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电子商务时代的仓储业：一项调查
摘要
电子商务零售商面临着收集大量的时间关键拣选订单的挑战，每一个拣选订单仅由几个订单行组成，且订单数量较低。传统的拣选机到零件仓库通常不适合这些先决条件，因此应用自动化仓储系统（例如，自动化拣选工作站、机器人和AGV辅助拣选系统）和组织适应性（例如，混合货架存储、动态订单处理和批处理，分区和分类系统）是在这一行业的分支。本文致力于研究这些特别适合电子商务零售商的仓储系统。我们讨论合适的系统，调查相关文献，并定义未来的研究需求。
1简介
仓储，即在供应链[7]的两个连续阶段之间对货物的中间储存，以及其基本功能，即接收、储存、拣选订单和装运[44]，是任何供应链中必不可少的组成部分。因此，在过去的几十年里，关于这一主题的大量文献已经积累起来，这并不奇怪（参见Gu等人最近的调查）。[44，45]，De Koster等人。[29]和Azadeh等人。[4] ）中。根据De Koster等人。[29]，2007年，西欧超过80%的仓库仍然沿用传统的拣选机进行零件设置。在这里，人工拣货员一个接一个地拣货，同时连续访问存储所需库存单位（SKU）的货架。这些传统仓库的主要缺点是，从一个货架移到另一个货架，再移回中央仓库时，采摘工人步行效率低下。
然而，在过去十年中，电子商务的销售量不断增加（例如，见[109]）催生了新一代的仓库，这些仓库专门为在线零售商的特殊需求量身定制，直接服务于企业对消费者（B2C）细分市场的最终客户需求。他们通常面临以下要求：
bull;小订单：大多数私人消费者订购的订单很少，每个订单都只需要很少的商品。例如，在德国亚马逊（Amazon）的仓库，平均订单需求仅为1.6件。
bull;种类繁多：网站上提供的商品不会消耗商店中昂贵的存储空间，尽管如此，还是可以供广大公众使用。这就是为什么在线零售商能够负担得起更大的商品种类，而利基产品在电子商务中的销售比例通常要比在实体店中的大得多。这种现象也被称为“长尾”一词[16]。
bull;严格的交货时间表：第二天甚至同一天交货是许多在线零售商的基本承诺，特别是在B2C领域（如[128]）。这给仓库操作带来了越来越大的压力，并导致了非常关键的订单履行流程。
bull;不同的工作量：许多在线零售商在过去几年中动态地扩大了其仓库容量[75]，并面临着高度不稳定的需求，这取决于所提供的产品，例如由于季节性销售。因此，需要可伸缩的仓库容量，可以灵活地调整到不同的工作负载。
传统的仓库很难满足这些要求。在传统的按顺序拣选中，拣选者到零件系统拣选者开始和结束在中央仓库收集拣选列表的每次巡演。如果订单量很小，那么在进出仓库和货架之间行走时，非生产性工作所占的比例就会过大。如果不能通过大量（且昂贵的）劳动力或成批处理多个订单来抵消，那么由此造成的吞吐量损失将很难满足在线零售的严格交货计划。
为了避免传统仓库的这些问题，人们开发了新的仓储系统，既可以应用自动化，也可以实现组织适应性。他们有一个更适合B2C领域的在线零售商。本文致力于从运筹学的角度对这些仓储系统进行研究。我们介绍了这些系统，讨论了它们对电子商务的适用性，描述了在建立和操作每个系统时需要解决的基本决策问题，并回顾了相关文献。此外，我们定义了该领域未来的研究需求。
为此，本文的其余部分结构如下。第2节通过确定与电子商务相关的调查仓储系统，并通过具体说明我们调查的结构，定义了我们调查的范围。然后，第3至第8节分别针对一个特定的仓储系统，最后，第9节通过讨论仓储领域的一些一般研究方向来总结本文。
2范围和结构
这项调查致力于仓储系统，非常适合B2C领域的在线零售商的特殊要求。仓储系统由硬件组成，硬件可进一步细分为存储设备（如机架）、物料处理系统（如传送带）和拣货工具（如语音拣货解决方案或拣货工作站）以及定义沿应用硬件元件的工作流程的过程。使仓库系统适合在线零售的关键因素可以是硬件或流程。然而，通常应用多个硬件创新和过程元素的组合，这样我们就不会进一步区分硬件和过程，而是指这两个领域中最重要的实体。因此，我们将仓储系统定义为一个硬件或过程元素（或两者的组合），它能够在供应链的两个连续阶段之间实现货物的中间存储[7]。
在线零售，通常，必须组装（i）小订单从（ii）大分类下（iii）大的时间压力，并不得不灵活地调整订单履行过程到（iv）不同的工作负荷（见第1节）。显然，这四个需求的重要性是不同的，例如，与提供的产品和业务策略，并且有特殊情况下，其他要求可能更重要，例如，灵活的同时也处理大订单的实体店销售在全渠道销售策略[ 64 ]。对于特殊产品，其中一些要求甚至可能根本不成立。例如，在网上杂货零售业中，包含几十个订单行的订单是相当正常的[114]。但是，我们排除了这些特殊情况，并假定要求（i）至（iv）在在线零售中具有突出的重要性。这是我们调查的一部分，讨论每个引入的仓储系统是否适合这些要求。
这就直接引出了这样一个问题：哪些特定的仓储系统符合这些要求，因此，在本次调查中应予以考虑。不幸的是，得出客观的选择标准似乎几乎是不可能的，因此我们决定采用以下方法。首先，我们预先选择了图1所示的仓储系统列表（根据其自动化程度排序），该列表基于大量的仓库访问、对仓库经理和专家的访谈以及仓储解决方案制造商的网站。然后，作者对各自的仓储系统是否满足要求（i）至（iv）进行了二元评分，并与仓储专家（科学家和顾问）讨论了结果的合理性。结果如图1所示，其中符合相应要求的系统由复选图标表示。基于这些结果，我们审查了所有满足至少四分之三需求的仓储系统。因此，我们将以下仓储系统排除在调查范围之外：
bull;由于传统原因，相当多的在线零售商仍然使用其传统的pickert从互联网时代之前的零件仓库，在那里，单位负荷存储在货架上，并在拣选订单并将其带到中央仓库后进行订购。然而，由于大部分的非生产性步行（或开车）时间，这些传统的系统只能以庞大（且昂贵）的劳动力为代价，才能达到在线零售的最后期限。尽管这些仓库仍然适用于在线零售，但我们更关注针对上述要求专门设计的系统。请注意，此基本设置的扩展，例如批处理订单，具有更好的适合性，因此，在我们的调查中考虑了这些扩展。
bull;近年来，开发了不少自动化紧凑型存储系统。例如可移动机架系统[10]、基于穿梭机的深车道存储系统[133、9]、实时立方体系统[134]和基于拼图的存储系统[47]。Azadeh等人的调查报告对紧凑型存储提供了详细的概述。[4] 是的。这些系统通过将产品紧密地存储在一起而不提供对每个单个项目（在任何时候）的直接访问，有效地利用了空间。尽管如此，通过自动化和智能规划方法，这些系统旨在确保可接受的快速检索时间。尽管做出了这些努力，但通常情况下，紧凑型存储并不适用于当今在线零售业的紧凑型交货计划和种类繁多的产品。然而，看到最近的趋势，在线零售商在未来几个小时内提供优质的送货服务，存储产品必须向存储空间稀少且成本高昂的客户靠近。因此，对于这些快递服务而言，直接在市中心进行紧凑型存储可能是未来的一个适当选择。我们只是针对现状，将紧凑型存储系统排除在本次调查之外。
bull;全自动A形架系统每天处理多达750000台，订单准确率超过99.95%[18]。A形架由一组连续的垂直通道组成，通道中装满库存的SKU。通道沿两个相对的框架布置，其顶端相互倾斜，就像倾斜的屋顶。在两个框架之间有一个传送带，因此从侧面看，系统看起来像一个“a”。在每个通道的底部都有一个自动分配器，每当传送带上经过的订单需要相应的项目时，该分配器将一个或多个最底部的项目推向传送带。由于它们的效率，A-Frames当然非常适合在网上零售的最后期限内完成任务，而且小规模的订单似乎没有问题。然而，大型产品需要过多的AFrame模块，这导致了高投资成本和车间空间要求过高。人字架还需要很多固定安装的机械，因此对不同工作负荷的灵活调整似乎有问题。此外，他们对产品的形状、尺寸和包装都有严格的要求。因此，A-Frames非常适合于小众的在线零售商，其相对较小且不易分类的产品种类较少，例如药剂学和化妆品[95，7]，因此被排除在我们的调查之外。
bull;有些系统相当专注于处理更大的客户订单，包括多个订单行和/或每行多个请求的项目，例如由实体店放置。例如，反序拣选系统（也被称为光照系统），见[33]。本次调查不涉及这些系统。
bull;我们还排除了专用于需要特殊处理的特定产品类型的系统，例如，由于其重量或尺寸。例如，食品用悬挂式台车解决方案[110]和轮胎用服装或起重机系统[22]。
bull;最后，尚未超过评估阶段、尚未被大型在线零售商应用的原型系统也被排除在外。例如，Magazino公司的Toru机器人[81]或SSI Schauml;fer公司的机器人拣选系统[107]，这两个系统分别承诺从货架和箱子中实现全自动拣选订单。
排除这些仓储系统后，剩下的六个系统将在下面的章节中讨论，这些系统将按照自动化程度的提高进行排序，例如，按照图1所示的相同顺序。对于每个系统，我们将阐述以下方面：
（a） 系统描述：我们简要介绍了订单履行过程中的主要系统元素及其参与。
（b） 电子商务适用性：鉴于我们对电子商务仓库的四个基本要求（见第1节），我们简要总结了每个系统的适用性。
（c） 决策问题：对于每个系统，基本上存在以下三个主要决策区域（根据计划范围排序）：（i）布局设计规划，（ii）存储分配，和（iii）订单拣选。我们讨论了在为各自的仓储系统处理这些规划任务时必须考虑哪些特性。
（d） 文献综述与未来研究：最后，我们还服务于一篇调查论文的主要意图，即我们回顾相关文献并概述未来的研究需求。
仓储的基本功能使得已经存在了很多关于仓储的调查报告，这一点令人震惊。首先，对Van den Berg[115]，Rouwenhorst等人进行了一般性调查。[102]，Gu等人。[44，45]和De Koster等人。[29]。这些论文涉及整个仓储领域，但主要集中在传统的拣选到零件系统。自他们出版以来，一段时间过去了，网上零售仍然是一个比较新颖的现象，在过去的十年里动态演变，因此与这些一般调查没有太多的重叠。此外，还存在关于特殊仓储方面的其他调查，例如自动化存储和检索系统[100，36]和这些系统中的起重机调度[8]。此外，Azadeh等人。[4] 专注于自动化仓储系统。在我们的论文中回顾的这些系统中，只有AGV辅助拣选订单（见第6节）和货架移动机器人（见第7节）属于这一类。多数情况下，Azadeh等人。[4] 地址紧凑的存储系统，使其与纸张没有太多重叠。最近对Van Gils等人的调查。[117]致力于结合两项或多项规划任务的整体仓储研究。整体模型无疑是一个重要的问题，尤其是从从业者的角度来看（见第9节），但会导致一个完全不同的焦点。龚和德科斯特[40]讨论了方法学方面的问题，并关注随机模型。最后是对Agatz等人的调查。[1] ，它解决了多通道环境中的电子履行。本次调查仅简要介绍了仓储方面的情况。因此，我们认为，由于网上零售的巨大相关性和所有这些论文的偏离主题，再次调查仓储似乎是合理的。
最后，我们简要说明了检索待审查论文的数据库搜索（关于如何建立系统文献检索的一般说明，见Hochrein和Glock[59]）。作为指定业务功能的关键字，我们应用“仓储”、“配送中心”、“订单履行”和“订单处理”。此外，应用第二组关键字，即“电子商务”、“在线零售商”、“在线零售”和“电子履行”来指定行业分支。第一组和第二组关键字的任何组合都已应用于两个学术数据库（即Business Source Premier和Scopus）中的查询。另外还使用六个经过审查的仓储系统的名称进行了查询。所有在同行评议的期刊上发表的英文论文都被检索出来，并通过分析它们的摘要来检查它们的相关性。此外，一些选定的工作文件和会议记录已经综合，如果（根据提交人的主观评价）它们对调查领域有很大贡献的话。请注意，我们尽量在现有调查报告的基础上继续努力，以避免重复。例如，Gu等人详细调查了配料和分区。[44]和De Koster等人。[29]，因此我们将这两个主题的文献综述限制在这些调查出现后发表的工作范围内。邱等总结了自动引导车辆的路径选择。[97]和Vis[119]，因此我们只讨论2006年以后出版的文献。
3混合货架储存
混合货架存储是一种特殊的存储分配策略，被B2C领域的许多大型设施所采用，比如亚马逊欧洲的配送中心和时尚零售商Zalando[123]。进货的库存单位有目的地分解成单个单位，分散在整个仓库的货架上。这就是为什么这种存储分配策略也被表示为分散存储[121]。图2中描述了一个示例仓库。
混合货架存储的基本目的是，随着单元分散在整个仓库中，从仓库中任何地方到每个SKU的最近单元的平均距离都大大缩短。这增加了所需SKU接近的可能性。此外，混合货架仓库通常有多个接入点（仓库），完成的订单被移交给中央传送系统。这样，采摘机的非生产性行走大大减少，可以更好地满足紧凑的交货计划。分散的存储没有过多的自动化，因此通过添加或删除选择器，很容易适应不同的工作负载。只要仓库里有足够的空间放置货架，B2C领域的大品种似乎也没有问题。
在消极的一面，分散的储存会导致在收起单位的过程中付出额外的努力。当将一个完整的单元货物放入仓库时，物流工人必须访问多个存储位置，而不是仅仅访问一个存储位置。此外，一些SKU的订单量要求更高会导致问题。在这种情况下，选择器必须访问请求的SKU的多个存储位置，直到收集到足够的单元。然而，在B2C领域，sku很少大量订购，因此混合货架存储似乎非常适合这一应用领域。
在混合货架仓库的布局设计阶段，特别是货架、过道和仓库的布置，必须考虑并选择拣选机的支撑设备。为了有效地利用空间，大多数仓库将人高货架放置在多层夹层系统中。尽管布局设计是传统拣选机到零件仓库（例如，见[99，5]）的一个广泛阐述的研究领域，但对混合货架仓库的科学决策支持（例如，如何放置混合货架或在何处放置中间过道和仓库）尚不
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