仓库管理-自动化立体仓库的规划与设计方案(ppt 75页)

海尔自动化立体仓库的规 划与设计 n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。 一、仓库布置设计 1空间利用 （ 1）蜂窝损失 n 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。 n 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 n 例 求图中的蜂窝损失空缺系数。 n 例 求图中的蜂窝损失空缺系数。 n 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 n 同理对右图中可算出为 0.4375。 （ 2）通道损失 n 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 n La=Wa / (Wa +2d ) n 式中 WaWidth of asile 通道宽度， ddepth 货堆深度。 （ 2）通道损失 n 计算通道损失。 （ 2）通道损失 n 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。 n 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。 n 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。 n 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。 n 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。 n 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 n 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。 n （一般叉车货叉长达 9001000mm ） 例 n 解：货物堆垛 4层，实际占地面积为 1.00.6600/4=90m2。 n 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。 n 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)=400 m2。 例 若货堆深度更多，如 4排 n 解：货物堆垛 4层，实际占地面积为 1.00.6600/4=90m2。 n 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)=297 m2。 2.库容量与仓库面积 （ 1）库容量 n 仓库规模主要取决于拟存货物的平均库存量。 q 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。 q 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； q 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 n 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)。 n 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。 n 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 n 库房面积包括有效面积和辅助面积， q 有效面积指货架、料垛实际占用面积； q 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。 n 面积计算方法一般有两种：直接计算法和荷重 计算法。 q 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。 q 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 n 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。 n 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 n 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。 n 解：计算料垛所占用的总面积为： n S=500/(1.50.77.8)=61m2 n 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 n 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。 n 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 1 2001 000150mm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。 n 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。 n 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 n 解： 1）计算 A、 B两类货物所需的托盘存储单元数。 n 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。 n 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。 n 2）确定货格尺寸（图） n 因每货格放 2托盘，按托盘货架尺寸要求，确定 货格尺寸为 12002 50 3100 2 750mm （ 含立柱宽度 50）长， 1 000mm深， 1 100mm高 （含横梁高度 100）。 n 3）确定货架层数 n 由叉车的提升高度 3 524mm，确定货架层数为 4层，含地 上层。 n 4）确定叉车货架作业单 元 n 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 n 即 D=21m+0.1m+2.235 m=4.335m取 4.4m n 面积 S0=2.754.4=12.1m2。 n 5）确定面积 n 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 n 单元数 =850/16=53.125取不小于的整数得 54个 n 故面积 S=54S0=5412=648 m2。 n 6）确定货架排数 n 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 n 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 n 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。 n 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， 1 M0 ， 3 M0 ， 6 M0 ， 15 M0 ， 30 M0 ， 60 M0 。如库房柱距应采用 6m，当库房跨度 18m时，跨度应为 3 m的倍数，当库房跨度 18 m时，跨度应为 6m的倍数。故常用库房跨 度 6m, 9m, 12m, 15m, 18m, 24m, 30m。 n 如上例面积 648 m2 ，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 n 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。 n 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 n 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。 n 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。 n 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%6 000 000=4 200 000箱 b. 则年进货卡车次数（假定满载）为 4 200 000/500=8 400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=21 000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%6 000 000=5 400 000箱 b. 则年出货卡车次数（假定满载）为 5 400 000/500=10 800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 10 8002.85=30 780小时 3）计算总共作业时间 进、出货合计作业时间为 21 000+30 780=51 780小时， 加上 25%安全系数为 51 780(1+25%)=64 725 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=4 160小时 5）需要门数为总作业时间除年工作时数，即 64 725/4 160=15.516 故仓库需要 16个收发货 门。 （ 3）通道设计 n 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。 n 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 n 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。 n 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 n 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 n 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 n 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。 n 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。 n 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。 n 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.库房布置设计 （ 1）库房设计 （ 2）收发站台设计 确定仓库收发货门数 （ 3）通道设计 （ 4）物流动线 作业题 3 n 某库房实际需要库容量为 5 000个货位 ，为为减少通道占用面积，采用一个 通道两侧各有两排货物的布置形式， 即双深式，蜂窝空缺和通道所造成的 库容量损失为 0.569，试问该库房设计 的库容量为多少货位？ n 设计库容量 5000/(1-0.569)=11601 例 n 乔治公司仓库的有效空间是 15027530 英尺，容量可以满足目前公司年产量 25000件的需要。该公司成品外尺寸为 152512英寸（ 1英尺 =12英寸），最大 堆码高度为 6层，仓库没有采用货架。现 在公司产能提高了一倍，估计产成品也将 增加一倍。请提出一个办法解决在仓库空 间不变的情况下，翻番的成品库存问题。 解 这里没有特别说明长宽高，应按默认先后 3 个数 据分别是长、宽、高（否则库房不可能高 150 英尺（约 50 米）按 6 层堆码，以全部仓库面 积 150*275*12*12 除单层货物数 15*25*50000/6 得 1.9。按本章表 7-1 来看，考虑 蜂窝损失和通道损失，难以堆放，故应改用 货架 -叉车形式，货架布置详见 Le7_ExAns.pdf 文件。 二、自动化立体仓库的分拣作业设计 n 讨论 1：拣货方式主要有哪几种？ 拣货方式有 4 种，即： 摘果式 (Discreet picking)。一次将一个订单的 所有货物从头到尾拣取。 n 优点： q 一次完成，不必再分选、合并，作业方法简单 ； q 弹性大，调整容易 q 适合客户少，大量订单处理，订单数量变化频 繁，有季节性趋势。 n 缺点： q 品种多时，拣选路径加长，拣选效率降低； q 多个工人拣选不同的大数量订单时，会通道拥 挤； q 拣选区域大时，搬运系统设计困难。 n 播种式 (Batch picking)。先将所有订单所要 的同一种货物拣出，在暂存区再按各用户的需 求二次分配。 n 优点： q 缩短拣选距离； q 适合订单数量庞大的系统，订单大小变化小 ，订单数量稳定。 n 缺点： q 订单响应慢； q 拣取后还要分拣，如数量多，则费时。 分区式 (Zone picking)。每个拣货员负责一片 存储区内货物的拣货，在一个拣货通道内，先 将订单上所要货物中该通道内有的全部拣出， 汇集一起后再分配。这是一种分区播种式，但 要多个拣货员才能完成拣货任务。 n 优点： q 每区可采用不同的技术和设备。 n 缺点： q 难平衡各区工人的工作量和速度。 波浪式 (Wave picking)。按照某种特征将 要发货的订单分组，如同一承运商的所 有订单为一组，一次完成这一组订单， 下一波再拣选另一组的。例如 UPS 自动 仓库分拣系统就是采用这种方式。 n 只适合自动拣选机械的拣选。 n 讨论 2：自动化立体仓库按货物存取方式 可分为哪两种类型？ n 自动库按货物存取形式可以分为单元货架式、 拣选货架式。 分拣系统流程图 ABC分类法 ABC分析法又称帕雷托 (Pareto)分析法 等。它是根据事物 有关方面的特征，进行分类、排队 ，重点和一般，以有区别地实施管 理的一种分析方法 ，为了能更好的 结合实际，专家提出以下的公式 ， p 总的权重， pi 各属性值， k 各属性系数 。 节约算法优化分拣路径 在分拣的过程中，分拣路径是很 重要的因素，特别是在人工拣选 的时候，在很大程度上影响着拣 选的时间和效率。节约算法可以 缩短拣选的路径，很合理的安排 出拣选的先后顺序 。 节约算法 节约量公式 节约算法又称 C-W 算法。它的基本思想 是首先把各点单独与源点 0(车场 )相连，构成 1条仅含一 个点的线路。总费用为两倍的从原点到各点的距离的 费用 。然后计算将点 i和 j连接在一条线路上费用的 “节 约值 ” S(i,j) 越大，说明把 i和 i连接在一起时总路程减少越 多。 n 图中的路线是普通的情 况下，工作人员接到订 单的时候要沿着货架顺 序拣选一遍，这样拣选 很浪费时间。 n 一共 2500厘米，历时 2 分钟 这是每种货物间的距离，根据 节约算法的公式，将下列数据 带入，可以得出节约的路程。 开始 开始 O a 25 a b 50 25 b c 50 35 20 c d 45 40 25 5 d e 65 35 55 20 25 e f 45 35 60 45 40 45 f g 50 45 65 50 45 40 10 g h 65 45 25 35 35 10 35 30 h i 100 40 15 30 30 10 50 50 20 i j 75 65 45 50 55 35 30 45 40 25 j 根据公式得到以下的数据，按照节 约算法的思想，将节约最多的两个 地点一定要联合一起拣选。 a a b 50 b c 25 75 c d 15 65 80 d f 5 5 15 15 f g 60 5 15 15 45 g h 30 75 60 55 30 40 h e 50 100 85 80 30 40 100 e i 50 75 80 75 30 35 90 115 i j 0 45 35 25 25 15 65 75 80 j 可以得出如下的路径 n 图中的拣选的路径中共经历了 1800厘米，节省 距离 700厘米，节省时间 0.25秒，上图是分拣 区的货架的一个缩影，如果运用在实际当中， 节省的拣选路径和时间都要相对的增多，对分 拣过程也会有很大的影响。 n 这个例子里的货物较多，当货物的种类很少的 时候缩短的时间会更加的明显。 Em-plant的介绍 他是面向对象的仿真软件；建模和仿真 的图形化和集成的用户环境；层次结构 化；继承性；对象概念；程序驱动的建 模；模型的可变性和可维护性；接口与 集成。他可以动态的仿真出流程的运作 过程，并且可以通过仿真过后的数据来 找出瓶颈问题，并且加以优化。 本案例中所选用的主要设备 n 巷道堆垛机 n 高层货架 n 射频设备 n 自动分拣设备 n AGV n 输送设备 仿真中运用到的模块 n store ，仿真货架，可以通过改变 xy轴 的值来确定货架的排数和列数 n line ，仿真输送设备，可以设定长度和 输送的速度。 n track ，仿真轨道，可以设定长度和输送 的速度，他主要是用来 输送堆垛机 n Proc，仿真操作台，前面的是单独的操 作台，后面的是多个操作台和合并 n transport ，仿真堆垛机， AGV等 输送设备。 仿真模型中的控制部分 n 这是仿真中的比较重要的部分，他主 要是写一些控制语句，用来控制系统 中的物件的移动等方面。 仿真的订单 客户名字 货物名字 货物数量 1 A 15 拣货单号码： 1 拣货时间： 2009.5.6 顾客名称： 1、 2 拣货人员： 1 审核人员： 1 出货日期： 2009年 5月 6日 序号 储位号码 商品 名 称 商品 编 码 包装单位 拣取数量 备注整托 盘 箱 单件 1 0001 A 001 是 4 40 4 客户名字 货物名字 货物数 量 2 A 32 堆垛机分拣仿真模块 为了让仿真结果更加的真实，覆盖的范围 更加的广泛，又增加了两组数据 客户名称 货物的名称 货物数量 3 A 73 4 A 82 客户名称 货物的名称 货物数量 5 A 367 6 A 267 n % 设备名称 工作率 等待率 堵塞 率 空闲率 相对工作率 line 1.07% 98.93% 0.00% 98.93% 0.19% line1 0.36% 99.64% 0.00% 99.64% 0.06% A1 10.66% 89.34% 0.00% 89.34% 10.66% B1 53.31% 46.69% 0.00% 46.69% 53.31% line3 4.26% 95.74% 0.00% 93.35% 0.18% line4 3.20% 96.80% 0.00% 99.56% 0.17% jiancha1 21.32% 40.30% 38.38% 40.30% 59.70% jiancha2 21.32% 40.30% 38.38% 40.30% 59.70% Dabao1 63.97% 36.03% 0.00% 36.03% 63.97% Dabao2 63.97% 36.03% 0.00% 36.03% 63.97% Dabiaoqian 83.09% 16.91% 0.00% 16.91% 53.45% 设备名称 工作率 等待率 堵塞率 空闲率 相对工作 率 line 1.45% 98.55% 0.00% 98.55% 0.26% line1 0.28% 99.72% 0.00% 99.72% 0.05% A1 14.50% 85.51% 0.00% 85.50% 14.50% B1 42.10% 57.90% 0.00% 57.90% 42.10% line3 3.98% 96.02% 0.00% 46.84% 12.18% line4 2.11% 97.89% 0.00% 87.02% 0.65% jiancha1 29.47% 12.99% 57.54% 12.99% 87.01% jiancha2 22.46% 34.04% 43.51% 34.04% 65.96% Dabao1 88.42% 11.58% 0.00% 11.58% 88.42% Dabao2 67.37% 32.63% 0.00% 32.63% 67.37% Dabiaoqian 93.93% 6.07% 0.00% 6.07% 69.38% 结果分析 n 以上的三组数据是从分拣的货物数量很少到较 多的过渡。从以上的三组数据对应的表格和图 中可以很清楚的看出来 jiancha1和 jiancha2 处出现堵塞的状况，而且他们的工作率都不是 很高，等待率相对较高，这就说明他们的工作 的时间分布不稳定，而且在运行的过程中会出 现了很多的等待的状况 主要的解决途径 n 首先是整箱的暂存区有堵塞的现象，这个现象 主要是因为 AGV小车过少，来不及来运输暂存 区的货物，所以为了缓解这一情况，加一台 AGV小车，这样在货物很少的时候可以用三台 来运作，当货物数量增多的时候，仿真证明， 超过 100件的时候就可以用四台，这样增加了 系统的柔性，也解决了拥堵的现象。 n