倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)方法論的演進(jìn)與啟示

在一次行業(yè)峰會(huì)上，我向幾位物流規(guī)劃界的前輩請(qǐng)教了一個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題："什么是優(yōu)秀的物流中心？"

得到的答案卻讓我更加困惑。

有專(zhuān)家說(shuō)，優(yōu)秀意味著"最低成本下滿(mǎn)足設(shè)計(jì)產(chǎn)能"。但問(wèn)題來(lái)了：產(chǎn)能如何確定才算合理？

另一位大師強(qiáng)調(diào)"彈性"才是王道，特別是在這個(gè)充滿(mǎn)不確定性的時(shí)代。可彈性又該如何量化？

還有專(zhuān)家推崇日本企業(yè)的理念，在有限空間內(nèi)追求極致產(chǎn)能。

這場(chǎng)討論最終指向一個(gè)現(xiàn)實(shí)：倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)至今仍是一門(mén)"手藝活"，沒(méi)有一致方法論，甚至設(shè)計(jì)的目標(biāo)都無(wú)法統(tǒng)一。在這個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)一切的時(shí)代，為什么占據(jù)物流成本四分之一的倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)，卻還在依靠師傅帶徒弟的方式在傳承？

01 當(dāng)經(jīng)驗(yàn)遇上復(fù)雜性

倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)是典型的復(fù)雜系統(tǒng)工程問(wèn)題?，F(xiàn)代倉(cāng)庫(kù)被描述為“大型復(fù)雜的離散事件物流系統(tǒng)（DELS）”，其設(shè)計(jì)決策橫跨多個(gè)學(xué)科，對(duì)投資和運(yùn)營(yíng)成本產(chǎn)生重大影響。

1973年，當(dāng)Heske和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)表關(guān)于倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)的開(kāi)創(chuàng)性研究。他們提出的三步法：第一確定需求、第二設(shè)計(jì)物料搬運(yùn)系統(tǒng)、第三開(kāi)發(fā)布局，就像一份簡(jiǎn)潔的食譜，看起來(lái)任何人都能照著做出一道佳肴。Apple (1977年) 認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)活動(dòng)之間交互作用的復(fù)雜性，提出了一個(gè)更詳細(xì)的、包含20個(gè)步驟的設(shè)施設(shè)計(jì)流程。

Oxley在1994年提出了一個(gè)革命性的觀(guān)點(diǎn)：設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)該是迭代的，而非線(xiàn)性的。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的概念轉(zhuǎn)變，實(shí)際上標(biāo)志著行業(yè)認(rèn)知的第一次重大飛躍。它承認(rèn)了一個(gè)基本事實(shí)：在面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，我們無(wú)法一次性找到最優(yōu)解，只能通過(guò)不斷的調(diào)整和優(yōu)化來(lái)逼近目標(biāo)。

倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)涉及大量“強(qiáng)耦合”和“相互關(guān)聯(lián)”的決策，很難在它們之間劃定清晰的界限。例如，設(shè)備選擇、布局規(guī)劃、存儲(chǔ)策略和運(yùn)營(yíng)流程之間相互制約、相互影響。當(dāng)Oxley在1994年首次提出"迭代"概念時(shí)，這標(biāo)志著行業(yè)的第一次覺(jué)醒：承認(rèn)設(shè)計(jì)過(guò)程的非線(xiàn)性本質(zhì)，比假裝能夠一次性找到最優(yōu)解更接近真相。

02 邁向整體化設(shè)計(jì)過(guò)程

學(xué)術(shù)上絕大多數(shù)研究都集中在運(yùn)營(yíng)和戰(zhàn)術(shù)層面的“孤立子問(wèn)題”上，而對(duì)于戰(zhàn)略性的、集成化的整體設(shè)計(jì)研究則嚴(yán)重不足。Rouwenhorst等人（2000年）提出的框架，將繁雜的設(shè)計(jì)決策按照其影響范圍和時(shí)間跨度進(jìn)行了有序的層級(jí)劃分。這個(gè)三層模型至今仍具有深遠(yuǎn)的影響力：

• 戰(zhàn)略層面 (Strategic Level): 此層面涉及具有長(zhǎng)期影響（如5年）和高額投資的決策。這些決策一旦做出，便很難更改，并為整個(gè)倉(cāng)庫(kù)的形態(tài)和能力設(shè)定了基本約束。主要包括：

• 工藝流程設(shè)計(jì) (Process Flow Design): 決定倉(cāng)庫(kù)的核心功能流程，例如是否設(shè)立獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)和揀選區(qū)（這將引入補(bǔ)貨流程）、是否采用批量揀選（這將需要分揀流程）等。

• 主要系統(tǒng)類(lèi)型選擇 (System Type Selection): 選擇構(gòu)成倉(cāng)庫(kù)骨架的核心技術(shù)和設(shè)備，如存儲(chǔ)系統(tǒng)（例如，自動(dòng)化立體庫(kù)AS/RS vs. 傳統(tǒng)貨架）和分揀系統(tǒng)的類(lèi)型。

• 戰(zhàn)術(shù)層面 (Tactical Level): 此層面關(guān)注中期決策（如2年），主要任務(wù)是在戰(zhàn)略框架下對(duì)資源和空間進(jìn)行具體規(guī)劃和“量化”。它涉及一定的投資，但不像戰(zhàn)略決策那樣不可逆。主要包括：

• 資源維度確定 (Resource Dimensioning): 計(jì)算所需的設(shè)備數(shù)量、人員規(guī)模、存儲(chǔ)系統(tǒng)（如前置區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)）的具體大小以及出入庫(kù)月臺(tái)的數(shù)量。

• 布局設(shè)計(jì) (Layout Design): 確定各功能區(qū)域的物理布局。

• 策略設(shè)計(jì) (Organizational Policies): 制定關(guān)鍵的運(yùn)營(yíng)規(guī)則，如存儲(chǔ)概念（隨機(jī)、固定或分類(lèi)存儲(chǔ)）、揀選區(qū)域（ABC分區(qū)）的劃分以及批次大小的確定。

• 運(yùn)營(yíng)層面 (Operational Level): 此層面處理短期（如1年）的、可靈活調(diào)整的控制策略，是在既定的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)約束下對(duì)日常操作的“微調(diào)”。主要包括：

• 任務(wù)分配與調(diào)度 (Task Assignment): 如分配補(bǔ)貨和揀選任務(wù)。

• 精細(xì)化控制規(guī)則 (Fine-tuning Control Rules): 如波次形成、訂單揀選路徑規(guī)劃（Routing）選擇以及分揀口的分配等。

這個(gè)層級(jí)框架的貢獻(xiàn)在于，它提供了一種“自頂向下”的邏輯，清晰地揭示了決策之間的約束關(guān)系：戰(zhàn)略決策為戰(zhàn)術(shù)決策劃定邊界，而戰(zhàn)術(shù)決策又為運(yùn)營(yíng)策略設(shè)定了框架。

03 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與基于優(yōu)化的設(shè)計(jì)

隨著流程化方法暴露出其對(duì)主觀(guān)經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)，倉(cāng)庫(kù)規(guī)劃方法論突破便是朝著數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和算法優(yōu)化的方向發(fā)展。研究者們開(kāi)始系統(tǒng)地運(yùn)用一系列分析工具，將歷史數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型深度整合到設(shè)計(jì)流程中，力求以客觀(guān)的計(jì)算代替主觀(guān)的判斷。Yener與Yazgan（2019年）的研究是這一革命的典范。

Yener與Yazgan的方法論是一個(gè)三階段的層級(jí)化分析過(guò)程，每個(gè)階段都利用特定的計(jì)算工具來(lái)解決特定的子問(wèn)題      ：

1. 倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析： 首先定義物理空間（例如，通過(guò)增加通道來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有布局），并對(duì)歷史訂單數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘。

2. 分配與路徑規(guī)劃： 其次，利用數(shù)學(xué)優(yōu)化模型來(lái)確定物料的最佳存儲(chǔ)位置和揀選路徑。

3. 驗(yàn)證與評(píng)估： 最后，通過(guò)仿真來(lái)測(cè)試和驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的實(shí)際性能。

這一方法論最具創(chuàng)新性的部分在于它將抽象的歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具體的物理布局。這個(gè)過(guò)程分為兩步：

• 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘 (Association Rules): 首先對(duì)長(zhǎng)達(dá)12個(gè)月的訂單數(shù)據(jù)應(yīng)用了數(shù)據(jù)挖掘。通過(guò)計(jì)算支持度 (Support) 和置信度 (Confidence) 這兩個(gè)指標(biāo)，他們構(gòu)建了一個(gè)“關(guān)系矩陣”。這個(gè)矩陣量化了哪些商品經(jīng)常被同時(shí)購(gòu)買(mǎi)（高置信度），以及哪些商品本身非常暢銷(xiāo)（高支持度）。這一步的目的是從海量訂單中提取出隱藏的客戶(hù)消費(fèi)模式。   

• 多維尺度分析 (Multidimensional Scaling, MDS): 接著，MDS技術(shù)被用來(lái)將這個(gè)抽象的“關(guān)系矩陣”轉(zhuǎn)化為一個(gè)具體的二維空間地圖。它能將關(guān)系強(qiáng)度（如高置信度）轉(zhuǎn)化為物理距離上的接近度，從而將關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的商品放置在一起，并將周轉(zhuǎn)率高的商品放置在靠近出庫(kù)口的位置。這為倉(cāng)庫(kù)布局提供了一個(gè)由真實(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的、科學(xué)的初始方案。

盡管這種方法通過(guò)序貫式集成（即依次應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘 → MDS → QAP → 仿真）的量化工具鏈，極大地提升了設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性和可重復(fù)性，但其固有的線(xiàn)性流程也構(gòu)成了其主要局限。在這個(gè)模型中，決策是按固定順序做出的：先確定布局，再優(yōu)化路徑。這種處理方式忽略了設(shè)計(jì)決策之間深刻的“強(qiáng)耦合”特性。

這種方法論必須能夠支持更動(dòng)態(tài)、更并行的決策過(guò)程，允許在結(jié)構(gòu)、行為和控制等不同層面的決策之間進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋和協(xié)同優(yōu)化。這為下一代基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的出現(xiàn)埋下了伏筆。

04 前沿：基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）

隨著量化方法暴露出其序貫流程的局限性，倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)方法論的演進(jìn)進(jìn)入了一個(gè)新的前沿：系統(tǒng)集成。這一階段的標(biāo)志是，研究者們開(kāi)始有意識(shí)地從航空航天、微處理器設(shè)計(jì)等高度復(fù)雜的工程領(lǐng)域引入成熟設(shè)計(jì)范式。

其中最具代表性的就是Sprock等人在2016年提出的基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）方法。

MBSE引入了一種全新的工作方式，它不再依賴(lài)于零散的Excel，而是圍繞一個(gè)單一、集中的數(shù)字模型來(lái)展開(kāi)所有設(shè)計(jì)工作。這個(gè)模型就是整個(gè)倉(cāng)庫(kù)的“唯一事實(shí)來(lái)源”（single source of truth）      。   

您可以將這個(gè)模型想象成一個(gè)包羅萬(wàn)象的、活的、可交互的倉(cāng)庫(kù)數(shù)字孿生。它不僅僅是一張靜態(tài)的圖紙，而是將倉(cāng)庫(kù)的方方面面都整合在了一起。MBSE方法將復(fù)雜的倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)分解為三個(gè)邏輯層面來(lái)理解和設(shè)計(jì)      ：   

1. 結(jié)構(gòu)層 (The Skeleton - 骨架): 這部分定義了倉(cāng)庫(kù)的“物理形態(tài)”。它回答了“倉(cāng)庫(kù)由什么組成？”的問(wèn)題。這包括了倉(cāng)庫(kù)的整體布局、巷道的數(shù)量和形狀、貨架的位置、揀選區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)的劃分，以及收貨區(qū)和發(fā)貨區(qū)的位置。這就像是搭建倉(cāng)庫(kù)的骨架。   

2. 行為層 (The Muscles - 肌肉): 這部分描述了在上述“骨架”中，各項(xiàng)作業(yè)活動(dòng)是如何進(jìn)行的。它回答了“我們?nèi)绾卧谶@里工作？”的問(wèn)題。這包括了具體的作業(yè)流程，這為倉(cāng)庫(kù)的骨架賦予了動(dòng)態(tài)的“血肉”。   

3. 控制層 (The Brain - 大腦): 這是倉(cāng)庫(kù)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，即指導(dǎo)所有行為的規(guī)則和邏輯。它回答了“為什么我們要這么做？”的問(wèn)題。這通常由倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（WMS）等軟件來(lái)體現(xiàn)，包含了諸如存儲(chǔ)策略、訂單批次規(guī)則、揀選路徑優(yōu)化算法以及設(shè)備調(diào)度邏輯等。

MBSE最革命性的一點(diǎn)在于，它能將設(shè)計(jì)和性能分析這兩個(gè)環(huán)節(jié)緊密地聯(lián)系起來(lái)。

在傳統(tǒng)方法中，規(guī)劃師可能先設(shè)計(jì)一個(gè)布局，隨后需要另外花費(fèi)大量時(shí)間建立一個(gè)仿真模型來(lái)測(cè)試這個(gè)布局的好壞。如果想測(cè)試10種不同的布局，就可能需要重復(fù)10次這個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。

而在MBSE中，由于核心的設(shè)計(jì)模型本身就是計(jì)算機(jī)可以讀取和理解的形式化模型，分析模型（如仿真）可以被算法自動(dòng)生成。

這對(duì)倉(cāng)庫(kù)規(guī)劃專(zhuān)家意味著什么？

規(guī)劃專(zhuān)家有了新想法，系統(tǒng)可以立即根據(jù)這個(gè)新設(shè)計(jì)自動(dòng)生成一個(gè)仿真模型。運(yùn)行測(cè)試并反饋出這個(gè)改動(dòng)對(duì)"行為層"（如平均訂單揀選時(shí)間）的影響。

數(shù)字化并沒(méi)有削弱規(guī)劃專(zhuān)家的價(jià)值，而是讓過(guò)程更加透明，賦能專(zhuān)家做出更創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。

在未來(lái)，倉(cāng)庫(kù)規(guī)劃依然是手藝和科技的結(jié)合，引用建筑大師劉家琨在獲得普利茲克建筑獎(jiǎng)時(shí)候的一段感言作為本文的結(jié)束語(yǔ)：

我們熱愛(ài)的工作會(huì)被取代嗎？不會(huì)的。建筑學(xué)和人類(lèi)的命運(yùn)緊緊纏繞在一起，人類(lèi)不滅亡，建筑學(xué)也不會(huì)滅亡。建筑學(xué)會(huì)演化，會(huì)更新，建筑學(xué)一直在這樣做。有些失眠之夜，我會(huì)想到，能夠投身建筑學(xué)真的是我的幸運(yùn)，而我差一點(diǎn)就放棄了建筑學(xué)。當(dāng)我想的是建筑學(xué)能給我?guī)?lái)什么時(shí)，它的確也會(huì)有所回報(bào); 而當(dāng)我想的是我能給建筑學(xué)帶來(lái)什么時(shí)，我才真正得到了更多，有時(shí)候，甚至戰(zhàn)勝了虛無(wú)。建筑學(xué)在上。謝謝建筑學(xué)！