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    面向零售电商的仓库管理系统设计

      信息来源:   发布时间:2021-06-21  点击数:

    0 引 言

    受疫情影响,居民线上消费显著增长,国家统计局数据显示,2020年1—10月,我国实物商品网上零售额同比增长16%,较之社会消费品零售总额增速高21.9个百分点。直播带货、直播电商等为在线经济带来了巨大的流量,进一步促进了在线经济的发展。面对新消费环境下订单量不断增加的趋势,零售电商亟需一套适应其业务发展的WMS(仓库管理系统),以更好地迎接未来的业务挑战。本文以一家典型的零售电商企业为例,对零售电商企业仓库管理的特性进行全面分析,旨在构建一套广泛适用于零售电商企业的WMS。

    1 零售电商仓库的特性

    1.1 H公司仓库管理现状

    H公司是一家以内衣服饰销售为主的零售电商企业,其在国内主要电商平台上均设有旗舰店,几乎所有订单均来自电商平台。拥有近40家供销商、3个仓库,仓库固定员工约110人。

    平销期间日均订单量在4~5万单,特大促销活动期间,日订单峰值可突破百万,与平销期间相差多达20余倍。促销期间主要依靠招募临时工来提高仓库周转率,峰值时期仓库作业总人数可达260人。临时工作人员出错率相对较高,亟待改进仓库管理方式,提高仓库作业效率。

    1.2 零售电商仓库特性分析

    零售电商企业的订单通常来自网络购物平台或电子商务平台,用户多为个人消费者,采购行为零散,采购周期短[1],流程简便,不像企业订单那样通常需要先签订合同再生产备货。订单处理更及时、货物周转更高效是零售电商仓库管理的特性需求之一。

    相较于传统制造业仓库“小品种、大批量或小批量、长周期”的要求,零售电子商务企业的仓库要求通常是“多品种、小批量、多批次、短周期”。在传统制造业中,仓库货物品类少,单次出货数量大,往往采用叉车等自动化机械提高拣选效率。而零售电商仓库往往需要以人工方式根据订单拣选,并进行打包。需要高效且精细化的管理,以避免作业过程中出错[2]

    零售电商仓储为提高效率,货物不再集中存放在某地某个仓库,而是分布式异地建仓,就近配送,以节省物流费用,提高配送效率。同时各仓库的订单量波动较大,宜采用云计算等技术,实现分布式异地管理和灵活弹性的业务处理。

    电商仓库中物品种类繁多,订单频繁[3],需要对各类商品库存进行精细化的管理。必须通过系统引导实时处理,以使系统中每个货品库存的数量、状态、位置与真实货品同步,同时借助自动化作业设备来简化人工操作,提高分拣效率。

    2 仓库管理系统流程分析

    2.1 仓库作业总体流程

    H企业仓库在内部工作管理中,主要包括订单处理、采购作业、入库上架、在库管理、拣选包装、出库作业、配送作业、退货作业以及财务会计作业等九大作业流程。根据业务功能分类,为支撑零售电商企业的运营,WMS主要面向出库、入库、盘库等作业流程实现精细化管理,通过API(应用程序接口)与OMS(订单管理系统)、SCM(供应链管理)、ERP(企业资源计划系统)等有效连接,共同实现电商仓库的运营管理。出库和入库流程是仓库管理日常作业中最重要也最频繁的流程,以此流程为例,重点分析WMS同其余系统间的工作联系。

    2.2 出库流程

    出库流程是电商企业仓库日常运营过程中执行最为频繁的作业流程,当用户订单下达后,业务系统会根据各地仓库库存和位置等信息,分派订单给仓库。具体流程及方式如图1所示。

    图1  出库流程图

    图1 出库流程图   


    在出货流程中,仓库根据订单信息执行出库作业,系统指引人员进行拣货、分拣等操作,确保货物的及时发出,减少包裹错误的发生,对于仓库管理,主要作业流程包括:(1)出库单生成。系统需要根据订单生成出库单(其中包含SKU(Stock Keeping Unit)信息、物流信息、用户收货信息),并按照出库规则锁定库位库存。(2)波次管理。面对电商仓库的订单多品种、小批量的特性,采用波次拣货方式,提高拣货效率,即将不同的订单按照某种策略合并为一个波次,进行一次拣货。(3)拣货、分拣、打单。为拣货员推荐路线使其可以快速地从库位拿取商品,系统需要支持PDA等电子设备对商品和库存的管理,打印商品的出库单。(4)复核、打包、发货。系统支持生成物流面单,复核打包完成后,通过扫描单号,系统能通知快递进行揽收,并更新订单状态。

    2.3 入库流程

    相较于传统制造业仓库的WMS,电商仓储入库过程中对储位信息的管理要求更加精细,以便提供更便捷的分拣作业[4]。入库流程主要包括采购入库和退货入库,其管理流程分别如图2、图3所示。

    图2  采购入库流程图

    图2 采购入库流程图  


    图3  退货入库流程图

    图3 退货入库流程图   


    对不同方式的入库流程而言,在仓库管理过程中区别不大,主要区别还是体现在业务系统中。入库流程对WMS的主要业务需求覆盖包括:(1)入库单生成。根据采购订单(或退货单)和物流信息,生成对应的入库单。(2)验货。对入库商品进行核验。(3)商品贴码。给商品分配SKU(Stock Keeping Unit)码,并打印。(4)上架。将SKU与库区、储位信息进行关联,并更新库存、库位信息。

    3 仓库管理系统架构设计

    3.1 仓库管理系统架构

    为应对电商企业仓库管理过程中各流程的操作及精细化处理的要求,本文将WMS设计为四层架构,以满足不同行业电商企业对仓库管理的精细化要求,如图4所示。

    图4  仓库管理系统架构图

    图4 仓库管理系统架构图 


    仓库管理系统同其他业务系统分工协作,支撑电商零售业务,提供商品在仓库内的各项作业管理,各层功能说明如下:(1)支撑平台。提供WMS的基础服务功能,包括数据库处理,业务流程管理、操作日志管理、租户权限管理等一系列通用服务功能,并提供应用服务器等业务支撑,以满足WEB化的用户访问及操作。(2)数据资源。主要包括商品、订单、库存、物流等数据信息[5],它是整个WMS的核心。各业务模块基于数据的流转处理实现仓库在日常活动中的各项作业。(3)业务规则。提供仓库在执行各类管理操作(包括批次、波次、包装、上架、拣货、补货等)过程中所需遵循的原则。例如,通常对入库批次采用FIFO(先进先出)策略,以最大限度地保障库存商品的生产日期较新;也可像H企业那样,按产品生产日期执行FIFO策略,以保证库存商品拥有较好的有效期。通过业务规则选择,系统能够更好地适应不同企业仓库管理的实际需求。(4)业务模块。实现仓库日常作业中的各项应用,按业务流程处理各类数据,以使仓库中出库、入库等各项流程按既定业务规范执行。(5)业务连接。采用API接口同WCS(仓库控制系统)、OMS、SCM、ERP等其他业务系统进行通信,共同推动业务的执行。

    3.2 基于微服务的设计框架

    WMS工作中,在出入库等过程中需要频繁地对各类操作进行处理,单次流程中,处理节点较多,流程较长,需要系统具备较高的稳定性来满足业务需求。面对仓库作业过程中,存在大量的面向WMS的并发服务请求,传统的单体应用中,众多的业务模块集中在一个程序内,单一模块的故障将导致系统的全面崩溃,且开发维护困难。因此适宜采用微服务的设计框架进行开发设计,其框架如图5所示,将WMS作业中各业务模块以微服务的方式加以区分,各业务模块单独开发,适宜敏捷开发的要求;各业务模块间相互独立,业务发生拥塞时,能够通过服务熔断等机制提高WMS的服务保障能力;各业务模块以微服务方式区分后,能提供更细颗粒的弹性管理,每个服务可对硬件资源独立扩容。

    图5 仓库管理系统微服务框架图

    图5 仓库管理系统微服务框架图   


    3.3 面向多租户的仓库管理

    为满足企业在异地建仓的需求,采用云平台的方式实现多仓库的管理。在订单处理过程中,根据配送距离,由OMS对各仓库进行统一的协调管控。而在运营过程中,各仓库间日常的业务流程独立,可作为独立主体管理。为此,采用多租户技术,能够在整个WMS中较为便捷地进行数据的分离与统一[6],并实现成本与性能间的平衡。

    如图6所示,在多租户应用中,每个仓库作为一个租户共享仓库管理服务,使用独立的数据库管理各自仓库内的数据,数据库被托管在弹性池中,以均衡各租户的工作负载。

    图6  仓库租户管理结构

    图6 仓库租户管理结构  


    3.4 WMS实施规划

    在确定WMS所采用的各类业务规则前,需要对仓库的管理业务进行整体规划,包括基础设施、商品布局、系统应用等[7]。开展规划前须通过实际调研并确定情况,以保障各项业务规则能按照设定规则执行。可按表1开展规划工作并明确各类业务规则。

    表1 WMS规划工作清单 导出到EXCEL



    编号 系统应用规划 商品布局规划 基础设施规划
    1 入库管理 基础信息 布局规划
    2 出库管理 质检管理 月台规划
    3 盘点管理 储位分配 搬运设备
    4 越库管理 储位存量 自动化设备
    5 分拣管理 商品状态 辅助工具
    6 配送管理 拣选点



    4 仓库管理系统实施与部署

    WMS采用B/S(浏览器/服务器模式)结构。通过构建云平台环境,部署WMS服务端程序。用户通过浏览器访问系统。系统主要功能测试结果及测试设备环境分别如表2、表3所示,系统界面如图7所示。

    图7 仓库管理系统界面

    图7 仓库管理系统界面   


    图7 仓库管理系统界面

    图7 仓库管理系统界面   


    表2 系统功能测试表 



    编号 业务功能 验证结果 页面响应时间(ms)
    1 租户管理 正常 64
    2 出库管理 正常 77
    3 入库管理 正常 58
    4 库存管理 正常 79
    5 日志管理 正常 66



    表3 测试设备环境 



    操作系统 Windows10 64位(DirectX12)
    处理器 Intel Core i7-9700
    内存 16GB(DDR4)
    硬盘 512GB(固态硬盘)



    H企业按照本架构构建了仓库管理系统,对其使用前后一个季度内仓库作业情况进行了绩效分析,分析结果如表4所示,其日作业时间平均降低31%,临时工人数降低25%,促销活动期间,每件货物平均发货时间缩短25%,大大提升了企业的核心能力。

    表4 仓库作业效率统计 



    编号 系统应用规划 使用前 使用后
    1 日均作业时间 10.9 h 7.5 h
    2 临时工人 123人次 92人次
    3 临时工人工作时长 51 647 h 42 135 h
    4 平均发货时间 6.6 h 6.1 h
    5 平均发货时间(促销期内) 5.9 h 4.4 h
    6 总订单数 472万 467万



    5 结 论

    本文通过调研,着重分析了零售电商企业WMS的业务特征,明确了WMS的核心业务以及与其余系统的集成方式,为满足管理过程中各流程的业务需求,应对高并发量、高可靠性的业务痛点,结合云计算和微服务技术,提出了面向零售电商企业的WMS技术架构。最后通过在H企业的实践证明了该技术架构的可用性,能有效完成零售电商仓库管理过程中对仓储、分拣的要求,提高短期内订单爆发式增长情况下的出货效率。

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