智能表庫(kù)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)——以內(nèi)江電業(yè)局計(jì)量中心為例

田麗娜，徐 菱

TIAN Li-na,XU Ling

（西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，成都 610031）

0 引言

電能計(jì)量中心是電力行業(yè)的電能計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著轄區(qū)內(nèi)電能計(jì)量器具全生命周期管理的職能，包括采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、檢測(cè)、配送、安裝、運(yùn)行監(jiān)測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)。電能計(jì)量中心自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，即智能表庫(kù)，是將智能技術(shù)應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)的成功案例。

與一般倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)相比，智能化表庫(kù)物流系統(tǒng)有其自身的特點(diǎn)，傳統(tǒng)電能計(jì)量物流系統(tǒng)普遍表現(xiàn)出存儲(chǔ)效率低、自動(dòng)化水平低、信息不暢通以及“重修較、輕物流”的缺點(diǎn)。計(jì)量中心集約化管理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)。基于以上分析，本文提出建立智能化表庫(kù)。

關(guān)于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究取得了較好的成果。關(guān)宏、苑韜[1]、周奇才[2]等采用斯麥霍夫模型，對(duì)貨架最佳高度、長(zhǎng)度做研究，以費(fèi)用最小化為目標(biāo)。Karasawa和Nakayama[3]提出了非線性混合整數(shù)規(guī)劃模型，用于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)貨架的設(shè)計(jì)，減少立體倉(cāng)庫(kù)的整體建設(shè)費(fèi)用，沒(méi)有體現(xiàn)技術(shù)或性能上所能達(dá)到的程度。本文將基于此方法基礎(chǔ)上構(gòu)建一套智能表庫(kù)物流系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的方法，進(jìn)而對(duì)內(nèi)江智能表庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 智能表庫(kù)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

本文基于電業(yè)計(jì)量中心倉(cāng)庫(kù)總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)流程步驟如下：1)需求分析：對(duì)歷史電表數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、分析、整理，預(yù)測(cè)預(yù)期存儲(chǔ)處理量，確定倉(cāng)庫(kù)規(guī)模；2)作業(yè)流程優(yōu)化：找出原有作業(yè)流程中的瓶頸進(jìn)行優(yōu)化；3)倉(cāng)庫(kù)功能區(qū)布局：結(jié)合優(yōu)化后的作業(yè)流程，應(yīng)用SLP布局方法優(yōu)化；4)確定物料的存儲(chǔ)單元形式及規(guī)格：選擇相應(yīng)的存儲(chǔ)工具形式，并根據(jù)電能表的尺寸設(shè)計(jì)存儲(chǔ)工具的最佳規(guī)格；5)設(shè)備選型：結(jié)合電能表的物流特性選擇存儲(chǔ)設(shè)備形式，并根據(jù)存儲(chǔ)工具確定貨格尺寸得出設(shè)備尺寸；6)繪制倉(cāng)庫(kù)的總體布置方案：應(yīng)用繪圖軟件(如auto CAD)繪制倉(cāng)庫(kù)總體布置圖；7)績(jī)效評(píng)價(jià)：對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 方法應(yīng)用實(shí)例

本文以內(nèi)江電業(yè)局計(jì)量中心為例，說(shuō)明此方法在智能表庫(kù)物流系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2.1 倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)狀

內(nèi)江市電能計(jì)量中心負(fù)責(zé)對(duì)該市電能計(jì)量器具的采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、檢測(cè)、配送、資產(chǎn)維護(hù)等工作實(shí)行集中化、集約化管理。現(xiàn)有庫(kù)房1個(gè)，面積約750平米，采用貨架儲(chǔ)存方式。庫(kù)房?jī)?nèi)現(xiàn)已設(shè)置4排貨架，每排貨架有5層(最高一層大約有6.5米高)，每層有14個(gè)貨位，共280個(gè)貨位。貨物采用托盤(pán)承載，托盤(pán)規(guī)格為1.00米×1.20米。庫(kù)房分為三個(gè)區(qū)域，分別為拆包區(qū)、接待區(qū)和儲(chǔ)存區(qū)。倉(cāng)庫(kù)目前存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、物流不暢通、庫(kù)房面積利用率不高、儲(chǔ)位不夠等問(wèn)題，不能滿足日益增長(zhǎng)的倉(cāng)儲(chǔ)配送需求，因此需要增大生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)效率，滿足倉(cāng)儲(chǔ)的需要[5]。

2.2 需求分析

根據(jù)A市電業(yè)局計(jì)量中心2005年至2009年配送各類(lèi)型電表總數(shù)繪制散點(diǎn)圖，如圖1所示，曲線呈直線，配送量隨時(shí)間呈線性增長(zhǎng)變化趨勢(shì)。因此，可采用直線趨勢(shì)預(yù)測(cè)法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

設(shè)所求直線趨勢(shì)模型為y*＝a＋bt， 用最小二乘法估計(jì)參數(shù)a和b，見(jiàn)公式(1)。

由計(jì)算可以得出，2014年A市電業(yè)局計(jì)量中心每天平均出入庫(kù)量為3019只。預(yù)測(cè)出入庫(kù)需要能力為75.475箱，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有出入庫(kù)能力。而且由預(yù)測(cè)可知現(xiàn)有庫(kù)容量小于最大庫(kù)存水平，因此，只有改進(jìn)現(xiàn)有倉(cāng)庫(kù)，才能滿足日益增長(zhǎng)的物流需求。

2.3 作業(yè)流程優(yōu)化

根據(jù)調(diào)研得出原有倉(cāng)庫(kù)的作業(yè)流程，如圖2所示。原有作業(yè)流程存在的弊端：1)貨物入庫(kù)任意分配貨位，貨位不能充分利用；2)工作人員手持訂單摘果式揀貨，效率低，出錯(cuò)率高；3)不合格電表退回前無(wú)專(zhuān)門(mén)區(qū)域存放；4)易造成電表在暫存區(qū)堆積。

通過(guò)對(duì)原有作業(yè)流程的分析，進(jìn)行了作業(yè)流程優(yōu)化，如圖3所示。

圖2 原有倉(cāng)庫(kù)的作業(yè)流程圖

1) 托盤(pán)立體倉(cāng)庫(kù)入庫(kù)：物流控制管理系統(tǒng)自動(dòng)分配庫(kù)位，叉車(chē)、輸送機(jī)、堆垛機(jī)自動(dòng)將貨物運(yùn)入倉(cāng)庫(kù)。出庫(kù)與入庫(kù)類(lèi)似；2) 出入庫(kù)時(shí)，物流控制管理系統(tǒng)自動(dòng)下指令，控制堆垛機(jī)、傳送帶等自動(dòng)化設(shè)備自動(dòng)入庫(kù)、出庫(kù)、揀貨等，效率高，出錯(cuò)率低；3) 設(shè)立廢表區(qū)，專(zhuān)門(mén)存放不合格表，統(tǒng)一返回廠家；4)裝箱組盤(pán)之后運(yùn)入托盤(pán)立體庫(kù)，解決了電表配送前的堆積問(wèn)題。

2.4 應(yīng)用SLP法設(shè)計(jì)立體庫(kù)的布局

依據(jù)配送中心運(yùn)行框架及各區(qū)域詳細(xì)功能打分，采用5級(jí)打分法。利用相關(guān)關(guān)系表進(jìn)行綜合密切度計(jì)算，物流與非物流因素之比取0.6：0.4，得到功能區(qū)綜合相互關(guān)系圖，如圖4所示。綜合關(guān)聯(lián)圖解如圖5所示。可能的布局如圖6所示[6]。

圖3 優(yōu)化后作業(yè)流程圖

按照初步檢測(cè)廢品率為2%，鑒定區(qū)后廢表率為5%，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的總庫(kù)容量設(shè)計(jì)不小于50000只電能表。倉(cāng)庫(kù)為8小時(shí)工作制，假設(shè)平均每紙箱電表數(shù)量為15只，每只周轉(zhuǎn)箱電表數(shù)量為20只。則暫存區(qū)：預(yù)測(cè)每日作業(yè)量為5911只電表，即296周轉(zhuǎn)箱。周轉(zhuǎn)箱可堆碼8層， 暫存區(qū)面積＝296÷8×0.26＝9.62(m2)

圖4 功能區(qū)綜合相互關(guān)系圖

圖5 綜合關(guān)聯(lián)圖解

拆包區(qū)：預(yù)測(cè)每日作業(yè)量為3000只電表，平均每箱拆包時(shí)間為0.05小時(shí)，所需面積為2m2，拆包區(qū)面積＝200÷×2.5＝3.125(m2)

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部物流線路圖如圖7所示。通過(guò)分析物流動(dòng)線沒(méi)有發(fā)現(xiàn)迂回運(yùn)輸或無(wú)效運(yùn)輸。布局設(shè)計(jì)合理。

圖6 倉(cāng)庫(kù)布置方案一

圖7 功能區(qū)物流線路圖

2.5 托盤(pán)立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)研，根據(jù)主要供應(yīng)商電能表原紙箱包裝尺寸，選取1000mm 1200mm托盤(pán)，由此得到單位托盤(pán)上堆碼紙箱數(shù)量如表1所示。

表1 單位托盤(pán)上堆碼紙箱數(shù)量及紙箱尺寸表

托盤(pán)立體庫(kù)貨架存放新表和待配送表。采用組合橫梁式貨架，儲(chǔ)位288個(gè)，倉(cāng)儲(chǔ)容量約2.5萬(wàn)只。可以計(jì)算出每個(gè)托盤(pán)上紙箱的堆垛高度，如表2所示。取最大的高度771mm進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到托盤(pán)式貨架貨格尺寸如圖8、圖9所示。于是，得到托盤(pán)立體倉(cāng)庫(kù)貨架基本參數(shù)，如表3所示。

表2 每個(gè)托盤(pán)上紙箱的堆垛高度計(jì)算表

圖8 托盤(pán)貨架貨格尺寸示意圖(長(zhǎng)-高面)

圖9 托盤(pán)貨架貨格尺寸示意圖(長(zhǎng)-寬面)

表3 托盤(pán)立體倉(cāng)庫(kù)貨架基本參數(shù)表

2.6 周轉(zhuǎn)箱立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)

存放待檢表、合格表和不合格表，同時(shí)作為檢定過(guò)程中的暫存庫(kù)。采用組合牛腿式貨架，電表以周轉(zhuǎn)箱方式直接放置在貨架上。儲(chǔ)位3000個(gè)，倉(cāng)儲(chǔ)容量約2.5萬(wàn)只。與托盤(pán)立體倉(cāng)庫(kù)連為一體，之間采用物理隔斷。周轉(zhuǎn)箱式貨架貨格尺寸如圖10、11所示，貨架參數(shù)如表4所示。

表4 周轉(zhuǎn)箱立體倉(cāng)庫(kù)貨架基本參數(shù)

圖10 牛腿式貨架貨格示意圖(長(zhǎng)-高面)

圖11 牛腿式貨架貨格示意圖(長(zhǎng)-寬面)

2.7 倉(cāng)庫(kù)布局圖

應(yīng)用Auto CAD軟件繪制倉(cāng)庫(kù)布局圖，如圖12所示。

2.8 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

對(duì)方案進(jìn)行運(yùn)行成本分析。根據(jù)調(diào)研分析平面庫(kù)和立體庫(kù)的運(yùn)行成本，如表5所示。繪制變化趨勢(shì)圖，如圖13所示。

表5 平面庫(kù)和立體庫(kù)的運(yùn)行成本比較表

由圖13可知，前五年自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行成本大于平庫(kù)運(yùn)行成本，五年后立體庫(kù)運(yùn)行成本小于平庫(kù)運(yùn)行成本，而且隨著時(shí)間推移，二者差距會(huì)越來(lái)越大。

圖12 倉(cāng)庫(kù)布局圖

3 結(jié)論

本文結(jié)合智能表庫(kù)的特殊性，基于提高倉(cāng)庫(kù)性能，建立了智能表庫(kù)物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。給出了一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，驗(yàn)證了該方法在智能表庫(kù)物流系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中的可行性。從實(shí)例可以看出：智能表庫(kù)物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在總體設(shè)計(jì)時(shí)一定要兼顧各方面要求，使整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)。本文就自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了初步研究，在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要根據(jù)具體情況完善。

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