家電自動化智慧倉庫規劃設計

黃銘

摘 要：本文以國內某物流服務平臺家電自動化智慧倉庫規劃設計為例，針對居家大件倉儲貨品尺寸大、SKU多、貨損率高、流轉低，以及目前倉庫空間利用率低、智能化低，缺少全流程作業信息可視化等問題，設計可以實現高效存儲、貨到人分揀及智能管理的智能立庫整體規劃的解決方案，同時滿足倉庫設計對儲存產品規格、儲存量、庫存周轉率、吞吐量和智能化設備運用等硬性要求，構建物流信息互聯共享體系，提升倉儲配送智能化水平，發展高效便捷物流新模式，營造開放共贏的物流發展環境。

關鍵詞：自動化;智慧倉庫;規劃;設計

1 倉庫實例

1.1 建筑概況

項目建筑面積為5 940 m3，倉庫總長為110 m，總寬為54 m，建筑標高12.5 m。倉庫共有八個寬為4.2 m，高為4.5 m的門，貨物裝卸所用的月臺高度為1.3 m，寬4.37 m。倉庫地面承重為3 t/m2。

1.2 物料單元

存儲產品為家電產品，主要為彩電、廚電、電熱水器、空調掛機、洗衣機、部分小冷柜，產品長寬高分別不超過1 600、1 600、1 000 mm。

1.3 存儲和揀貨要求

要求存儲貨物量達到五萬臺以上，同時達到物流寶B2C產品的出入庫效率，極值達到7 000臺日或出的能力。

2 方案設計

2.1 總體布局

以5萬臺以上儲存量，7 000臺/日出或入的能力為基本目標，智能倉庫一層平面設計圖如圖2-1所示。

2.1.1 物流功能區

（1）進貨區。長8 m，寬50 m。進行存儲前的托盤裝載、貨物信息與貨物破損情況掃描、貨物從月臺到存儲區的運送等作業。

（2）存儲區。長92 m，寬52 m。以托盤為單位，對入庫貨物進行倉儲保管。貨位分為密集區和正常區，增大庫存容量。

（3）預選區。長74 m，寬50 m。存放即將進行揀選操作的整托盤貨物，主要在揀選區AGV工作強度不大時，進行托盤向備貨區方向靠近的補位操作，以及在RGV空閑時，和上層貨架之間進行貨物調整的操作。

（4）分揀區。長10 m，寬50 m。預選區的貨物在這里被人工或夾抱車揀選貼碼，以及進行訂單貨物的掃碼校對作業。

（5）備貨區。長18 m，寬50 m。儲備訂單貨物，進行貨物從備貨區到月臺的運送作業。

2.1.2 非物流功能區

（1）AGV充電區。AGV小車電量不足后自動來此處的插頭充電，或暫時閑置的AGV停放處。

（2）托盤存放區。回收的空托盤存放處，方便托盤的回流利用。

（3）設備存放處。夾抱車等設備存放處。

2.2 存儲設計

（1）上存下揀運營模式。為了解決傳統倉庫采用堆疊的方式存儲而浪費空間的問題，我們設計了上存下揀的存儲設計，將立體貨架的一層設為備貨區和預選區，利用了備貨區的上層空間，可以保證倉庫的90%上層空間都被完全利用，擴大超過8%的庫存量。

（2）預選區設置。由于物流寶B2C的一般訂單SKU多且單個SKU數量少，因而分揀速率直接影響裝貨效果。而該倉庫長寬比超過2：1，RGV小車運送貨物的時間較長，在備貨區面積不變時，將影響貨到人分揀的速率。且倉庫白天較夜里訂單數量更多往來更頻繁，這種情況也造成了AGV小車等部分設備在夜間的資源浪費。針對以上情況，本方案選擇在貨架一層，備貨區后方設置預選區，按照需求時間先后放置將被揀選的整托盤貨物。由預選區直接運送貨物至分揀區，相比從上層貨架取貨速率更快，且同一托盤貨物一天之內可能被多次不同時揀選，直接存放在預選區可以不用多次使用垂直升降梯和RGV，降低成本的同時不會造成資源浪費。由于一層可放置超過一萬件貨物，完全可以應對白天的訂單，因此夜里RGV和升降梯可以將貨物從上層貨架運送至一層，再由空閑的AGV按照訂單時間先后補滿預選區。如此，可減少AGV小車的數量，控制成本，充分利用資源，加快入庫和出庫的速率。為此，我們考慮用BP神經網絡模型做訂單預測，通過Matlab運算歷史訂單以及市場趨勢得到預測訂單，來讓機器夜間行動，從而較少資源浪費，增加效率。

2.3 托盤以及貨架設計

2.3.1 托盤尺寸設計

為了解決傳統倉庫面對幾千個SKU而顯現出來的柔性不夠，從而發生的空間浪費情況，我們計劃使用兩種同長不同寬的托盤尺寸，通過建模將得到的庫存：

貨物數據進行計算，最后得出托盤的尺寸。

為托盤的長;為托盤的寬;為第i種貨物所占整托盤數;為第i種貨物在一個托盤中可放置的貨物數;分別為第i種貨物的長寬高;lb，ub為托盤長寬的上下界;m為貨物種類數。

2.3.2 貨架層高設計

由于倉庫內一層有AGV通過，其層高必然高于上層貨架，關于具體貨架層數與每層高度問題，我們對貨架高度進行建模。

Xj表示貨架高度，預設四個不同高度;Tij表示假設i貨物放置在j貨架，在高度上的浪費;Qij為0/1變量，當Qij=1時，決策結果為i貨物放在j貨架上;Sij表示i貨物放在j貨架上，需要j貨架格的數量;Nij表示i貨物放置在j貨架上堆疊層數;Hi、Ci、Mi、Li分別表示i貨物的高度、可堆疊層數、放滿一層的數量、總數量。

2.3.3 貨架種類及比例設計

為了確保充分儲存貨物的同時，能讓AGV和RGV小車順暢運行，我們考慮將橫梁式貨架和貫通式貨架結合起來。如下圖2-2所示，左側為貫通式貨架，穿梭車可在貨架上通行，右側為橫梁式貨架，中間巷道可供RGV通行，RGV可同時運輸貨物和穿梭車。

由于每行貫通式貨架的長度受所放SKU的數量限制，因此為確定兩種貨架的比例，我們對倉庫的貨物信息進行整理，并根據貨物尺寸進行統計計算。最終我們設計如下貨架結合方式，左右兩側為橫梁式貨架，前側是11個貨位的貫通式貨架，后側是五個貨位的貫通式貨架。通過兩種貨架結合設計，智能倉可容納托盤數為6 000個左右，庫存量約為50 000到60 000件。

2.4 保護裝置設計

該倉庫主要經營B2C倉儲業務，庫內SKU多且其中很大一部分是彩電，彩電屬于特殊易碎產品，需要人工搬運，對碼放方式具有特殊要求，且彩電價格高昂一旦破損就造成難以挽回的損失。

本方案依照此倉庫的特點為彩電量身定制了一個可伸縮拼裝式外殼，保護外殼由PVC材質制作而成，PVC材質比較輕方便操作，而且防水防潮能夠阻燃隔熱適合大面積的倉儲。它能夠根據此托盤需要碼放貨物的大小和多少在碼放拼接時調整保護外殼的形狀，貼合在貨物四周，在防止貨物傾倒的同時對貨物有著更好的保護，降低貨物在倉儲過程中的破損率，節約物流成本。

每組保護外殼由兩個保護外殼A和兩個保護外殼B組成，兩者能夠相互拼接同時調整保護外殼的尺寸，以便適應不同種類和不同數量的貨物碼放方式，甚至在經過人工揀選之后剩余的單個貨物也能被保護外殼很好地保護。同時為了防止運輸途中保護殼拼接處滑動導致散架，我們將保護殼拼接處的面增加了多個彈舌，允許保護殼從外向里推，不允許其向外移動。這樣的彈舌遍布整個板的上方，這樣我們就能根據貨物的數量，來選擇合適的彈舌位置將保護殼卡住，防止移動散架。

3 總結

本自動化倉庫通過合理規劃設計，最大化的讓各個環節實現了自動化作業，提高了空間利用率、吞吐量同時減少了人工成本。現將方案特點總結如下：

（1）高度定制化、差異化。針對倉庫內貨物SKU多的特點，我們采取使用不同類型貨架和不同尺寸托盤，以及定制易碎物品保護殼來解決傳統倉庫產品擠壓損壞多的問題，貨架以及貨格的設置通過建立模型計算出較優的方案。

（2）設置預選區應對訂單波動。淡旺季、白天夜間訂單波動大，我們針對該問題設置一個預選區，根據第二天訂單并結合系統預測提前將待揀選的貨物運送到預選區，平衡機器日間夜間工作，加快出入庫效率。

（3）全流程作業的信息可視化。該倉庫在控制成本的情況下預計引入一些智能設備，如帶有視覺AI系統的掃描門、AGV、RGV、垂直升降梯、穿梭車、監控系統等，通過多種智能設備以及WMS、WCS等信息系統的協調配合，實現貨物在庫內的全流程可視化、信息化、智能化。