自動(dòng)化立體庫存儲(chǔ)單元規(guī)格設(shè)計(jì)方法

陳傳軍，檀智斌，賈 楠，陳佳梁，任 楠

(北自所（北京）科技發(fā)展有限公司，北京，100120）

0 引言

隨著社會(huì)生產(chǎn)水平的提高，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，各企業(yè)對(duì)物流倉儲(chǔ)的智能化、自動(dòng)化水平的要求越來越高，對(duì)自動(dòng)化立體庫的需求日益旺盛。

在自動(dòng)化立體庫中，存儲(chǔ)單元將品種繁多、大小不一的貨物以集裝單元的方式存儲(chǔ)和輸送。因此存儲(chǔ)單元規(guī)格尺寸在整個(gè)自動(dòng)化立體庫規(guī)劃設(shè)計(jì)中具有十分重要的作用，同時(shí)也影響著倉庫的建設(shè)投資。

目前國內(nèi)自動(dòng)化立體庫普遍采用1200mm×1000mm標(biāo)準(zhǔn)托盤為載體設(shè)計(jì)存儲(chǔ)單元，但是在某些具體情況下，使用標(biāo)準(zhǔn)托盤存在著貨物堆碼率較低，建筑空間利用率較低的情況。因此，標(biāo)準(zhǔn)托盤并非最合適的托盤尺寸，在對(duì)自動(dòng)化立體庫進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，需要重新對(duì)存儲(chǔ)單元的平面規(guī)格和高度規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而確定最適合該自動(dòng)化立體庫的存儲(chǔ)單元規(guī)格。因此，研究自動(dòng)化立體庫中存儲(chǔ)單元規(guī)格設(shè)計(jì)方法是十分必要的，對(duì)于提高倉庫的利用率、降低企業(yè)倉儲(chǔ)成本、提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重大的意義。

1 技術(shù)路線

通過以下技術(shù)路線進(jìn)行自動(dòng)化立體庫存儲(chǔ)單元規(guī)格的設(shè)計(jì)：

圖1 技術(shù)路線

首先，以存儲(chǔ)單元平面長寬尺寸和存儲(chǔ)單元堆碼限高兩個(gè)因素作為關(guān)鍵變量，提出不同的存儲(chǔ)單元平面規(guī)格和堆碼高度尺寸作為預(yù)選方案。

其次，從存儲(chǔ)單元的堆碼率最大化出發(fā)，結(jié)合所有貨物的三維尺寸以及重量信息，在不同的存儲(chǔ)單元預(yù)選方案下對(duì)每種貨物進(jìn)行堆碼設(shè)計(jì)，對(duì)不同預(yù)選方案的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮每種存儲(chǔ)貨物的庫存分布及深度，以進(jìn)行更準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)。

最后，還需從倉庫建筑空間利用率最大化出發(fā)，并考慮消防分區(qū)、行業(yè)規(guī)范、人體工學(xué)等因素，得到最終的存儲(chǔ)單元規(guī)格優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

下面對(duì)存儲(chǔ)單元平面和高度規(guī)格設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 平面規(guī)格選型

2.1 平面綜合利用率分析

平面利用率反映了在當(dāng)前平面尺寸方案下，貨物的碼垛平面面積對(duì)存儲(chǔ)單元平面面積的利用率。針對(duì)不同的平面規(guī)格預(yù)選方案，得到每種貨物的平面利用率，按照每種貨物的庫存分布及深度，對(duì)每種貨物的平面利用率進(jìn)行加權(quán)求和，綜合計(jì)算出到該存儲(chǔ)單元預(yù)選方案的綜合利用率，作為確定最終方案的參考依據(jù)。

平面綜合利用率計(jì)算方法如下：

i=1,…,N，表示第件貨物

j=1,…,M，表示第個(gè)預(yù)設(shè)方案

Qj：表示第貨物的歷史或未來規(guī)劃預(yù)測(cè)的庫存量占比

Mj：表示第j種預(yù)設(shè)方案的平面堆碼數(shù)量

Li：表示第件貨物的包裝長度

wi：表示第件貨物的包裝寬度

sj：表示第j種預(yù)設(shè)方案的平面面積

根據(jù)以上計(jì)算得到各預(yù)選方案的平面綜合利用率，以平面綜合利用率為主，同時(shí)考慮方案對(duì)所有貨物品種和庫存量的覆蓋程度，并在一定程度上兼顧行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)托盤尺寸進(jìn)行方案選型。

2.2 確定平面尺寸

根據(jù)建筑平面長寬尺寸、建筑實(shí)際條件、貨架布局方式、托盤進(jìn)叉方式等，結(jié)合行業(yè)規(guī)范，對(duì)不同的存儲(chǔ)單元預(yù)選方案進(jìn)行貨架模擬布置，計(jì)算出不同方案下貨架布置情況，結(jié)合可布置巷道數(shù)量、總貨位數(shù)、總貨架寬度、對(duì)平面利用情況等對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)選。

最后，綜合平面利用率與對(duì)建筑平面的利用情況，確定最終的平面尺寸。

3 立面規(guī)格選型

3.1 體積綜合利用率分析

體積利用率反映了在已選定平面尺寸的情況下，在當(dāng)前高度方案下，貨物碼垛后的體積對(duì)存儲(chǔ)單元體積的利用率。針對(duì)不同的存儲(chǔ)單元預(yù)選方案，得到每種貨物的體積利用率，按照每種貨物的庫存分布及深度，對(duì)每種貨物的體積利用率進(jìn)行加權(quán)求和，綜合計(jì)算出到該存儲(chǔ)單元預(yù)選方案的體積綜合利用率，作為確定最終存儲(chǔ)單元方案的參考依據(jù)。

i=1,…，N，表示第件貨物

j=1,…，M，表示第個(gè)預(yù)設(shè)方案

Qi：表示第件貨物的歷史或未來規(guī)劃預(yù)測(cè)的庫存量占比

Hi：表示第件產(chǎn)品的包裝體積

Kj：表示第種方案的貨物堆碼數(shù)量

Pj：表示第j種預(yù)設(shè)堆碼高度方案的單元體積

根據(jù)以上計(jì)算得到各預(yù)選方案的體積綜合利用率，以體積綜合利用率為主，并考慮方案對(duì)貨物品種和庫存的覆蓋程度進(jìn)行方案選擇。

3.2 確定立面尺寸

若建筑可用凈空尺寸已定，可根據(jù)建筑凈空高度，結(jié)合行業(yè)規(guī)范，對(duì)不同的存儲(chǔ)單元預(yù)選方案進(jìn)行貨架立面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)需按照具體規(guī)范和設(shè)備要求考慮具體的貨架立面尺寸，包括貨架橫梁高度、自動(dòng)化存取設(shè)備的操作空間（如堆垛機(jī)貨叉的抬叉空間）、以及符合消防規(guī)范的消防噴淋預(yù)留空間等。比較各托盤預(yù)選方案的貨架立面設(shè)計(jì)情況，結(jié)合貨架層數(shù)、總貨位數(shù)、貨架總高度、對(duì)空間的利用情況等對(duì)存儲(chǔ)單元方案進(jìn)行優(yōu)選。

最后，綜合體積利用率與對(duì)建筑空間的利用情況，考慮人體工學(xué)等因素，確定存儲(chǔ)單元立面尺寸，得到最終的存儲(chǔ)單元規(guī)格選型。

4 案例分析

以某自動(dòng)化立體庫為例，該立體庫為丙二類倉庫，建筑長度80米，寬度72.6米，庫內(nèi)凈高20.75米。該立體庫存放的貨物體積較大，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，使用1200×1000標(biāo)準(zhǔn)托盤規(guī)格的利用率較低，且無法覆蓋全部品種，因此有必要對(duì)該自動(dòng)化立體庫的存儲(chǔ)單元規(guī)格進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出合適的存儲(chǔ)單元規(guī)格。

該自動(dòng)化立體庫部分貨物信息如下：

（續(xù)表）

根據(jù)平面綜合利用率計(jì)算公式：平面利用率，計(jì)算出每種預(yù)選方案的平面綜合利用率，如表1所示。

表1 平面綜合利用率

由表1可以看出1400×1100平面的平面綜合利用率最高，且可以覆蓋所有品種，較標(biāo)準(zhǔn)托盤的平面綜合利用率高了近10%，因此從平面利用率角度更推薦1400×1100平面尺寸。

接下來結(jié)合建筑尺寸，根據(jù)防火規(guī)范要求，對(duì)于丙二類高架庫來說，單個(gè)防火分區(qū)不超3000m2，按目前立體庫規(guī)劃區(qū)域來看將分為兩個(gè)防火分區(qū)，目前規(guī)劃建筑總寬72.6m，現(xiàn)對(duì)單一防火分區(qū)按36.3m考慮，按不同的存儲(chǔ)單元平面尺寸進(jìn)行貨架布置，結(jié)果如表2所示。

表2 結(jié)合建筑設(shè)計(jì)平面尺寸

從表中可以看出，當(dāng)選用1400mm×1100mm托盤時(shí)，按進(jìn)伸方向1400mm進(jìn)行布置時(shí)，對(duì)平面空間利用率高，不存在空間浪費(fèi)，故最終確定托盤平面尺寸為1400mm×1100mm。

確定平面尺寸后，分析高度尺寸。

表3 體積綜合利用率

由表3可以看出1800mm高度的體積綜合利用率最高，但該系統(tǒng)中需要人工揀選托盤上的貨物，1800mm高度較高，不利于人工操作，體積利用率次高為1600mm高度，其綜合體積利用率雖然略低于1800mm，但更適合人工操作，因此更推薦1600mm高度。

接下來結(jié)合建筑空間尺寸，該建筑的可用凈空高度為20.45m，首先根據(jù)產(chǎn)品重量選擇貨架橫梁寬度，其次根據(jù)自動(dòng)存取設(shè)備類型設(shè)計(jì)設(shè)備作業(yè)空間，此外作為丙二類倉庫，根據(jù)高架庫消防規(guī)范要求，需在貨架內(nèi)部離地每間隔三米布置一個(gè)消防噴淋，即貨架每層需要消防噴淋空間；最后，貨架頂部需要一定的安裝空間。結(jié)合以上貨架高度需要考慮的內(nèi)容，按不同的存儲(chǔ)單元堆碼限高預(yù)選方案進(jìn)行貨架的立面設(shè)計(jì)分析，結(jié)果如表4所示。

表4 考慮凈空高度結(jié)合貨架立面設(shè)計(jì)

（續(xù)表4）

從表4中可以看出，在倉庫內(nèi)凈空高度20.75米條件下，存儲(chǔ)單元堆碼限高為1600mm時(shí)貨架只能設(shè)計(jì)9層，貨架總高度為19m，對(duì)高度空間存在一定的浪費(fèi)，而堆碼限高在1550mm高度下則可以設(shè)計(jì)10層貨架，提高了對(duì)建筑高度空間的利用率和總儲(chǔ)存量。比較二者的體積綜合利用率，相差較小，因此推薦采用1550mm高度。

根據(jù)以上分析，該自動(dòng)化立體庫存儲(chǔ)單元規(guī)格設(shè)計(jì)方案最終采用1400mm×1200mm×1550mm。

5 結(jié)語

存儲(chǔ)單元規(guī)格的設(shè)計(jì)是整個(gè)自動(dòng)化立體庫設(shè)計(jì)的第一步，直接影響著倉庫庫容量、利用率等指標(biāo)，進(jìn)而影響整個(gè)自動(dòng)化立體庫的經(jīng)濟(jì)效益。本文提出了自動(dòng)化立體庫存儲(chǔ)單元規(guī)格的設(shè)計(jì)方法，通過實(shí)例進(jìn)行說明并驗(yàn)證了方法的可行性與科學(xué)性，為自動(dòng)化立體庫的存儲(chǔ)單元規(guī)格設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，較好地解決了實(shí)際問題。此外，本方法可進(jìn)一步推廣到其他類型的物流系統(tǒng)，對(duì)解決各類物流系統(tǒng)中儲(chǔ)運(yùn)單元設(shè)計(jì)選型問題提供理論支撐，具有重要的意義。