关于仓库指令拣选的设计和控制的文献综述

关于仓库指令拣选的设计和控制的文献综述摘要几乎对每个仓库而言，指令拣选早已经被认为是劳动最密集型和昂贵的活动；指令拣选费用估计占整个仓库运营费用的55%。任何表现不佳的指令拣选都导致对整个仓库、整个供应链带来不理想的服务和高的运营成本。为了有效运作，指令拣选过程需要得到强有力的设计和优化控制。在设计和人工拣选的过程控制的典型决策问题，本文给出了文献综述。我们着眼于优化（内部）布局设计、储存分配方法、路由方法、订单批量和分区。在这方面的研究最近已经迅速成长起来。尽管如此，上述领域的组合的研究探索显得相形见绌。在实践中指令拣货系统的事态发展引导新研究方向。关键字:指令拣选；仓库管理；物流1引言随着更多的公司注重在他们的仓库和分配中心里降低成本、提高生产力，拣选已经受到重视。指令拣选-去响应一个特定的客户需求而从储位（或者缓冲区域）检索到产品的过程-是用手工系统里劳动最密集的操作，是自动系统里资本密集的操作(Goetschalckx和Ashayeri1989年，德鲁里1988年，汤普金斯等2003年)。基于上述原因，仓储专业人士认为指令拣选是为提高生产率的最高优先领域。近年来的趋势，在制造业和物流方面使得指令拣选设计和管理变得更加的重要和复杂。在制造业，小批量、point-of-usedelivery、订单和产品客户化、周期减短化是一个趋势。在物流配送中，为了服务客户，在比较紧的时间窗口内，在提供快速、及时的交货的时候，公司更倾向于接受迟到的订单（因此，给指令拣选的可用时间就变得更短了）。为数不多的大的物流中心替代了很多小的小的物流中心，从而实现了规模经济效益。在这些大的物流中心，每天拣选体积大，可用的时窗短。为了更灵敏的应对客户，许多公司采取了延迟策略（凡霍克2001年）导致各种增值活动（如齐套，标签，产品或订单装配，包装或定制），这些是在物流中心发生的，并必须是在指令拣选过程中是有计划的和完整。为了重新分配给其他的客户、回收利用者、原始设备制造商，仓库也包括从客户那找回货物，原料和产品搬运工具。指令拣选运营的组织直接地影响到分拣中心，因而影响供应链的执行情况。在订单下发到仓库和订单完成之间的时间里，在精确度和完整两个方面有很大可能发生错误，不去提及时间损失。也有很大的改进空间。工业界已经想出了创新的方法，使得完成每小时多于1000次拣选的生产力是有可能的。科学很快地发展。最近的几十年，许多的研究指令拣选进程刊物已经被发表。一些新的问题已经被解决，一些新的模型已经被开发。然而，在实践和学术研究之间还是有差距，因为不是所有的新的拣选模式已经被研究，布局，储区指派、订单聚类、订单下发方法、拣选路线和订单聚集的最优结合在很小的范围里被讲到。本文介绍了在学术文献中近来的发展的一个系统概述。通过聚焦于内部的布局设计，储存指派模式、路径模式，订单定量和分区，在设计和控制指令拣选的过程，我们组织了典型的决定性问题。有几个领域似乎已经收到了研究员们的仅仅很少的注意力。来自实践中的创新也引起了新的研究挑战。本文的剩下部分组织结构如下。在下一节中，我们简单地突出仓库的任务和功能，做一个指令拣选系统的概述。在第3到8节中，我们回顾近来的在设计和控制指令拣选的过程的文献，聚焦在布局设计、储存指派、批处理、拣选员行走路径、订单累计。在第8节中我们得出结论和讨论潜在的研究方向。2仓库和指令拣选依照ELA/AT(2004),2003年，仓库费占被调查的公司的物流费用的20%。（其他活动区分开来，增值服务，管理，库存成本，交通和运输包装）。显然地，仓储已经是公司物流系统的重要的一部分。他们一般被用来储存或者缓存产品（原材料，货物在制品，成品产品）。以及它们之间的起源点和消费点。如果主要功能是缓存和储存，“仓库”一词就被使用。如果另外一个主要功能是分配，如果经常使用存储很难扮演一个角色，术语“配送中心”是常用的。当我们关注存货清单的指令拣选时，在整个文章中使用“仓库”术语。兰伯特（1998）说去全球有超过750，000座仓库设施，包括最新技术水平仓库，以及公司板房和自我储存设施。仓库往往包括大的投资和运用费用（例如土地费用、设备设施、劳力等等）。因此，为什么仓库还存在？通过兰伯特（1998），他们帮助了很多公司任务，例如：运输经济体系（例如结合装运，全集装箱）。实现生产的经济体系（例如make-to-stock的生产政策）。以质量优势和前瞻性的购物折扣购买。支持该公司的客户服务政策。满足不断变化的市场条件和不确定因素（如季节性，需求波动，竞争）。克服时间和空间差异，生产者与消费者之间存在。至少实现总成本的物流服务与期望的客户服务水平一致。支持客户和供应商间的及时管理程序。提供给客户多元化的产品，而不是一张订单单一产品。（即合并）提供临时原材料储存，用作处理和循环利用。（即逆向物流）为转运提供一个缓冲的场所。（即直接交货、交叉配货）在一些特殊的情况下（例如精益生产，虚拟的库存，交叉配货），存储功能在供应链中被减弱。但是，在几乎所有的供应链，原材料，零部件，产品库存还需要储存或缓冲，这意味着需要仓库，仓库在公司物流成功方面发挥了决定性的作用。仓库流程图1显示了仓库里典型作用的区域和流向，主要的仓库活动包括：收货，运输和存放，拣货/选择，积累/分拣，交叉配货，和运输。收货活动包括产品从搬运车上卸载下来、更新库存记录、找是否有任何质量和数量的不一致的检查。运输和存放涉及到正在进入的货品搬运到储存区域。它也可能包括重新包装（例如全托盘案例，或者标准箱）和物理搬运（从收货码头到不同的功能区域，在这些区域之间，从这些区域到搬运区域）。在大多数的仓库里，订单拣货/选择是主要的活动。它涉及到为了一组客户而获得一组合适的产品过程。如果订单时按批量拣选的话，积累/分拣被拣选的订单为各个订单（客户）是一个必要的活动。当拣选过程完成的时候，在这种情况下，拣选单元要按客户订单被分组。拣选完成后，订单往往要进行包装和储存在合适的单元里（例如，一个托盘）。当这个接收到产品被直接调运到运输码头时，交叉对接被执行（短期停留或服务可能是必须的，但很少或没有指令拣选需要）。指令拣选指令拣选涉及到聚集和安排客户的订单的过程，给订单行分配库存、下发订单到楼层，从采摘和排列的储存点的物品中拣选物品。客户订单由订单行组成，每行都是单一的货品或者储存单元(库存量单位)，一定数量。在图表1，基于数量、产品搬运的库存量单位、托盘拣选、箱子拣选、打散箱子单元拣选。在仓库里，很多不同的指令拣选系统类型可以被找到。经常一个仓库使用多种的指令拣选系统。例如，在图1中三个区。图2区分拣选系统式式通过是否人工或者是否使用自动化机械。大多数仓库雇佣人员来做指令拣选。其中，指令拣选员走或者移动到去拣选条目的拣选到各部分系统式是最常见的（代科斯特2004）。我们能区别两个不同类型的到各部分拣选系统：低水平拣选和高水平拣选。在低水平拣选系统，这个指令拣选员在沿着储存通道，拣选被需要的实体从储蓄货架或者储蓄箱（箱搁置存储）。另外一个指令拣选系统雇佣高的储存货架，指令拣选员在拣选区域通过升降台或者起重机。起重机自动地停在恰当的拣选位，等着拣货员实施拣货。这种系统被叫做是高水平或者人机指令拣选系统。Parts-to-picker系统包括自动化储存和索取系统（AS/RS）,主要使用通道绑定起重机，检索一个或者更多的单元任务量(托盘或者箱；在后一种情况下，系统通常被称为一个小型负载)和带他们去一个拣选位置。在这个位置上指令拣选员拣选要求的数量，剩下的放回储存。这种类型的系统也被称作aunit-loadorend-of-aisleorder-picking系统。这自动化的起重机（储存和检索（S/R）机器）能够在不同的操作模式下工作：单，双和多个命令周期。单指令周期意味着，要么装载是从仓库移到货架位置，要么从货架位置移动到仓库。在双命令的模式下，第一装载是从仓库移动到货架位置，下一个装载就是从货架检索。在多个命令周期，这S/R机器有多余一个的梭子，在一个周期里，可以拣取和放下几个负载。例如，在为期4指令周期（1995年在Sarker和巴布描述），这个S/R机器里看仓库用两个储存荷载，储存和归还他们使用两个检索荷载。其他系统使用模块化的垂直电梯模块（VLM的），或输送带的单位负载，提供给负责采取适当的数量商品的指令拣选员。投放系统，或命令分配系统（见图2）检索和分配过程组成。首先，条目被检索到，这个可以由parts-to-pickerorpicker-to-parts方式完成。第二，搬运工具（通常是储存箱）带着这些已经被拣选好了的单位被提供给一个指令拣选员，他通过客户的订单进行分配（把他们放在客户的箱子里）。投放系统特别适合大量的客户订单行数在短的时间时窗里被拣选（例如在亚马逊德国回升仓库，或花卉拍卖），在良好的管理系统的情况下，平均每个指令拣选员每小时拣选500次（德科斯特2004）。最近先进的设备指出每小时拣选高达1000次处理是可以的。图2也显示了组织变型了的picker-to-parts系统。这基础变型包括按条拣选（批量拣选）或者按指令拣选（离散拣选）。在按条拣选的情况下，各种各样的客户订单被一个订单拣货员同时地拣选。许多介于两者之间的变种形式存在，如采摘立即进行排序的挑选车（后多个订单）的顺序选择器（排序，而挑选），或采用后整理过程中进行挑选完毕（挑选和排序）。另一个基本的变种是分区，这意味着一个逻辑存储区域（这可能是一个托盘的存储区域，而且对整个仓库）是一分为多个部分，每一个不同的顺序采摘。根据不同的采摘战略，分区可分为两种类型：渐进式分区和同步式分区，根据是否在一个地区的订单回升进一步划分为完成传递给其他区域或平行回升，根据是否订单在一个区域里被拣选然后传递到下一个区域直到完成或者并行拣选。如果订单都是一个目的地（例如，在一个固定的时间上搬运到同一个工具离开）被同时下发去，再多个仓库区域拣选式，使用术语“拣选波次”。经常（但是不是必须）它是和批量拣选联系在一起的。这个批量的尺度建立在在要求的时间里去完成拣选整个批量，时常在30分钟到2个小时之间（见2000年彼得森）。指令拣选员在他们自己的小区里面连续地拣选要拣选的条目，仅当前的波次明显拣选完成时，下一个拣选波次才能开始。自动和机器人拣选仅用于特殊情况下（如贵重商品、小且易碎的商品条目）。在本文中，我们集中在低水平，雇佣人员的picker-to-parts指令拣选系统（每次拣选多个品种）。这个系统形成了全球仓库中绝大多数的指令拣选系统（基于作者的经验：超过80%的指令拣选系统在西欧）。出人意料的是，学术拣选文学更侧重于高水平的采摘和AS/RS系统。虽然不是本文的主题，我们也将简要地提到了后一种类型文献。在实际拣选系统设计往往是复杂的，由于一系列外部和内部因素影响设计选择。据Goetschalckx和Ashayeri（1989）影响的拣选选择外部因素包括市场营销渠道，客户需求模式，供应商补货模式和库存水平，对产品的整体需求，以及经济状况。内部因素包括系统的特点，组织和拣选系统的业务政策。系统特征包括机械化水平，信息提供和仓库维度。（见图3）。这些因素决定有关问题的关注往往在设计阶段。该组织和业务政策主要包括五个因素：路由，存储，配料，分区和订单下发模式。图3也显示了中轴线的测量系统由这个问题表征的距离原点拣选系统，复杂程度。换句话说，一个系统离原始的系统越远，这个系统就越难管理和设计。指令拣选目标在拣选系统最常见的目标是尽可能扩大服务水平，如劳动，机器受到资源的限制，以及资本（Goetschalckx和Ashayeri1989年）。服务水平是由多种因素如平均和变化的订单交货时间，订单的完整性和准确性。指令拣选和服务水平之间一个至关重要的联系是订单被检索到的速度越快，订单可以越早的运送到客户。若订单错过了运输的预定时间，它可能要等到下一个运输周期。此外，短的订单检索时间意味着在处理订单后期变化的高度灵活性。因此，为了尽量减少检索的时间（或者指令拣选时间），对任何指令拣选系统都