基于叉車動線的成品卷煙平庫垛位布局設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

楊強(qiáng) 李菁 陳曉偉

摘 要：在煙草企業(yè)當(dāng)前儲位布局存在自動化立體庫、高架庫與堆垛三種庫內(nèi)布局，相應(yīng)的分揀及出入庫設(shè)備科分為智能分揀（包含機(jī)器人分揀）、“叉車+人工”分揀兩種模式。文章以叉車分揀的運(yùn)行路線為基礎(chǔ)，針對堆垛模式進(jìn)行垛位布局設(shè)計(jì)優(yōu)化，以更符合叉車在插取托盤的運(yùn)行軌跡的菱形儲位代替?zhèn)鹘y(tǒng)垛位布局設(shè)計(jì)，在借鑒國外倉庫庫位設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，提出基于叉車作業(yè)動線的魚骨型垛位設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，以滿足日益增長的庫房周轉(zhuǎn)率要求，為煙草工業(yè)企業(yè)成品煙庫內(nèi)布局提供新的規(guī)劃參考。

關(guān)鍵詞：庫內(nèi)布局設(shè)計(jì)；叉車動線；垛位優(yōu)化

中圖分類號：TU201 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）20-0018-03

1 傳統(tǒng)平庫垛位布局設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)平庫堆垛模式下，成品卷煙的儲位布局以品規(guī)為基礎(chǔ)，分為橫式和縱室兩種設(shè)計(jì)方案。劃分基準(zhǔn)是以標(biāo)準(zhǔn)托盤長邊垂直于倉庫出入口或平行于出入口為基礎(chǔ)，再以叉車動線通道作為庫內(nèi)各區(qū)域的分割交通線，如采用堆垛存放，庫位也可稱為垛位，如圖1所示。

按照叉車插取托盤的自身參數(shù)結(jié)合庫房實(shí)際使用情況，傳統(tǒng)平庫垛位布局的倉庫內(nèi)，叉車動線條件。

從圖1可以看出，無論橫式還是縱式成品卷煙平庫垛位布局，堆垛長度方向均是垂直于主干道方向的。我們所常見的倉庫布局大致都是這樣。在這種倉庫的儲位布局下，叉車在分揀搬運(yùn)動線空間，所需要的空間為轉(zhuǎn)彎半徑+車身，一般來說，需要占用3～5 m左右的通道寬幅，同時(shí)要覆蓋垛位最長端。

之所以會產(chǎn)生這種原因，是因?yàn)楫?dāng)前垛位設(shè)計(jì)的思路來源于傳統(tǒng)平庫的設(shè)計(jì)方案。對于傳統(tǒng)平庫來說，只要你倉庫不是圓的，那么貨架或垛位垂直或平行于墻壁方向是最能充分利用空間的。而當(dāng)你的貨架或垛位和墻壁之間有夾角時(shí)，勢必會造成平面空間的浪費(fèi)，如圖2所示。

于是在傳統(tǒng)平庫布局中，為了最大可能地利用倉庫空間，貨架或垛位的邊緣是垂直或平行于墻面方向。這種堆垛方式雖然能最大限度利用存儲空間，但卻是以犧牲搬運(yùn)作業(yè)能力為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的。

但此類設(shè)計(jì)方案應(yīng)用在成品卷煙的布局中是否就絕對正確，或者說是最優(yōu)選擇？根據(jù)成品卷煙物流原則和現(xiàn)代物流的思想，當(dāng)前倉庫作業(yè)以及時(shí)響應(yīng)客戶需求為第一要素。基于這一思想，成品煙倉庫能夠通過倉儲作業(yè)協(xié)調(diào)多客戶多品規(guī)卷煙需求和卷煙生產(chǎn)之間的平衡，庫內(nèi)的搬運(yùn)作業(yè)要優(yōu)先于存儲作業(yè)，對分揀搬運(yùn)效率的考慮現(xiàn)在是首要因素。

根據(jù)成品煙的訂單處理特點(diǎn)，決定了其對分揀搬運(yùn)效率提升的高要求，在倉庫面積利用損失不大的情況下，調(diào)整倉庫垛位布局以提高分揀搬運(yùn)效率將作為成品煙倉儲管理中優(yōu)化重點(diǎn)。

以云南中煙物流管控平臺為例，云南中煙物流管控平臺內(nèi)嵌訂單管理系統(tǒng)充分滿足云南中煙在煙草銷售體系中訂單處理需求，同時(shí)云南中煙所屬現(xiàn)有倉庫根據(jù)訂單系統(tǒng)逐步調(diào)整內(nèi)置設(shè)備、人員管理、工作流程及倉庫布局，在以物流信息化建設(shè)為核心建立成品卷煙物流現(xiàn)代化體系，相應(yīng)的完成現(xiàn)代物流以高頻周轉(zhuǎn)為核心的平庫垛位布局。

基于上述思想，本文在云南中煙物流管控平臺的訂單系統(tǒng)對庫房布局的需求下，以倉庫搬運(yùn)作業(yè)的設(shè)備（叉車）作業(yè)流程為基準(zhǔn)出發(fā)點(diǎn)，在以叉車動線特征和制約條件為基礎(chǔ)，提供新型垛位布局設(shè)計(jì)，滿足云南中煙成品卷煙物流管控平臺現(xiàn)代化物流倉庫布局需求。

2 叉車動線特征

叉車動線特征通過叉車分揀搬運(yùn)作業(yè)流程中的動作分析結(jié)合傳統(tǒng)平庫通道設(shè)計(jì)制約條件，分析分揀搬運(yùn)作業(yè)與垛位設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)，提供優(yōu)化方向。

2.1 叉車分揀搬運(yùn)作業(yè)流程

由圖1和表1可以看出叉車在插取儲位托盤時(shí)，需要反復(fù)占用兩到三個車身的通道寬度。將叉車作業(yè)動作進(jìn)行分解，如圖3所示。

在傳統(tǒng)垛位設(shè)計(jì)中，除面向倉庫出入口外的垛位，叉車在插取其他垛位的托盤時(shí)，需沿通道行駛（動作A），到達(dá)指定托盤后，叉車直角轉(zhuǎn)向（動作B）插取托盤，完成插取動作后，為確保能夠完成轉(zhuǎn)向動作，叉車需向后行進(jìn)至少一個車位（動作C），在有足夠的轉(zhuǎn)向角度后，完成轉(zhuǎn)向動作（動作D），最后沿通道按原路返回或進(jìn)入其他通道，駛出倉庫（動作E）完成一次分揀搬運(yùn)作業(yè)。

2.2 庫內(nèi)通道設(shè)計(jì)制約條件

倉庫內(nèi)通道的制約條件一般要考慮庫房面積，托盤尺寸，庫房出入口位置及橫斷面寬度，搬運(yùn)車輛型號及其轉(zhuǎn)彎半徑的大小等參數(shù)，成品卷煙品規(guī)位置；庫內(nèi)其他設(shè)施（例如地埋式RFID讀取器）等。同時(shí)，還要考慮貨物堆存方式、車輛通行方式等因素。尤其是車輛通行方式，在一般的倉庫內(nèi)部，對于出庫口位置的通道為主干道，保持雙向車輛通行，單行通道為各垛位到達(dá)主干道通道，安全間隙一般為人行通道。

倉庫通道寬度可以從以下兩個方面確定：

①根據(jù)物料的周轉(zhuǎn)量、物料的外形尺寸和庫內(nèi)通行的運(yùn)輸設(shè)備來確定。

周轉(zhuǎn)量大，收發(fā)較頻繁的倉庫，其通道應(yīng)按雙向運(yùn)行的原則來確定，其最小寬度可按下式計(jì)算：

B=2b+C

式中：

B為最小通道寬度，m；

C為安全間隙，一般采用0.9 m；

b為運(yùn)輸設(shè)備寬度（含搬運(yùn)物料寬度，m）。

根據(jù)上述公式，在成品煙實(shí)地調(diào)研后可得出下述結(jié)論：

用手推車/手動液壓叉車搬運(yùn)托盤時(shí)，通道的寬度一般為2～2.5 m；用小型叉車搬運(yùn)時(shí)，一般為2.4～3.0 m；進(jìn)入叉車的單行通道一般為3.6～4.2 m。

②根據(jù)物料尺寸和放進(jìn)取出操作方便等來確定。

采用人工存取的貨架之間的過道寬度，一般為0.9～1.0 m；貨堆之間的過道寬度，一般為1 m左右。

2.3 特征關(guān)聯(lián)

通過2.1的動線流程分析，在2.2的研究基礎(chǔ)上可以看出，叉車作業(yè)動作及產(chǎn)生的相應(yīng)動線取決于垛位布局方式，叉車的動線進(jìn)而影響通道的設(shè)計(jì)方式。在傳統(tǒng)垛位布局設(shè)計(jì)中，往往是在垛位設(shè)計(jì)的同時(shí)完成通道設(shè)計(jì)，將通道設(shè)計(jì)當(dāng)成定量，不會考慮布局的不同帶來通道占據(jù)空間的影響。

為此，在以提供庫內(nèi)分揀搬運(yùn)作業(yè)為第一要素的庫房內(nèi)，通過降低叉車作業(yè)動作來影響通道設(shè)計(jì)從而優(yōu)化垛位設(shè)計(jì)，提供庫存周轉(zhuǎn)率是一條可行的優(yōu)化路線。

3 新型垛位布局設(shè)計(jì)

隨著倉庫類型的增多，傳統(tǒng)橫式縱式垛位布局已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前庫房對于高速周轉(zhuǎn)率的要求，幾種新型垛位布局的出現(xiàn)，相對于傳統(tǒng)垛位布局，更為適應(yīng)當(dāng)前庫房對于分揀搬運(yùn)作業(yè)的要求，能夠從倉儲布局領(lǐng)域提高倉儲周轉(zhuǎn)率。

3.1 魚骨型庫位設(shè)計(jì)

Russell Meller與Kevin Gue在傳統(tǒng)橫式、縱式庫位設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出以主通道為基礎(chǔ)的V型庫位布局設(shè)計(jì)方案。在充分考慮叉車分揀作業(yè)流程，利用叉車在交叉通道實(shí)現(xiàn)快速到達(dá)倉庫頂端或低端，比傳統(tǒng)分揀通道降低作業(yè)動作，從而提高分揀作業(yè)效率。

Russell Meller與Kevin Gue在改進(jìn)V型垛位布局的通道設(shè)計(jì)，變更主干道方向，保持平行庫位通道，提出魚骨型庫位布局設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

魚骨型庫位布局，要在靠近出口位置設(shè)計(jì)更多空間，也就是最好的庫內(nèi)位置被閑置，同時(shí)沒有考慮改變單體垛位的順序。

3.2 魚骨型垛位設(shè)計(jì)優(yōu)化

在傳統(tǒng)叉車搬運(yùn)托盤作業(yè)中，叉車需要完成5個動作，其中完成90 ？觷轉(zhuǎn)角要同時(shí)占用雙向車道，同時(shí)，為了保證轉(zhuǎn)角成功，需提前完成叉車減速動作，以防止叉車交叉作業(yè)或碰撞。

在魚骨圖垛位設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，在庫內(nèi)叉車較多，搬運(yùn)作業(yè)頻繁的條件下，叉車作業(yè)的效率降低7%。通過研究車輛轉(zhuǎn)向路線可以發(fā)現(xiàn)，在統(tǒng)一車道車輛可以完成45 ？觷轉(zhuǎn)向動作完成插取，再以135 ？觷轉(zhuǎn)向動作，完成返回原通道，降低分揀作業(yè)占據(jù)通道過大的瓶頸，完成貨物的選取作業(yè)。

基于上述研究，將現(xiàn)有長邊垂直通道的垛位變?yōu)橹苯谴怪蓖ǖ溃怪背鋈肟诩窗凑?5 ？觷與135 ？觷的車輛單車道轉(zhuǎn)向范圍擺放托盤，改進(jìn)魚骨垛位布局方式的雙主通道將有利于降低交叉風(fēng)險(xiǎn)，有效提高叉車搬運(yùn)作業(yè)，布局圖如圖5所示。

在圖5中，縱向（面向出入庫口）主通道為雙向通道，同時(shí)保留縱式布局的縱向單向通道，安全通道由魚骨的“V”型通道承擔(dān)，V型通道與縱向通道均為單向通道，僅主出入口保留雙向通道，確保分揀高峰波次的順暢。

在魚骨型垛位布局設(shè)計(jì)方案中，參考蝶形垛位擺放方式，在叉車G搬運(yùn)托盤，由通道進(jìn)入庫房（動作A），轉(zhuǎn)向45 ？觷完成貨物提取（動作B+C），通過單向通道（動作D）返回通道，完成一次搬運(yùn)作業(yè)。流通方向?yàn)閱蜗蜷]合回路，符合車輛行駛及駕駛習(xí)慣，如圖6所示。

通過對比圖3與圖6可以發(fā)現(xiàn)，分揀搬運(yùn)作業(yè)中，叉車動作減少一個，不再占用雙向通道，可由前行單向車道，途徑其他通道返回出庫口，由于各叉車始終保持同方向形式，且在小庫區(qū)內(nèi)即可調(diào)頭。因此，能夠降低交叉風(fēng)險(xiǎn)，有效提高通道效率。

4 優(yōu)化垛位算例

以云南中煙昆明平庫為例計(jì)算在2014年間平庫內(nèi)叉車分揀時(shí)間，通過算例對比三種設(shè)計(jì)方案在同等條件下分揀搬運(yùn)效率。

4.1 制約參數(shù)

云南中煙昆明平庫的庫房條件為32 m（深度）×36 m（寬度），采用橫向堆垛，分為六個庫區(qū)：8 m×9 m，每個庫區(qū)包含同樣數(shù)量及模式的儲位100個，叉車行駛速度為3.5 s/m，搬運(yùn)托盤所在垛位相同，分為縱向垛位設(shè)計(jì)、魚骨垛位設(shè)計(jì)、魚骨優(yōu)化垛位設(shè)計(jì)三種方案，計(jì)算單一叉車20 min內(nèi)不同動線的搬運(yùn)效率情況。

4.2 算例結(jié)果

根據(jù)2.2的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間得到縱向垛位設(shè)計(jì)、魚骨垛位設(shè)計(jì)、魚骨優(yōu)化垛位設(shè)計(jì)三個不同方式在搬運(yùn)效率上的曲線數(shù)據(jù)，如圖7所示。

啟動時(shí)間優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案可在14 min內(nèi)完成20托的搬運(yùn)，在隨后時(shí)間，根據(jù)位置的不同逐步呈現(xiàn)與改進(jìn)前相同勢態(tài)，縱向設(shè)計(jì)在16 min內(nèi)要高于魚骨設(shè)計(jì)方案，在達(dá)到20 min后，優(yōu)化方案均要高于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案達(dá)到10%左右，說明設(shè)計(jì)方案可行。

4.3 垛位優(yōu)化對出庫作業(yè)效率影響分析

將垛位全部出庫所需要的理想時(shí)間的對比來說明垛位優(yōu)化前后的出去效率對比情況，垛位優(yōu)化前叉車在整個一號庫區(qū)的以自由的狀態(tài)進(jìn)行工作，也就是所有叉車可從任意垛位取貨運(yùn)到月臺，出貨區(qū)位置可能不在出貨月臺附近的情況，將16 000個垛位全部出庫需要337 min。

進(jìn)行垛位優(yōu)化后，所有出庫垛位均在對應(yīng)出庫月臺的附近，所有叉車根據(jù)1號庫的三個區(qū)域分為三組，每組叉車只負(fù)責(zé)自己區(qū)域內(nèi)的出庫作業(yè)，以此作業(yè)形式將庫區(qū)全部出庫需要280 min，對垛位優(yōu)化前后出庫時(shí)間進(jìn)行了對比，如圖8所示，可以很直觀的看出其差別，出庫效率提高17%。

5 結(jié) 語

根據(jù)叉車庫內(nèi)分揀搬運(yùn)動線，在庫內(nèi)通道設(shè)計(jì)制約條件下，通過改進(jìn)魚骨垛位設(shè)計(jì)方案，將原有儲位長邊垂直出庫口優(yōu)化為直角垂直出庫口的設(shè)計(jì)方案，更為符合以分揀搬運(yùn)效率優(yōu)先的成品煙周轉(zhuǎn)庫。

在云南中煙物流綜合管控平臺的統(tǒng)一指揮下，通過平庫的垛位調(diào)整，在現(xiàn)有平庫條件下最大限度改進(jìn)不能適應(yīng)當(dāng)前信息化需求的平庫垛位布局設(shè)計(jì)，形成圍繞訂單處理為核心現(xiàn)代倉儲設(shè)計(jì)，支撐成品卷煙物流綜合管控平臺的有效實(shí)施，提高成品卷煙出入庫周轉(zhuǎn)效率，滿足卷煙現(xiàn)代物流預(yù)設(shè)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李明琨，張楊平.基于COI與作業(yè)負(fù)荷平衡的多巷道倉庫儲位分配策略[J].工業(yè)工程，2015，（1）.