仓库空间布局设计（可持续发展）

  一、引言：

  在国内，许多仓库的空间布局不尽合理，原因主要有两个：用户和建设方忽视了仓库布局的重要性，以及缺乏对设计方法和理论依据的充分理解。

  今天，我们为您翻译和整理了一篇文章，供学习参考。此外，这也是SmartWMS仓库设计理论体系建设工作的开端。文章结构和内容基本上按照原文保留，配图则重新绘制。

  SmartWMS为您勾画了文章的重点，追求效率的读者直接看重点即可，不必通读全文。作者所谓的设计方法，文中也没有很系统地阐述，倒是新的仓库布局的设计值得我们认真思考。

  二、摘要

  本文探讨了仓库布局对操作效率的影响，特别是拣货区域的设计。研究显示，仓库布局对操作效率影响重大，尤其是在手动拣货的业务场景下。

  文中讨论了一些方法来降低仓库员工的平均拣货行程距离。此外，还探讨了仓库工人的移动和作业规划。然而，现有研究主要关注操作效率，忽略了社会和环境方面的问题。因此，本文提出有必要制定一种方法，考虑在设计可持续仓库时的社会和环境因素。

  本文目的： 本文主要介绍如何在可持续发展的背景下设计和建模空间仓库系统，我们还开发了一个评估可持续设计有效性的工具，可以在实际应用中使用。

  研究方法： 我们选择了案例研究的方法来研究。我们进行了观察并与员工进行了访谈。这些方法使我们能够更深入地理解要分析的问题和出现的现象。此外，我们使用的方法还可以验证我们设计的仓库空间在可持续发展方面的有效性。

  主要发现： 通过实现科学性和实用性这两个目标，本文不仅有助于商业和建筑实践中的设计更加可持续，同时也促进了更环保、高效的工作环境。

  三、简介

  2020年上半年，波兰的仓库市场持续增长。根据仲量联行 (JLL) 的报告，就新需求而言，波兰是欧洲第二活跃的国家。报告显示，波兰是唯一一个与前一年同期相比有显著增长的国家，增长率达到了30%(Polkowski & Kotowski, 2020)。2023年，工业物流空间的需求大幅下降。然而，随着经济形势的稳定、波罗的海枢纽集装箱码头建设另一个深水码头、什韦尼乌琴斯克港扩建以及格但斯克港外港扩建，投资者活动预计将在2024年增加。经济预测为提高工业物流市场的投资水平提供了基础(Bank.pl, 2024)。

  仓库的空间需求与供应链的运作紧密相关。供应链的整合需要在信息、流程和物流组织三个方面进行协作(Koliński & Werner-Lewandowska, 2021)。在供应链中，仓库负责存储、合并、分发和管理库存，因此其作用至关重要。随着供应链的不断发展，企业需要寻求新的解决方案来提供更好的客户服务和降低成本。高质量的物流是有效的供应链管理和企业本身成功的重要组成部分(Rahman, 2006)。

  仓库是消耗大量资源的地方，因此需要重新组织流程，使其更环保、高效且经济。因此，负责任地管理资源对于实现联合国可持续发展目标12号“负责任消费与生产”至关重要(Golińska-Dawson等人，2021)。根据Ma和Mao的研究(2019)，分析物料流和物流操作路线非常重要。确保设施及其自身的效率所需的重要途径之一是正确塑造其基本功能区。如果设计得当，仓库可以更有效率。这样可以帮助更快地满足客户的需求。除了适当的仓库布局和配置设计外，仓库流程在提高效率方面也发挥着关键作用。仓库布局和流程相互配合，从而提高整个仓库的效率(Mohamud等人，2023)。

  适当选择存储技术可能会显著加快仓库流程。对仓库功能和仓储过程管理不善可能会影响企业的整体经济利润。这可能导致库存过剩(占用大量资本)、库存中断、即销售损失(Marziali等人，2021;Lee等人，2018)。本文试图回顾并评估现有文献中关于仓库操作的研究状况，重点关注仓库的设计(空间布局)。

  文献研究表明，大家都在努力提高仓库空间利用率，从而提高运营效率。因此，本文的目标是提出一些可持续发展的方法来设计仓库的空间系统。我们的实际目的是开发一个工具来评估可持续设计的效果。我们介绍的方法可以帮助设计师评估他们采用的可持续设计实践的效果。

  四、研究方法与研究对象

  本文详细介绍了我们的研究方法，展示了我们在设计考虑到社会和环境因素的仓库空间时，如何进行科学研究。我们的研究方法包括以下三个步骤：

  1. 文献分析：通过综述文献，我们发现了研究空白。确定研究空白很重要，因为它指出了我们需要研究的领域，也为我们制定研究问题和设计可持续发展理念下的仓库空间的方法奠定了基础。

  在文献综述之后，我们提出了一个研究问题：RQ 1：有哪些设计实践可以在平衡经济目标、员工需求和环境保护之间取得平衡?

  2. 发展与可持续发展的三大支柱相关的空间设计方法：我们会根据可持续发展的三大支柱(经济、社会、环境)来发展空间设计方法。

  3. 验证我们开发的方法：我们选择了案例研究作为我们的研究方法。通过案例研究，我们在可持续发展的三大支柱背景下验证了我们提出的仓库空间设计方法。

  这种方法帮助我们更好地理解问题和现象。我们选择了一家在波兰开展业务的公司进行案例研究。我们选择这家公司的一个重要原因是我们可以在这家公司进行研究。

  这家公司提供从冰箱维修到冷却器安装、空调设备安装以及制冷设备再生等一系列服务。我们研究的是商店陈列架零件仓库。这个仓库是公司租用的，因此公司不需要投入过多资金。

  这个阶段，我们进行了观察和访谈，并对与我们方法中确定的三个目标相关的测量进行了评估。我们的观察是连续的，我们会采访仓库的员工，这些访谈是有结构和个人化的。

  五、文献综述

  仓库空间设计的主要工作之一就是设置拣货区域。仓库的布局设计对人工拣货方式有很大影响，这些参数在决定拣货路线长度时起着至关重要的作用(Roodbergen等人，2008年)。拣货路线长度反过来又会影响仓库的运营成本。因此，Shqair和Altarazi(2014年)开发了一个基于代理的模型，以便同时研究订单大小和不同布局参数的影响。Roodbergen和Vis(2006年)也致力于确定仓库中订单拣货区域的布局方法，以最小化工作人员的平均距离。另一方面，Caron等人(2000年)提出了使用COI和随机存储规则的低级取向到部分系统中的取货区域布局方法。许多仓库使用货架排列，因此计算仓库内位置之间的距离是一个重要的参数，这并不总是标准的安排。此类研究使用动态规划(Žunić等人，2018年)。

  为了确定仓库的最佳设计参数，对仓库空间布局的两种变体进行了比较，同时考虑了服务成本以及与仓库面积和周长相关的成本(Bassan等人，1980年)。不过，Matson和White(1982年)对各种类型的仓储(有架和无架)参数进行了广泛的研究。文献还涉及与仓库布置要求有关的主题，对仓库的分布进行了研究，并得出了仓库尺寸公式(Berry，1968年)。

  高架仓库空间设计的问题也得到了讨论(Ashayeri等人，1985年)。这种系统是非常昂贵的投资，并且很难修改。后来Lerher(2006年)和Kawęcki和Gola(2022年)研究了这一问题。在这样的过程中，如存储、运输、订单拣选和检索系统(AS / RS)，对设计进行了分解。单通道系统和多通道系统相互比较。为了缩短平均运输时间和提高容量，部署了一种基于类别的多通道系统的优点。在研究中还讨论了选择货架出口高度的问题。主要考虑的因素是空间和成本(Lee等人，2005年)。Huertas等人(2007年)在其研究中考虑了仓库的布局。然而，仓库不仅仅是一个存储或提取区域。在他们的出版物中，Lin和Sharp(1999年)提到了用于评估空间排列的质量和数量指标。

  在仓库布局设计研究中使用了人工智能算法。Muharni等人(2019年)使用粒子群算法优化材料处理的最低成本分布。Sooksaksun和Kachitvichyanukul(2010年)也进行了类似的研究，目标函数是最小化平均行程距离。还提出了仓库货架多层配置，其目标函数是每年最小化运输成本，工具是粒子群优化算法(PSO)(Ӧnüt等，2008年)。

  与仓储有关的另一个重要领域是拣货员路线、仓库作业规划以及存储区域内的产品配送。Gu等人(2007年，2010年)对拣货区的过程进行了广泛的审查和评估，包括路线分配。De Koster等人(2007年)提出了一种可以确保高效管理仓库流程的规划方法。Vanden Berg(1999年)和Kudelska & Niedbał(2020年)的工作描述了一种典型的规划方法(例如，在拣货过程中)。

  文献分析表明，以往的研究主要集中在运营效率及其提升。然而，尽管在运营效率方面有着丰富的背景知识，但对包含仓库空间设计的社会和环境方面的方法关注甚少。因此，有必要开展研究以考虑其他方面。

  六、空间布局设计的方法

  仓库空间的设计应具有整体性。这意味着设计方法应该考虑到所有方面，以确保可持续发展和最优的仓库运作。

  仓库空间的合理组织取决于多种因素：仓库的技术布局、存储区的大小和设备、拣货区的分离需求、工作方法以及仓库设备。这些要素的结合需要详细分析，因为它们会影响仓库的投资和运营成本。仓库内的许多物料必须相互协调。这种兼容性要求仓库空间便于员工不间断地工作和移动材料。正确组织仓库空间和基础设施很重要;否则，基本的仓库任务和仓库过程本身可能会受到影响。

  从设计方法过渡到仓库空间组织是优化物流流程的重要步骤。因此，作为供应链的一个重要组成部分，仓库空间在高效库存管理和仓库操作执行中发挥着关键作用。然而，为了实现最大化的仓库效率，需要应用一种综合考虑功能、人体工程学和环境因素的设计方法。这种方法要求跨学科分析业务需求、过程分析以及与特定需求相一致的战略规划。仓库设计活动构成了一个平台，需要采用整体迭代改进的方法，并考虑到终端用户——即仓库员工的观点。图1展示了与仓库空间设计过程相关的包含整体方法的相关方法。

  如图 1 所示，该方法包含几个关键阶段。第一步是识别仓库流程中发生的所有操作和活动。接下来，有必要创建一个仓库和物流地图。这些地图包括跟踪货物在仓库中的存储、移动和加工位置和方式。下一阶段是根据可持续发展的三个支柱——经济增长、环境保护和员工福祉——对仓库进行评估，如图 2 所示。

  利用可持续发展的支柱来设计仓库空间，可以在经济增长、环境保护和社会责任之间取得平衡。根据数据分析，提出的解决方案旨在有效利用资源、减少自然资源消耗或减少温室气体排放，并在确保公平工作条件和员工福祉的同时有效地管理废物。

  在接受改进提案后，实施是重要的一步。这些可能是逐步修改，只关注一个或几个较小的变化。然而，在进行变更之后，评估这些改进是否为可持续发展的支柱带来了预期的结果非常重要。

  七、仓库现状

  分析仓库设施的空间发展假定直接在地板上储存欧元型托盘货物单元，不能堆叠。此外，分析对象特别的地方在于它的屋顶结构。这个仓库的中心部分的屋顶最高，比其他通常有平屋顶的仓库建筑要高。这使得屋顶呈现出尖顶的形状。而且，基本空间没有明确划分的存储区域。分析仓库的草图如图 3 所示。

  在采访中，员工证实了我们观察得出的结论。在从上述原型组中挑选出组装件时，为了防止进一步工作受阻，经常需要将其他完成的订单(多达数十个托盘)运送到外面。这些活动占用了每天约30%的工作时间。在将物料运输到仓库外或仓库的另一部分时，会发生大量损坏。

  在当前的空间设置中，每个托盘货物单元无法直接操作，需要频繁更换运输工具。这意味着员工必须进行更多的额外工作移动，这也导致了更长的拣货时间。从仓库取出产品导致客户订单完成时间延长。延长拣货时间和操作过程中造成的损坏对客户服务物流产生了负面影响。

  分析的企业正在发展，因此需要更多的仓库空间。如今，与仓库空间布局相关的问题变得越来越重要。仓库流程的所有物料的正确设计和仓库的有效组织决定了公司及其合作伙伴所从事活动的实力。

  八、仓库新布局讨论

  分析仓库的技术系统需要保持袋装方式，这样收货和发货过程可以在不同的仓库大门进行。这个技术系统会把收货区和发货区与楼隔开，位置保持不变。办公室的位置可以帮助观察和控制仓库内的活动，无论是在收货区还是发货区。这个解决方案的草图如图4所示。

  关于存储区，使用仓库货架可以增加托盘的数量，这种存储设备也可以提高存储货物的质量。由于适当的保护措施，可以根据种类或尺寸对库存进行分类，从而确保充分利用可用的仓库货架。根据三个可用的货架组中存放的单元的高度，建议使用高达6米的货架高度。大多数叉车都支持这个高度，并且最重要的是不需要更换设备。

  由于这种类型的货架可以根据操作调整其位置。在存储区域中，托盘货架的布置可以是独立的或作为单排或多排货架。这种货架有9个托盘位，每层3个。

  存储货物的第二种方法将是块状存储法。这是基于不保留对单元或整个堆栈的直接操作而堆积库存的方法。由于其可调性，货架将以这种方式存放。

  它们可以堆叠在彼此之上，以及它们的列形。使用特殊胶带和纸板角进行适当的保护，这将使这种形成的托盘承载单元能够承受重量。

  观察发现，订单中此类物料的数量往往重复出现。因此，在问题区域附近存放它会减少运输活动。假设这类物料在每个门店的每张订单中的数量通常会在200到300件之间波动。这意味着购物车操作员在装货时平均可以取2到3次这样的单位，这使得工作变得更容易。

  为了提高运营效率，仓库应更好地利用资源、技术和空间布局来组织仓库流程。优化仓库的空间布局是为了创造一个集成了技术、流程方面以及员工福利和环境保护功能的设计方案。

  仓库原来的容量是494个托盘装载单位，如图5所示。改造后容量可以增加到1132个单位，换句话说，仓库的空间大大增加了。

  而且，由于新开发的仓库空间，我们现在可以用额外的托盘空间来存放新的或再生的货架设备，这可以帮助我们提高货物储存的安全性，防止由于货架位置不当导致频繁的操作。因此，图6显示，我们的仓库空间利用率已经提高了。

  规划好仓库的运输路线将提高运输的安全性，从而改善进出仓库的货物的装卸流程，减少装卸次数。

  货架组件直接存放在卡车上，员工手动取走所需数量的组件。根据收到的清单，员工先将组件堆叠在一个托盘上，完成货架组件的制作。在仓库里，员工使用手推车来处理与正在完成的单元货物相关的工作。线路是临时的，没固定的地方，可以自由前往订单中需要的物品所在的位置。另外，员工没有规定要把物料放在哪个托盘上或者从哪里开始取货。如果一个产品被另一个产品替代，员工需要将多余的产品移到其他地方。货物存放好后，员工会取走正确的产品，即摘录清单上的产品。整个过程如图 7 所示。

  根据彼得森和阿塞(2017)的说法，挑选是仓储操作中最昂贵的环节，可能占仓库运营总成本的55%，因此在分析生产率时，挑选是一个很重要的指标。挑选的一个影响因素是旅行时间，这可能是一种浪费。因此，根据普尔巴等人(2018)的研究，提高生产力的关键是通过分析仓库布局来消除交通损失。

  在对货架上40组物料进行分析时，研究人员比较了两种不同时间间隔内的拣货过程。拣货流程分为四个步骤：运输、在托盘上堆放物料、贴标签和固定。在“运输”操作中，测量了寻找货物、与暂时不需要处理的物料有关的操作以及运输等活动的时间。

  这个过程中最费力的部分是在托盘上堆叠物料，并且花费了大量的时间来寻找拣货位置并进行搬运。运输占员工工作时间的27%，而单个物料在托盘上的排列占56%。

  用叉车单元装载货物的活动是由人工完成的，没有使用专门的机器和工具。由于在仓库内根据自由存储空间技术对产品进行分拣，因此取货过程的总时间和每个托盘单元的时间可能会有所不同。这主要是因为根据个别产品的旋转，它们的存储位置会改变。

  在设计了仓库的新布局并提出了货架后，与寻找物料、暂时不需要的物料存放以及运输有关的活动都已消除。拣货过程本身变得更简单，拣货时间也缩短了。本研究清楚地展示了仓库效率、流程化仓库和仓库空间布局之间的关系，因此，它补充了Buba等人(2019)的研究成果。

  分析指标前后 参考仓库评估，以及第一支柱可持续发展影响经济增长的效果。提高运营质量，包括——在仓储过程中形成的成本降低、资源更有效地利用以及系统效率提高，这也在Beamon和Ware(1998)的研究中得到了证实。

  当员工完成任务后，就不用再在仓库里辛苦地查找物料了。原来跟存放阻碍当前需求的物料相关的活动都被取消了。取消这些不必要的活动可以降低损坏特定产品的风险。

  新的货架布局对拣货过程的时间产生了影响。在旧的布局中，没有货架，只有地面上的块状存储空间，40个货架要花5个多小时才能弄好。但是，在新系统中，如图10所示，拣货时间会超过3小时。公司通过提出新的仓库空间布局，利用货架来提高仓库容量。这样可以减少操作移动，提高工作安全水平和货物存储水平。

  在拣货过程中，员工需要多次操作物料，这给他们带来了额外的压力。工作安全也很重要。根据Tytyk 和 Mrugalska (2018) 的研究，缓解人类劳动的愿望是由经济和人道主义因素驱动的。在实施变更之前，员工明确表示疲劳。但是，在实施之后，通过访谈，员工对工作场所安全条件的改善感到满意。他们还指出了与拣货和库存以及标准化仓库流程相关的问题。因此，这些都是在方法中所采取的步骤。

  评估仓库在增加社会责任方面的作用。对物料不必要的操纵，在仓库内寻找货物会增加仓库可用资源，尤其是运输工具的消耗。这些行为也会在环境保护方面产生后果。在变更实施之前，每年充电所需的能源为 6,072.192 千瓦时/年，而在变更实施后，这一数字减少到 3,048.192 千瓦时/年。旨在减少消费的行为有助于最小化对自然环境的负面影响，这与方法中涉及提高环保目标是一致的。

  此外，回答方法论中提出的研究问题，平衡经济目标与员工需求和环境保护的设计实践包括：工作空间的人体工程学、空间布局优化，监控资源消耗。以人体工程学设计工作站和仓库空间可以提高员工的工作效率和舒适度，从而提高运营效率。定期监控能源和其他资源的使用情况可以帮助您确定可以节省成本的地方。这也有助于降低运营成本和环境影响。

  九、结论

  如今，仓库空间规划问题越来越重要了。公司的仓库管理能力就体现在能合理设计并高效地组织全流程的仓储过程。因此，遵循特定的方法论显得尤为重要，这可以避免忽略任何可持续性支柱。

  经过验证，我们提出的方法实现了公司仓库运营效率的提高，并改善了环境和社会效益。但是，仓库空间设计实践还可以帮助实现经济目标、满足员工需求以及环境保护之间的平衡。另外，我们还要记住，合理的仓库空间布局设计也会影响到物流服务的质量。

  通过案例研究，我们验证了所提出的设计方法，并同时确定了经济、社会和环境效益。这篇文章可以作为进一步研究空间系统可持续设计的灵感来源，并鼓励使用创新的设计实践来实现经济、社会和环境目标之间的平衡。

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