对生产制造企业来说, 处理好原材料供应和生产需求之间的关系至关重要。对产品全部需求的管理和认知就是需求管理, 需求管理的主要任务是确保企业主要生产计划的顺利实施, 为此要进行需求预测、订单输入、订单履行、分库需求、生产工厂订单以及维修备件需求分析等。广义上的需求管理还包括仓库地址选择、仓库结构布局、物料搬运作业方案以及替代性方案措施等。供应与需求相均衡的理论以企业需求为导向, 涵盖了物流、信息、资金的双向流动。本文基于供应与需求均衡理论关注了A企业综合立体仓库设计中的仓储能力与产品生产之间的匹配性。

A企业是一家生产高中压电器设备开关的企业, 其产品在12—40kv的区间内约有120个产品大类、1500多种规格型号。该企业在2012年投入巨额资金修建并投入使用了55000m2的生产车间, 该车间集制造、研发、设计、实验及销售为一体, 具有国内一流的生产线, 同时根据公司的发展战略规划设计了生产工艺流水线, 最为重要的是, 该企业基于供应与需求均衡的思想设计和优化了综合立体仓库, 使得仓库仓储能力得到了优化, 为企业的各项生产经营活动提供了有力保障。

(1) A企业的仓库空间需求。A企业2012年全年产品生产所需要的物料品种种类有8936种, 全年共完成1412.27万件物料的收发数量, 2012年年底仓库中共有库存物料2836种, 库存物料共有312.76万件, 全年共收发物料次数11.32万次, 平均每天共完成421次物料的收发。

A企业2012年的仓库仓储空间情况以及3年内企业发展所需要的仓储空间情况见表1。

(2) A企业的仓库物料吞吐量需求。A企业仓库2012年每天的物料吞吐量以及3年后每天的物料吞吐量用托盘数量来表示, 见表2, 同时表2给出了物料吞吐量的浮动幅度。

表1 A企业仓库仓储空间需求情况     下载原表

注:每个托盘货位占用空间为1 000mm×1 000mm×1 200mm, 地面仓储面积用以存放大型物料, 由于企业计算规划综合立体仓库, 所以需要的托盘货位数量大幅增加, 而

表2 A企业仓库物料吞吐量需求情况     下载原表

注:本表的数据将表1的托盘货架容量和地面仓储面积占用空间进行了折合, 以换算出1 000mm×1 000mm×1 200mm大小的托盘货位数量。

A企业综合立体仓库初始设计方案为:

三个生产单元分别构建使用大型立体货架的仓库, 仓库总建设面积3 420 m2, 预计可以设置1 000× 1000× 1 200mm托盘货位共4 810个。

初始设计方案下的需求供应能力分析见表3。

从表3可以看出初始设计方案的不足:仓库内部没有预留地面存储空间, 这样大型物料存放就会遇到很多困难, 为此就需要在生产区域开辟新的位置存放。另外, 要满足企业未来3年物料吞吐量的需求, 需要额外添置新的叉车来保障物料吞吐量的增加, 但叉车的使用会带来较高的安全风险和成本, 而仓库内部的通道只能容纳4辆叉车作业。

为了最大限度上利用生产车间厂房的高度, 可以在初始方案的基础上进行综合立体仓库方案的规划设计, 通过调整仓库的跨度结构来实现, 保持仓库占地总面积不变, 在较长的巷道上架设自动立体化仓库, 设置10列货架 ( 货架层高为8) 、5巷道, 堆垛机5台, 共有托盘货位4 250个 (1 000×1 000×1 200mm) , 可放置690个大型立体货架, 另为了2便利大型物料的存放预留出700 m的区域。图1给出了A企业综合立体仓库的二次设计方案。

表3 初始设计方案下的需求供应能力对比     下载原表

表4 二次改进方案下的需求供应能力分析     下载原表

图1 A企业综合立体仓库的二次设计方案   下载原图

二次改进方案下的需求供应能力分析结果见表4。

从表4可以发现二次设计方案依然存在下面几个不足的地方:

(1) 虽然仓库内部的地面存储空间大幅度增加, 为大型物料的存放准备了近700m2的存储空间, 但仍然相对不足, 还需要额外在生产区域位置腾出近200m2的面积进行放置。 (2) 货架量大大超出了货物存放量需求, 将近有1/4的货位会处于闲置状态。 (3) 二次设计方案虽然满足了A企业未来三年仓库物料吞吐量的需求, 但其却出现了仓库物料供应能力闲置的情况, 造成了资源的浪费。

根据供应与需求均衡理论, 在满足企业未来发展和生产需求的前提下, 构建具有某种自我调整柔性的仓库物料供应能力, 并尽量减少因为资源闲置而造成的不必要浪费, 这对企业的发展更具有重要作用, 为此A企业在上述二次设计方案的基础上又对其自动化立体仓库进行了优化。具体的优化方案如下:

图2 基于供应需求均衡理论A企业优化后的仓库设计方案   下载原图

表5 再次优化设计方案下的需求供应能力分析     下载原表

将二次设计方案的巷道、 货架、堆垛机分别调整为4、8、3, 巷道结构实行弯轨道设计, 这样4列货架可以仅使用1台堆垛机进行作业, 托盘货位为3 300个, 在堆垛机立体货架边放置690个重型立体货架的托盘货位, 并预留出近950 m2的地面为方便存储大型物料之用。优化后的设计方案如图2所示。

再次优化设计方案下的需求供应能力分析结果见表5。

优化后的设计方案可以使A企业的仓库具备3 990个货位, 地面存储面积950m2, 每天的仓库物料吞吐量为830个托盘, 这与A企业3年后的发展需求基本保持一致, 并留出了适当的弹性调整空间, 既避免了资源的过度浪费, 又留出了一定的余地。优化后的方案通过缩减堆垛机的使用数量, 既减少了设备采购的初始成本, 又为日后企业车间和仓库的发展调整留下了充足空间。如果3台堆垛机不能满足货架作业的需求, 那么可以将弯轨调整为直轨, 从而通过增加堆垛机的方法提高仓库的物料吞吐能力。

三种设计方案下仓储空间需求供应能力的对比见表6。

通过对比应用供应与需求均衡理论前后的A企业综合立体仓库设计方案, 可以发现应用该理论后即再优化设计出来的方案最大程度上利用了企业生产厂房的空间, 该方案实现了生产物料入库作业、存储作业、发货作业的自动化, 在保障企业生产物料需求的前提下使仓库仓储结构得到了优化, 通过货架数量的缩减腾出了仓库的大型物料存储区域面积, 不但有利于大型物料的存放, 同时也为后续生产规模的扩大准备了储备空间, 即预留了2列货道, 可以根据需要重新构建约1 000个立体货位。

A企业仓库物料吞吐量需求与三种设计方案供应能力的对比见表7。

依据2012年A企业每天的仓库物料吞吐流量、3年后规划的仓库物料吞吐需求量, 对比初始设计方案、二次改进方案以及使用供应需求均衡理论进行的再优化方案下的仓库物料吞吐量, 可以发现初始方案下的立体货架仓库只能满足当前情况下企业日常生产所需要的物料流量的需要, 考虑到生产淡旺季的差异, 在最大生产高峰期的物料需求流量将很难满足。二次改进方案则在供应能力上远超3年后的需求, 存在供应能力闲置。而基于供应需求均衡理论的再优化设计方案既可以满足当前企业物料流量的需求, 也能够保证A企业未来3年的生产需要, 还预留了未来的发展空间。

表6 三种设计方案下仓储空间需求供应能力对比     下载原表

表7 A企业仓库物料吞吐量需求与三种设计方案供应能力对比     下载原表

A企业仓库初始设计方案使用大型立体货架和叉车进行作业, 导致作业事故的风险率较高, 基于供应需求均衡理论的再优化后的仓库设计方案采用了地面仓储和自动化设备, 并且大型立体货架在仓库总容量中的占比也不超过1/3, 这就大幅度地降低了作业风险率。