第十章 自动化立体仓库的规划与设计

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。

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=54×S0=54×12=648 m2。 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6×9得货架长9个单元，即长 9×2.7=24.3m，共6个巷道，12排货架，深6×4.4=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4×14=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39m×18m。
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500×280×180mm和400×300×205mm，采用在 1 200×1 000×150mm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19 200和7 500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。


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? （视频） 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。
（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/（4＋3）＝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。
海尔自动化立体仓Leabharlann Baidu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5 400m2，立体库有9 168个标准 托盘位，托盘是1.2×1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1 200个，实际能力是1 600个。
案例: 海尔物流和立体库



5 400 m2取代了原来65 000 m2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1 200万。 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分供方按照照 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。
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
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/(1.5×0.7×7.8)=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。
例

某种货物C为木箱包装形式，尺寸（长×宽× 高）为1000×600×700mm，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900~1000mm ）


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。
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 1.0×0.6×600/4=90m2。 若货堆深度更多，如4排，则 La=3.6/(3.6+2×(0.6×4))=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)=297 m2。


作业叉车为电动堆垛叉车，提升高度为3 524mm，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，1200×1000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1200×2＋50＋3×100＝2 750mm （含立柱宽度50） 长，1 000mm深，1 100mm高（含横梁高度100）。

例

解：货物堆垛4层，实际占地面积为
1.0×0.6×600/4=90m2。 一般叉车货叉长达900~1000mm，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×(0.6×2))=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)=400 m2。


3）确定货架层数 由叉车的提升高度3 524mm，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=2×1m+0.1m+2.235 m=4.335m取4.4m 面积 S0=2.75×4.4=12.1m2。

蜂窝损失空缺系数的计算如下。 空缺系数H的期望值为
1 n 1 i E(H ) n i 0 n

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 1 n 1 i 13 2 1 E(H ) E ( H ) 0 0.375 n i 0 n 44 4 4

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Wa—Width

of asile通道宽度，

d—depth货堆深度。
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
（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(Stock Keeping Unit, 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200~500kg，单元尺寸最好采 用标准托盘尺寸。
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。
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 5~10年后预计达到的数量。库存量以实物形态 的重量表示。

自动化立体仓库是采用自动化存储系统 (AS/RS，Automated Storage and Retrieval System)，由高层货架(High Level Rock)、 巷道堆垛起重机(Stacker Crane)、出入库输 送机系统(Output/ Input Conveyor)、自动化 控制系统(Automatic Control System)、计 算机仓库管理系统(Warehouse Management System)及周边设备(Peripheral Equipment) 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。