（机械电子工程专业论文）自动化仓库中货物单元的优化设计.pdf

摘要 摘要 随着自动化仓库系统( a u t o m a t e ds t o r a g e r e t r i e v a ls y s t e m ， a s r s ) 应用的日益广泛，对它的规划设计也提出了更高的要求。要求 运用系统分析方法，寻求最优的规划与设计方案，使系统中物流、信 息流、资金流等达到最合理、最有效、最经济的配置，使企业以最小 的资源投入获得最大的效益回报。 本文在总结分析了目前自动化仓库系统设计方法与流程后，对仓 库总体设计中的仓库主要参数的确定方法进行了详细说明提出了以 提高仓储空间利用率为目标的货物单元( s t a n d a r dk i tu n i t ，s k u ) 优化 设计方法，使得自动化立体仓库的设计方案满足在一定的仓储空间条 件下提供最大的库容量，进一步完善了自动化立体仓库的设计流程与 方法 探讨了货物单元优化评价指标的选择，创新性地提出了库存当量 ( s t o c ke q u i v a l e n t ) 概念对库存当量概念的合理性提出进行了理 论论证，阐释了库存当量概念的深刻含义，并提供了库存当量的计算 方法 将货物单元的优化设计理论用s k u 软件系统加以实现，软件通过 人机对话的方式，从窗口获取必要的设计参数，通过内部各模块的运 算处理、内部决策或与设计者共同决策，规划设计出满足用户使用要 求的自动化立体仓库方案，得到优化的货物单元尺寸，单元货格尺寸 以及货架尺寸，提供对优化的货物单元尺寸进行图形化的数据分析和 管理功能，摆脱繁重而乏味的手工作业。提高设计效率，缩短设计周 期，降低设计费用，使设计质量得到显著提高。 结合某军区汽车备品备件自动化立体库的应用，阐述了s k u 软件 在辅助设计人员进行货物单元优化中的实现过程。 关键词物流；自动化仓库( a s r s ) ；货物单元( s k u ) ；优化设计 a b s tr a c t w i t ht h ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o n so fa u t o m a t e d s t o r a g ea n d r e t r i e v a ls y s t e m ( a s r s ) d a yb yd a y ，h i g h e rr e q u i r e m e n tf o r i t sp l a n n i n ga n dd e s i g ni sp u tf o r w a r d t h es y s t e m a t i ca n a l y t i c a l m e t h o di s u s e dt os e e k o p t i m u md e s i g np l a n n i n g ， m a k e l o g i s t i c s ，i n f o r m a t i o nf l o w ，f u n d sf l o wi nt h e s y s t e mr e a c h m o s tr e a s o n a b l e ，m o s te f f e c t i v e ，m o s te c o n o m i cd i s p o s i t i o n ， m a k ee n t e r p r i s eo b t a i nm o s t h e a v yb e n e f i tr e c i p r o c a t ew i t h m i n i m u mr e s o u r c ei n v e s t m e n t t h i sp a p e r ，a f t e rs u m m a r i z i n ga n d a n a l y s i n gt h ed e s i g n m e t h o da n dp r o c e d u r eo fa u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e m a tp r e s e n t ，h a v ei n t r o d u c e di nd e t a i lt h ed e f i n i t em e t h o do ft h e m a i n p a r a m e t e r so fw a r e h o u s ei nt h eo v e r a l ld e s i g no ft h e a u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e m i th a s p r o p o s e d t h e d e s i g nm e t h o do fo p t i m i z i n gs t a n d a r dk i tu n i t ( s k u ) b a s e do n i m p r o v i n gt h es p a c eu t i1i z a t i o nr a t i oo ft h es t o r a g e 。t om a k e t h ed e s i g np l a no fs t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e mm e e tt h ed e m a n d o fo f f e r i n gt h e1 a r g e s tc a p a c i t yo fw a r e h o u s ei nc e r t a i ns t o r a g e s p a c et e r m s t h a th a si m p r o v e dt h ed e s i g np r o c e d u r ea n dm e t h o d o ft h ea u t o m a t e ds t o r a g ea n d r e t r i e v a ls y s t e mf u r t h e r t h ep a p e rh a v ep r o b e di n t ot h ec h o i c eo f o p t i m i z i n gt h e e v a l u a t i o ni n d e xo fs t a n d a r dk i tu n i t ，p u tf o r w a r di n n o v a t i v l y t h ec e r i c e p to fs t o c ke q u i v a l e n c e m e a n w h i l e ，i th a sc a r r i e do n t h e o r e t i cc o n f i r m a t i o no fp u t t i n gf o r w a r dt os t o c ke q u i v a l e n c e a tr a t i o n a la s p e c t 。e x p l a i n e dd e e pm e a n i n go fs t o c ke q u i v a l e n c e ， p r o v i d e dt h ec o m p u t i n gm e t h o d t h et h e o r yo fo p t i m i z i n gd e s i g no fs k uh a sb e e nr e a l iz e db y s k us o f t w a r es y s t e m t h es o f t w a r eo b t a i n st h ee s s e n t i a ld e s i g n p a r a m e t e r sf r o mt h ew i n d o wt h r o u g hi n t e r a c t i v ew a y s ，a n dd e a ls i i a b s t r a c t 霄i t hd a t at h r o u g ht h eo p e r a t i o no fe a c hm o d u l ei n s i d e ，a n dm a k e s p o l i c yb yi t s e l fo rm a k e sp o l i c yw i t ht h ed e s i g n e rt o g e t h e r ，a t 1 a s t ，i tp r o d u c e s t h es c h e m eo ft h r e e d i m e n s i o n a la u t o m a t e d s t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e mm e e t i n gu s e r sr e q u i r m e n t s ，t h e s t a n d a r dk i tu n i tm e a s u r e m e n to p t i m i z e d ，s i z eo fu n i t r a c ka n d s i z e o fr a c k a n do f f e r sa n dc a r r i e so ng r a p h i ca n a l y s i sa n d m a n a g e m e n tt om e a s u r e m e n to fs t a n d a r dk i tu n i to p t i m i z e d t h o s e g e tr i do ft h es t r e n u o u sa n dd u l l c r a f tw o r k ，i m p r o v ed e s i g n e f f i c i e n c y ，s h o r t e nd e s i g nc y c l e ，r e d u c et h ed e s i g nc o s t ，m a k e d e s i g n i n gq u a li t yi m p r o v e dn o t a b l y c o m b i n i n gt h ea p p l i c a t i o no f t h ea u t o m a t e ds t o r a g ea n d r e t r i e v a ls y s t e mf o rs t o r i n gs p a r ep a r ta n dr e p a i rp i e c eo ft h e a u t o m o b i l ei nm i l i t a r ya r e ac o m m a n d 。t h ep a p e ri n t r o d u c e ss k u s o f t w a r ea s s i s t sd e s i g n e ro nc a r r y i n go no p t i m iz i n gd e s i g no f s t a n d a r dk i tu n i t k e y w o r d sl o g i s t i c ；a u t o m a t e ds t o r a g e a n dr e t r i e v a ls y s t e m ( a s r s ) ：s t a n d a r dk i tu n i t ( s k u ) ；o p t i m iz i n gd e s i g n i i l 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的科研成果对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：监亟亟日期：兰! ! ! ：生! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人 授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印，缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盥函亟导师签名： 期：御r 4 j 第t 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景 自动化仓库系统( a u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v i l ls y s t e m ， a s r s ) 是在不直接进行人工处理的情况下能自动存储和取出物料 的系统由高层货架，巷道堆垛起重机( 有轨堆垛机) 、入出库输 送机系统、自动化控制系统、计算机仓库管理系统及其周边设备组 成，可对集装单元货物实现自动化保管和计算机管理的仓库广泛 应用于大型生产性企业的采购件、成品件仓库，柔性自动化生产系 统( f a s ) ，流通领域的大型流通中心、配送中心中自动化立体仓 库，是物流机械与计算机技术的完美结合，这种结合使物资的控制 和管理要求实时、协调和一体化，信息自动化技术逐渐成为仓库自 动化技术的核心计算机之间、数据采集点之问、机械设各的控制 器之间以及它们与计算机之间的信息可以及时地汇总，仓库计算机 及时地记录订货和到货时间、显示库存量，计划人员可以方便地作 出供货决策，他们知道正在生产什么、订什么货、什么时间发什么 货，管理人员随时掌握货源及需求1 1 】 历史和现实已经充分证明，作为先进的仓储技术，使用自动化 立体仓库能够产生巨大的社会效益和经济效益效益主要来自以下 几个方面： l 、由于使用了高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高 空发展，充分利用仓库地面和空间，节省了库存占地面积，提高了 空间利用率目前世界上最高的立体仓库高度已达5 0 米立体仓 库单位面积的储存量可达7 5 吨平方米，是普通仓库的5 1 0 倍 2 、采用计算机管理储存，可以实现货物的先进先出原则，防 止货物的自然老化、变质、生锈或发霉 3 、集装化的存储也有利于防止货物搬运过程中的破损 山东大学硕士学位论文 4 、仓储作业完全实现机械化和自动化，运行和处理速度快， 提高了劳动生产率，降低了操作人员的劳动强度。采用自动化技术 后，能较好地适应黑暗、有毒、低温和污染等特殊场合的需要如 国内已有的冷冻物品自动化仓库和存储胶片的自动化仓库，在低温 和完全黑暗的库房内，由计算机自动控制，实现货物的出入库作业， 从而改善了工作环境，保证了安全操作，促进文明生产同时，能 方便地纳入企业的物流系统，使企业物流更趋合理化 5 、计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管 理，减少了货物的处理和信息处理过程中的差错同时，能够有效 地利用储存能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转， 节约流动资金，从而提高仓库的管理水平 使用自动化立体仓库，可以促进企业的科学管理，减少浪费， 保证均衡生产仓储信息管理的及时准确，便于领导随时掌握库存 情况，根据生产及市场情况及时对企业规划做出调整，提高了生产 的应变能力和决策能力。同时，使用自动化立体仓库，可以提高操 作人员素质和管理人员的水平，从而带动企业其他部门人员素质的 提高。 立体仓库的出现，使传统的仓储观念发生了根本性的变化。原 来那种固定货位，人工搬运和码放，人工管理，以储存为主的仓储 作业已改变为自由选择货位，按需要实现先入先出的机械化、自动 化仓储作业在储存的同时，可以对货物进行必要的拣选、组配并 根据整个企业生产的需要，有计划地将库存货物按指定的数量和时 间要求送到合适的地点，满足均衡生产的需要可以说，立体仓库 的出现使“静态仓库”变成了“动态仓库”。 1 2 课题意义 自动化立体仓库是一个复杂的综合自动化系统，是一个由彼此 相互作用的诸因素和各环节所构成的综合系统 同时，建立自动化立体仓库，投资较大。着手建造自动化立体 2 第l 章绪论 仓库，一定要考虑经济原则，学会未雨绸缪，精打细算，确定立体 仓库相关的技术参数那么，在有限的仓库空间内，如何最大效率 的利用，储存尽可能多的货物，尽可能快地提高工作效率，是设计 过程中首先要考虑的问题，也是整个设计过程的关键 在自动化立体库里，存放的经常是品种繁多，大小不一的几十 种甚至几百种货物，货物在货架区的存取，在库内的运输都是以集 装化单元的形式进行的这种集装有效地将分散的物流各项活动联 结成一个整体，是物流系统化中的核心内容和主要方式它贯穿了 整个物流过程各项活动，在全过程中发挥作用，因而许多人已将其 看成是干线物流发展方向 因此，在自动化立体库里，确定货物单元显得尤为重要货物 单元是指进行出入库作业和储存的集装单元，由集装单元化器具和 货物二部分组成一般需要确定两个方面的内容：集装单元化器具 的类型：货物单元的外形尺寸和重量。它不仅影响到仓库的投资， 而且直接影响到整个仓储物流系统的配备、布局结构设施选型以及 利用效率等物流评价指标， 立体库常用的集装单元化器具有托盘和集装箱，且以托盘最为 常见。由于在货物单元中，集装单元化器具是货物的载体，因此集 装单元化器具的性能决定了它所承载货物单元的码放要求，同时， 决定了货物单元尺寸这一重要参数 货物单元尺寸的确定不是随意的，它与货架布局，货物的码放 方式，运输输送方式以及输送设备的选型等诸多因素有着密切的关 系，同时也影响着仓库容量，仓库的出入库能力以及仓库空间利用 率等参数 对于品种繁多、包装尺寸不一的货物，如何确定货位单元器具 的最优尺寸，从而确定仓储区布局，输送设备型号，使得仓库的空 间利用率最高，是自动化立体仓库设计过程中首先要考虑的经济性 原则。 山东大学硕士学位论文 1 3 本领域研究成果及理论 自动化立体仓库的规划设计是一项复杂的系统工程，目前国内 外普遍采用传统的设计方法，相关的研究成果比较少，常用的设计 流程与步骤如图l l 所示 搜集研究原始资料 j ， 巍定仓库结构类型和作业方式 上 仓库主要参数的确定 j ， 确定仓库的总体布置 j ， 选定控制方式 、l 提出土建，公用设施的要求 j ， 选择管理方式 j ， 提出土建。公用设施的要求 上 i 进度计划i l 确定货物单元的形式、尺寸和重量 上 i 确定堆垛机械和配套设备的主参数 上 确定仓库总体尺寸 圈卜l 自动化立体库规划设计流程 l 、搜集研究原始资料 确认建设立体库的必要性根据企业的生产经营方针，企业物 流系统的总体布置和流程，分析确定立体仓库在企业物流系统中的 位置、功能和作用 根据企业的生产规模和水平，以及立体库在整个物流系统中的 位置，分析企业物流和生产系统对立体库的要求，并考虑企业的经 营状况和经济实力，确定立体库的基本规模和自动化水平 调查拟存货物的品名、特征( 例如易碎、怕光、怕潮等) 、外 4 第l 章绪论 形及尺寸，单件重量、平均库存量，最大库容量、每日入出库数量、 入库和出库频率等，以便确定仓库的类型、库容量和出入库频率等 了解建库现场条件，包括气象、地形、地质条件、地面承载能 力、风及雪荷载、地震情况以及其它环境影响等 调查了解与仓库有关的其它方面的条件例如，入库货物的来 源及入库作业方式，进，出库门的数目，包装形式和搬运方法，出 库货物的去向和运输工具等 2 、确定仓库的结构类型和作业方式 立体仓库一股都是由建筑物、货架、理货区( 整理和倒货区域) 、 管理区、堆垛机械和配套机械几部分组成的。确定仓库的结构类型 就是确定各组成部分的结构组成，如： ( 1 ) 建筑物的特征：原有还是新建，高层还是低层等； ( 2 ) 货架的结构和特征：库架合一或库架分离式，横梁式或 牛腿式，焊接式或组合式等； ( 3 ) 理货区的面积和功能：和高架区的位置关系，所进行的 作业，配备的设施等； ( 4 ) 堆垛机械的类型：有轨巷道式堆垛机、无轨堆垛机、桥 式堆垛机和普通叉车等； ( 5 ) 配套设备的类型：配套设备主要指那些完成货架外的出 入库搬运作业、理货作业以及卡车的装卸作业等的机械和设备包 括叉车、托盘搬运车、辊子输送机、链条输送机、升降台、有轨小 车、无轨小车、转轨车以及称重和检测识别装置等，对于一些分拣 仓库，还配备有自动分拣和配货的装置应根据立体库的规模和工 艺流程的要求确定配套设备的类型。 ( 6 ) 最后，根据工艺要求，决定是否采用拣选作业如果以 整单元出库为主，则采用单元出库作业方式；若是以零星货物出库 为主，则可采用拣选作业方式；并根据具体情况，确定采用“人到 货前”拣选，还是“货到人处”拣选 3 、仓库主要参数的确定 ( 1 ) 确定货物单元的形式、尺寸和重量 山东大学硕士学位论文 货物单元是指进行出入库作业和储存的集装单元，由集装单元 化器具和货物二部分组成因为单元式立体仓库是以单元化搬运为 前提的，所以确定货物单元的形式、尺寸及重量显得尤为重要一 般需要确定两个方面的内容：集装单元化器具的类型；货物单元的 外形尺寸和重量 立体库常用的集装单元化器具有托盘和集装箱，且以托盘最为 常见托盘的类型又有许多种，如平托盘、箱式托盘，柱式托盘和 轮式托盘等，一般要根据所储存货物的特征来选择当采用堆垛机 作业时，不同结构的货架，对托盘的支腿有不同的要求，在设计时 尤其要注意 为了合理确定货物单元的尺寸和重量，需要对所有入库的货物 进行a b c 分析，以流通量大而种类较少的a 类货物为主要矛盾， 选择合适的货物单元的外形尺寸和重量对于少数形状和尺寸比较 特殊以及很重的货物，可以单独进行储存 立体仓库是以单元化搬运为前提的，所以确定货物单元的形 式、尺寸及重量是一个重要的问题它不仅影响仓库的投资，而且 对于整个物流和仓储系统的配备、设施以及有关因素都有极为重要 的影响。因此，为了合理确定货物单元的形式、尺寸和重量，需要 对所有入库的货物，抓住在流通中的关键环节，对货物单元的品种 进行a b c 分析，选择最为经济合理的方案对于少数形状和尺寸 比较特殊以及很重的货物，可以单独处理例如，汽车上的前桥、 后桥、车身等大件，形状不规则，尺寸又大，难以形成单元，就不 一定非要与其它零件同入一个立体仓库它们的储存问题可以用推 式悬挂输送机或者其它方式单独处理 ( 2 ) 确定堆垛机械和配套设备的主参数 立体库常用的堆垛机械为有轨巷道堆垛机、无轨堆垛机( 高架 叉车) 、桥式堆垛机和普通叉车等。在总体设计时，要根据仓库的 高度、自动化程度和货物的特征等合理选择其规格结构，并确定其 主要性能参数( 包括外形尺寸、工作速度、起重量及工作级别等) 。 立体库配套设备的配备应根据系统的流程和工艺统筹考虑，并 6 第1 章绪论 根据立体库的出入库频率、货物单元的尺寸和重量等确定各配套机 械及设备的性能参数如对于输送机，则根据货物单元尺寸确定输 送机的宽度，根据立体库的频率要求确定输送机的速度 总体设计时，要根据仓库的规模、货物的品种、出入库频率等 选择最合适的机械设备，并确定其主要参数；根据出入库频率确定 各个机构的工作速度；根据货物单元的重量选定起重、装卸和堆垛 设备的起重量；对于输送机，则根据货物单元尺寸确定输送机的宽 度，并确定使整个系统协调工作的输送机的速度。 ( 3 ) 确定仓库总体尺寸 确定仓库的总体尺寸，关键是确定货架的长宽高总体尺寸立 体仓库的设计规模主要取决于其库容量，即同一时间内储存在仓库 内的货物单元数如果已经给出库容量，就可以直接应用这个参数； 如果没有给出，就要根据拟存入库内的货物数量，出入库的规律等， 通过预测技术来确定库容量根据库容量、货物单元尺寸和所采用 的作业设备的性能参数以及其它空间限制条件，即可确定仓库的总 体尺寸。 一一 4 、确定仓库的总体布置 确定了立体仓库的总体尺寸的后，便可进一步根据仓库作业的 要求进行总体布置主要包括立体仓库的物流模式、高架区的布局 方式和入出库输送系统的方式 5 、选定控制方式 立体仓库的控制方式，一般可分为手动控制和自动控制二种 手动控制方式设备简单，投资小，对土建和货架的要求也较低 主要适用于规模较小，出入库频率较低的仓库，尤其适用于拣选式 仓库 自动控制是立体库的主要控制方式立体库的自动控制系统根 据其控制层次和结构不同，可分为三级控制系统和二级控制系统， 一般由管理级、监控级和直接控制级组成( 二级控制系统由管理级、 控制级组成) ，可完成立体库的自动认址和自动程序作业适用于 出入库频率较高、规模较大的立体仓库，特别是一些暗库、冷库或 山东大学硕士学位论文 生产线中的立体仓库，可以减轻工人的劳动强度，提高系统的生产 率 6 ，选择管理方式 立体仓库的管理方式一般可分为人工台帐管理和计算机管理 二种方式台帐管理方式仅适用于库存量较小，品种不多，出入库 频率不高的仓库在自动化立体仓库中，一般都采用计算机管理， 与自动控制系统结合，实现立体库的自动管理和控制，是立体仓库 管理的主要方式在总体设计阶段，要根据仓库的规模、出入库频 率、生产管理的要求、仓库自动化水平等方面的因素综合考虑选定 一种管理方式 7 、提出土建、公用设施的要求 在总体设计时，还要提出对仓库的土建和其它公用设施的要 求： 根据货架的工艺载荷，提出对货架的精度要求 提出地面需要承受的载荷以及对基础均匀沉降的要求 确定对采暖、采光、通风、给排水、电力、照明、防火，防污 染等方面的要求 8 、投资概算 分别计算立体库各组成部分的设备费用、制造费用、设计及软 件费用、运输费用、安装及调试费用等，综合得到立体仓库的总投 资费用 9 ，进度计划 提出立体仓库设计、制造、安装，调试以及试运营的进度计划， 监督和检验措施 1 4 课题的主要工作 货物单元尺寸的确定作为自动化立体库设计过程中的重要一 环，目前国内外的相关设计资料多没有介绍具体的方法，仅是抓住 在流通中的关键环节，对所有入库的货物单元的品种进行a b c 分 第1 章绪论 析，凭照经验估计货物单元的尺寸，并根据出入库能力确定巷道堆 垛机的性能参数这样的设计结果通常会满足设计要求，但是却常 常不能将仓储空间的储存潜力充分挖掘出来，仓储空间的利用率得 不到充分的提高。当存储货物不止一种时，每种货物单元尺寸是不 同的，所以，对应于每种货物的货物单元尺寸可能也是不同的，本 文所指的货物单元尺寸是一个货物单元可利用的最大的三维尺寸 本课题的工作就是总结分析了目前自动化仓库系统设计方法 与流程，对仓库总体设计中的仓库主要参数的确定方法进行了详细 说明后，提出在预估货物单元尺寸之前增加一个优化设计环节，以 提高仓储空间利用率作为优化设计的目标，这样确定下来的货格尺 寸具有更高的应用价值，就使得自动化立体仓库的设计方案满足在 一定的仓储空间条件，可以提供最大的库容量，进一步完善了自动 化立体仓库的设计流程与方法 同时，将货物单元优化设计的思想用软件的形式加以实现，分 析货物单元尺寸对仓储区设计的影响，为设计人员确定货物单元尺 寸提供可以参考的依据，从而提高规划设计质量软件辅助设计省 去设计人员繁琐的计算过程，缩短了设计时间，降低了设计成本 1 5 论文的章节安排 本文共分五章研究内容分别为：第1 章绪论，介绍课题背景 与意义以及课题的内容第2 章a s k s 仓库主要参数的确定，介绍 了横梁式单货位货架、横梁式双货位货架、牛腿式货架的主要参数， 堆垛机平均作业循环时间，立体库出入库能力的确定方法第3 章 a s r s 货物单元优化设计方法，介绍了优化设计的主要思路与方 法第4 章s k u a s r s 货物单元优化设计系统，以软件的形式实 现优化设计思想，介绍了s k u 系统的总体框架、功能结构、功能 模块的实现以及系统的开发工具。第5 章s k u 系统在某军区a s k s 规划设计中的应用，通过将s k u 系统应用于一个实际案例，来说 明货物单元优化在规划设计过程中的实现方法与实现过程。 山东大学硕士学位论文 第2 章a s r s 仓库主要参数确定 2 1 单元货格尺寸的确定 货格是货架内存储货物的单位空间，货位是货格内存放一个单 元货物的位置。每个货格内可有一个货位或多个货位 货物单元尺寸确定好以后，就可确定货格尺寸在立库设计中， 货格尺寸是一项极其重要的内容，因为它直接关系到仓库面积和空 间利用率，也关系到仓库能否顺利地存取货物对于给定尺寸的货 物单元，货格尺寸主要取决于货物单元四周需留的间隙的大小和货 架构件的有关尺寸四周间隙留得太大或太小，都不合理若间隙 太大的话，会造成空间浪费，使得空间利用率下降，进而影响仓库 的库容量。若间隙太小的话，未留出足够的空隙容纳由于货架的制 造安装误差、堆垛机运行轨道误差、堆垛机的制造误差及重复定位 误差、货箱在巷道口的位置误差、认址片的误差等等所引起的尺寸 偏移，而影响堆垛机的存取作业的顺利完成 在立体仓库设计中，恰当地确定货格尺寸是一项很重要的设计 内容，它直接关系到仓库面积和空间的利用率，也关系到作业设各 能否顺利完成存取作业下面就横梁式货架与牛腿式货架为例介绍 单元货格尺寸的确定。 横梁式货架的每个货格一般可存放一个或二个货物。其货格载 货示意图见图2 1 所示对于牛腿式货架，每个货格只能放一个单 元货物，其货格载货示意图见图2 - 2 所示各间隙的名称和符号见 表2 1 所示 1 0 第2 章a s r s 仓库主要参数确定 u i h 2 x l h ： h 1 l - 11 一 a 1 1 一 二l 1 a 2 一人 a 3 一一 a o a ) 横梁式单货位货架载货示意图 。 夕 f 1 j 比 xx i h ： h 1 一。a l 粕a 。1 毛 f ， l 二i a 2 a 3 l a 0 7 一i b ) 横粱式双货位货架载货示意图 图2 1 横粱式货架载货示意图 山东大学硕士学位论文 j i i 量舅鲁| 皇舅曼曼皇量曼曼暑曼g 暑曼皇曼置量皇皇量詈曼曼置皇量鼍皇舅葛詈皇詈詈皇曼暑皇曼皇詈曼鼻詈詈| 目鼍量皇曼日 图2 2 牛腿式货架载货示意图 表2 1 货格与货位间的尺寸代号及名称 代号名称代号名称 8 0货格长度b 2货格有效宽度 a l货物长度b 3前面间隙 a 2货格有效长度b 4后面间隙 a 3侧向问隙 h l货物高度 a 4支承货物的宽度h 2单元货物上部垂直间隙 a 5货物的间水平间隙h 3层高 b o货格宽度 h 4单元货物下部垂直间隙 b i货物宽度 当单元货物的尺寸确定后，货格尺寸的大小主要取决于各个间 隙尺寸的大小下面介绍各间隙尺寸的选取原则【2 1 1 、侧面间隙 侧向间隙a 3 与a 5 的确定，主要应该考虑以下各项误差： ( 1 ) 来自堆垛机的误差有f 堆垛机的停车误差和重复定位误差、 堆垛机立柱的垂直度误差、堆垛机运行地轨的不平度误差( 这两项 误差均造成堆垛机立柱项部产生横向偏移，位于货架顶层的货物相 对于底层的货物，其横向偏移量最大) ( 2 ) 来自货架的误差有：货架立柱的垂直度误差( 使柱顶产生横 第2 章a s p , s 仓库主要参数确定 向偏移) 、货架在偏载作用下的变形误差 ( 3 ) 来自货箱的误差有：货箱的尺寸误差( 按规定，货物单元的 外形尺寸偏差不得大于5 m m ) 、货箱最初停在巷道口时的位置偏差 除以上各项误差外，还要留一定的安全裕度 侧向间隙a 3 的取值一般在5 0 1 0 0 m m 范围内选用对于高度在 5 m 以下的低层货架、低速堆垛机的仓库，a 3 不大于5 0 r a m ；对于高 度在5 一1 2 m 之间的中高层货架、中高速型的堆垛机的仓库，a 3 不大 于7 5 r a m ；对于高度在1 2 m 以上的高层货架、高速型的堆垛机的仓库， a 3 不大于1 0 0 r a m 对于横梁式货架，一般a 5 a 3 ；对牛腿式货架，要 求a 4 a 3 2 、垂直间隙( h 2 、h 4 ) 影响h 2 和h 4 大小的各种误差包括： 堆垛机起升机构的停准误差；在确定h 2 时，首先，要考虑货叉 的微升降行程，第二，要考虑以下几项误差累积：货叉升降时的定 位误差、货物高度误差、认址误差、货架托梁( 或横梁) 的高度误 差等第三，要考虑货叉在伸出以后的下垂量，该值由货叉各节之 间的间隙和货台的倾斜量组成，还要考虑在货箱压力作用下，货叉 的弹性下挠最后，要加上一个安全裕度 货格高度的确定，主要取决于单元货物上部垂直间隙场和下部 垂直间隙场的尺寸在确定垂直问隙时，上部垂直间隙h 2 应保证货 叉叉取货物过程中微起升时不与上部构件发生干涉。一般h 2 ( 货 叉上浮动行程+ 各种误差) 。下部垂直间隙h 4 应保证堆垛机货叉自 由进出货架货位存取货物，一般h 4 ( 货叉厚度+ 货叉下浮动行程 + 各种误差) 。 3 、宽度方向间隙( b 3 、b 4 ) 前面间隙b 3 的选择应根据实际情况确定，对牛腿式货架，应 使其尽量小；对横梁式货架，则应使货物不致因各种误差而掉下横 梁后面间隙b 4 的大小应以货叉作业时不与后面拉杆发生干涉为 前提 根据图2 1 和图2 2 所示，单元货格尺寸长度、宽度与高度分别 山东大学硕士学位论文 由a o ，b o ，h 3 表示 2 2 货架总体尺寸的确定 货架的总体尺寸也就是货架的长、宽、高等尺寸，下面介绍二 种确定货架尺寸的基本方法 2 2 1 静态法确定货架尺寸 所谓静态法就是根据仓库最大规划量确定货架的尺寸即由以 下4 个参数中的3 个来确定货架尺寸 1 、货架列数 2 、巷道数( 或货架排数) 3 、货架层数 4 、总货位数 当单元货格尺寸确定后，如果知道货架的排数、列数、层数和 巷道宽度，即可按下面的公式( 2 1 ) ，( 2 - 2 ) ，( 2 - 3 ) 计算出其总体 尺寸 长度l = 货格长度x 列数+ 立柱片宽度 ( 2 - 1 ) 宽度b = ( 货格宽度x 2 + 巷道宽度+ 相邻两排货架间距) 排数，2 ( 2 2 ) 高度h = h 。+ 商 ( 2 - 3 ) i - i 其中h o 为货架第一层距离地面的高度，由堆垛机的高度决定， 一般为0 5 米h i ( 净1 ，2 ，n 1 ) 为各层高度，共n 层，h 。 为第n 层( 货架顶层) 高度，取决于堆垛机是否为载人搭乘型非 搭乘型的为1 2 米，搭乘型的为2 2 米。 巷道宽度= 堆垛机最大外形宽度+ ( 15 0 2 0 0 ) m m ( 2 - 4 ) 1 4 第2 章a s f r s 仓库主要参数确定 2 2 2 动态法确定货架尺寸 动态法确定货架尺寸，就是根据所要求的出入库频率和所选堆 垛机的速度参数来确定货架的总体尺寸 以每个巷道配备一台堆垛机为例，说明用动态法确定货架尺寸 的方法。 描述为：已知总货位数q ，出入库频率p o ，货架最大高度h ( 或 层数n h ) ，货格尺寸和堆垛机速度参数试确定货架的最佳布置和 尺寸 由于总货位数和货架高度h ( 或层的n h ) 已定，故最佳布置就 是能满足出入库频率要求的最少的巷道数。此时配备的堆垛机数最 少，相应投资也就最小由于解析法比较繁琐，这里介绍一种试算 法具体步骤为： l 、假定巷道数n b = i ，则货架列数n l - - - q ( 2n bn h ) 2 、根据层数n h 和列数n l 以及堆垛机的速度参数，计算每台堆 垛机的平均作业周期t s 。 3 、计算整个仓库的出入库能力，p = n b x3 6 0 0 t s 4 、比较p 和p o 若p 中定义当量 直径( e q u i v a l e n td i a m e t e r ) 为。t h ed i a m e t e ro fas p h e r i c a l p a r t ic l ew h i c hg i v ei d e n t i c a lg e o m e t r i c 、o p t ic a l 、e l e c t r i c a l 第3 章a s r s 货物单元优化设计方法 o ra e r o d y n a m i cb e h a y i o u rt 0t h a to fp a r t i c l e ( n o n s p h e r i c a l ) b e in ge x a m i n e d ：s o m e t i m e sr e f e r r e dt o8 st h es t o k e sd i a m e t e r f o rp a r t i c l e si nn o n - t u r b u l e n tf l o w s ”译为“在几何学、光 学、电学或空气动力学等的性能上与被研究的颗粒相当的球形颗粒 直径” 从上述当量直径的定义，可以看出当人们分析一个对象时，按 照常理无法找到一个可以明确表达某一层面属性的程度时，就会寻 找在这一层面上达到与之相当程度的变量，这样当量的概念就会自 然而然地引入 将当量的概念引入，货架在容量这个层面上所能达到的程度需 要找到一个可以和他达到相当程度的变量来描述，定义库存当量 ( s t o c ke q u i v a l e n t ) 为。与仓库可以存储的货物量相当的库存数 目” 若现有库存数为q ，设计方案可以提供的库容量在上述两个假 设条件下计算，如果将现有的库存量q 作为一个标准，库存当量用 s e q 表示，那么可以认为库容量与s e q 倍的库存量q 相当所以，库 存当量越大，说明设计方案中仓储区具有更大的库容量扩充性，能 更大程度地满足货物存储在量上的需求 那么库存当量如何计算呢? 可以粗略地认为库存当量= 库容量 库存量= 提供的货位数需要的货位数。提供的货位数( n u m b e ro f s k uo f f e r e d ) 是指设计的货架方案总的货位数，需要的货位数 ( n u m b e ro fs k un e e d e d ) 是指存放目前库存的货物需要占用的货位 数可以理解为，如果按照目前的库存货物组成比例存放货物的话， 使货位的使用率达到1 0 0 ，就是将全部货位都利用上，可以存储 的货物数是目前库存量的多少倍 3 6 优化设计总体思路 货物单元尺寸的确定需要综合考虑货物的堆码方式和托盘的 承载能力在托盘面积范围内，力求最大程度地提高面积利用率， 山东大学硕士学位论文 在托盘承载能力和货格高度的双重限制条件下，确定货物码放的层 数，力求最大程度的利用货位的高度空间这样，通过确定托盘的 性能参数( 长度、宽度、高度、承载) 与货格高度，就将货物单元 的尺寸确定下来 首先将货位单元这样一个空间三维的问题降低到平面二维的 问题考虑由于货物与托盘组成一个集装单元，所以二维平面尺寸 的确定就可以认为是托盘尺寸的确定，即在一个托盘平面内，货物 选择最佳堆码方案，既要满足每层码放数最多，又要保证堆码的稳 定性对于库存中不同种的货物，最佳的堆码的方案可能是不同的 这就涉及到货物单元平面面积平均利用率的指标 接下来，在确定的平面尺寸上，需要确定货物单元的高度问题 由于在一定的货格高度下，不同种的货物高度实际利用率是不同 的这涉及到货物单元高度平均利用率的指标取库存货物高度最 大值作为货物单元高度的最小值，参照经验值取2 0 0 0 m m 作为货物 单元高度的最大值，以一定的尺寸( 如5 0 m m ) 作为循环的步长，结 合托盘尺寸形成一个货物单元尺寸 用得到的这个货物单元尺寸按照一定的货架布局形式和货位 布局形式布局，计算货架设计方案可以提供的货位数( n u m b e ro f s k uo f f e r e d ) 同时，按照这样货物单元尺寸以及托盘承载条件下， 计算将库存全部货物堆码存储，需要的货位数( n u m b e ro fs k u n e e d e d ) ，计算库存当量指标并进行存储 将货物单元高度增加5 0 m m ，重复上述计算过程，得到新方案 的库存当量值，与上次的结果对比，存储库存当量值最大的方案 依此类推，最后得到是，使用这个性能参数的托盘时，库容量最大 的优化货物单元三维尺寸 同理，用户可以修改托盘的性能参数，得到相应的货物单元三 维尺寸以及货架的布局方案 第3 章a s r s 货物单元优化设计方法 3 7 本章小结 本章主要介绍了自动化立体库中货物单元优化设计的思路与 方法。 介绍货架布局、货位布局的几种方式，并分析了每种方式的特 点，包括优缺点以及适宜使用的仓储环境 同时，介绍了托盘标准化建设是物流标准化的基础，是物流系 统协调化的关键，托盘共用系统的建立是提高物流作业效率的基 点，是未来物流作业发展的大势所趋分析了欧美亚洲等国托盘标 准尺寸发展现状，说明了我国托盘标准化发展起步较晚，托盘规格 目前比较混乱，通过引入托盘标准化的部分相关国家标准，介绍了 我国托盘行业标准化的现状 扼要地说明了常见的4 种码放方式：重叠式，纵横交错式、正 反交错、旋转交错式并介绍了各自的堆码方法与优点缺点，对可 能出现的问题提供了相应的解决方案 讨论优化评价指标，通过分析货格空间利用率和仓储区空间利 用率两个指标的特点，指出他们作为优化评价指标的不妥之处，最 后创薪性地提出了库存当量这个概念作为货物单元优化评价指标。 同时，对库存当量概念的合理性提出进行了理论论证，阐释了库存 当量概念的深刻含义，并说明了库存当量的计算方法 山东大学硕士学位论文 第4 章s k u - a s r s 货物单元优化设计系统 4 1s k u 系统总体框架 s k u ( s t a n d a r dk i tu n i t ) 系统作为a s r s 货物单元优化设计 系统，用于辅助自动化立体库规划设计人员确定最优的货物单元尺 寸，使得仓储区具有更大的库容扩充性，进而完成仓库的整体设计 s k u 系统主要分为货物单元优化，数据分析、数据管理三部分 可以完成货物单元的优化设计，根据货架布局计算出货架的总体尺 寸，同时从平面和高度两个侧面对优化后的货格尺寸进