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

        2021-11-04 01:38:26陳傳軍檀智斌陳佳梁
        制造業(yè)自動(dòng)化 2021年10期
        關(guān)鍵詞:堆碼存儲(chǔ)單元貨架

        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)對物流倉儲(chǔ)的智能化、自動(dòng)化水平的要求越來越高,對自動(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,在對自動(dòng)化立體庫進(jìn)行規(guī)劃時(shí),需要重新對存儲(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)的競爭力具有重大的意義。

        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)選方案下對每種貨物進(jìn)行堆碼設(shè)計(jì),對不同預(yù)選方案的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對比分析。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存儲(chǔ)單元平面面積的利用率。針對不同的平面規(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、對平面利用情況等對方案進(jìn)行優(yōu)選。

        最后,綜合平面利用率與對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存儲(chǔ)單元體積的利用率。針對不同的存儲(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、對空間的利用情況等對存儲(chǔ)單元方案進(jìn)行優(yōu)選。

        最后,綜合體積利用率與對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。

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