案例：自动化立体仓库的规划与设计

.,案例:海尔物流和立体库,海尔集团公司分析发现在整个生产过程中，最受制约的就是仓储，就是原材料和零部件的仓储和配送，所以海尔选择了这个突破口。在青岛海尔信息园里面建了一座机械化的立体库，在黄岛开发区建了一座全自动的立体库。在国内人们因为人工成本便宜，地皮又大而质疑立体库的效果。但海尔的事实是，黄岛立体库长120米、宽60米，仓储面积5400m2，立体库有9168个标准托盘位，托盘是1.21米的；立体库的建筑高度是16米，放货的高度可到12.8米，每天进出的托盘达到1200个，实际能力是1600个。,.,案例:海尔物流和立体库,5400m2取代了原来65000m2的外租库，而且由于使用了计算机系统，管理人员从原来的300多人降为48人。通过减少外租库的租金，外租库到车间的来回费用，节省工人工资加起来一年是1200万。第二个作用是降低了物料的库存。因为海尔在计算机系统里都设定了，比如说只允许放7天的料，超过7天不让进，相对来说使整个库存量下降。库存量下降当时空调事业部就是一个典型的例子，大约3个月，从9月到12月降了1.4亿。第三个作用是深化了企业物流系统的规划。因为立体库使用后是两翼推动，一是海尔要求所有的供方按照标准化的模式送货，所有的都是标准化的托盘，标准的周转箱。,.,案例:海尔物流和立体库,以往都是纸箱，纸箱的坏处在于，产品的零部件容易压坏，上线的时候还要倒箱，多次倒箱增加了人工拣选，保证不了产品的质量。现在采用统一的产品包装，从分供方的厂里到海尔的生产线整个过程不用倒箱。对车间也是一样，以往车间的效果也是脏、乱、差，使用标准箱之后，全部是叉车作业标准化。立体库对两方都产生了有利的作用，对分供方也好，对海尔内部的整个物流推进也是很重要的。二是，立体库具有灵活性和扩展性，刚开始设计立体库想的只是放空调的东西，但是通过计算机系统管理以后，只占很少的库容，公司马上把冰箱、洗衣机、电脑全部放进去，一下减少了这些厂的外租库，整个效果非常明显。立体库就有这么多好处。并不一定非要建立体库，在车间旁边也可以搭立体货架，这样就节约了车间里面宝贵的生产面积，每一寸土地都得到充分的利用。,.,讨论1：什么是自动化立体仓库?讨论2：自动化立体仓库有哪些部分构成?讨论3：自动化立体仓库有哪些优点?,.,自动化立体仓库，一般指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存货物，并且用专门的仓储作业设备进行货物出库或入库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间进行储存，故形象地称为立体仓库。,.,自动化立体仓库是采用自动化存储系统(AS/RS，AutomatedStorageandRetrievalSystem)，由高层货架(HighLevelRock)、巷道堆垛起重机(StackerCrane)、出入库输送机系统(Output/InputConveyor)、自动化控制系统(AutomaticControlSystem)、计算机仓库管理系统(WarehouseManagementSystem)及周边设备(PeripheralEquipment)组成，可实现对集装单元货物自动化保管和计算机管理的仓库。,.,自动化立体库基本由一下部分组成:高层货架:用于存储货物的钢结构。托盘（货箱）：用于承载货物的器具，亦称工位器具。巷道堆垛机:用于自动存取货物的设备。输送机系统:立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。AGV系统:即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。自动控制系统:驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统。库存信息管理系统:亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体库系统的核心。,.,自动化立体仓库的主要优点：（）采用高层货架储存、巷道堆垛机作业，可大幅度增加仓库的有效高度，充分利用仓库的有效面积和储存空间，使货物储存集中化、立体化，减少占地面积，降低土地购置费用。（）可实现仓库作业的机械化，自动化，能大大提高工作效率。（）由于物资在有限空间内集中储存，便于进行温湿度控制。（）利用计算机进行控制和管理，作业过程和信息处理迅速、准确、及时，可加速物资周转，降低储存费用。（）由于货物的集中储存和计算机控制，有利于采用现代科学技术和现代化管理方法。,.,自动化立体仓库的主要缺点：（）仓库结构复杂，配套设备多，需要大量的基建和设备投资。（）货架安装要求精度高，施工比较困难，施工周期长。（）计算机控制系统是仓库的“神经中枢”。一旦出现故障，将会使整个仓库处于瘫痪状态，收发作业就要中断。（）由于高层货架是利用标准货格进行单元储存的，所以对储存货物的种类有一定的局限性。（）由于仓库实行自动控制与管理，技术性比较强，对工作人员的技术业务素质要求比较高，必须具有一定的文化水平和专业知识，而且经过专门培训的人员才能胜任。,.,一、仓库布置设计,1空间利用（1）蜂窝损失分类堆码时计算面积要考虑蜂窝损失。以图所示的分类堆码为例，图a为一个通道各有一排货物，每排货物有若干列，而每一列堆码四层。如果在一列货堆上取走一层或几层，只要不被取尽，所产生的空缺不能被别的货物填补，留下的空位有如蜂窝，故名蜂窝形空缺，它影响了库容量的充分利用。单、双深堆码,.,蜂窝损失空缺系数的计算如下。空缺系数H的期望值为式中n一列货位堆码货物件数；i=0,1,2,。,.,例求图中的蜂窝损失空缺系数。,.,例求图中的蜂窝损失空缺系数。解：图中一列货物可能有四种状态：只堆1、2、3或4层，因此相应的空缺数分别为3/4、2/4、1/4和0。设4种状态的出现概率都是1/4，则空缺系数H的期望值同理对右图中可算出为0.4375。,.,（2）通道损失,通道损失则是由于通道占据了有效的堆放面积，无论分类堆码，还是货架储存，都存在通道损失。若不考虑通道深度方向的情况，通道损失可用下式计算La=Wa/(Wa+2d)式中WaWidthofasile通道宽度，ddepth货堆深度。,.,（2）通道损失,计算通道损失。,.,（2）通道损失,如下图a，托盘深度为1m，叉车作业通道宽度为3m，则通道损失为3/5，即60%。可见通道损失之多。为降低此损失，可以增加货位深度，如图b堆两排，通道损失降到3/（43）0.429，但此时增加了蜂窝损失。,.,对于常见的选择式货架来说，堆垛深度最多两排，即双深式货架，此时可配用带伸缩叉的叉车。但出入库和装卸搬运等操作不太方便，需要全面考虑，具体参见后面案例。通过上述典型计算，在货物不同深度时的通道损失、蜂窝损失及总空间损失见下表7-1。可见，货堆越深，通道的损失越小，虽然蜂窝形的空缺损失增大，但总的库容量损失有所减少。平面损失率很大，要提高空间利用率，只有往高度发展和降低通道宽度，这也是高层自动化立体仓库发展的一个原因。,.,例,某种货物C为木箱包装形式，尺寸（长宽高）为1000600700mm，箱底部平行宽度方向有两根垫木，可用叉车搬运，在仓库中堆垛放置，最高可堆4层。C货物最大库存量为600件，请考虑通道损失（设叉车直角堆垛最小通道宽度为3.6m）和蜂窝损失确定其需要的存储面积。（一般叉车货叉长达9001000mm）,.,.,例,解：货物堆垛4层，实际占地面积为1.00.6600/4=90m2。一般叉车货叉长达9001000mm，因此堆码时一次可以叉两件C货物。则通道分类堆垛方式为每通道两边至少各有两排货物。若按货堆深度两排计算，此时通道损失La=3.6/(3.6+2(0.62)=0.6，但取出货物时一般是一件一件取，则蜂窝损失为一列8件计，可算出蜂窝损失空缺系数E(H)=7/16=0.4375，考虑通道损失后的蜂窝损失为0.4375(1-0.6)=0.175，合计损失为0.6+0.175=0.775。故需要的存储面积为90/(1-0.775)=400m2。,.,例若货堆深度更多，如4排,解：货物堆垛4层，实际占地面积为1.00.6600/4=90m2。若货堆深度更多，如4排，则La=3.6/(3.6+2(0.64)=0.429，蜂窝损失为一列16件计，蜂窝损失空缺系数E(H)=15/32=0.46875，合计损失为0.429+0.46875(1-0.429)=0.697，故需要的存储面积为90/(1-0.697)=297m2。,.,2.库容量与仓库面积,（1）库容量仓库规模主要取决于拟存货物的平均库存量。货物平均库存量是一个动态指标，它随货物的收发经常发生变化。作为流通领域的经营性仓库，其库存量难以计算，但可以确定一个最大吞吐量指标；作为制造企业内仓库，可根据历史资料和生产的发展，大体估算出平均库存量，一般应考虑510年后预计达到的数量。库存量以实物形态的重量表示。,.,（1）库容量,在库存量大体确定后，还要根据拟存货物的规格品种、体积、单位重量、形状和包装等确定每一个货物单元的尺寸和重量，以此作为仓库的存储单元(StockKeepingUnit,SKU)。仓库存储单元一般以托盘或货箱为载体，每个货物单元的重量多为200500kg，单元尺寸最好采用标准托盘尺寸。对托盘货架仓库以托盘为单位的库存量就是库容量，它可用来确定库房面积。,.,（2）面积计算,库房面积包括有效面积和辅助面积，有效面积指货架、料垛实际占用面积；辅助面积指收发、分拣作业场地、通道、办公室和卫生间等需要的面积。面积计算方法一般有两种：直接计算法和荷重计算法。直接计算法是直接计算出货架、堆垛所占的面积和辅助面积等，然后相加求出总面积。荷重计算法是一种经验算法，它根据库存量、储备期和单位面积的荷重能力来确定仓库面积，在我国计划经济时代应用较多，但因为现在储备期时间大为缩短和采用货架、托盘后货物的单位面积荷重能力数据大为改变，应用较少。,.,（2）面积计算,面积较难计算时，还可以类比同类仓库面积，比较类推出所需面积。直接计算法面积的计算与库内货物存储方式、存取策略、空间利用、装卸搬运机械的类型以及通道等有关，在设计时应根据实际情况具体计算。,.,例,某金属材料仓库库存量为500吨，全部采用行车搬运集中堆垛存储，垛长6m，垛宽2m，垛高1.5m，考虑蜂窝损失后，空间利用率为0.7，材料比重为7.8t/m3。求面积。解：计算料垛所占用的总面积为：S=500/(1.50.77.8)=61m2在同一库内的不同物料应分别计算，分类堆垛，求和后，再考虑通道损失，得最后面积。,.,案例,采用货架存储的直接计算以托盘为单位，要确定货架货格尺寸，货架排列和层数，再确定面积。某仓库拟存储A、B两类货物，包装尺寸（长宽高）分别为500280180mm和400300205mm，采用在12001000150mm的标准托盘上堆垛，高度不超过900mm，两类货物最高库存量分别是19200和7500件，采用选取式重型货架堆垛，货架每一货格存放两个托盘货物。作业叉车为电动堆垛叉车，提升高度为3524mm，直角堆垛最小通道宽度为2235mm。试确定货架长宽高、层数和排数（叉车、货架详细参数见图），并计算货架区面积。,.,主视图,.,解：1）计算A、B两类货物所需的托盘存储单元数。对A类货物，12001000托盘每层可放8件（不超出托盘尺寸），可堆层数为(900-150)/180=4.17，取整即4层，故一托盘可堆垛32件。库存量折合SKU为19200/32=600托盘。同理对B类货物，每托盘可堆垛30件，共需250托盘。A、B共需850托盘。2）确定货格尺寸（图）因每货格放2托盘，按托盘货架尺寸要求，确定货格尺寸为120025031002750mm（含立柱宽度50）长，1000mm深，1100mm高（含横梁高度100）。3）确定货架层数由叉车的提升高度3524mm，确定货架层数为4层，含地上层。,.,4）确定叉车货架作业单元由于叉车两面作业，故可以确定叉车货架作业单元，见图。该单元共有16个托盘，长度为2.75m，深度为两排货架深度+背靠背间隙100mm+叉车直角堆垛最小通道宽度即D=21m+0.1m+2.235m=4.335m取4.4m面积S0=2.754.4=12.1m2。,.,5）确定面积由总SKU数除以叉车货架作业单元得所需单元数，再乘单元面积即可得货架区面积（包括作业通道面积），即单元数=850/16=53.125取不小于的整数得54个故面积S=54S0=5412=648m2。6）确定货架排数货架总长和排数与具体的面积形状有关。对新建仓库则可以此作为确定仓库大体形状的基础。本例54个单元，按69得货架长9个单元，即长92.7=24.3m，共6个巷道，12排货架，深64.4=26.4m。深度比长度大，不符合货架沿长方向布置的原则。可考虑用4巷道，取414=56，此时长度为37.8m，深度为17.6m，如下图所示。设计时还要进一步放为整数，如39m18m。,.,.,货架布置不能仅考虑存储和节省面积，还要考虑出货速度。从货架中间设置一个贯穿各排货架的竖向交叉通道，还能增加货架的稳定性。,.,3.库房布置设计,（1）库房设计由上述直接计算法得出存储的有效面积后，加上必要的辅助面积，就可得仓库总面积，以此可作库房设计。库房的长度与宽度（跨度）与库房面积有关，在确定的面积下，长宽可以有无数种组合，但设计要按优先比例选取，一般如下表所示。,.,（1）库房设计,确定了宽长比后，选定宽度，再定长度。如库房需要面积800m2，取宽长比1:4，则算出宽度取14m，长56m。长宽尺寸还要符合建筑标准GBJ-2-86建筑模数协调统一标准，该标准规定了基本模数M0=100mm，倍模、分模优选M0/10，M0/5，M0/2，1M0，3M0，6M0，15M0，30M0，60M0。如库房柱距应采用6m，当库房跨度18m时，跨度应为3m的倍数，当库房跨度18m时，跨度应为6m的倍数。故常用库房跨度6m,9m,12m,15m,18m,24m,30m。如上例面积648m2，按建筑模数修正为15m54m或15m60m，总面积超出一点是可以的，因为还有许多其他因素没有考虑，应留有余地。,.,（2）收发站台设计,收发站台(dock)主要用于货物的装卸暂放。而且因为仓库是一个动态系统，进出频繁，需要专门考虑系统进出两端，也即收发站台的设计。现代仓库和物流中心进出货频繁，收发货作业离不开门，库门也是站台设计布置时必须考虑的问题。为满足收发作业要求，我们还要考虑门的数量，请见下例。,.,例,某仓库每年处理货物6百万箱，其中70%的进货是由卡车运输的，而90%的出货是由卡车运输的。仓库每周工作5天，每天2班。对于进货卡车，卸货速度是每工人小时200箱，而出货上货的速度是175箱/人时。进出货卡车满载都是500箱。考虑进出货并不均匀，设计加上25%的安全系数。试确定仓库收发货门数。,.,解：1）确定进货需求a.年卡车进货量为卡车进货百分比乘总进货量，即70%6000000=4200000箱b.则年进货卡车次数（假定满载）为4200000/500=8400次c.每一卡车货卸货作业时间为500/200=2.5小时d.则年总进货卡车次数所需作业时间为84002.5=21000小时2）确定出货需求,.,解：2）确定出货需求a.年卡车出货量为卡车出货百分比乘总出货量，即90%6000000=5400000箱b.则年出货卡车次数（假定满载）为5400000/500=10800次c.每一卡车货上货作业时间为500/175=2.85小时d.则年总进货卡车次数所需作业时间为108002.85=30780小时,.,3）计算总共作业时间进、出货合计作业时间为21000+30780=51780小时，加上25%安全系数为51780(1+25%)=64725小时4）每年工作时数52周乘每周工作天数乘每天工作时数，即52582=4160小时5）需要门数为总作业时间除年工作时数，即64725/4160=15.516故仓库需要16个收发货门。,.,（3）通道设计,通道设计也是仓库规划的重要内容。通道布置的合理与否，将影响仓库作业和物流合理化，以及生产率的提高。通道设计不合理，会造成作业场地的拥挤、阻塞、生产不安全、甚至影响机械作业率。出入库通道连接仓库收发站台和外部道路，是仓库的出入口。根据运输方式不同，对有铁路专用线的入库区，铁路专线的长度应根据出入库物料的数量和频度来确定，线路的宽度及两边的留量应根据铁路有关规定执行。对一般的汽车通道，应根据运输量、日出入库的车辆数量、机动车辆的载重量、型号等来设计道路的宽度、地面承载能力等。库区的出入口，即站台，应按作业流程设计，做到物流合理化。,.,（3）通道设计,库房通道。一般库房通道应设有纵向或横向的进出库通道，大型库房还应同时设纵向和横向进出库通道。库房内各作业区之间还应留有作业通道，通道的宽窄应根据装卸搬运机械的类型确定。,.,例,玛丽玫瑰化妆品公司的成品仓库采用的是6米高的托盘货架，由平衡重式叉车来存取货，货架通道宽度是3.6米。请问在不扩建仓库的情况下，可采用什么方法来增加库容量，以满足公司产品增加的要求？,.,解,换用通道要求更窄的叉车，如窄通道叉车，可同时相应提高货架堆垛层数和高度,.,（4）物流动线,仓库布置要考虑物流模式，我们在前面所介绍的直线型、L型、U型和S型还适用。为更好地表示仓库作业时物料、设备和人员移动的方式，我们用动线表示商品、设备（包括货品箱、托盘、料箱等）、废弃物和人员的移动路线。布置要求全部动线完整、合理，物料、设备和人员等不能发生阻断、迂回、绕远和相互干扰等现象。根据这一要求，可以在仓库或物流中心平面布置图上布置动线，就成为下图所示的动线图。,.,U形仓库布置及动线图,.,一、仓库布置设计,1.空间利用（1）蜂窝损失（2）通道损失确定其需要的存储面积。2.库容量与仓库面积（1）库容量（2）面积计算货架长宽高、层数和排数3.库