從物流角度談自動化立體倉庫

□ 郭永峰

(鄭州宇通客車股份有限公司,河南 鄭州 450000)

通過實地考察煙草、汽車零部件、新能源等行業自動化立體倉庫應用案例，主導2個自動化立體倉庫的規劃實施，總結外部考察和內部應用案例經驗，梳理物流系統各環節在自動化立體倉庫規劃實施過程中的交織關系，輸出指導后續項目的規劃實施綱要。

1 現狀分析

自動化立體倉庫發源于歐美，其后在日本有較多應用，目前國內應用勢頭強勁。

自動化立體倉庫核心硬件在于堆垛機、電控設備、貨架和輸送機。堆垛機選擇德國、日本和國產主流品牌較為普遍，電控設備選擇國際主流品牌較為普遍，貨架選擇國產主流品牌較為普遍，輸送機選擇國產主流品牌較為普遍。

自動化立體倉庫核心軟件在于倉儲管理系統(WMS)和倉庫控制系統(WCS)。一般都有標準版軟件，針對個性化需求可進行單獨開發完善。

2 立項注意事項

在考慮上自動化立體倉庫項目之前，首先要明確自動化立體倉庫的物料及功能需求，然后尋源供應商進行方案交流。交流過程中重點關注供應商的項目方案、設備清單、建筑物及其環境(水/電/氣/網/溫濕度等)、設備性能及其參數、電氣自動化性能、軟件系統、工程周期、售后服務、公司實力、以往項目經驗及口碑等。在交流過程中篩選出匹配度較高的供應商進行方案細化交流和立項。

3 項目規劃實施注意事項

項目方案細化交流過程中，要統籌考慮各環節價值需求和順暢關聯。價值方面，關注周期、質量、成本、效率的優化。關聯方面，關注硬件實物的匹配，軟件系統邏輯匹配和自動化立體倉庫設備每個作業動作的線平衡(瓶頸設備能力決定自動化立體倉庫出入庫能力大小)。

和自動化立體倉庫強相關的作業場景有運輸車輛的停靠，裝卸車作業，物料搬運、存儲和出入庫作業。下文將針對這些場景，歸納至包裝、運輸、裝卸搬運、倉儲和信息處理環節進行基本要求、價值點和關聯點的分類論述。

3.1 包裝環節

3.1.1 基本要求

設計包裝方案，明確包裝的材質、防護質量、長寬高尺寸(推薦選用標準尺寸1200*1000*1150mm)、碼垛層數和高度、包裝SNP、包裝自重和總重。

3.1.2 價值點

一體化包裝，規避翻包。

可回收包裝，減少浪費。

包材全生命周期內，追求單個物料包裝費投入最小化。

3.1.3 關聯點

運輸環節，要求包裝和回收包裝在車廂擺放形式和碼垛層數合理。

倉儲環節，要求包裝采用統一規格的“川字型”底托(和自動化立體倉庫輸送線摩擦力情況、堆垛機叉齒匹配情況等,需要先進行樣品驗證)。包裝整體外觀，要明確結構精度，長寬尺寸一致，高度明確上限值。

裝卸搬運環節，要求包裝便于叉車等設備便捷作業。為了便于感應元器件識別，底托和托面應盡量規避選用鏤空結構。

流通加工環節，要求包裝方案與流通加工作業流程和設備相匹配，尤其注意與自動化作業設備相匹配(如一體化包裝樣式，應便于產線取料)。

配送環節，對潔凈度有要求的，注意包裝規避選擇木質、紙質或泡沫等容易產生碎屑的包材，注意包裝外裹纏繞膜阻擋灰塵并在配送前拆除或風幕處理。

信息處理環節，要求標簽尺寸樣式和粘貼位置統一。

3.2 運輸環節

3.2.1 基本要求

識別物料屬性，如果是普貨，則選用普貨車輛；如果是危化品，則選用危化品車輛。超大、超重和異形的物料一般不會上自動化立體倉庫，故而無需考慮選用相應的特種車輛。所選車輛人員、保險、手續、資質等配置要符合相關法規要求。針對異常天氣、交通管制等情況有資源調配等應急預案。

3.2.2 價值點

在不超限的前提下，追求裝載率最大化和單個物料運費最小化。

對于運輸地點固定、貨物規格統一、貨量穩定和運輸頻次較高的，改造為自動裝卸車輛，可大幅提高裝卸效率。

3.2.3 關聯點

裝卸搬運環節，要求結合場地空間和裝卸設備形式選用合適的運輸車型。

包裝環節，要求結合包裝方案選用合適的運輸車型。

信息處理環節，要求具備車載GPS或TMS系統等其他方式可以監管車輛運輸情況。

3.3 裝卸搬運環節

3.3.1 基本要求

配備叉車、出入庫輸送機或穿梭車等設備，保證快裝快卸。預留足夠的車輛行駛和裝卸設備作業場地，保證裝卸順暢不擁堵。

3.3.2 價值點

對于自動裝卸車輛，在裝卸碼頭設置自動裝卸輸送線，可以大幅提高裝卸效率，且無需叉車作業。

對于需拆碼垛貨物，在裝卸輸送線上加裝拆碼盤機，可以大幅提高拆碼盤效率。

對于貨物外形無法長期保證良好入庫狀態的，在入庫輸送線設置外形檢測器，檢測異形貨物不得入庫。

對于貨物重量無法長期有效管控的，在入庫設備入庫節點上設置重量檢測器，檢測超重貨物不得入庫。

3.3.3 關聯點

運輸環節，要求裝卸搬運設備與運輸車型相匹配。

倉儲環節，要求裝卸搬運設備與倉儲出入庫作業設備銜接順暢。

包裝環節，要求裝卸搬運設備與包裝形式相匹配。

3.4 倉儲環節

3.4.1 基本要求

本環節涉及建筑物，如果是待建廠房，一般要結合專門的建筑設計機構依據最新版本的《建筑設計防火規范》(本文參照2018年版本)進行設計；如果是建成廠房，需要結合建筑設計機構進行匹配性判定。

首先，要識別物料屬性，依據物料屬性判斷倉庫消防等級，依據消防等級規劃相應面積的防火分區，如果貨架內加裝噴淋層的話，防火分區最大面積可增加1.0倍。

其次，在防火分區面積標準內，規劃明確貨架總高度和長寬數值。

高度方面，一層離地高度需預留堆垛機載貨臺和地軌需求空間，高度一般取值0.7m。總高距離建筑屋頂最低點距離1m左右時，既便于安裝施工又能兼顧廠房高度利用率。室內凈高≤13.5m情況下，屋頂噴淋采用快速響應噴頭，貨架內可以不加噴淋；在>13.5m情況下，貨架每3m內，需要在橫梁上加裝消防層板，在消防層板下加裝噴淋。噴淋層下方預留安裝噴淋設施和堆垛機鏟貨提升空間，貨物上表面距離距離噴淋層橫梁凈高一般取值0.315m；非噴淋層下方預留堆垛機鏟貨提升空間，貨物上表面距離噴淋層橫梁凈高一般取值0.12m。

長度方面，貨架部分長高比一般為4.0～6.0狀態下，堆垛機效率發揮較好。

寬度方面，要兼顧貨架兩側橋架以及貨架兩端出入庫等作業設備的安裝和維修空間需求。

第三，存儲貨位要統一規格，長寬尺寸一致，額定載重量一致，高度明確上限值。其中貨位額定載重量的設置，在已知存儲貨物重量最大值及產品技術未來發展方向預估的最大值的基礎上，需要預留加增一定安全值。

第四，對存儲溫濕度有要求的特殊貨物，庫房需要配備空調、除/加濕等配套設施。

第五，屋頂照明燈需要注意排布在貨架巷道正上方。

第六，堆垛機型號選擇方面，需要綜合考慮存儲貨物品類復雜度、重量和出入庫效率等因素。一般而言，品類單一貨物，宜選用雙深位；品類較多貨物，宜選用單深位；重量較輕貨物，宜選用單立柱；重量較重貨物，宜選用雙立柱；出入庫效率要求低的貨物，宜選用單工位；出入庫效率要求高的貨物，宜選用雙工位。

第七，出入庫能力推理計算方法：

出入庫能力配置記為p托/小時；

出入庫能力需求記為a托/小時，出庫能力需求記為a1托/小時，入庫能力需求記為a2托/小時；

預留能力安全系數記為μ(數值≥1，具體數值由需求單位自行擬定)；

單產品用量記為m，具體物料號級別記為m1、m2…；

每小時產品生產量記為n；

物料包裝SNP記為s，具體物料號級別記為s1、s2…；

單臺堆垛機出入庫能力記為q托/小時，堆垛機綜合利用率取經驗值85%；

需求堆垛機數量記為w。

①p=a×μ=(a1+a2)×μ。

②一般而言，對于原材料自動化立體倉庫，以a1作為計算初始值。

a1=m×n÷s=m1×n÷s1+m2×n÷s2+…

然后依據日出入庫量動態平衡原則計算a2。如果是單班收貨、雙班生產，則a2=2a1

如果是同班制作業，則a2=a1

③一般而言，對于成品自動化立體倉庫，以a2作為計算初始值。

a2=n

然后依據日出入庫量動態平衡原則計算a1。

如果是單班發貨、雙班生產，則a1=2a2

如果是同班制作業，則a1=a2

④w=p÷(q×85%)。

⑤w值向上取整值即為需求堆垛機個數。該整數值的2倍(單深位)/4倍(雙深位)即為需求貨架排數。然后根據需求庫存量、計劃貨架投入層數及長高比，推算出需求貨架列數。

以上，是在出入庫量均衡情況下的計算方法，同時應考慮是否有某一時間段集中出庫或集中入庫的作業現象存在。如果該現象頻繁出現的話，需計算出該現象作業時間段內的出入庫作業能力需求峰值，綜合考慮投資收益再科學決策μ值設定。

3.4.2 價值點

存儲層數高，提高單位面積內空間利用率。

自動化存儲代替人工作業，降低人工成本，提高作業效率。

對于貨物存儲溫度變化或自燃現象發生有檢測要求的，需要設置DTS溫感光纖或單點式測溫系統對每個貨位貨物溫度進行監控，集成至WCS系統可實現溫度異常自動報警處理。

對于有監控需求的，在每個貨架巷道兩端安裝對射和在出入庫段斜對角安裝對射監控探頭進行全貌的視頻監控。

除了法規性消防設施外，對個性化消防措施有需求的，可以考慮在堆垛機載貨臺設置煙感裝置、自啟動滅火器和自動開關防火卷簾門，在出庫段設置接駁機構、密閉消防箱和消防排異通道。

對于有貨物在架盤點需求的,通過在堆垛機載貨臺設置相機拍照或專用托盤設置相機搭載堆垛機載貨臺方式，利用堆垛機逐個移動至存儲貨位對貨物進行拍照并留存照片作為盤點憑證，進而規避投入貨物大批量下架盤點所需人員和場地。

3.4.3 關聯點

裝卸搬運環節，要求出入庫接駁口預留裝卸搬運設備作業場地并設置防撞護欄。

包裝環節，要求貨位設置滿足包裝尺寸和重量存儲需求。

配送環節，要求倉儲出庫能力不低于物料配送需求能力，入庫能力不低于物料入庫需求能力。

信息處理環節，要求倉儲賬實相符。

3.5 信息處理環節

3.5.1 基本要求

配備WMS、WCS和掃碼器、工控機等通訊設備。

3.5.2 價值點

設置中控室和消防控制室，分別監管業務運行和消防安全。

室內配備監管屏幕，便于實時掌握各區域運行情況，并對異常情況及時發現和處理。

3.5.3 關聯點

倉儲環節，要求WMS和WCS管控邏輯與作業流程及功能相符。

包裝環節，要求掃碼器設置位置與標簽粘貼位置相匹配。

4 總結

以上，從物流角度論述了自動化立體倉庫規劃實施綱要。然而一個自動化立體倉庫項目的規劃實施，不僅僅只是一個物流專業可以全面管控的，同樣離不開信息技術、電氣自動化、設備技術專業的參與和支持。組建關聯專業項目團隊，勠力同心才能把項目做好。