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供应链管理:国际期刊,2007,Vol 12(2)pp129-138

作者:Baker,P。&Halim,Z。

仓库自动化的探索

实施:成本,服务和灵活性问题

介绍

仓库是大多数供应链的重要组成部分。在成本方面,它们占物流总成本的约20%(ELA / AT Kearney,2004和Establish / Davis,2005),而在服务方面,它们对于实现客户服务水平至关重要(Frazelle,2001),特别是配送中心通常是订单组装,增值服务和发货给客户的供应链中的最后一点。自动化在大型仓库中相当普遍,特别是在输送机/分拣和自动存储和检索系统方面,每种类型的设备都存在于超过三分之一的大型仓库中(Baker,2004a)。然而,尽管在供应链中具有这种重要性,但仓库自动化的研究受到的关注相对较少,本文着手回顾该领域的文献,探讨自动化的原因,公司如何进行自动化项目以及可能的因素。与他们的成功实施相关

仓库自动化被定义为“直接控制操作设备,无需操作员或驾驶员即可生成负载的移动和存储”(Rowley,2000,p.38),这是本文中使用的定义。 因此,仓库自动化一词包括自动存储和检索系统(AS / RS),自动导引车(AGV)和传送带分拣系统等设备,但不包括仍需要仓库操作员的技术(如仓库管理系统本身和 无线电数据终端)。

仓库自动化

如Higginson和Bookbinder(2005)所述,仓库在供应链中扮演着许多不同的角色,即:

1批量/分批整合中心

2跨站台

3转运设施

4装配设施

5产品履行中心

6返回的好仓库

7各种活动中心,如维修和工厂直销

Maltz和DeHoratius(2004)的一份报告指出,趋势是更多增值服务和跨站台活动。 虽然这种趋势一般可以辨别,但英国的调查结果表明,增值服务虽然广泛,但性质相当小,而且跨站台只适用于大型配送中心的少数吞吐量(Baker,2004b)。

从自动化材料处理设备的销售中可以看出对这些趋势的一些了解,这些设备近年来一直在稳步增长。这种一般销售增长的原因包括生产率,订单准确性,空间需求减少,产能增加,库存控制和客户服务增加(Adams等,1996)。 2000年,欧洲的销售额约为20亿美元,预计将以每年3.2%的速度增长(Frost&Sullivan,2001)。在整体销售增长中,值得注意的是,预计自动存储和检索系统(AS / RS)等存储设备将继续经历最快速的增长。预计转盘和机器人设备也将以高于平均水平的速度增长,输送机系统将保持其市场份额。预计高架输送机系统和自动导引车(AGV)将失去市场份额,预计增长率或略高于通胀水平。这一总体增长趋势得到了已公布的全球数据的支持,这些数据表明,前20大物料搬运系统供应商的平均销售额增长率在2003年增长了4%,2004年增长了15%(现代物料搬运,2004年和2005年)。

虽然自动化的这种增长正在发生,但供应链也需要变得更加灵活,以便为迅速变化的市场服务。 许多市场现在都非常不稳定,需求很难预测(Christopher&Towill,2002)。 在这些条件下,供应链管理的重点正转向服务,特别是响应,作为市场赢家(Mason-Jones等,2000)。 在仓库设计方面,这可能意味着最大化空间和设备利用率等“精益”原则可能不如向客户提供高服务水平那么重要。 后一个目标可能涉及通常在比其容量吞吐量限制低得多的水平下工作的设备,以便它们能够立即应对需求峰值。

在服务于波动市场的仓库的各个方面存在潜在的自动化范围。例如,A型框架分配器,拣货系统,输送机和分拣系统都被列为实施中心的适当设备的例子(Tarn等,2003)。虽然这些在某些情况下可能是合适的,但是在贸易文献中已经关注自动化是否足够灵活以满足不断变化的市场需求(例如,Mathews,2001和Allen,2003)。这些问题集中在设备寿命期间吞吐量和产品概况的可能变化。 Kamarainen&Punakivi(2002)支持无法应对需求变化,他强调了与电子杂货市场中此类系统相关的不灵活的容量问题。在该研究中,对采摘自动化的过度投资被认为是所采用的商业模式的主要弱点。另一方面,Fernie等人(2000)的研究表明,零售商正在开发自动分拣系统,以适应案件数量的挑选。对于可以更自信地预测需求的现有零售商而言,这种自动化的使用似乎更加可行。这得到了Rushton等人(2000)的支持,他说“高科技”装置应该基于对所处理产品的长期需求的一些保证。因此,提供产能过剩以应对高峰需求需要成为成本计算的营销和供应链计划的一部分。

在敏捷性概念中,自动化被视为在许多活动中发挥着重要作用。 例如,自动分拣设备可以提供无库存配送中心以真正的跨站台原则运行的可能性(Harrison&van Hoek,2002)。 这一概念可以扩展到包括生产延期和增值服务,其中输送机和分拣设备可以用在交叉对接设施中,以将货物引导到仓库区域,在那里可以进行标签,配套和悬挂等活动,而不需要 货物被放入仓库(Marvick&White,1998)。 自动化也可被视为提供灵活性,以便在短时间内处理峰值吞吐量,特别是在员工可用性存在问题的地区,或者在使用额外人员可能导致拥堵和生产力问题的运营中(Naish&Baker,2004)

虽然响应能力可能被视为不可预测市场的市场赢家,但作为市场资格者,成本仍然很重要(Christopher&Towill,2000)。在更稳定的市场中,成本实际上可能是市场赢家(Mason-Jones等,2000)。在成本方面,仓库自动化通常被视为在大批量情况下具有成本效益(Rowley,2000)。然而,一些研究(Hackman等,2001)对此提出质疑,该研究发现使用更高自动化水平的仓库往往效率较低。这种关联在一定程度上得到了规模的缓解,因为这种关系在大型仓库中并不那么明显。给出的可能原因是系统类型选择不当,缺乏足够的系统维护以及难以根据不断变化的业务需求进行重新配置。前两个原因与实施程序和持续管理有关,而最后一个原因与敏捷性有关。对拣选自动化的研究得出了类似的结论,发现机械化所获得的生产力足以抵消较大仓库复杂性增加导致的较高运营成本(Pfohl等,1992)。因此,自动化的主要好处可以在更广泛的供应链中实现(例如通过库存的集中化),自动化通过控制由此产生的大型配送中心的成本来促进这一点。

之前对自动化原因的研究表明,终端用户都在寻求服务和成本效益(Dadzie&Johnston,1991)。 确定的主要动机是减少仓库中的物料处理,提高准确度,提高服务一致性和提高服务速度,同时主要决策标准是降低劳动力成本,提高产出率和提高服务可用性。

然而,似乎仓库自动化项目可能在短期内对服务水平产生不利影响,并且遇到“老化”困难(Hackman等,2001)导致“服务水平下降”(Naish&Baker,2004)。 这通常是由于需要对自动化设备进行大量测试,调试和“窃听”(即故障的纠正)。 在这个早期阶段,响应能力会受到严重影响。 实施自动化仓库项目存在许多引人注目的困难,其中一些导致蓝筹公司的盈利预警(Emmett,2005)

一些仓库自动化项目遇到困难的原因尚不清楚。 Drury&Falconer(2003)强调,此类项目通常非常复杂,涉及需要并行设计和开发的许多不同系统,包括设备本身,软件和将要安装的建筑物。 Naish&Baker(2004)也强调了这些界面的重要性,同时强调整个项目需要实际的时间尺度。

自动化的决定被视为Rouwenhorst等人(2000)在仓库设计过程中的早期决策,即作为将对设施产生长期影响的“战略”决策。 Rushton等(2000)和Rowley(2000)描述了基于业务需求和数据分析的逐步仓库设计过程,这些过程导致决定自动化。 有趣的是,只有后者包括检查灵活性问题的具体步骤(即“模拟具有不同体积的拟议仓库”,第4页),这是该过程的最后一步。

总体而言,在响应能力和成本方面,仓库自动化的有效性存在一些相互矛盾的结果。 为了理解仓库自动化如何或可能不以有成本效益的方式帮助提供敏捷性,需要在该领域进行进一步的研究。 本文的目的是探讨仓库自动化实施的原因和性质,以帮助理解这一点。 特别是,下面描述的研究开始探索:

- 为什么公司自动化以及他们可能会这样做的担忧:与文献中给出的理由(例如Adams等,1996)进行比较,并更新15年前Dadzie&Johnston在美国进行的研究(1991年));

- 公司如何自动化以及这些实施项目需要多长时间:探索这个领域,例如与仓库设计所描述的正常步骤有关(根据Rouwenhurst等,2000,Rowley,2000和Rushton等,2000);

- 为什么某些项目成功,而其他项目没有成功维持正在进行的运营并保持时间和成本预算:在这一领域发展理解。

通过探索这些问题,它旨在更好地理解仓库自动化在供应链中的作用,特别是考虑到对客户服务水平和长期灵活性的潜在影响的担忧。

研究方法

该研究分两部分进行。 第一部分包括与八家公司的半结构式访谈,以了解仓库自动化项目中涉及的主要步骤和问题。 选择这些公司是为了提供这些项目中的一些利益相关者的观点,即四家咨询公司,两家物料处理系统供应商和两家最终用户公司。

然后使用这些访谈以及相关文献编制调查问卷。 该调查问卷已发送给英国特许物流与运输研究所(英国)仓库和物料搬运论坛的成员,他们为本次调查提供了便利。 这些成员是根据之前表示会支持这种性质的研究的人选出的。 共发出32份问卷,并收到19份可用回复。 这表示响应率约为60%。 通过电话跟踪调查问卷,其中缺少信息或需要对答复作出任何澄清。 许多回复涉及多个项目,总共有27个仓库自动化项目获得了信息

尽管就可进行的定量分析而言,这只是一个小样本,但就仓库自动化项目而言,这并不是一个微不足道的数字。这方面的准确信息很难评估,但是,作为一种指示,2000年英国仓库自动化市场估计价值约为2.54亿英镑(Frost&Sullivan,2001)。在联系一家自动化公司时,每个项目的平均价值为390万英镑。这意味着该样本代表了英国大约5个月的仓库自动化支出。另一方面,由于大多数项目在调查后约4至5年内完成,因此样本将在10%的范围内。这是一个非常近似的估计,但提供了样本相关性的指示。由于样本中的绝对数量相对较小,因此还要求受访者提供描述和评论,以便对其决策和观点进行定性分析。

如表一所示,受访者来自各行各业并担任各种职位。所有受访者都参与了不同的项目。

【参见表I】

一些咨询公司提供了不止一份问卷回复,总共提供了27个独立的仓库自动化项目,并获得了相关信息。这些项目涉及表二所列的一系列行业。

【参见表二】

许多项目在新建筑物(13个项目)中,一些是现有建筑物或扩建项目中的新自动化项目(12个项目),其余项目是现有自动化设备的修改项目(2个项目)。

自动化类型包括存储(包括在17个项目中),材料移动(11),分拣(10),订单拣选(9)和卸载/装载系统(5)。许多项目包括许多不同方面

对顾问,材料处理供应商和最终用户的初步采访提供了仓库自动化项目的通用步骤。这些步骤可以分为项目前阶段,实施阶段和项目后阶段,如图1所示。[参见图1]

项目前阶段包括设计步骤,直至获得理事会对所涉及的资本金的批准以及正式协议继续进行项目。 受访者采取的步骤大致与Rouwenhurst等人(2000年),Rowley(2000年)和Rushton等人(2000年)所描述的设计方法一致。

然后,实施阶段从组建项目团队开始,并制定所有预算和控制程序。 该阶段包括设备的购买和制造,任何建筑工程,软件开发和完整安装,测试和调试,直到“上线”(即设备首次在操作上使用时)。 通常,在此阶段通过招标选择供应商,尽管有时在项目前阶段选择供应商(或系统集成商)并且整个项目随之开发

项目后阶段包括将吞吐量增加到满负荷并消除所有故障,导致客户最终接受(通常是付款,因此最终验收将触发设备的最终付款)。 随后,可以进行后续评估以确保设备仍然按照规范工作并且识别由于吞吐量,产品尺寸和订单特征等因素的变化而可能需要的任何修改。

这三个阶段构成了问卷结构的基础,研究问题来自这些步骤中突出的关键问题。 调查问卷长达十页,内容如下:

1.有关公司和项目的一般信息(6个问题);

2.决策因素(6个问题);

3.项目前阶段(5个问题);

4.实施阶段(18个问题);

5.项目后阶段(12个问题)

大多数问题都以刻度框格式列出,但在适当的情况下,空间留给受访者写下他们的答案(例如,他们对从项目中学到的主要经验教训的看法)

结果

自动化的原因

在项目前阶段,调查问卷探讨了公司自动化的原因以及他们可能对自动化产生的担忧。

导致自动化需求的主要因素是适应增长的要求,如表III所示。因此,在容量方面存在业务需求,并且受访者认为自动化是满足这种需求的最佳方式。例如,一位受访者表示,自动化的原因是“延长配送中心的使用寿命,从而延迟关闭的需要”。接下来的两个因素,即成本和服务,表明公司认为自动化可以在正确的情况下满足这两个潜在的“赢得市场”标准。第四个因素,即降低人员配备水平,可能受到许多因素的驱动,如生产率,人数,产业关系或员工可用性。在英国主要配送中心站点的一些初步访谈中提到了后者

【参见表III】

这些结果为Dadzi

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