黃銘

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

關(guān)鍵詞：自動化;智慧倉庫;規(guī)劃;設(shè)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(biāo)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(chǎn)品為家電產(chǎn)品，主要為彩電、廚電、電熱水器、空調(diào)掛機、洗衣機、部分小冷柜，產(chǎn)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(chǎn)品的出入庫效率，極值達到7 000臺日或出的能力。

2 方案設(shè)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(biāo)，智能倉庫一層平面設(shè)計圖如圖2-1所示。

2.1.1 物流功能區(qū)

（1）進貨區(qū)。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(qū)的運送等作業(yè)。

（2）存儲區(qū)。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(qū)和正常區(qū)，增大庫存容量。

（3）預(yù)選區(qū)。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(qū)AGV工作強度不大時，進行托盤向備貨區(qū)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(diào)整的操作。

（4）分揀區(qū)。長10 m，寬50 m。預(yù)選區(qū)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(yè)。

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

2.1.2 非物流功能區(qū)

（1）AGV充電區(qū)。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(qū)。回收的空托盤存放處，方便托盤的回流利用。

（3）設(shè)備存放處。夾抱車等設(shè)備存放處。

2.2 存儲設(shè)計

（1）上存下揀運營模式。為了解決傳統(tǒng)倉庫采用堆疊的方式存儲而浪費空間的問題，我們設(shè)計了上存下揀的存儲設(shè)計，將立體貨架的一層設(shè)為備貨區(qū)和預(yù)選區(qū)，利用了備貨區(qū)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(yù)選區(qū)設(shè)置。由于物流寶B2C的一般訂單SKU多且單個SKU數(shù)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(qū)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(shù)量更多往來更頻繁，這種情況也造成了AGV小車等部分設(shè)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(qū)后方設(shè)置預(yù)選區(qū)，按照需求時間先后放置將被揀選的整托盤貨物。由預(yù)選區(qū)直接運送貨物至分揀區(qū)，相比從上層貨架取貨速率更快，且同一托盤貨物一天之內(nèi)可能被多次不同時揀選，直接存放在預(yù)選區(qū)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(yīng)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(yù)選區(qū)。如此，可減少AGV小車的數(shù)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型做訂單預(yù)測，通過Matlab運算歷史訂單以及市場趨勢得到預(yù)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(shè)計

2.3.1 托盤尺寸設(shè)計

為了解決傳統(tǒng)倉庫面對幾千個SKU而顯現(xiàn)出來的柔性不夠，從而發(fā)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(shù)據(jù)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(shù);為第i種貨物在一個托盤中可放置的貨物數(shù);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(shù)。

2.3.2 貨架層高設(shè)計

由于倉庫內(nèi)一層有AGV通過，其層高必然高于上層貨架，關(guān)于具體貨架層數(shù)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(yù)設(shè)四個不同高度;Tij表示假設(shè)i貨物放置在j貨架，在高度上的浪費;Qij為0/1變量，當(dāng)Qij=1時，決策結(jié)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(shù)量;Nij表示i貨物放置在j貨架上堆疊層數(shù);Hi、Ci、Mi、Li分別表示i貨物的高度、可堆疊層數(shù)、放滿一層的數(shù)量、總數(shù)量。

2.3.3 貨架種類及比例設(shè)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(jié)合起來。如下圖2-2所示，左側(cè)為貫通式貨架，穿梭車可在貨架上通行，右側(cè)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(shù)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(jù)貨物尺寸進行統(tǒng)計計算。最終我們設(shè)計如下貨架結(jié)合方式，左右兩側(cè)為橫梁式貨架，前側(cè)是11個貨位的貫通式貨架，后側(cè)是五個貨位的貫通式貨架。通過兩種貨架結(jié)合設(shè)計，智能倉可容納托盤數(shù)為6 000個左右，庫存量約為50 000到60 000件。

2.4 保護裝置設(shè)計

該倉庫主要經(jīng)營B2C倉儲業(yè)務(wù)，庫內(nèi)SKU多且其中很大一部分是彩電，彩電屬于特殊易碎產(chǎn)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(zhì)制作而成，PVC材質(zhì)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(jù)此托盤需要碼放貨物的大小和多少在碼放拼接時調(diào)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(jié)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(diào)整保護外殼的尺寸，以便適應(yīng)不同種類和不同數(shù)量的貨物碼放方式，甚至在經(jīng)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(dǎo)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(jù)貨物的數(shù)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(jié)

本自動化倉庫通過合理規(guī)劃設(shè)計，最大化的讓各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)了自動化作業(yè)，提高了空間利用率、吞吐量同時減少了人工成本?，F(xiàn)將方案特點總結(jié)如下：

（1）高度定制化、差異化。針對倉庫內(nèi)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(tǒng)倉庫產(chǎn)品擠壓損壞多的問題，貨架以及貨格的設(shè)置通過建立模型計算出較優(yōu)的方案。

（2）設(shè)置預(yù)選區(qū)應(yīng)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(shè)置一個預(yù)選區(qū)，根據(jù)第二天訂單并結(jié)合系統(tǒng)預(yù)測提前將待揀選的貨物運送到預(yù)選區(qū)，平衡機器日間夜間工作，加快出入庫效率。

（3）全流程作業(yè)的信息可視化。該倉庫在控制成本的情況下預(yù)計引入一些智能設(shè)備，如帶有視覺AI系統(tǒng)的掃描門、AGV、RGV、垂直升降梯、穿梭車、監(jiān)控系統(tǒng)等，通過多種智能設(shè)備以及WMS、WCS等信息系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)貨物在庫內(nèi)的全流程可視化、信息化、智能化。