智能化供应链决策问题系列一：仓储运营规划问题概览和框架

摘要：本系列文章将对仓储运营规划问题进行综述。这些问题可以根据仓储的基本功能，即：收货、存储、订单拣选和发货，进行分类。我们对各类文献进行了总结，并重点分析了各种决策支持模型和求解算法的特点。目的是在学术研究人员和仓储作业人员之间建立衔接的桥梁，解释目前仓储运营的规划模型和方法，指出未来可能的研究机会。

关键词：设施规划设计;仓储运营规划;仓储作业管理;仓储运营决策支持模型

1、简介

仓储是供应链的重要组成部分。它们的主要作用包括：缓冲供应链上的物料流动，以适应生产和运输过程中的季节性生产和/或批量生产等因素造成的变化；将来自不同供应商的产品进行合并，以便共同交付给客户；并进行增值处理，如包装、定价、标签和产品定制。

市场竞争促进了产品分销网络的设计和运营水平的不断提升，这反过来要求提高仓储运营能力。新的管理理念的实施，如准时制（Just-In-Time，JIT）或精益生产，也为仓储系统带来了新的挑战，包括更严格的库存控制、更短的响应时间和更丰富的产品种类。另一方面，新信息技术(IT)的广泛应用，如条形码、射频通信(RF)和仓储管理系统(WMS)，为改善仓储运营提供了新的机会。这些机会包括但不限于：仓储运营的实时控制，和其他供应链环节的有效沟通，以及更高的自动化水平。

文献中已经提出了许多仓储运营决策支持模型，但将这些模型应用于指导仓储运营仍然存在相当大的困难。本系列文章的目的是对已有的研究成果进行分类和总结，并确定未来的研究机会。预期的输出，既是一个分析方法和工具的指南可用于支持更好的仓储运营规划，又是一个路线图为学术研究人员指向未来的研究机会。                                                                                          

本系列文章对仓储运营规划的研究进行了综述。我们首先提出一个统一的框架，来分类研究不同但相关的仓储问题。在此框架下，我们对这些问题的研究进展和主要成果进行了总结，并重点阐述了这些问题的是如何被提出的以及各种问题之间的关系。指出并讨论了未来的研究方向。本系列文章的研究范围仅限于仓储运营规划方法。对于仓储运营规划的绩效评估，相关研究成果很多，我们认为绩效评估是仓储设计和运营中的关键问题，是仓储智能决策的基础，值得深入探讨。Gu等人在2005年发表的文献【2】，针对这个主题，以及仓储设计和计算系统以及案例研究，进行了详细讨论。读者也可以参考Rowenhorst等人在2000年发表的文献【3】这种关于整体仓储设计和运营问题的调查研究。

2、框架

仓储运营的基本需求包括：接收供应商的SKUs、存储SKUs、接收客户订单、从仓库取SKUs并装货、运输到客户手中。为了满足这些需求，仓储设计和运营涉及到很多问题。资源方面，需要将空间、人力、设备配置到不同的仓储功能，各个不同的功能需要仔细执行、操作和协调，这样才能以最低的资源成本实现库容、吞吐量和服务方面的系统需求。

仓储设计和运营规划的分类方案和相应的参考文献如图1所示（图中标记的数字表示本文为相应问题查阅文献的数量），表1对每个分类给出了更详细的表述。文献【2】已经对仓储设计和性能评估进行了研究讨论，因此本文将聚焦仓储运营规划问题。

收货和发货是仓库物料进出的接口。从收货区域卸货到仓库上架存储是物料的进入，订单拣货、准备、运输到客户手中是物料的流出。收货和发货相互影响，例如，到收发货区域的货车指派，装卸货计划安排等。关于收发货的研究非常有限，相关内容将在第3部分一起阐述。

图1

表1

存储环节，主要考虑仓库中货物的存储安排，以实现更高的空间利用率及更高的货物操作处理效率。仓库中货物会被安排到在不同的功能区。功能区的划分有货物的物理特性维度的考虑（例如是托盘存储还是箱存储）；有客户管理维度的考虑，比如为特定客户提供专用的存储区域；也有货物操作维度的考虑，比如对有快速拣选要求的设置前置区等。在某一功能区内，货物可能被进一步分配到一系列拣选区。拣选区是一组物理位置相近的存储位。一个特定的拣选区存储了SKUs的一个有限子集，拣选人员可能会从一个或多个拣选区来挑选所需货物。由于区域的空间限制，拣选人员需要努力提高SKU拣选时间相对在仓库内不同位置之间穿梭时间的占比，以及对各个SKU在仓库不同区域内分布的熟悉程度。在一个功能区/库区内，货物被指定一个存储位置，存储位置的指派对仓储的库容能力、库存的追踪、订单的拣选都有很大影响。存储策略可以被分为随机的、基于类别的、和完全指派的三种。文献【2】已经将策略的选择作为指派问题进行了研究。然而，每个存储策略的实施是一个具体的操作问题（例如，对于完全指派的策略，选用一个具体的规则去指派某种货物到某个库位），因此会在后续系列文章中仓储环节展开讨论。

订单拣选被普遍认为是耗费最高的仓储操作环节，因为它一般倾向于劳动密集或资本密集。订单拣选过程的管控，需要对拣货订单和拣取物料的处理操作进行有效的组织。存在不同的订单拣选方法，例如，单个订单拣选、拣选时分类分批处理、拣选后分类分批处理、对单个订单进行连续的区域拣选、对一批订单进行连续的区域拣选、区域内不分批的并行区域拣选、区域内分批的并行区域拣选等。订单拣选方法的选择是一个策略决策问题，对于仓储设计和运营的许多其他决策中有着广泛的影响。举例来讲，如果采用了拣选后分类的方法，那就需要规划一个下游的分类系统。订单拣选系统的议题在文献【2】中有更加彻底的论述，本文聚焦在订单拣选操作规划层面。在操作规划层面需要做一些基本决策，包括拣选波次大小设定、分批、路径规划以及分类等。分批、路径规划和分类将会在后续系列文章中订单拣选环节进行详细讨论。拣选波次大小的设定相关的研究十分有限，因此不会进一步展开讨论。

参考文献：

[1] Gu, J.X., Marc Goetschalckx *, Leon F.McGinnis, 2006.Research on warehouse operation：A comprehensive review. European Journal of Operational Research177(2007) 1-21.

[2] Gu, J.X., Goetschalckx, M., McGinnis,L.F., 2005. Warehouse design and performance evaluation: A comprehensivereview. Working Paper, Virtual Factory Laboratory, Georgia Institute ofTechnology.

[3]Rowenhorst, B., Reuter, B., Stockrahm, V., van Houtum, G.J., Mantel, R.J.,Zijm, W.H.M., 2000. Warehouse design and control: Framework and literaturereview. European Journal of Operational Research 122, 515533.