式，建立科学的系统编码原则。

1.货物编码原则

（1）动态唯一性。唯一性是指每个仓储货位具有独一无二的货位号，是货位的唯一身份标识。货位编码唯一才能使货物的出入库流程正确有序，从而提高出入库和库存管理的效率和准确性。但是单元存储拣选一体化系统在每次出入库作业后货物所占的动态存储单元可能会发生变化，如本来占第2和第3标准单元货位，出库后可能占第1和第2标准单元货位，此时货物的货位编码会发生变化（见图5）。所以说，动态唯一性是指货位编码原则唯一，但是系统中记录的所有货物存储货位号在系统每次作业后都会更新，并保持唯一。

图4 存储单元双端口出入库和单端口出入库

图5 货位动态变化图

（2）简洁性。简洁的货位编码不仅便于操作人员理解，从而减少培训的流程，节省成本，提高操作的准确率，而且易于管理 ，有利于提高系统作业效率。

（3）可扩展性。可扩展性是指仓储货位可以随着仓储业务的变动而及时简单地变化，即货位编码方法的连续性。在增加货位的情况下，可以按照原来的编码原则进行编码，不用重新对所有货位进行编码。例如当仓储业务增加时，要增加存储拣选设备和货位，同时要对货位进行编码，就可以根据编码的可扩展性沿用以前的编码形式对新的货位进行编码，该情况下编码工作量小，简单迅速，而且不影响系统正常工作。

2．系统的编码方式设计

面向单元货物存拣一体化系统的基本构成包括动态存储机构和动态拣选机构。每一动态存储单元被等分成若干个标准单元货位。进行货位编码要考虑系统的特殊结构，根据已建立的编码原则编码。

首先，根据配送中心面积作业要求和业务量，确定仓库分区、单元系统的布局形式及相关设施设备的布置组合方式。配送中心的物流系统是一个复杂的系统，包括存储系统、拣选系统等多个子系统，各种设备需要按照一定的配置原则才能搭建起和谐的运作系统，在设备配置方面具有一些共同的要求，一般应满足“移动路径最短、前后作业相互协调配套、存储空间占用最少、作业效率最高、成本花费最低”的要求。在系统布局形式确定的情况下，才能进行货位编码。

其次，根据仓库的面积、高度和存储货品的属性，同时考虑到货架的承载能力，确定单元存储拣选一体化系统的长、宽、高等形状、体积属性。

再次，按照靠近出入库口的原则，不管单元系统是横排、竖排或斜着排列，把靠近出库口或入库口的单元系统作为第一排，以此类推。在常用的四位货位编码原则下，由单元存储拣选一体化系统的结构形式可以知道，存拣一体化系统与传统的货架形式有所不同，存拣一体化系统在传统货架排、列、层形式的基础上，把原来由列和层组成的动态存储单元均分成若干个标准单元货位。所以在传统的区排列层四位编码的基础上增加每一个标准单元货位的编码，确定单元存储系统的五位编码方式：区号+排号+列号+层号+标准单元货位号。如图6所示。具体到编码形式，如货位编码为A—1—1—1—1，指的是A区1排的第1列第1层的第1个标准单元货位。

最后需要注意的是，要对建立的五位货位编码方式进行检查，能很好地满足单元存储拣选一体化系统货位编码的动态唯一性、简洁性、可扩展性的编码原则，由此确定单元系统的编码方式。

六、结论

本文提出了一种以单元货物为作业对象的物流装备系统，结合系统特点对系统的仓储管理特征进行了分析和总结，根据系统的特征确定了编码原则，建立了面向单元货物存拣一体化系统的五位货位编码方式，为该系统在配送中心的应用奠定了基础。

（项目支持：北京市教育委员会大学科技园科技成果转化项目、北京物资学院科研团队项目、北京市通州区科普专项）

图6 面向单元货物存拣一体化系统货位编码方式