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仓库订单拣选的设计与控制:文献综述
摘要：
订单拣选一直被认为是几乎每个仓库中劳动强度最大，成本最高的活动；拣选成本估计高达仓库总运营费用的55％。订单拣选中任何表现不佳的情况都可能导致仓库以及整个供应链的服务质量差，运营成本高。为了有效地运作，拣选流程需要进行稳健的设计和最佳的控制。本文概述了人工拣选过程的设计和控制中的典型决策问题。我们专注于最佳（内部）布局设计，存储分配方法，路线行走方法，订单批处理和分区。最近该领域的研究发展迅速。仍然，几乎没有探讨上述区域的组合。在实践中，拣选系统的发展导致了有希望的新研究方向。爱思唯尔版权所有
关键词:订单拣选;仓库管理;物流
1.介绍
随着越来越多的公司寻求削减成本和提高他们仓库与配送中心内的生产力、拣货已经受到了越来越多的审查。拣选订单的过程是从存储(或缓冲区)中检索产品对特定客户请求的响应-是仓库里最多的的劳动密集型操作，和一个非常资本密集的操作在仓库与自动化系统里。由于这些原因，仓储专业人士认为订单拣选是提高生产力的最优先领域。
最近在制造业和配货方面有了使得订单拣选的设计和管理变得更加重要和复杂的趋势。在制造业，有一种转向较小规模的趋势，使用点交付，订单和产品定制化，缩短Chew期。许多较小的仓库正在被更少的大型仓库取代来实现规模经济。在这些大仓库里，日取货量大，时间窗可用是短暂的。为了更好地响应客户的需求，许多公司都采取了延期的办法战略(Van Hoek, 2001)导致各种增值活动(例如，包装，标签，产品或订购组装、定制包装或堆垛) 发生在配送中心这些都是需要安排和整合的订单拣选过程。仓库也参与产品、材料的回收产品承运商，以重新分配给其他客户，回收商和原始设备制造商。
组织拣货作业直接影响配送中心从而影响供应链的绩效。在订单被发送到仓库的时间到达目的地所需要的时间之间是有的有足够的机会在准确性和完整性方面出错，更不用说时间的损失。这也有改进的余地。工业已经提出了创新的解决方案，使之可能成为高达1000个拣选每小时的生产力。科学也在迅速发展。在过去的几十年里，出现了许多研究订单拣选过程的论文。人们研究了新的问题，新的模型已经被开发出来。不过,实践和学术研究之间也有差距，因为并不是所有新的拣选方法都研究过布局、存储分配、顺序聚类、顺序释放方法、拣选者的优化组合路线行走和订单积累已经完成了很轻微的程度。本文系统地综述了近年来学术文献的研究进展。我们关注最优(内部)的订单拣选过程设计与控制中的决策问题布局设计的典型结构，存储分配方法，路线行走方法、顺序、批处理和分区。几个领域似乎没有得到多少重视研究人员。实践中的创新也会导致新的研究挑战。
论文的其余部分组织如下。在下一节中，我们将Jane要介绍仓库的任务和功能，并给订单拣选系统的概述。在第3-8节，我们回顾最近关于设计和控制拣货过程的文献，集中在布局设计，存储分配，批处理，拣货路线行走和订单积累。我们总结并讨论潜力研究方向见第8节。
2.仓库和订单拣选
根据ELA/AT Kearney(2004)的调查，仓储占了2003年公司物流成本的20%左右(其他突出的活动包括增值服务、行政、库存成本，运输和运输包装)。仓库显然是公司物流系统的一个重要的组成部分。它们通常用于储存或缓冲产地和消费地之间的产品(原材料、在制品，成品)。如果主要功能是缓冲和存储，这个词“仓库”就会被使用。另外如分销为主功能，术语“配送中心”是常见的，而“转运”、“交叉码头”或“平台”中心常用于存储几乎不发挥的角色。当我们专注于从库存中拣选订单时，我们在整篇文章中都使用了“仓库”这个词。Lambert等人(1998)指出，超过75万仓库设施遍布全球，包括先进的、专业管理的仓库以及公司的库房和自营商店设施。仓库通常涉及大量的投资和营运成本(例如土地、设施设备、劳动力,等等)。那么，仓库为什么会存在呢?根据Lambert等人(1998)的研究，它们对许多公司的意义，例如
bull;实现运输经济(例如联合运输、整箱装载)。
bull;实现生产经济(如库存制造生产政策)。
bull;利用质量购买折扣和远期购买。
bull;支持公司的客户服务政策。
bull;满足不断变化的市场条件和不确定性(如季节性、需求波动、竞争)。
bull;克服时间和空间的差异存在于生产者和消费者之间。
bull;完成与客户服务水平相适应的最低物流总成本。
bull;支持供应商的准时生产计划和客户。
bull;为客户提供产品组合而不是一个单一的产品对每个订单(即整合)。
bull;提供临时的材料储存处理或回收(即逆向物流)。
bull;为转运提供缓冲位置(即直接派递、跨站)
在某些特殊情况下(如精益生产、“虚拟”库存、交叉对接)，供应链中的存储功能可能会减少。但是,在几乎所有供应链、原材料、零部件和产品库存仍然需要存储或缓冲，这意味着需要仓库，仓库是公司物流成功中起到相当重要的作用。
2.1.仓库流程
图1为典型功能区域和仓库内流动。主要的仓库活动包括:接收、转移、存放、订单拣选/拣选,积累/分类,交叉对接,和航运。
接收活动包括由承运商提供的卸货，更新换代库存记录，检查是否有任何问题数量或质量不一致等。转移,把涉及到将进入的产品转移到存储位置。它也可能包括重新包装(例如:整托盘装在箱子上，或标准化的箱子)，和物理运动(从接收码头不同的功能区域，这些区域之间，从这些地区到航运码头)。订单拣选是大多数仓库的主要活动。它涉及到为一组客户提供正确的产品正确的数量订单的过程。如果订单是分批提取的那么拣货订单的积累/分类进入个别(客户)订单是必要的。在这种情况下，拣选的单位必须分组根据客户订单，完成拣选的过程。拣选后，往往要给订单进行包装和堆放在正确的单位负荷(如一个托盘)。事件时执行交叉停靠接收到的产品直接转到船舶码头(短期停留或服务可能需要，但很少或不需要拣货)
2.2.订单拣选
订单拣选涉及到安排客户订单，分配库存对位置上的订单行，释放订单到从仓库中拣选物品和处理拣选的物品的过程。客户订单由订单行组成，每一行都是唯一的产品或库存单位(SKU)，在一定范围内数量。在图1中，根据数量和产品载体的SKU，在托盘镐，格镐和破格(单位)镐。许多可在其中找到不同的拣货系统类型仓库。通常是多个拣货系统，例如，是否在一个仓库中使用在图1的三个区域中的每一个。图2根据是否对拣货系统使用人工或自动机器进行区分。大多数仓库雇佣人工来完成订单拣选。其中，picker-to-parts系统，订单拣选者在那里行走或开车沿着通道拣选物品是最常见的(De Koster，2004)。我们可以区分两种类型的拾取系统:低级拾取和高级拾取。在低级别的拣货系统中，货物的次序拣选者从存储架或当你旅行的时候，把箱子放在架子上存储通道。其他订单拣选系统使用高储物架; 订单拣选者旅行到位于起货卡车或吊车上的起货点。吊车自动停在里面前面适当的拾取位置并等待订单拣选者执行拣选。这种类型系统被叫做高级或载人订单拣选系统。
Parts-to-picker系统包括自动化仓库和检索系统(AS/RS)，主要使用检索一个或多个单元的走道上的起重机装载(货盘或货箱;在后一种情况下，系统经常被称为迷你负载)，并把它们挑出来位置(即仓库)。在这个位置上拾取所需数量的棋子，然后剩余的负载再次被存储。这种类型的系统也称为单元装载或通道末端订单拣选系统。自动起重机(亦称:存储和检索(S/R)机器)可以在下面不同的工作模式:单、双、多命令Chew期里工作。单一命令Chew期意味着货物从仓库移到货架上定位或从货架定位到仓库。在双命令模式，首先将一个负载从堆场到货架的位置和下一个负载是从架子上拿回来的。在多个命令Chew期中，S/R机器有一个以上的梭子和可在一个Chew期内装卸多个货物。例如，在一个四命令循环中(描述的在Sarker和Babu, 1995)中，S/R机器离开仓库有两个储物柜，分别存放货物和物品返回两个检索到的负载。其他系统使用模块化垂直升降模块(VLM)，或旋转木马这也为订单拣选者提供了单位负载负责取正确的数量。
Put system，或订单分配系统(见图2)包括检索和分发过程。首先，必须检索项，这是可以的以parts-to-picker或pickers-to-parts的方式进行。第二，承运人(通常是一个箱子)与这些预先拣选的单位提供给一个订单拣选者将它们分配给客户订单(“出售”它们)在客户纸箱)。订单分配系统是特别的流行的情况下，大量的客户订单必须在短时间内拣选行(例如在亚马逊De国仓库，或花卉拍卖)，并可能导致约500个订单拣选每小时 (对于小项目)管理良好的系统(De Koster, 2004)。新已开发的系统表明，每拣选工人每小时最多可处理1000台。
图2还显示了几种组织变体picker-to-parts系统。基本的变体包括按件拣选(批量拣选)或拣选按顺序(离散拣选)。在拣选的情况下按文章，多个客户订单(批次)由订单拣选机同时拣选。许多存在介于两者之间的变体，比如拣选多个订单之后立即排序(在拣选时)由订单拣选者(即取货时排序)或排序发生在拣选过程完成之后(拣选-排序)。另一个基本的变体是分区，这意味着一个逻辑存储区域(这个可能是一个托盘存储区，但也可以是整个仓库)被分成多个部分，每个部分都有不同的订单拣选者。取决于拣选策略，分区计划可进一步分为两类:渐进式分区计划及同步式分区计划，取决于在一个区域内拣选的订单是否传送到其他地区完成或拣选平行的。术语“选波”是用来处理订单的为一个共同的目的地(例如，出发)在一个固定的时间与一个特定的载体)被释放可同时在多个仓库进行拣选区域。通常(但不一定)它是组合在一起的用批处理拣选。根据拣选整批货需要的时间来确定批大小，通常在30分钟到2小时之间(见Petersen,2000)。订单拣选者连续地在它们的区域中拣选请求的项目，然后是下一个拾取波只能在前一个拾取波已拾取时开始完成。
自动和机器人拣选只用于特殊情况(如贵重、小巧、易碎等)项目)。
在这篇论文中，我们集中研究了低级的，由人工操作的，picker-to-parts订单拣选系统(每条路线有多个拣选)。这些系统形成了世界各地的仓库(根据作者的经验:超过80%的订单拣选系统在西欧)。令人惊讶的是，学术订单拣选文献更侧重于高层次的拣选和AS / RS系统。虽然不是主要的话题在本文中，我们也将Jane要地提到后者的文献类型。
实际的拣货系统的设计通常是复杂的，由于外部的广谱和影响设计拣选的内部因素。根据Goetschalckx和Ashayeri (1989)影响订单拣选的外部因素拣选包括营销渠道、客户需求模式，供应商补充模式以及库存水平、产品的总体需求和经济状况。内部因素包括系统特征、组织和拣货系统的运作政策。系统特点包括机械化程度，信息可用性和仓库维度(见图3)。与此相关的决策问题在设计阶段，常常要考虑各种因素。的组织和操作政策包括主要有五个因素:路线行走、存储、批处理、分区和订单发布模式。图3还显示了拣货系统的复杂程度，由距离表示来衡量轴系到原点的问题。在其他也就是说，系统离原点越远，系统的设计和控制就越困难。
2.3.订单拣选目标
拣货系统最常见的目标，是尽量提高服务水平资源限制，如劳动力、机器和资本(Goetschalckx and Ashayeri, 1989)。服务水平是由多种因素构成的比如订单交付时间的平均值和变化率，秩序的完整性和准确性。订单拣选和服务水平之间的关键联系是一个订单可以被越快越好取回，它就可以越快的用于向客户发货。如果一个订单错过了它发货截止时间到了，可能要等到下次了运输时间。此外，短阶检索时间在处理后期的变更时，要有高度的灵活性订单。因此，最小化订单检索时间(或拣选时间)是任何订单拣选的需要系统。
图4为在一个典型的仓库里的拣货时间分量。虽然各种案例研究也表明，活动除了旅行可能有很大的贡献拣货时间(Dekker et al.， 2004;De Koster等人，1999a)，旅行往往是主要的组成部分。根据Bartholdi和Hackman (2005)旅行时间是浪费。这需要劳动时间，但确实不增加价值”。因此，它是第一个改进的候选人。
对于手动拣货订单拣货系统，运输时间是运输距离的一个递增函数(如Jarvis和McDowell，1991;大厅,1993;Pertson,1999;Roodbergen和De Koster,2001 a, b;Petersen和Aase, 2004)。因此，旅行距离通常被认为是仓库设计和优化的主要目标。两种旅行距离被广泛使用在订单拣选文献中:平均旅行拣选路线的距离(或平均路线长度)和总行程距离。对于给定的挑载(一组订单)，然而，最小化平均值行程长度等于尽量缩短总行程距离。
很明显，最小化平均旅行距离(或者说，总行程距离)只有许多可能性中的一种。另一个重要的目标将总成本(可能包括投资和运营成本)。其他经常被考虑的目标仓库设计和优化的目标是:
bull;减少订单的生产时间
bull;尽量减少总吞吐量时间(例如完成一批订单)
bull;最大限度地利用空间
bull;最大限度地使用设备
bull;最大限度地利用劳动力
bull;最大化所有物品的可达性
公司决定设计和控制在战术或操作上的订单拣选系统水平，具有不同的时间范围(鲁文霍斯特)et al ., 2000)。这些级别的一般决定如下:
bull;仓库的布局设计和尺寸标注系统(战术层面)
bull;将产品分配到存储位置(存储)任务)(战术和操作级别)
bull;分配订单来拣选批次和分组工作区域内的通道(批处理和分区)(战术和作战级别)
bull;订单拣选者路线行走(路线行走)(操作级)
bull;按订单对拣选的产品进行排序并进行分组订单的拣选(订单积累/排序)(操作级)
在实现上述目标的过程中，我们作出了决定在各个层次上是强烈相互依存
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