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1、第六章 仓储与运输系统规划,2,第一节 普通仓库的布置规划与设计一仓库的布置规划设计的含义普通仓库一般由：物料储存区、验收分发作业区、管理室及生活间及辅助设施组成。仓库的布置规划就是对上述区域的空间面积配置作出合理安排的同时，重点对仓库的储存区域的空间及技术要求、设备选择及作业通道宽度等进行规划设计。,3,普通仓库规划与设计的主要内容1仓库的储存区域空间规划储存货物的空间规划是普通仓库规划的核心，储存空间规划的合理与否直接关系到仓库的作业效率和储存能力。储存空间规划的内容包括：仓储区域面积规划柱子间隔规划库房高度规划通道宽度规划。2仓库常用设备的选择,5,二仓库储存区域空间规划1储存区域空间规
2、划的影响因素（1）存储方式。一般存储方式有散放、堆码、货架储存三种。（2）货品尺寸、数量。（3）托盘尺寸、货架空间。（4）使用的机械设备(型号/式样、尺寸、产能、回转半径)。（5）通道宽度、位置及需求空间。（6）库内柱距。（7）建筑尺寸与形式。（8）进出货及搬运位置。（9）补货或服务设施的位置(防火墙、灭火器、排水口)。（10）作业原则：动作经济原则、单元化负载、货品不落地原则、减少搬运次数及距离、空间利用原则等。,6,2仓库储存区域面积的计算仓库面积含储存区域面积和辅助设施面积两部分储存区域面积指货架、料垛实际占用面积。辅助面积指验收、分类、分发作业场地、通道、办公室及生活间等需要的面积。这
3、里主要介绍货物储存区域面积的计算。,7,(1) 荷重计算法荷重计算法是一种常用的计算方法，是根据仓库有效面积上的单位面积承重能力来确定仓库面积的方法。储存区域面积,全年储存货物量(t)2 单位有效面积平均承重能力（t/m ),物料平均储存天数（天） 1年有效工作日（天） 储存区域面积利用率（00）,用公式符号表示为：S =,QTT0 q a,式中：,S储存区域面积(m2)； Q全年物料入库量(t)；,T物料平均储备天数；,q单位有效面积的平均承重能力(t/m2)；,a储存面积利用系数； T0年有效工作日数；,9,(2) 托盘尺寸计算法若货物储存量较大，并以托盘为单位进行储存，则可先计算出存货实
4、际占用面积，再考虑叉车存取作业所需通道面积，就可计算出储存区域的面积需求,Q,N,托盘平置堆码假设托盘尺寸为PP平方米，由货品尺寸及托盘尺寸算出每托盘平均可码放N箱货品，若仓库平均存货量为Q，则存货面积需求(D)为：,D =,平均存货量平均每托盘堆码货品量, 托盘尺寸, (P P),储存区域面积还需考虑叉车存取作业所需通道面积，若通道占全部面积的3035，则储存区域面积为：AD/(1-35),10,托盘多层叠堆假设托盘尺寸为PP平方米，由货品尺寸及托盘尺寸算出每托盘平均可码放N箱货品，托盘在仓库内可堆码L层，若仓库平均存货量约为Q，则存货面积需求(D)为：,D =,平均存货量平均每托盘堆码货品
5、箱数 堆码层数, 托盘尺寸,QL N, ( P P),储存区域面积再需考虑叉车存取作业所需通道面积即可。,11,L N,Q,托盘货架储存计算法假设货架为L层，每托盘占用一个货格，每货格放入货物后的左右间隙尺寸为P，前后间隙尺寸为P，每托盘约可码放N箱，若公司平均存货量为Q，存货需占的面积为D，则存货面积(D)为：,每层所需托盘货位数 =,平均存货量平均每托盘堆码货品箱数 货架层数,QL N,D = 每层所需托盘货位数 托盘货位尺寸, ( P + P ) ( P + P ),12,双货位货格仓库空间的计算由于货架储存系统具有分区特性，每区由两排货架及存取通道组成，因此由基本托盘占地面积再加上存取
6、通道空间，才是实际储存区域面积，其中存取通道空间需视叉车是否作直角存取或仅是通行而异。而在各储存货架位内的空间计算，应以一个货格为计算基准，一般的货格通常可存放两个托盘。下图为储存区域面积的计算方法。,P2,P2,P2,P2,W2,P2,P1P1W1P1P1,13,1 2 21, W2),图中符号说明：,P1：货格宽度P2：货格长度Z：每货架区的货格数(每格位含2个托盘空间)W1：叉车直角存取的通道宽度W2：货架区侧向通道宽度A：货架使用平面面积B：储区内货架总存货面积S：储存区总平面面积Q：平均存货需求量L：货架层数N：平均每托盘码放货品箱数D：存货所需的基本托盘地面空间,则：货架使用平面面
7、积A = ( P 4) ( P 5) = 4 P 5P货架使用总面积B货架使用平面面积货架层数AL储存区总平面面积S货架使用平面面积十叉车通道十侧通道A十W1(5P2十W2)十,14,4柱子间距设计(1) 根据卡车台数及种类确定柱子间距进入仓库内停靠的卡车台数及种类：不同型式重量的载货卡车会有不同的体积长度，停靠站台所需的空间及柱距也有不同。货车在室内停靠时柱子排列如图所示。,16,柱子间距计算：Wc：柱子间距；W：货车宽度；N：货车数量；Ct：货车间距；Cg：侧面间间隙尺寸。计算例：,求柱子间距：WcWN十Ct(N-1)十2Cg,货车宽W2.49m，货车N2台，货车间距Ctl m侧面间隙尺寸
8、Cg0.75m，求内部柱间距尺寸：WiWN十Ct(N-1)十2Cg22.49十l1十20.75 7.48m,17,(2) 根据储存设备的种类及尺寸确定柱子间距储存空间的设计应优先考虑保管设备的布置效率，其空间的设计尽可能大而完整以供储存设备的安置，故应配合储存设备的规划，来决定柱子的间距。,18, 托盘货架宽度方向往子的排列计算例：托盘深度Lp1.0m，通道宽度WL2.5m，货架背面间隔Cr0.05m，平房建筑，柱子间隔内可放2对货架(N2)，求内部柱子间距。Wc=(WL2LpCr)N,(2.521.00.05)29.1m,Wc：柱子间距；Lp：货架深度；WL：通道宽度； Cr：货架背面间隔；
9、N：货架巷道数。,19,托盘货架长度方向柱子的排列托盘宽Wp1.0m，托盘列数Np7盘，托盘间隔Cp0.05m，侧面间隙Co0.05m，求内部柱间距。WiWpNp十Cp(Np-1)十2Co,1.07十0.056十20.057.4m,Wi：柱子间距；Wp：货架宽度；Np：货架列数； Cp：货架间距；Co：通道宽度。,20,5库房高度规划在储存空间中，库房的有效高度也称为梁下高度，理论上是越高超好，但实际上受货物所能堆码的高度、叉车的扬程、货架高度等因素的限制，库房太高有时反而会增加成本及降低建筑物的楼层数，因此要合理设计库房的有效高度。储存空间梁下有效高度计算公式：梁下有效高度最大举升的货高梁下
10、间隙尺寸由于货物储存方式、堆垛搬运设备的种类不同，就对库房的有效高度的要求不一样，再加之仓库要考虑消防、空调、采光等因素。所以在进行库房的有效高度设计时，应根据货物储存方式、堆垛搬运设备等因素，采取有区别的计算方式。,21,（1）采用地面层叠堆码时，梁下有效高度的计算计算例：货高HA1.3m，堆码层数N3，货叉的抬货高度FA0.3m，梁下间隙尺寸a05m，求最大举升货高与梁下有效高度。最大举升货高 HLNHAFA31.3十0.34.2m梁下有效高度 HeNHAFAa4.20.54.7m,22,（2）采用货架储存时，梁下有效高度的计算计算例：货架高度Hr3.2m，货物高度HA1.3m，货叉的抬货
11、高度FA0.3m，梁下间隙尺寸a0.5m，求最大举升货高与梁下有效高度。最大举升货高度HLHrHAFA3.21.30.34.8m梁下有效高度HeHrHAFAa4.80.55.3m,23,6储存空间的有效利用空间有效利用的方法有三种：(1) 向上发展(2) 平面经济的有效利用 非储存空间设置角落 减少通道面积 货架的安装设置应尽量采取方型配置，以减少因货架安置而剩下过多无法使用空间。 储存空间顶上的通风管路及配电线槽，宜安装于最不影响存取作业的角落上方，以减少对于货架的安置干涉。减少安置干涉，相对的就可增加货架数量，而提高保管使用空间。(3) 采用自动仓库,24,物流系统分析与设计仓库规划与设计
12、一、自动化仓库的概述1、自动化仓库的发展概况自动化仓库也称高架仓库，一般指采用几层、十几层乃至几十层高的货架贮存货物，并且用专门的仓储作业设备进行货物出库或入库作业的仓库。能充分利用空间进行贮存1963年美国建立了第1个计算机控制的自动化仓库1975年, 郑州纺织机械厂首次利用仓储技术建立我国第一坐自动化模具仓库1977年,北京起重运输机械研究所研究制造出北京汽车制造厂整体式自动化仓库 目前,我国已建成自动化仓库300座。,26,第二节 自动化仓库的规划与设计,2、自动化仓库的基本组成建筑物货架 ：自动化仓库的中心部分理货区：整理货场或倒货区域，与高层货架区相连管理区 ：出入库管理及库存管理区
13、域堆垛机械：低层自动化库一般使用叉车等；中高层自动化库使用有轨巷道堆垛机、无轨巷道堆垛机或桥式堆垛机配套机械,27,3、自动化仓库的分类1、按照建筑形式分类整体式自动化仓库：一般高度12m；货架与仓库建筑物构成一个整体；结构重量轻、整体性好、抗震性强。分离式自动化仓库：一般高度 12m；施工安装灵活方便2、按仓库高度分类高层（12 m）中层（5 12m）低层（5m）,28,3、按货架的形式分类贯通式货架仓库旋转式货架仓库移动式货架仓库单元货格式货架仓库：应用最广泛；货物以 集装单元的形式储存单元货格式仓库特点：货架沿仓库的宽度方向分为若干排，每两排货架为一组，其间有一条巷道，供堆垛机作业。每排
14、货架沿仓库纵长方向（L）分为若干列，沿垂直方向（H）分为若干层，从而形成大量货格。,29,4、按仓库的作业方式分类单元式仓库：出入库作业都以货物单元（托盘或货箱）为单位拣选式仓库：根据货单要求从货物单元中拣选出库,2007-2-6,31,二、立体仓库规划设计步骤与内容立体仓库规划设计一般包括以下几个阶段,2007-2-6,35,1、规划的准备阶段,2007-2-6,36,2、规划设计阶段主要内容重点介绍投资预算,进度计划,2007-2-6,37,三单元式立体仓库的设计1货格尺寸的设计1横梁式货架货格尺寸2牛腿式货架货格尺寸,38,NH,2、 仓库总体尺寸的确定求：货架列数NL确定仓库总体尺寸的
15、关键是确定货架的总体尺寸，也就是货架的长、宽、高等尺寸，当货格尺寸确定后，只要知道货架的排数、列数、层数和巷道宽度，即可计算出其总体尺寸长度L货格长度列数宽度B(货格宽度2十巷道宽度)排数/2高度HH0其中H0为底层高度，Hi(i1，2，n)为各层高度，共n层。巷道宽度堆垛机最大外形宽度(150200mm)值得注意的是，总体尺寸的确定除取决于以上因素外，还受用地情况、空间制约、投资情况和自动化程度的影响。故需根据具体情况和设计者的实际经验来综合考虑，统筹设计，而且在设计过,程中需要不断地修改和完善。,试算NB？,41,货架总体尺寸的确定方法静态法动态法,42,四、立体自动化仓库的总体布置1、A
16、S/RS总体物流模式（1）平面物流布置同端出入式：货物的入库和出库在巷道同一端的布置，包括同层同端出入式和多层同端出入式两种。贯通式：货物从巷道的一端入，从另一端出库。旁流式：货物是从仓库的一端（或侧面）入库，从侧面（或一端）出库。,2007-2-6,54,22,AS/RS总体物流模式（）空间物流布置同端出入式,2007-2-6,55,2、高架区的布置在单元货格式自动化仓库中，其主要作业设备是有轨巷道式堆垛机，简称堆垛机。自动化仓库中堆垛机的布置方式直线式：每个巷道配备一台堆垛机。U型轨道式 ：每台堆垛机可服务于多条巷道，通过U型轨道实现堆垛机的换巷道作业。转轨车式： 堆垛机通过转轨车服务于多
17、条巷道。,56,3、出入库输送系统-高层货架区与作业区的衔接方式叉车出入库台方式：最简单连续输送机方式：大型自动化库最常、AGV方式图：系统柔性最好穿梭车方式：最经济、高效,57,2007-2-6,58,2007-2-6,59,（穿梭车方式）,2007-2-6,60,2007-2-6,61,第三节 运输线路的选择与优化,一、运输线路选择的影响因素与设计原则,1、影响因素分析（1）成本因素 运输成本 运营成本 运输线路建设成本与土地成本 固定成本（2）非成本因素 交通因素 环保因素 政策法规因素,2 、运输线路选择遵循的原则,（1）费用最小原则（2）动态性原则（3）简化流程原则（4）适度原则,二
18、 物流线路优化的方法,（一）单一不同起讫点的运输线路优化问题 这类问题可以简单的描述为在一个已知交通运输网络中，寻找从出发地到目的地的最佳路线。这里“最佳”指的是距离最短、时间最短、费用最少。 通常这类单一路径规划问题可以转化为求网络中特定的点与点之间的最短路问题，可用狄克斯屈拉算法（Dijkstra）求解，并且此算法非常适合利用计算机进行求解。,最短路线法计算方法及步骤（1）第n次迭代的目标 （2）第n次迭代的输入值 （3）第n个最近节点。最短路线法举例：,经过八次迭代到达终点，最小路线的时间是348分钟，即最短路径为A-B-E-I-J,（二）起点与终点为同一地点的物流运输线路优化问题1、经
19、验试探法,2、扫描法 扫描法是一种很简便易行的优化车辆行走路线的方法。 用扫描法确定车辆运行路线的方法简单易行，甚至于可以手工计算完成。一般来说，它求解所得方案的误差率在10%左右，这样水平误差率通常是可以被接受的。因为调度员往往在接到最后一份订单后的一个小时内就要制定出车辆运行路线计划。,扫描法的步骤可简述如下：第一步，将仓库和所有的停留点的位置画在地图上或坐标图上。第二步，通过仓库位置放置一直尺，直尺指向任何方向均可，然后顺时针或逆时针方向转动直尺，直到直尺交到一个停留点。询问：累计的装货量是否超过了送货车的载重量或载货容积（注意首先要使用最大的送货车）。如是，将最后的停留点排除后将第一辆
20、车的停留点确定下来。再从这个排除的停留点开始继续扫描，从而开始一条新的路线。这样扫描下去，直至全部的停留点都被分配完毕。第三步，安排每辆车运行路线的停留点的顺序，以求运行距离最小化。停留点顺序可用凸状法来安排。,3、节约里程法（VSP规划法）,基本原理是几何学中三角形一边之长必定小于另外两边之和。,往返发货与巡回发货车辆行走距离l=2(l1+l2)-(l1+l2+l3)=l1+l2-l3,基本思路见图 (1)所示，P为配送中心所在地，A和B为客户所在地，相互之间道路距离分别为a,b,c。最简单的配送方法是利用两辆车分别为A、B客户配送；此时，如图 (2)所示，车辆运行距离 为2a+2b；然而，
21、如果图 (3)所示改用一辆车巡回配送，运行距离为a+b+c，如果道路没有什么特殊情况，可以节约小车辆运行距离为(2a+2b)-(a+b+c)=a+b-c0，也被称为“节约里程”。,举例： 下图所示为一配送网络(P)为配送中心所在地，(A) -(J)为客户所在地，括号内的数字为配送量，单位为吨(t)，线路上的数字为道路距离，单位为公里(km)。,图 1 配送网络,为了尽量缩短车辆运行距离，必须求出最佳配送路线。现有可以利用的车辆是最大装载量为2吨和4吨的两种厢式货车，并限制车辆一次运行距离在30公里以内。 (1) 第一步：首先计算相互之间最短距离，根据图1中配送中心至各用户之间，用户与用户之间的
22、距离，得出配送路线最短的距离矩阵，如图2所示。 (2) 第二步：从最短距离矩阵中(图1)计算出各用户之间的节约行程(图2)。例如，计算A-B的节约距离： P-A的距离：a=10 P-B的距离：b=9 A-B的距离：c=4 a+b-c=15 (3) 第三步：对节约行程按大小顺序进行排列，见下表。,图 2 最短配送路线距离矩阵,图 3 配送路线节约行程图,(4) 第四步：按照节约行程排列顺序表，组合成配送路线图。表 配送线路节约行程排序表,1) 初始解：如下图所示，从配送中心P向各个用户配送。配送路线10条，总运行距离为148公里。 2) 二次解：按照节约行程的大小顺序连接A-B、A-J、B-C，
23、如图4-24所示，配送路线7条，总运行距离为109公里，需要2吨车6辆，4吨车1辆。在图中可以看出，规划的配送路线I，装载量为3.6吨，运行距离27公里。图 初始解,0,二次解 图 3) 三次解：按照节约行程大小顺序，应该是CD和DE，CD和DE都有可能连接到二次解的配送路线I中，但是由于受车辆装载量和每次运行距离这两个条件的限制，配送路线I不能再增加用户，为此不再连接CD，连接DE，组成配送路线II，该路线装载量为1.8吨，运行距离22公里。此时，配送路线共6条，总运行距离99公里，需要2吨汽车5辆，4吨汽车1辆。,4) 四次解：接下来的顺序是AI，EF，由于将用户A组合到配送路线I中，而且
24、该路线不能扩充用户，所以不再连接AI；连接EF并入到配送路线II中，配送路线II装载量为3.3吨，运行路线为29公里，此时，配运路线共有5条，运行距离90公里，需2吨车3辆，4吨车2辆。 5) 五次解：按节约行程顺序排列接下来应该是IJ，AC，BJ，BD，CE，但是，这些连接均由于包含在已组合的配送线路中，不能再组成新的配送线路。接下来可以将FG组合在配送II中，这样配送路线II装载量为3.9吨，运行距离为30公里，均未超出限制条件，此时，配送路线只4条，运行距离85公里，需要2吨汽车两辆，4吨汽车2辆。 6) 最终解：接下来的节约行程大小顺序为GH，由于受装载量及运行距离限制，不能再组合到配
25、送路线II内，所以不再连接GH，连接HI组成新的配送路线III，见下图。,图 配送中心最佳配送路线(最终解) 到此为止，完成了全部的配送路线的规划设计，共有3条配送路线，运行距离为80公里。需要2吨汽车1辆，4吨汽车2辆。其中配送路线I：4吨车1辆，运行距离27公里，装载量为3.6吨；配送路线II：4吨车1辆，运行距离30公里，装载量为3.9吨；配送路线III：2吨车1辆，运行距离为23公里，装载量为1.3吨。,如果有多个货源地服务多个目的地，那么面临的问题是，要指定各目的地的供应地，同时要找出供应地、目的地之间的最佳路线。解决这类问题，可以运用一类特殊的线性规划法，可以采用表上作业法和图上作
26、业法。,（三）多起点、多终点问题的运输线路优化问题,1、表上作业法,表上作业法是用列表的方法求解线性规划问题中运输模型的计算方法，是线性规划中的一种求解方法。当某些线性规划问题采用图上作业法难以进行直观求解时，就可以将各元素列成相关表，作为初始方案，然后用检验数来验证这个方案，否则就要采用闭合回路法、位势法等方法进行调，直至得到满意的结果。,表上作业法的基本步骤,（1）找出初始基可行解： m+n-1个数字格（基变量）；（2）求各非基变量（空格）的检验数。,那么,选取xij为入基变量；,（3）确定入基变量，若,步骤,（4）确定出基变量，找出入基变量的闭合回路；（5）在表上用闭合回路法调整运输方案
27、；（6）重复2、3、4、5步骤，直到得到最优解。,2、图上作业法 运输过程中，由于运力安排不合理，常出现两种浪费现象，一种是对流现象，一种是迂回现象。图上作业法可以帮助我们避免对流和迂回现象。运输线性规划理论可以证明，一个运输方案，如果没有迂回和对流现象，它就是一个运力最省的最优方案。,1不含回路的图上作业方案： 从各个端点开始，按“各端供需归临点”原则进行调配。,（7）,不含回路的调运方案,2、含有回路的图上作业方案,最优调运方案,（2）,第四节 运输工具配载与调度问题,运输工具配载问题1.运输工具配载的基本原则（1）上轻下重（2）先远后近（3）将相互接近的停留点的货物装在车上运送（4）优先
28、使用大载重量的送货车辆，并将提货与送货过程结合进行,2.运输工具配载问题的优化 根据配载问题的具体约束条件,可以分为一维、二维、三维配载问题。维数越高，求解的难度越大，越难以得到最优的方案。,两种货物的配装可用手算计算。例如，需配载两种货物，货物A，容重A容，单件货物体积A体；货物B，容重B容，单件货物体积B体；车辆载重Kt，车辆最大容积Vm3，计算最佳配装方案。 设：有效容积为V90%m3。 在既满载又满容的前提下，货物A装入数为x，货物B装入数为y，则：,多品种货物混装问题 设共有N件待运货物，把货物按品种、形状、颜色和规格分为若干类，分别称为1类、2类m类。其中1类货物有N1件，重量分别
29、为G11，G12.G1N1;2类货物有N2件，重量分别为G21，G22G2N2，依此类推。对于同一个客户的多件同类货物，按1件计，货车的载重量上限为G0，并要求在同一货车内每类货物至少装入一件。问应如何配载货物，使货车的载重量达到最大？,混装问题的网络表示,G11,G12,G21,G33,G32,G31,G42,G41,第一类货物,第二类货物,混装问题就是在网络中自右向左找一条路线，使路线所经过的方框中的质量之和达到极大，但不超过货车的载重量的上限G0。,用穷举法或动态规划问题求解，m类货物看成m个阶段。,设 1 装入r类第s件货物 Xrs= 0 否则该多品种混装问题可以表示为MaxG =,G
30、0,第五节 交通运输枢纽规划,1、运输枢纽选址原则 交通枢纽规划的目的，是使各种交通方式在枢纽所依托的城市内有机衔接，保证最方便快捷的换装和换乘。同时运输枢纽的规划，还应该与枢纽所在城市的城市交通系统有机结合，使城市的对内对外交通衔接流畅，保证城市基本功能的实现。在运输规划时，应充分考虑运输枢纽站点的合理选择，基本原则如下：,（1）整体性原则（2）利益均衡原则 （3）反复性原则（4）协调性原则,2、运输枢纽的决策模型在我国现有的运输枢纽规划中，主要采用定量计算与定性分析相结合的方法，大致分为以下3个步骤：社会经济和交通运输的现状分析与发展趋势预测；运输枢纽场站选址与布局规划方案的形成；运输枢纽
31、规划方案评价与选优。在运输枢纽选址从所使用的数学方法角度看，所使用的模型可以分为：定性模型、定量模型、定量和定性相结合模型。,定性模型是指凭借个人或集体的经验做出决策的过程。它的执行步骤一般为：（1）根据经验确定出评价指标；（2）对各待选地点，利用指标进行优劣性检验；（3）根据检验结果进行决策。常用的方法有头脑风暴法、专家调查法、PERT法等。这种方法的优点是：注重历史经验，简单易行；其缺点是：首先很可能犯经验主义和主观主义的错误，其次是当地点较多时，不易做出理想的决策，导致决策的可靠性不高。定量模型包括重心模型、多重心模型、模拟模型、加权平均法、空间引力模型等。其中应用最广的模型是重心模型，此方法方法又可分为单选址和多选址两种。,
