案例某鋼材庫倉儲系統的設計與優化
本案例採用多因素分析法，對剛才倉儲系統的規劃、貯量動態**、搬運裝置選取、立體倉庫設計等，結合例項進行討論，提出了以調查統計、分等加權、相關圖分析和指數平滑**等為手段的現代倉儲系統的設計與優化方法。與經驗估算法相比，多因素分析法具有系統全面、經濟合理等特點。
一、前言
現代科技的進步，促使倉庫技能也在不斷發展和完善，倉儲系統的設計和優化已日益顯示出重要性。但在實際應用中，還缺少科學的理論和方法來指導。本文通過對某公司鋼材庫進行規劃和設計，力求探尋適用於倉儲系統的設計理論和優化方法，以供進一步**。
該鋼材庫的庫區平面布置圖如圖9-1所示。可以看出，不符合物流系統基本設計原則之處有以下幾點：
（1）系統觀念不強，分布混亂，不必要的路徑過長，轉彎和迂迴太多，從而使物流不暢，裝載和運輸費用增加。
（2）原倉庫、料場布置不合理。例如③是鋼管庫，⑤是露天料場，兩者存放貨物相同卻不在同一運輸線上。
（3）原倉庫物資隨意堆放，沒有充分利用空間和占地面積，且工作環境不佳。
基於上述原因，在原鋼材庫的庫區規模條件下，進行重新規劃和設計，以便得到合理的倉儲系統。
二、庫廠的選址和規劃
倉庫和料場的選址和布置對倉儲系統的基建投資，物流費用、生產管理、作業條件、環境保護等都有著重要意義，因此要首先考慮。
該鋼材庫的庫區規模和位址是確定的。倉庫和料場的功能基本相同，訪問物資品種基本單一。庫場位址選擇應用較多的是分級評分法，又稱分等加權法，如表9-1所示。
表中列出了位址選擇的影響因素，按其重要性分別規定相應的權數。同時，對每個備選位址進行審查，並按每個因素逐個排出各個位址的排隊等級數，放在每個小格中對角線的左上方。再把每個因素中各個位址的排隊等級數乘以該因素的相應權數，所得分數放在每個小方格中的右下方。
最後把每個位址的這個分數相加，得到總分數，標明各個備選庫場位址互相比較時的優劣程度，如位址c總分143最高，取為最佳方案。
表9-1 庫址選擇評分表
接著要合理確定倉儲系統區域所有單位間的位置關係，並畫出平面布置圖。這是利用相關圖來進行的。所謂相關，就是個單位之間所具有的關係密切度，這種密切度與物流因素有關：
兩個單位之間的物流量大，則他們的關係密切度也大，應靠近安排；也與非物流因素有關：非物流因素要求兩個單位靠近一些，則它們之間的關係密切度也大，應靠近安排。這樣，把各單位間的關係密切度按等級確定下來，並用簡明的圖表示出來，就是相關圖。
可以用相關圖作為依據來進行系統規劃。通常把密切度等級分為6等，即a、e、i、o、u、x等。a級密切度最高，x級最低。
取x級的兩個單位不但不需要靠近，而且不能靠近。鋼材庫區主要單位有十個根據密切程度定出等級，畫出綜合相關圖，如圖9-2所示。令a級相關的兩個單位的優先權數為6，e級為5，i級為4，o級為3，u極為2，x極為1，可計算每個單位的累計優先權數，列表9-2.
乙個單位所含的累計優先權數越高，則這個單位對其他各個單位的重要程度越高，就應該優先安排。再根據每個單位與其他單位密切程度以及實際情況，確定出鋼材區規劃和布置，如圖9-3所示。
表9-2 優先權順序表
三、**分析
客場位址和總體布置確定以後，對未來幾年鋼材最大儲存量進行**，以便確定庫場的容積和機械裝置的配置。根據1989—2023年資料，鋼材進庫場資料如表9-3所示，其分布如圖9-4，呈非線性遞增的趨勢，故採用三次指數平滑**法。
表9-3 鋼材進庫場資料月平均（萬t）
取平滑分數α=0.3
s0(1)=s0(2)= =0.977
s0(3)=0.977
根據計算公式：
st（1）=αyt+(1-α)st-1(1)
st(2)= αst（1）+(1-α)st-1(2)
st(3)= αst(2)+ (1-α)st-1(3)
式中 α—平滑係數；
st（1）—第七週期的一次指數平滑值；
st(2)—第七週期的二次指數平滑值；
st(3) —第七週期的二次指數平滑值；
yt—第七周的實際值
計算結構如表9-4所示。
表9-4 計算過程
a6=3s6(1)- 3s6(2)+3s6(3)=1.19
b6=﹝(6-5a) s6(1)-2(5-4a) s6(2)+(4-3a) s6(3)﹞=0.055
c6= (s6(1)- 2s6(2)+s6(3))=0.003
建立三次指數平滑**模型為：
y6+t=a6+b6t+c6t2
將各係數代入：
y=1.19+0.055t+0.003 t2
則2023年**超前週期t=1, 2023年t=2……再代入**模型，**後五年的入庫見表9-5。
表9-5 **入庫量月平均（萬t）
根據1989—2023年計畫內和計畫外的銷量（出庫量），其資料序列呈明顯的線性增長傾向，故採用二次指數平滑**模型（略去計算過程），**出1995—2023年銷量，即出庫資料，見表9-6。
表9-6 **出庫量月平均（萬t）
表9-7 1995—2023年每年度平均入庫場差值月平均（萬t）
1995—2023年每年度月平均入出庫場差值見表9-7。最大積壓量（原庫存為零）為0.0222萬t，累計積壓量為0.0015萬t。
四、庫存容量的確定和優化計算
根據**分析，得知未來5年內每年度月平均入庫值，又知庫廠每月上半月一邊進鋼材一邊銷鋼材，下半月只銷鋼材，積壓量甚少，可化簡為零。這樣可得出庫存模型如圖9-5所示。（其中，p為進貨速度，r為銷貨速度，q0為進貨批量，qmax為最大庫存量，t1為邊進邊銷的時間，t為庫存周轉期。
）q0==1.388萬t/月
p·t1=rt=q0
r===1.388萬t/月
p===2.776萬t/月
最高庫存量qmax=r(t-t1)=0.694萬t
但實際情況只能近似於庫存模型，取月不平衡係數km=1.4，則實際庫存量應為：
q『max=km·qmax=0.917萬t
再根據倉庫和料場比例關係，確定建立乙個最大容量不小於5500t的立體倉庫群。
由於根據該鋼材庫的進貨批量和時間基本上確定，因此不需要再做其他計算。
五、鋼材庫貨架的設計
鋼材庫主要是儲存鋼材，大部分是4公尺以上的長大件，根據國內外立體倉庫貨架資料，採用帶有橫撐的貨架是最優選擇，其鋼材存放在橫撐上。每個貨架由11個立柱組成，立柱間距為1公尺，每個貨架為5層，每層承載重量為5t。立柱之間用鋼筋和角鋼鏈結。
立柱由槽鋼和鋼板組成。橫撐採用槽鋼，按一定的尺寸分別焊接在立柱的兩側。經過強度和穩定性（當一側滿載，另一側仍空載時）計算確定截面尺寸。
每個貨架最大承載重為50t，一般情況貨架利用率為95%，庫存量按5500t計算，則貨架最少需求量為：
n==115.7個
取整數為116個，分配在確定的立體倉庫中。
六、搬運方案的選取
（一）運輸方式
從總體布置圖（圖9-3）可以看出，運輸方式有公路運輸和鐵路運輸。前者機動靈活、換裝環節少。後者運量大，可靠性高，遠途運輸費用較少。
只有鐵路和公路運輸協調工作，才是最佳的運輸方式。但根據該鋼材庫實際情況，鐵路運輸方式是主要的。
（二）裝卸機械的分析
鋼材庫、場物資主要是4m以上的長大件，裝卸機械主要選擇下述三種:
（1） 輕型龍門起重機。庫場裝卸長大件，大都採用龍門起重機，主要用於露天料場。它跨越鐵路線和貨場，占用通道面積小，庫場面積利用率高，起重量大，效率高。
（2）側面高架叉車，又稱無軌堆垛車。其起公升高度和通過窄巷道的效能比一般叉車好，機動性比巷道堆垛機好，可轉移到其他巷道工作，可在巷道外作業，又可開出庫外作業，同時貨叉可橫向調節，是和長大件的裝卸。
（3）橋式堆垛起重機。它是一種最早用於高層貨架倉庫訪問物資的機械，也適用於無貨架堆垛，它既有橋式起重機能夠跨越倉庫內地面障礙物、堆垛高度高的優點，又有叉車靈便、兩貨叉橫向可調節以叉取長大件的特點。
（三）裝卸機械的優化計算
該鋼材庫進、出庫場的主要運輸工具是火車，同它配合的最佳裝卸機械是龍門起重機。根據總體規劃，它的跨度為35公尺，起重量為5t。火車每月最少運輸5次，每次最多20節車皮，每節車皮最大載重量100t。
該庫場每次最大發貨量為：
q=km=1.4×=1540t
其中，km為月不平衡係數。
此倉儲系統符合運籌學的排隊論mmc型，平均到達率為：
λ==0.139節/小時
庫場實行兩班制，一台龍門起重機需要司機2人，需配備12個裝卸工人。龍門起重機完成乙個週期工作需要12分鐘，則平均服務率為：
m=(×5t)÷100t/節=0.25節/小時
每台龍門起重機（及裝卸工人等）的服務費用包括：裝卸工人工資4元/小時，司機工資3.2元/小時，龍門起重機**期定位8年。
則每小時成本為16元，所以服務成本費c=23.2元/小時。火車一節車皮等待一小時隨時費c0=100元。
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