自动化立体仓库的规划与设计

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。
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）。
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。


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 ）

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(900150)/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。
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
（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。
（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。 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。


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

n 1
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

（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。

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。
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。
（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/(1.5×0.7×7.8)=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。


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。
例
若货堆深度更多，如4排
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。
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。
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


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。


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。
1 n 1 i E(H ) n i 0 n
13 2 1 E ( H ) 0 0.375 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。


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Fra Baidu bibliotek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? （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。
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。 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。