物流配送中心内部布局方法研究及应用.docx
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物流配送中心内部布局方法研究及应用
同济大学交通运输工程学院
硕士学位论文
物流配送中心内部布局方法研究及应用
姓名：
***
申请学位级别：
硕士
专业：
物流工程
指导教师：
***
20080201
摘要
物流配送中心是现代物流网络中的一个重要节点。
这一节点不仅执行一般的物流职能，而且越来越多地执行指挥调度、信息处理、作业优化等神经中枢的职能，是整个物流网络的灵魂所在。
设施优化布局是一个应用非常广泛的问题，需要根据物流作业量和作业流程来确定各设施间的相关程度。
布局内容包括仓库布置、工厂部布置、配送中心内部布置等。
本文讨论了物流配送中心内部布局的规划内容与方法、物流配送中心的区域布置规划、布局方法介绍、仓库内部布局和方案评估等内容。
物流配送中心的结构规划由区域布置规划、库房设计、装卸平台设计、货场及道路设计和其它建筑与环境的结构规划与设计组成。
物流配送中心的区域布置和结构规划就是根据物流作业流程和物流路线，确定各功能区域的面积和各功能区域的相对位置，最后得到物流配送中心的平面布置图，确定建筑的不同形式和标准。
目前物流中心的设施布局规划方法主要是引用工业工程学中的设施布置理论。
具有代表性的系统布置设计SLP（systemlayoutplanning）和系统搬运分析SHA（systematichandlinganalysis）理论，应用关系图和关系表来分析设施间的相关程度，从而确定各设施的相对位置：
随着计算机科学的发展，出现了以设施之间的密切度最大为目标，确定一个设施加入到区域中的顺序矢量和相对位置的方法；又有以总搬运费用最少为目标，通过将设施的位置两两交换的方法对一个给定的布局方案进行逐步改进的方法。
本文又对方案的评估与选择作了介绍，并对如何在仓库内进行设备、物品和人员办公的合理布局进行了进～步的探讨。
最后，举以实例，讨论了浙江长兴捷通物流有限公司的内部布局问题。
通过对港区物流量的预测，推荐使用船型、装卸工艺以及建设规模的大小，并给出总平面布置建议。
关键词：
物流中心布局方法平面布置
第1章绪言
1．1物流配送中心布局概述
物流配送中心是现代物流网络的中的物流节点。
这一节点不仅执行一般的物流职能，而且越来越多地执行指挥调度、信息处理、作业优化等神经中枢的职能，是整个物流网络的灵魂所在。
物流配送中心概念有广义与狭义之分：
广义的物流配送中心包括港口、机场、铁路货运站、运输仓库、流通商品集散中心以及生产者自身拥有的物流设施等。
狭义的物流配送中心概念即流通商品集散中心与生产企业拥有的物流设施等。
设施的平面布局模型也称为二维选址模型，主要研究在一个给定区域内确定具有一定面积要求的各个设施的最佳位置问题。
一个物流节点一般由若干个物流设施组成，当不同类别的货物运到节点后，根据物流作业流程要求，需要在其不同的设施中进行处理。
不同性质及不同功能的节点，货物在其设施上处理的时间（或数量）和处理的次序是不相同的，因此，布置各种设施在节点内的相对位置是否合理，非常重要。
1．2物流配送中心布局国内外状况
1．2．1国外的发展状况
现有物流系统平面布局优化方法所得到的布局方案，其分区的形状
都是不规则的。
国外一些最新的布局思想和做法，具有了调整这种不规则分区形状的优化整形方法。
使用这些方法，可以把给定的布局方案转变成一个具有矩形分区形状的新方案，并且分区的相对位置没有大的变化。
实算测试表明，算法所得到的布局方案的总运输距离不劣于原布局
方案：
ALDEP等是基于目标函数．最近发展的算法是采用多目标设计方法，例如MOCRAFT同时考虑到最小成本和最大密级度来进行布局，它是多目标的CRAFT方法．布局的算法可分为二大类，一类是逐步推定法，它是按一定选择原则把物流配送中心内部布局方法研究及应用
工作单元一个接一个置A．N空的生产面积中去，CORELAP、ALDEP等属于这类算法．另一种算法是迭代改进法，它是在一个初始布局基础上通过交换工作单元位置来取得更好的目标函数值，CRAFT、MOCRAFT等属于这类算法。
1．2．2国内的发展状况
目前国内的内部布局设计方法有基于缪瑟的系统布置设计（SLP）思想的发展及延伸。
如：
将此思想应用于配送中心的功能区域布置，提出了设施作业单元相互位置模型、作业单元布置算法和SLP坐标系的概念；大连理工大学计算机研究所研究人员提出的：
以并行遗传算法（PGA）为基础，提出了一种并行混合遗传算法（PHGA）可以很好地改善算法的局部搜索性能，并在布局设计中得以应用。
物流配送中心内部布局方法研究及应用
第2章物流配送中心规划
2．1物流配送中心的功能
集货发货功能：
将分散的、小批量的货物集中起来，便于集中处理的功能。
储存功能：
为了满足市场需求的及时性和不确定性，不论何类物流配送中心，均需具务储存功能。
生产企业所谓“零存在"是将库存转移至物流企业和商业企业，以减少自己的资金占用。
分拣功能：
根据客户对多种货物的需求和运输配载的需求，将所需货物从储存货物中挑选出来，以便集中配货。
加工包装功能：
物流配送中心根据客户需要，将材料进行简单加工，方便客户的运输和精加工。
配送功能：
根据客户需求，将货物按时按量送至客户。
有专业配送、综合配送、共同配送、经销配送、供应配送等。
商品展示与贸易功能。
信息功能：
货物到达、分发、装卸、搬运、储存保管、销售、客户、价格、运输工具及运行时间等各种信息在这里交汇、收集、整理和发布。
2．2物流配送中心规划与设计的原则
动态原则：
在物流配送中心规划时，应详细分析现状及对未来变化做出预测的基础上进行，在一定范围内能适应数量、用户、成本等多方面的变化。
竞争原则：
物流配送中心的布局应体现多家竞争。
对于政府部门进行建设规划尤其重要。
低运费原则：
物流配送中心必需组织运输与配送活动，因而运费原则具有特殊性。
由于运费和运距、运量有关，所以低运费原则常简化成最短运距和运量的问题，通过数学方法求解以作为物流配送中心布局的参考。
交通便利原则：
物流配送中心的运输配送活动领域在中心之外，这一活动需依赖于交通条件。
布局时必需考虑现有的交通条件。
统筹原则：
物流配送中心的层次、数量、布局是与生产力布局、消费布局等密切相关的，互相交织且互相促进和制约的。
规划一个合理的物流配送中心，必须统筹兼顾、全面安排。
物流配送中心内部布局方法研究及应用
2．3物流配送中心规划内容
物流配送中心在规划时要重视配送中心的组织建设和功能规划，将有限的
空间进行合理的布置，它也是未来配送中心建立核心竞争力的有力保证。
物流配送中心的规划设计一般来说包括如下内容：
配送中心的规划与设计——包括选址规划；
配送中心结构规划与设计——包括库房设计、货场及道路设计及公用设施规划；
配送中心的设备及其选用——包括装卸、搬运、输送、分拣等设备的选用；
配送中心的作业流程设计：
配送中心管理信息系统设计。
现代物流配送中心成为具有多种物流功能的流通形式和作业体系，本文主要是针对配送中心结构规划与设计的方法及内容进行探讨。
物流配送中心的结构规划由区域布置规划、库房设计、装卸平台设计、货场及道路设计和其它建筑与环境的结构规划与设计组成。
2．4物流配送中心结构规划需要注意的事项
确定物流配送中心的设计能力：
首先是分析和确定物流配送中心的吞吐量，其次是对水、电、暖等方面的需求做出预测。
对土地使用进行合理规划：
土地的使用概要根据明确的功能加以划分，货物存储区域应按照无污染、轻度污染和重度污染分开。
还要根据实际需要和物流配送中心的年吞吐能力的规划，规划和设计物流配送中心的仓储、办公和生活区的占地情况。
考虑防洪排泄、防火因素对物流配送中心基础设施设计指标的要求
合理进行物流配送中心运输网络设计。
2．5物流配送中心结构规划的主要内容
物流配送中心结构规划的主要内容包括区域布置规划、库房设计、装卸平台设计、货场及道路设计和其它建筑设施规划。
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2．5．1区域布置规划
包括物流作业区域、辅助作业区域和建筑外围区域三部分。
与物流作业区域相对应，辅助作业区域和建筑外围区域也统称为外围辅助活动区域。
（1）物流作业区域布置
以物流作业为主，仅考虑物流相关作业区域的配置形式，由于物流配送中心内的作业形态大部分为流程式作业，不同的订单有相同的作业程序，因此适合以生产线式的布置方法进行规划。
若是订单、物品特性或拣取方法有很大的差别，则可以考虑将物流作业区域分为数个不同形态的作业线，以区分处理订单内容，再经由集货作业予以合并，如此可有效率地处理不同性质的物流作业，类似于工厂中群组布置的观念。
（2）辅助作业区域的布置
除了物流作业以外，物流配送中心还包含一些管理或行政性的辅助作业区域。
这些区域与物流作业之间无直接流程性的关系，因此适合以关系型的布置模式作为区域布置的规划方法。
此时的配置模式有两种参考的方法：
一、可视物流作业区为一个整体性的活动区域，分析各辅助作业区域及物流作
业区域之间的相关活动关系，以决定各区域之间相邻与否的程度。
二、将物流作业区域内各个作业区域分别独立出来，与各辅助作业区域一起综合分析其活动相关性，来决定各区域的配置。
原则上采用第一种方法较为简便，可以减少相关分析阶段各区域间的复杂度。
但是由于配置方位与长度比例的限制会增加，因此配合规划者的经验判断，仍需作适当的人工调整，或者以人工排列方式取得初步的布置方案。
（3）建筑外围区域的布置
建筑内的相关区域布置完成后，还需对建筑外围的相关区域，如厂区通道、停车场、对外出入大门及联外道路形式等，规划整个物流配送中心的厂区布置。
在建筑外围区域布置时，特别需要注意未来可能的扩充方向及经营规模变动等因素，以保留适当的变动性。
在通常情况下，区域布置规划是按照上述顺序进行的。
如果在实际道路形式、大门位置等条件已有初步方案或已确定的情形下，也可由后向前进行规划，即先规划建筑外围区域的布置形式，再进行物流作业区域及辅助作业区域的规划，这样可以减少不必要的修正调整作业，以适应实际的地理区位限制。
2．5．2库房设计
根据物流配送中心的作业需求，确定不同的库房类型和要求，规划和设计库
房的结构形式，如门式钢架结构或拱型彩板结构，同时设计和确定库房层数、
库房净高、库房面积和门窗形式等。
2．5．3装卸平台设计
根据物流配送中心年吞吐能力的规划，规划相应的装卸平台的数量和类型，
确定装卸平台的位置和高度，选择平台高度调节板，设计装卸平台的外围区域。
2．5．4货场及道路设计
根据物流配送中心的运营要求，确定库区内道路的主要技术指标，选择适宜
的道路面层，确定货场的宽度和坡度，设计货场排水系统。
2．5．5其它建筑设施规划
根据物流配送中心的作业要求，主要进行给水、排水、电力、燃气和供热等
设施的规划。
12
物流配送中心内部布局方法研究及应用
第3章物流配送中心区域规划
3．1物流配送中心的区域布置规划的内容
物流配送中心的区域布置和结构规划就是根据物流作业流程和物流路线，确定各功能区域的面积和各功能区域的相对位置，最后得到物流配送中心的平面布置图，确定建筑的不同形式和标准。
3．2物流配送中心区域布置的目标：
物流配送中心按功能可分为进货暂存区、理货区、库存区等多个作业区域，合理地布置各个功能区的相对位置至关重要。
物流配送中心区域布置的目的是：
有效地利用空间、设备、人员和能源；最大限度地减少物料搬运；简化作业流程；缩短生产周期；力求投资最低；为员工提供方便、舒适、安全和卫生的工作环境。
3．3物流配送中心区域布置的原则
一般来说，在制造企业的总成本中，用于物料搬运的费用占20％’50％，如果合理地进行设施规划，则有可能降低10％’30％。
物流配送中心是大批物资集散的场所，物料搬运是最重要的活动，合理地进行区域布置规划，其经济效果将更为显著。
物流配送中心区域布置的原则如下：
以系统的观点。
运用系统分析的方法，求得整体化，同时也要把定性分析、定量分析和个人经验结合起来。
以物流的观点作为区域布置的出发点。
并贯穿在区域布置的始终，因为企业的有效运行依赖于资金流、物流、信息流的合理化。
先从宏观（整体方案）到微观（每个部门、库房），再从微观到宏观。
例
如布置设计要先进行总体布置，再进行详细布置；而详细布置方案又要反馈到总体方案中去评价，再加以修正，甚至总头做起。
减少和消除不必要的作业流程，这是提高企业生产效率和减少消耗的最
有效方法之一。
只有在时间上缩短作业周期，空间上减少面积，物料上减少停留、搬运和库存，才能保证投入的资金最少、生产成本最低。
重视人的因素。
作业地点的规划，实际是人、机、环境的综合，要考虑创造一个良好、舒适的工作环境。
3．4物流配送中心区域布置的步骤
（1）定义规划设施的目标并确定为实现目标所需要执行的主要与辅助性作业。
（2）分析问题。
决定所有作业之间的相互关系。
在指定设施的范围内，建立作业之间的互动关系，定义出作业之间定性与定量的关系；决定所有作业的空间需求。
同时考虑设备、物料与人员的作业需求。
（3）发展方案。
根据作业联系、作业空间需求作出设施平面布局设计、结构设计与物料搬运系统设计方案。
（4）评估方案。
对每一个可行方案，决定其所涉及的评估因素，并评估这些因素将如何影响设施表现与操作绩效，并基于可接受的评估标准，将可行方案予以排序。
（5）选择方案。
决定最能满足企业目标的方案，在评估设施规划设计方案的过程中，常会发现成本不是唯一的主要因素，还有市场占有率或顾客满意度等都是评估重点。
（6）执行方案。
一旦选定某个方案，在实际构筑一项设施或进行布局之前，从布局的准备实施、实际开始施行、施行中与方案修正等每一个环节都要进行监督；继续与修正设计方案。
3．5物流配送中心内部布局规划程序
现有资料的调查
（1）确定配送中心设施的组成；
（2）确定设施的规模；
（3）设施空间布局。
调查内容
在配送中心内部布局规划时，需要了解掌握基础资料的内容主要取决于：
（1）规划的任务。
（2）物流配送中心和三个主要界面（产品特征、流程特征、顾客特征）的关联性。
因此，物流配送中心内部布局规划时，调查资料的内容主要从分析物流配送中心规划与三个界面的关系入手，通过分析三个界面对规划和具体影响，结合规划的任务来确定。
（3）物流配送中心内部布局规划与产品特征的关系。
物流配送中心设置的目的就是对物品进行各种处理，各种物品是物流配送中心的加工对象。
因此，物流配送中心设施布局规划设计与产品的特征有关。
物流配送中心内部布局规划与相关产品特征的界面关系主要考虑下列两项要素：
产品特征——影响物流配送中心设施设备的选择、规模、作业要求。
物料性质：
物态、气味、储存保管特征，温、湿度需求特征等等；
单品规格：
外观、重量、体积、外部尺寸、物品基本单位等；
基本包装单位规格：
外观、重量、体积、外部尺寸、基本包装单位、包装单位个数、包装材料；
外包装单位规格：
重量、体积、外部尺寸、基本包装单位、包装单位个数、包装材料。
产品生命周期——影响物流配送中心设施设备的规模、作业要求。
3．6物流配送中心内部布局规划与流程特征的关系
物品流程影响物流配送中心设施的选择、布局。
物品进入物流配送中心的目的是为了实现各种环节的转换，即物品进入物流配送中心要经过一定程序的工序处理——流程，物流配送中心的设施布局应与物品进入物流配送中心的流程相适应——物流配送中心设施布局规划与产品的流程特征有关。
物流配送中心作业流程调查主要需要进行物品数量调查、各种物品的从入库到出库所经过的环节（流程）。
物流配送中心作业流程分析可以围绕物品进入物流配送中心后物品储运单位的转换或作业转换的顺序为主线进行分析。
物品储运单位可依储运物品为托盘、箱、包装盒或单品等特征来分类，一个物流（配送）中心中可能仅有一种或包含类型储运单位的出货形态。
作业特征的分类则包括装货、卸货、拣取、补货、加工、包装、分类、配送、搬运、检验、暂存、储存等。
物流作业流程的调查可以用填写作业流程表方式进行，作业内容。
影响物流配送中心功能配置、设施设备的选择和作业区的分类。
3．7物流配送中心规划与顾客特征的关系
物流配送中心设施布局规划设计与产品特征、流程特征能否相互支持、配合，将是物流配送中心系统运作效率能否提升的关键因素，而物流配送中心设置的目的是为了向不同顾客提供不同服务，顾客的需求也直接影响物流配送中心的布局设计。
其调查内容包括：
客户分布：
影响物流配送中心的位置、配送径路、配送方式等。
客户类型：
影响物流配送中心的配送模式、设施设备的规模等。
客户类型可能是消费者、零售商、批发商、经销商、发货中心、配送中心，他们对物流配送中心的服务要求不同。
客户需求服务内容：
影响物流配送中心的功能配置、设施设备选择等。
可能是整体物流管理、仓储管理、区域配送、国际运输、报关等。
订单资料：
影响物流配送中心的配送模式、设施的规模等。
包括商品种类、数量、单位、订货时间、交货日期。
需求数量：
影响物流配送中心设施和规模等。
第4章设施优化布局方法介绍
目前物流中心的设施布局规划方法主要是引用工业工程学中的设施布置理论。
1961年美国的理查德·缪瑟提出了具有代表性的系统布置设计SLP（systemlayoutplanning）和系统搬运分析SHA（systematichandlinganalysis）理论，应用关系图和关系表来分析设施间的相关程度，从而确定各设施的相对位置。
缪瑟的设计技术条理清晰，考虑完善，简明适用，所以在物流中心内部设施布局设计中仍被广泛采用。
近年来，随着计算机科学的发展，设计各种计算
机算法对物流中心进行优化布局的研究成果很多。
LeeR．C．和MooreJ．M等以设施之间的密切度最大为目标，确定一个设施加入到区域中的顺序矢量和相对位置的方法，设计了名为CORELAP（ComputerizedRelationshipLayoutPlanning）布局法和ALDEP（AutomatedLayoutDesignProcedure）布局法的构造型算法。
Buffa等人则以总搬运费用最少为目标，通过将设施的位置两两交换的方法对一个给定的布局方案进行逐步改进，设计了名为CRAFT（ComputerizedRelativeA1locationofFacilitiesTechnique）布局法和MultiPLE（Multi—floorPlantLayoutEvaluation）布局法的改造型算法。
此外
还有用遗传算法、网络覆盖算法、蚁群算法、数据包络算法等来确定设施的最优布局。
以下就几种常用的布局方法做简单的介绍。
4．1系统布局设计法（SLP一一SystematicLayoutPlanning）
系统布局法根据物流作业量作业流程来确定各设施之间的相关程度，应用系统布局法和关系表法对物流中心内部设施进行优化布局
（1）主要步骤
对各作业单位（设施）之间的相互关系作出分析，包括物流和非物流的相互
关系，建立作业单位相互关系表。
根据相互关系表中作业单位之间相互关系的密切程度，决定各作业单位之
间的距离的远近，安排各作业各单位的位置，绘制作业单位位置相关图，将各
作业单位实际占地面积与作业单位位置图结合起来，形成作业单位面积相关图
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物流配送中心内部布局方法研究及应用
通过作业单位面积相关图的修正和调整，得到若干个可行的布局方案。
量化个因素，用加权系数法建立方案质量评估的数量指标，并用该指标对
各方案进行打分，得分最多的布置方案就是最佳布置方案。
在SLP方法中，可将研究究设施布置问题的依据和切入点归纳为五个基本
要素，即：
货物类别P、货物数量Q、货物处理次序R、辅助设施（包括服务设
施）S和时间（时间安排）T。
其中类别P和数量Q两个基本要素是一切其它特
征或条件的基础。
只有在上述各要素充分调查研究并取得全面、准确和各项原
始数据和基础上，通过绘制各种表格、数学和图形模型，有条理地细致分析和
计算，才能最终求得工程布置的最佳方案。
（2）相互关系图
信息采集分析、物流分析及作业关系分析是物流系统设施布局的基础，而关
系图是分析作业设施间相互关系的一种有效工具。
关系图方法中，可将设施间所有的关系分为六个等级，分别用A到F六个字
母表示，它们各自所占的比例一般按所给的范围来取。
一般来说，一个区域的设施布局，A，B，C级的关系所占比例在10％30％
之间，其余为D，E级关系，而F级关系需根据具体情况而定。
相互关系等级的确定不仅要研究货物的流程，还要研究传票的流程、作业
人员的管理范围以及车辆的出入和货物装卸系统等。
（3）空间关系图
根据相互关系图和各设施面积比例生成空间关系图。
所谓空间关系图，是
将各设施按相互之间关系的亲疏程度和所需面积比例布置它们的相对位置，并
用不同的线形和距离表示它们之间的关系，其中，用4条平行线段表示两设施
间的A级关系，三条平行线表示B级关系，两条平行线表示C级关系，一条线
段为D级关系，E级关系不连线，F级关系用折线表示。
可用试错法来产生空间
关系图。
（4）试错法、
首先将A，B级关系的设施放迸布置图中，同级别的关系用相同长度的线段
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物流配送中心内部布局方法研究及应用
表示。
通过调整，使B级关系的线段长度约为A级关系的2倍。
随后，按同样
的规则布置C级关系。
若设施较多，线段混乱，可以不必画出D级关系。
但F
级关系必须表示出。
调整各设施的位置，以满足关系的亲疏程度。
最后，将各
个设施的面积表示进布置图中，生成了空间关系图。
经过评价、修改，便获得
最终布罱。
其中各设施的面积需求可根据其作业量及单位面积可处理的货物量来确
定。
4．2关系表布局法
如果已知各物流设施的作业量、作业面积及作业流程，要在一个给定的区域
内合理布置这些设施的位置和形状，使物流园区（物流中心、配送中心）内的
作业流程顺畅。
在系统布局设计法（SLP）中，由关系图生成空间关系图是采用试错法完成。
该方法定量性不强，往往需经过多次的尝试。
TOMPKINS的一种由相互关系图
生成空间关系图的布局方法，称为关系表（RELATl0NSHIPDIAGRAMMING）
布局法，该方法可以按照一定的逻辑关系进行布局，其主要步骤如下：
转化物流与作业设施相互关系图为关系表；选择A级关系最多的设施作为
第一设施优先进入布置；选择与第一设施具有A级关系的设施作为第二设施进
入布置；按照与第一、第二设施为AA，AB，AC，AD的排列顺序选择第三设
施：
依次选择直至结束；根据面积进行实际面积的布置。
4．3CORELAP布局算法
CORELAP（ComputerizedRelationshipLayoutPlanning），是LeeR．C．和
MooreJ．M．于1967年提出的一种优化算法．
（1）算法思路
与关系表布局法类似，CORELAP布局法也是一种构造型方法．算法首先按一
定规则生成一个设施顺序矢量，依照这个矢量的顺序逐个将设施加入到区域中去，
并尽量使新加入的设施与已有的设施在相对位置上保证关系最密切．布置方案完
成后，对其质量指标进行评估．CORELAP算法无论是设施顺序矢量的确定、相对
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位置的选择以及质量指标的计算，都是针对设施间的关系程度，即CORELAP
算法的出发点是设施之间的关系图（Relation．Chart），布置的目标是实现设施之
间最大的密切度。
（2）布局质量指标
为对布局方案进行优化，首先需量化两个设施间的关系程度，可将不同的
关系等级转换成不同的关系值，关系等级越高，所对应的关系值就应该越大。
为简便起见，一般可根据对应规则进行转换。
优化的目标函数值可通过计算任意两设
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