基于傳送帶式柔性貨架的倉儲緊致化新方案

張文濤 吳海輝 劉蘭鳳 潘蕊 辛文

摘要：現代物流技術與裝備主要發展方向之一是緊致化。為了實現存儲空間緊致化，解決巷道占用大量空間，貨架空間無法充分利用的問題，本文以電器制造企業成品倉庫為研究對象，設計了新型傳送帶式柔性貨架，由傳送帶式貨架載物板、層高調節裝置兩大核心部件組成，主要創新點為超深貨位大幅增容，貨架空間垂直維度動態調整與一體化貨架緊湊布局，具體機制為：①通過將貨架的載物板改為傳送帶，大幅加深貨位深度，提高貨位容量；②通過加裝層高調節裝置，在貨架總高度不變的情況下，根據電器類貨物高度靈活調整貨架各層高空間，提高貨架存儲空間利用率；③通過將多個貨架橫向緊湊放置，僅在兩端安裝巷道式堆垛起重機，降低貨架間通道占用率。以上三種方案提高了貨架的緊致度和容積率。

Abstract： One of the main development directions of modern logistics technology and equipment is compact. In order to achieve the storage space compact and solve the roadway occupies a lot of space， shelf space cannot be fully utilized problems， in this paper， a new type of Belt Type Flexible Shelf is designed， which is composed of two core components， the conveyor-type shelf-loading board and the height-adjusting device， and the main innovation point is the large increase capacity of the super deep shelf， the dynamic distribution of the shelf space and the compact layout of the integrated shelves. The specific mechanism is as follows： ①By changing the shelf load plate to the conveyor belt， greatly deepen the shelf depth， improve the capacity of the shelf； ②Through the installation of high adjustment device， in the total height of the shelf，according to the high flexibility of electrical goods distribution space required， improve shelf storage space utilization； ③By placing multiple shelves horizontally and compactly， only the two ends of the roadway-type stacking cranes are installed to reduce the occupancy rate of the aisle. The above three schemes improve the compactness and volumetric ratio of the shelves.

關鍵詞：倉儲系統；緊致化；柔性貨架；傳送帶

Key words： storage system；compact；flexible shelves；conveyor belts

中圖分類號：F253.9；TH692.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）12-0082-03

0 引言

隨著我國經濟快速發展，消費結構不斷升級，土地資源日益稀缺，倉儲行業對倉儲設備緊致化、自動化的需求越來越迫切。所謂緊致化主要涉及兩個方面：存儲空間緊致化與服務時間即時化[1]。

傳統的自動化立體倉庫雖然實現了倉庫作業機械化和自動化，提高了空間利用，減少了占地面積，但仍然存在著：巷道占用大量空間、貨架空間無法充分利用等問題，距離存儲空間緊致化尚有一段距離。為了提高存儲空間緊致化水平，本文設計了一種新型傳送帶式柔性貨架，其核心部件為傳送帶式載物板與層高調節裝置，在此基礎上實現了以下三個創新點：①超深貨位大幅增容；②貨架空間垂直維度動態調整；③一體化貨架緊湊布局。

1 傳統自動化立體倉庫存在的問題

傳統自動化立體倉庫主要由貨架、巷道式堆垛起重機、入（出）庫工作臺及操作控制系統組成。貨架是由金屬框架與載物板組成，內部是標準尺寸的貨位，巷道式堆垛起重機穿行于貨架之間的巷道中，完成存、取貨作業。

1.1 巷道占用大量空間

以一個存儲量為2400個1200mm*1000mm標準托盤的倉儲系統為例，暫不考慮貨物存儲間隔。假設貨物存儲區布局為12排貨架，6條巷道，單排貨架為10層20列，堆垛機貨叉叉取方向為1200mm側，平面布局如圖1。

貨物存儲區占地面積為：

（20*1.2m*1m）*12+（20*1.2m*1m）*6+18*1m*1.2m=453.6m2

貨架面積占貨物存儲區面積的比率（以下簡稱面積利用率）為：

通過以上案例數據的分析可知，貨物存儲區僅有63.49%的面積被利用，為使分析結果更具有普遍意義，現假設貨物存儲區布局為Y排貨架，Y條巷道，單排貨架為Z層X列，則面積利用率公式為

可知其只與每排貨架的列數X相關，當X趨于無窮時，==66.67%。即，傳統自動化立體倉庫面積利用率最大僅為66.67%。

1.2 貨架空間無法充分利用

在傳統的自動化立體倉庫中，貨架各層高為固定值，在使用過程中無法調節。當需要存儲的貨物高度高于貨架層高時，無法存儲貨物。當需要存儲的貨物高度低于貨架層高時，貨架的存儲空間無法得到充分利用。

以電器制造企業成品倉庫為例，企業生產的電器種類較多，小到電飯煲，大到冰箱、洗衣機應有盡有，不同種類電器商品需要存儲空間不同。如圖2所示，海爾BCD-452WDPF 452升對開門冰箱包裝高度為1790mm，海爾EG8012B39SU1 8公斤變頻滾筒洗衣機包裝高度為850mm。

此外，電器商品銷量還存在較大的季節波動。據中國產業信息網統計[3][4]，冰箱在3月份至7月份為銷售旺季，最高銷量為780萬臺，在10月份到次年1月份為銷售淡季，最低銷量僅為440萬臺；洗衣機在8月份至次年1月份為銷售旺季，最高銷量為540萬臺，在5月份到7月份為銷售淡季，最低銷量僅為380萬臺，如圖3與圖4所示。因為銷售量的季節波動，導致不同時期電器企業成品倉庫需要儲存的冰箱和洗衣機數量是不同的。因此，以前文圖2的冰箱與洗衣機為例，不同時期倉庫需要的1790mm與850mmm層高的貨位數量也是不同的。

2 新型傳送帶式柔性貨架結構設計

針對以上兩個問題，在傳統自動化立體倉庫貨架的基礎上，我們設計了一種新型傳送帶式柔性貨架，其技術方案是：

2.1 金屬框架

該部件為新型傳送帶式柔性貨架的基礎，如圖5。

2.2傳送帶式貨架載物板

該部件為超深貨位大幅增容提供基礎。將傳統貨架的載物板改為傳送帶，協同巷道式堆垛機實現超深貨位后方貨物的存取。

2.3 層高調節裝置——液壓桿

該部件為貨架空間垂直維度動態調整提供基礎。如圖6、7所示，液壓桿作為連接金屬框架與各層傳送帶式載物板的載體，一端連接傳送帶式載物板的連接點。

2.4 傳送帶式柔性貨架整體

金屬框架的連接點與圖6、7所示實施范例中的液壓桿另一端連接。多個傳送帶式載物板借助上述方法通過液壓桿與金屬框架連接，最終形成傳送帶式柔性貨架。（圖8）

3 新型傳送帶式柔性貨架創新點

借助傳送帶式貨物載物板與層高調節裝置，新型傳送帶式柔性貨架實現了以下三點創新：

3.1 超深貨位大幅增容

本貨架針對電器制造企業成品倉庫設計，其與京東等電商平臺所使用的倉庫存在較大差異。京東等電商平臺倉庫主要特點為SKU種類較多，截至2014年3月31日京東SKU種類達到4020萬[2]，對可直接存取的貨位需求較大，單種SKU庫存量較小，貨位不宜太深。電器企業成品倉庫SKU種類較少，對可直接存取的貨位需求較小，單種SKU庫存量較大，可以大幅加深貨位深度，提高貨位容量。

借助前文的傳送帶式貨物載物板，在巷道式堆垛起重機取出貨位最前方貨物的同時，將后方的貨物補到最前方的位置。

以上兩個前提，為貨位的大幅拉深提供了條件，最終實現了超深貨位大幅增容，使得單個巷道式堆垛起重機能夠覆蓋更多的貨物，相同存儲量下，較傳統自動化立體倉庫減少了巷道數量，提高了面積利用率。

3.2 貨架空間動態分配

在傳統的自動化立體倉庫中，貨架各層高為固定值，在使用過程中無法調節。倉庫運行過程中不同高度貨位的需求與供給不匹配，浪費了大量的存儲空間。借助層高調節裝置，實現貨架空間垂直維度動態調整，具體實現機制如下：

貨架高度是固定的，對貨架各層高的調節，實質上是對貨架高度的重新分配。其中一層高增加時，必然意味著其余層高的降低。當需要不同高度的存儲空間時，通過分別控制各層載物板的液壓桿壓縮或伸展，從而改變各載物板相對地面的高度，進而使各載物板之間的相對距離——貨架層高改變，最終實現貨架空間垂直維度的重新劃分。

貨架各層高與各層液壓桿伸展長度的數學關系如下：

假設：三層傳送帶式柔性貨架總高度4.5m，各層高分別為C1、C2、C3，各層液壓桿伸展長度為H1、H2、H3。

C1+C2+C3=45m

C1=Z+H2

C2=Z+H3-H2

C3=Z-H3

已知貨物需要的存儲空間層高分別為2m、1.5m、1m，通過計算得到各層貨架需要調節的高度H1=0m、H2=0.5m、H3=0m。最終分別產生第一層層高為2m、第二層層高為1m、第三層層高為1.5m的存儲空間。

3.3 一體化貨架緊湊布局

如圖10所示將多個新型傳送帶式柔性貨架橫向緊湊放置，僅在其兩端分別安裝一組巷道式堆垛機起重機，此布局大幅減少了巷道堆垛起重機軌道所占用的空間。

以第2節的倉儲系統為例，存儲量為2400個1200mm*1000mm標準托盤，同樣不考慮貨物間隔。假設貨物存儲區平面布局如圖10所示為12排貨架，單排貨架為10層20列。

貨物存儲區占地面積為：

（20*1m*1.2m）*12+（12*1.2m*1m）*2=316.8m2

面積利用率為：

新型自動化立體倉庫貨物存儲區面積利用率較傳統自動立體化倉庫提升了43%，占地面積僅為傳統自動化立體倉庫的70%。

4 結束語

本文分析了傳統自動化立體倉庫的不足，并提出新型傳送帶式柔性貨架，通過三個創新點超深貨位大幅增容、貨架空間垂直維度動態調整與一體化貨架緊湊布局，提高了貨架緊致度與容積率，滿足了電器制造企業成品倉庫的需要。

參考文獻：

[1]沈古文.緊致倉儲系統績效及運作策略研究[D].華中科技大學，2014.

[2]京東對外披露數據：SKU（庫存量單位）達到4020萬[EB/OL].[2017-5-19].http：//www.techweb.com.cn/internet/2014-05-22/2039490.shtml.

[3]2016年中國冰箱行業市場現狀分析[EB/OL].[2017-5-19] .http：//www.chyxx.com/industry/201606/422910.html.

[4]2016年中國洗衣機行業產銷量分析[EB/OL].[2017-5-19].http：//www.chyxx.com/industry/201606/422914.html.