一、由收貨緩存談起

    通常，物料經(jīng)卸載進(jìn)入廠內(nèi)后（或物流中心），主要的去向有兩個(gè)：一個(gè)是入庫到倉庫，一個(gè)是直接被轉(zhuǎn)運(yùn)到后續(xù)的某個(gè)生產(chǎn)工業(yè)環(huán)節(jié)中（在物流中心可能直接去了打包環(huán)節(jié)）。

    而在實(shí)際中，在物料進(jìn)入廠內(nèi)后的很多應(yīng)用場景下，并沒有直接被搬運(yùn)入庫或者去后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而是到另外一個(gè)中間環(huán)節(jié)：緩存。

    通常的物流中心將收貨的緩存區(qū)叫“收貨暫存區(qū)”。在物料進(jìn)入內(nèi)部后，在收貨緩存區(qū)可以集中對來料進(jìn)行整理、檢查、登記等工作。同樣，也可以采用先進(jìn)的技術(shù)生成自動(dòng)化的收貨緩存。

    那緩存除了如上提及的這些作用外，還有什么更重要的作用呢？

    假設(shè)物料到達(dá)卸載收貨A區(qū)，在A區(qū)卸載的同時(shí)，物料開始由叉車入庫。由于倉庫B區(qū)距離收貨A區(qū)有一定距離，同時(shí)入庫時(shí)要辦理每個(gè)物料的入庫手續(xù)并錄入信息，半小時(shí)后，庫房只存放進(jìn)去了2個(gè)物料組，而卸載收貨A區(qū)仍然需要卡車?yán)^續(xù)等待直至將貨物全部卸載并入庫完畢。

    在從A到B的時(shí)間段內(nèi)，資源A一直被任務(wù)占用，同時(shí)卡車也無法離開辦理下次的運(yùn)輸任務(wù)，需要長時(shí)間等待。因此如上的這個(gè)過程，對于A區(qū)來講，資源的無效消耗較為嚴(yán)重，卸載收貨過程被下游的效率（A到B）所影響，造成A區(qū)物料的輸出堵塞，引起A區(qū)積壓和公共資源消耗，致使A區(qū)的資源長時(shí)間無法釋放給下次的新任務(wù)，造成局部效率低下。

   要解決上邊的問題，可以從提高下游的效率方面入手。而解決下游的效率，需要增加搬運(yùn)資源，比如增加叉車的數(shù)量，提高從A到B點(diǎn)的搬運(yùn)速度，但是下游的下游如果效率不提升，比如倉庫自身的入庫效率是固定的，那A區(qū)積壓的現(xiàn)象仍然得不到解決，這樣就需要提高上游的上游的效率，仍舊需要增加一定的資源或者投入。

    解決該問題的另外一個(gè)辦法是，在卸載收貨A區(qū)和庫房B區(qū)之間設(shè)置一個(gè)緩存區(qū)C，將A區(qū)的物料首先全部接收到C區(qū)。將C區(qū)設(shè)置在非常靠近A區(qū)并便于接收A區(qū)的物料，半小時(shí)后，A區(qū)的所有物料被轉(zhuǎn)移到C區(qū)，此時(shí)的收貨A區(qū)即可釋放公共資源，卡車也可在半小時(shí)內(nèi)離開并運(yùn)輸下趟的貨物。

    在通常情況下，月臺(tái)并非是一直有抵達(dá)的卡車和要卸載收貨的物料，即使一直有物料抵達(dá)，如果每次抵達(dá)的物料很少，下游從A直接入庫B的效率也能足夠消化掉上游的抵達(dá)物料，那此時(shí)緩存的設(shè)置就沒有必要了。正是因?yàn)樵屡_(tái)收貨通常是大宗的物料抵達(dá)，上游要求盡快輸出物料，而下游的吞吐能力又無法完全匹配，此時(shí)就可以設(shè)置緩存來補(bǔ)償這種上下游的物流量的波動(dòng)引起的短時(shí)吞吐量不匹配。

二、緩存的作用

01.補(bǔ)償波動(dòng)

    像上邊提到的月臺(tái)的收貨場景，對于物料的抵達(dá)可以描述為一種物料的物流量的波動(dòng)。

    在非波動(dòng)期間，上下游的物流量如下圖所示：

    如果上游有波動(dòng)，要盡快消化掉上游的波動(dòng)，那就需要需要下游的每個(gè)環(huán)節(jié)都要提升吞吐效率才能匹配，那就意味著下游的所有設(shè)施都需要投入一定的資源提高物流效率。那也就是意味著成本的增加。

    而如果在波動(dòng)的上游出口后設(shè)置一個(gè)緩存，則可以將上游的波動(dòng)臨時(shí)的引入到緩存中，后續(xù)再將緩存中的物料按照常規(guī)的物流流量轉(zhuǎn)移到下游的每個(gè)環(huán)節(jié)。這樣就避免了對下游的效率提升的要求。

    因此緩存很重要的一個(gè)作用就是可以用來補(bǔ)償由于某個(gè)物流環(huán)節(jié)的一些變化或者波動(dòng)而造成的上下游效率的不足。

02.減少上下游的停機(jī)或中斷

    從另外一個(gè)角度來講，緩存可以減少上游停機(jī)或者中斷。

    如下圖所示，物料經(jīng)過加工工序1~6隨著生產(chǎn)從上游移動(dòng)到下游，每道工序都是必須工序。其中，加工工序4~6由于工藝情況或者設(shè)備自身的原因，有一定的概率要停機(jī)。停機(jī)時(shí)，到達(dá)的物料由于得不到加工，需要等待，因此會(huì)引起后續(xù)物料的積壓，這樣就會(huì)導(dǎo)致上游工序1~3的停機(jī)。

    由于生產(chǎn)工藝的特殊原因，如果加工工序1~3停機(jī)后，再次啟動(dòng)時(shí)消耗的所需的資源比較多，因此如果在工序4~6停機(jī)后恢復(fù)期間，工序1~3仍然能繼續(xù)生產(chǎn)，就可以避免工序1~3的二次啟動(dòng)，此時(shí)需要做的就是維持物料在產(chǎn)線上不停滯。此時(shí)在工序1~3和工序4~6之間就可以增加緩存來解決此類問題。

    在工序4~6宕機(jī)后，由工序1~3加工后的物料可以先進(jìn)入緩存，待工序4~5恢復(fù)后，緩存將臨時(shí)暫存的物料輸出給下游工序。在上邊的過程中，在緩存收納物料期間，下游工序是停機(jī)的，而上游工序是繼續(xù)生產(chǎn)的，并未由于下游停滯而造成上游的停產(chǎn)。緩存可以有效的減少上游的停機(jī)和中斷。

    同樣的，如果上游工序有概率性的停機(jī)，如果系統(tǒng)想減少對下游工序的影響，在中間甚至緩存也能有效解決下游由于上游停機(jī)無法供應(yīng)物料而造成的停機(jī)。

    如上圖所示，下游工序物料可以由緩存提供物料，緩存暫時(shí)的間接替代上游工序輸出物料。

    因此，緩存的設(shè)置可以有效的減少上下游由于彼此的宕機(jī)原因造成間接的工藝中斷。這在實(shí)際中有很多應(yīng)用的案例，比如有些生產(chǎn)（或物流）環(huán)節(jié)中，需要定期更換耗材，此時(shí)必須停機(jī)，如果沒有緩存，一定會(huì)造成上下游的生產(chǎn)中斷；再比如設(shè)備需要定期保養(yǎng)或者定期必須要更換零件，此時(shí)也必須停機(jī)，如果在其上下游設(shè)置緩存，能有效的避免上下游的隨動(dòng)停機(jī)。

03.為工藝要求延長時(shí)間

    如下圖的一個(gè)實(shí)例，設(shè)備A生產(chǎn)后的物料在進(jìn)入下游B之前，由于特殊工藝的要求，需要冷卻時(shí)長T，然后才能進(jìn)入B。由A進(jìn)入B之前，物料需要停止在C區(qū)等待直到耗時(shí)T。而在等待時(shí)間內(nèi)，使上游A需要C清空后，才能輸出物料，同時(shí)在C區(qū)的物料未冷卻之前，B區(qū)無物料可生產(chǎn)。

    其中，以B環(huán)節(jié)為例，B的設(shè)備工作時(shí)間分布大概如下，間歇性的，間歇是由于工藝要求造成的。這樣，B的設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率都很低下。

    此時(shí)，我們將C區(qū)改造成緩存，所有進(jìn)入C區(qū)的物料，從進(jìn)入到離開，使其需要的時(shí)間至少為T，在此期間，A區(qū)的生產(chǎn)不收影響，可以將生產(chǎn)后的物料繼續(xù)輸入到緩存C區(qū)。

    在有緩存C區(qū)后，B區(qū)可有效減少等待，而這種等待是由外部物料需要特殊工藝（如冷卻）造成的。緩存中的前序進(jìn)入的物料在等待期間，緩存可以繼續(xù)收納后續(xù)物料。

    在前序物料冷卻時(shí)間到后，后續(xù)的物料也已經(jīng)接近冷卻時(shí)間，這樣用緩存可以分擔(dān)并消除掉每個(gè)物料的工藝等待時(shí)間，以保證后續(xù)加工工藝需要的持續(xù)供料。

04.先集中再分發(fā)

    不是所有廠內(nèi)的物流過程都是確定性的，比如之前講述過的上下游的關(guān)系中，物料需要從眾多的下游分支中根據(jù)一定的條件去選擇正確的下游路徑。

    在某些應(yīng)用場景中，當(dāng)物料到達(dá)上下游的交界處時(shí)，當(dāng)時(shí)是無法決策究竟該去哪個(gè)去向。物料的去向要取決于未來不可預(yù)期的變化。此時(shí)如果物料在等待未來的決策到來，就會(huì)引起下游的堵塞。此時(shí)若采用緩存將物料先存儲(chǔ)起來，待到可以決策時(shí)再次釋放。

    因此緩存可以將物料臨時(shí)集中，待達(dá)到?jīng)Q策條件時(shí)再根據(jù)需要朝下游分發(fā)。最常見的例子為實(shí)時(shí)訂單的自動(dòng)揀選，各品類的物料先存放到緩存中，有明確訂單后，按照訂單中各個(gè)品類的數(shù)量，將緩存中的物料釋放出去達(dá)成訂單需求。

    也或者物料需要集合到一起滿足一定的條件后才能到達(dá)下游

    常見的例子有自動(dòng)化裝箱的多品類物料上游，各品類需要將物料集合到一定的裝箱量才釋放到下游進(jìn)行裝箱。

    倉庫其實(shí)也可以理解成一個(gè)大的緩存，物料單元先集中存放到倉庫內(nèi)，外部有物料具體需求時(shí)，WMS根據(jù)出庫訂單，將倉庫內(nèi)的所需物料出庫分發(fā)。

05.緩存量的設(shè)置

    在倉儲(chǔ)物流自動(dòng)化系統(tǒng)中的上下游一章中，我們已經(jīng)提及了緩存量的設(shè)置問題，我們提到如下：

“水池就類似于自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的緩存設(shè)置，與水池不同的是物流系統(tǒng)中的"水"不是一直都有的，否則這個(gè)緩存要設(shè)置的無限大，因?yàn)樯嫌巫⑷氲奈锪弦恢北认掠闻懦龅奈锪弦唷Ｔ趯?shí)際生產(chǎn)中，某些時(shí)間段內(nèi)上游涌入大量的物料單元，同時(shí)上游設(shè)備有高于下游設(shè)備的效率，此時(shí)就需要將物料設(shè)置在緩存區(qū)內(nèi)等下游物流設(shè)備初步"消化"。上游和下游同時(shí)動(dòng)態(tài)的接收和輸出物料，緩存內(nèi)的物料也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)的變化，而在實(shí)際生產(chǎn)中，物料的發(fā)生是存在一定的周期變化的，在一個(gè)比較長的周期來觀察緩存，會(huì)發(fā)現(xiàn)有個(gè)緩存內(nèi)的物料最大的時(shí)刻，而此刻對應(yīng)的物料單元的數(shù)量就是系統(tǒng)緩存的設(shè)置量。"

    對于波動(dòng)性的物流的存在而設(shè)置的緩存，我們可以找個(gè)時(shí)間較長的周期來測算波動(dòng)周期內(nèi)物料的輸入和輸出情況，比如取周期為T。

    假設(shè)下游輸出效率恒定為m，上游為波動(dòng)性的輸入，不同的時(shí)間段，物料量分別為n1、n2……n*，在周期T內(nèi)，我們可以找到何時(shí)為累積到最多物料的時(shí)刻，比如圖中np處，此處對應(yīng)的物料量即為最低緩存設(shè)置量：

p=m*t(p)-(n1+n2+n3+......+np);

    對于為減少上下游中斷時(shí)間而設(shè)置的緩存，可以先假設(shè)上下游中斷時(shí)間的上限Td，如果下游中斷，上游的物料輸出效率為m，則緩存至少可以存放Td*m的物料。如果是上游中斷，同理。

    對于由于工藝要求延時(shí)而設(shè)置的緩存，可以有延時(shí)時(shí)間T直接倒推出緩存設(shè)置量，如上類似。

    緩存的設(shè)置能有效的解決上邊提及的物流量波動(dòng)和設(shè)備中斷等帶來的上下游問題，但是緩存本身也是一種資源，緩存的引入也意味著著新資源的投入，也就意味著成本的增加。所以緩存也不可漫無邊際的設(shè)置，造成效率低下和成本的增加。