海爾自動化立體倉庫的規劃與設計 案例 海爾物流和立體庫 海爾集團公司分析發現在整個生產過程中 最受制約的就是倉儲 就是原材料和零部件的倉儲和配送 所以海爾選擇了這個突破口 在青島海爾信息園里面建了一座機械化的立體庫 在黃島開發區建了一座全自動的立體庫 在國內人們因為人工成本便宜 地皮又大而質疑立體庫的效果 但海爾的事實是 黃島立體庫長120米 寬60米 倉儲面積5400m2 立體庫有9168個標準托盤位 托盤是1 2 1米的 立體庫的建筑高度是16米 放貨的高度可到12 8米 每天進出的托盤達到1200個 實際能力是1600個 案例 海爾物流和立體庫 5400m2取代了原來65000m2的外租庫 而且由于使用了計算機系統 管理人員從原來的300多人降為48人 通過減少外租庫的租金 外租庫到車間的來回費用 節省工人工資加起來一年是1200萬 第二個作用是降低了物料的庫存 因為海爾在計算機系統里都設定了 比如說只允許放7天的料 超過7天不讓進 相對來說使整個庫存量下降 庫存量下降當時空調事業部就是一個典型的例子 大約3個月 從9月到12月降了1 4億 第三個作用是深化了企業物流系統的規劃 因為立體庫使用后是兩翼推動 一是海爾要求所有的分供方按照照標準化的模式送貨 所有的都是標準化的托盤 標準的周轉箱 案例 海爾物流和立體庫 以往都是紙箱 紙箱的壞處在于 產品的零部件容易壓壞 上線的時候還要倒箱 多次倒箱增加了人工揀選 保證不了產品的質量 現在采用統一的產品包裝 從分供方的廠里到海爾的生產線整個過程不用倒箱 對車間也是一樣 以往車間的效果也是臟 亂 差 使用標準箱之后 全部是叉車作業標準化 立體庫對兩方都產生了有利的作用 對分供方也好 對海爾內部的整個物流推進也是很重要的 二是 立體庫具有靈活性和擴展性 剛開始設計立體庫想的只是放空調的東西 但是通過計算機系統管理以后 只占很少的庫容 公司馬上把冰箱 洗衣機 電腦全部放進去 一下減少了這些廠的外租庫 整個效果非常明顯 立體庫就有這么多好處 并不一定非要建立體庫 在車間旁邊也可以搭立體貨架 這樣就節約了車間里面寶貴的生產面積 每一寸土地都得到充分的利用 討論1 什么是自動化立體倉庫 討論2 自動化立體倉庫有哪些部分構成 視頻 討論3 自動化立體倉庫有哪些優點 自動化立體倉庫 一般指采用幾層 十幾層乃至幾十層高的貨架儲存貨物 并且用專門的倉儲作業設備進行貨物出庫或入庫作業的倉庫 由于這類倉庫能充分利用空間進行儲存 故形象地稱為立體倉庫 自動化立體倉庫是采用自動化存儲系統 AS RS AutomatedStorageandRetrievalSystem 由高層貨架 HighLevelRock 巷道堆垛起重機 StackerCrane 出入庫輸送機系統 Output InputConveyor 自動化控制系統 AutomaticControlSystem 計算機倉庫管理系統 WarehouseManagementSystem 及周邊設備 PeripheralEquipment 組成 可實現對集裝單元貨物自動化保管和計算機管理的倉庫 一 倉庫布置設計 1 空間利用 1 蜂窩損失分類堆碼時計算面積要考慮蜂窩損失 以圖所示的分類堆碼為例 圖a為一個通道各有一排貨物 每排貨物有若干列 而每一列堆碼四層 如果在一列貨堆上取走一層或幾層 只要不被取盡 所產生的空缺不能被別的貨物填補 留下的空位有如蜂窩 故名蜂窩形空缺 它影響了庫容量的充分利用 單 雙深堆碼 蜂窩損失空缺系數的計算如下 空缺系數H的期望值為式中n 一列貨位堆碼貨物件數 i 0 1 2 例求圖中的蜂窩損失空缺系數 例求圖中的蜂窩損失空缺系數 解 圖中一列貨物可能有四種狀態 只堆1 2 3或4層 因此相應的空缺數分別為3 4 2 4 1 4和0 設4種狀態的出現概率都是1 4 則空缺系數H的期望值同理對右圖中可算出為0 4375 2 通道損失 通道損失則是由于通道占據了有效的堆放面積 無論分類堆碼 還是貨架儲存 都存在通道損失 若不考慮通道深度方向的情況 通道損失可用下式計算La Wa Wa 2d 式中Wa Widthofasile通道寬度 d depth貨堆深度 2 通道損失 計算通道損失 2 通道損失 如下圖a 托盤深度為1m 叉車作業通道寬度為3m 則通道損失為3 5 即60 可見通道損失之多 為降低此損失 可以增加貨位深度 如圖b堆兩排 通道損失降到3 4 3 0 429 但此時增加了蜂窩損失 對于常見的選擇式貨架來說 堆垛深度最多兩排 即雙深式貨架 此時可配用帶伸縮叉的叉車 但出入庫和裝卸搬運等操作不太方便 需要全面考慮 具體參見后面案例 通過上述典型計算 在貨物不同深度時的通道損失 蜂窩損失及總空間損失見下表7 1 可見 貨堆越深 通道的損失越小 雖然蜂窩形的空缺損失增大 但總的庫容量損失有所減少 平面損失率很大 要提高空間利用率 只有往高度發展和降低通道寬度 這也是高層自動化立體倉庫發展的一個原因 例 某種貨物C為木箱包裝形式 尺寸 長 寬 高 為1000 600 700mm 箱底部平行寬度方向有兩根墊木 可用叉車搬運 在倉庫中堆垛放置 最高可堆4層 C貨物最大庫存量為600件 請考慮通道損失 設叉車直角堆垛最小通道寬度為3 6m 和蜂窩損失確定其需要的存儲面積 一般叉車貨叉長達900 1000mm 例 解 貨物堆垛4層 實際占地面積為1 0 0 6 600 4 90m2 一般叉車貨叉長達900 1000mm 因此堆碼時一次可以叉兩件C貨物 則通道分類堆垛方式為每通道兩邊至少各有兩排貨物 若按貨堆深度兩排計算 此時通道損失La 3 6 3 6 2 0 6 2 0 6 但取出貨物時一般是一件一件取 則蜂窩損失為一列8件計 可算出蜂窩損失空缺系數E H 7 16 0 4375 考慮通道損失后的蜂窩損失為0 4375 1 0 6 0 175 合計損失為0 6 0 175 0 775 故需要的存儲面積為90 1 0 775 400m2 例若貨堆深度更多 如4排 例若貨堆深度更多 如4排 解 貨物堆垛4層 實際占地面積為1 0 0 6 600 4 90m2 若貨堆深度更多 如4排 則La 3 6 3 6 2 0 6 4 0 429 蜂窩損失為一列16件計 蜂窩損失空缺系數E H 15 32 0 46875 合計損失為0 429 0 46875 1 0 429 0 697 故需要的存儲面積為90 1 0 697 297m2 2 庫容量與倉庫面積 1 庫容量倉庫規模主要取決于擬存貨物的平均庫存量 貨物平均庫存量是一個動態指標 它隨貨物的收發經常發生變化 作為流通領域的經營性倉庫 其庫存量難以計算 但可以確定一個最大吞吐量指標 作為制造企業內倉庫 可根據歷史資料和生產的發展 大體估算出平均庫存量 一般應考慮5 10年后預計達到的數量 庫存量以實物形態的重量表示 1 庫容量 在庫存量大體確定后 還要根據擬存貨物的規格品種 體積 單位重量 形狀和包裝等確定每一個貨物單元的尺寸和重量 以此作為倉庫的存儲單元 StockKeepingUnit SKU 倉庫存儲單元一般以托盤或貨箱為載體 每個貨物單元的重量多為200 500kg 單元尺寸最好采用標準托盤尺寸 對托盤貨架倉庫以托盤為單位的庫存量就是庫容量 它可用來確定庫房面積 2 面積計算 庫房面積包括有效面積和輔助面積 有效面積指貨架 料垛實際占用面積 輔助面積指收發 分揀作業場地 通道 辦公室和衛生間等需要的面積 面積計算方法一般有兩種 直接計算法和荷重計算法 直接計算法是直接計算出貨架 堆垛所占的面積和輔助面積等 然后相加求出總面積 荷重計算法是一種經驗算法 它根據庫存量 儲備期和單位面積的荷重能力來確定倉庫面積 在我國計劃經濟時代應用較多 但因為現在儲備期時間大為縮短和采用貨架 托盤后貨物的單位面積荷重能力數據大為改變 應用較少 2 面積計算 面積較難計算時 還可以類比同類倉庫面積 比較類推出所需面積 直接計算法面積的計算與庫內貨物存儲方式 存取策略 空間利用 裝卸搬運機械的類型以及通道等有關 在設計時應根據實際情況具體計算 例 某金屬材料倉庫庫存量為500噸 全部采用行車搬運集中堆垛存儲 垛長6m 垛寬2m 垛高1 5m 考慮蜂窩損失后 空間利用率為0 7 材料比重為7 8t m3 求面積 解 計算料垛所占用的總面積為 S 500 1 5 0 7 7 8 61m2在同一庫內的不同物料應分別計算 分類堆垛 求和后 再考慮通道損失 得最后面積 案例 采用貨架存儲的直接計算以托盤為單位 要確定貨架貨格尺寸 貨架排列和層數 再確定面積 某倉庫擬存儲A B兩類貨物 包裝尺寸 長 寬 高 分別為500 280 180mm和400 300 205mm 采用在1200 1000 150mm的標準托盤上堆垛 高度不超過900mm 兩類貨物最高庫存量分別是19200和7500件 采用選取式重型貨架堆垛 貨架每一貨格存放兩個托盤貨物 作業叉車為電動堆垛叉車 提升高度為3524mm 直角堆垛最小通道寬度為2235mm 試確定貨架長寬高 層數和排數 叉車 貨架詳細參數見圖 并計算貨架區面積 主視圖 解 1 計算A B兩類貨物所需的托盤存儲單元數 對A類貨物 1200 1000托盤每層可放8件 不超出托盤尺寸 可堆層數為 900 150 180 4 17 取整即4層 故一托盤可堆垛32件 庫存量折合SKU為19200 32 600托盤 同理對B類貨物 每托盤可堆垛30件 共需250托盤 A B共需850托盤 2 確定貨格尺寸 圖 因每貨格放2托盤 按托盤貨架尺寸要求 確定貨格尺寸為1200 2 50 3 100 2750mm 含立柱寬度50 長 1000mm深 1100mm高 含橫梁高度100 3 確定貨架層數由叉車的提升高度3524mm 確定貨架層數為4層 含地上層 4 確定叉車貨架作業單元由于叉車兩面作業 故可以確定叉車貨架作業單元 見圖 該單元共有16個托盤 長度為2 75m 深度為兩排貨架深度 背靠背間隙100mm 叉車直角堆垛最小通道寬度即D 2 1m 0 1m 2 235m 4 335m取4 4m面積S0 2 75 4 4 12 1m2 5 確定面積由總SKU數除以叉車貨架作業單元得所需單元數 再乘單元面積即可得貨架區面積 包括作業通道面積 即單元數 850 16 53 125取不小于的整數得54個故面積S 54 S0 54 12 648m2 6 確定貨架排數貨架總長和排數與具體的面積形狀有關 對新建倉庫則可以此作為確定倉庫大體形狀的基礎 本例54個單元 按6 9得貨架長9個單元 即長9 2 7 24 3m 共6個巷道 12排貨架 深6 4 4 26 4m 深度比長度大 不符合貨架沿長方向布置的原則 可考慮用4巷道 取4 14 56 此時長度為37 8m 深度為17 6m 如下圖所示 設計時還要進一步放為整數 如39m 18m 貨架布置不能僅考慮存儲和節省面積 還要考慮出貨速度 從貨架中間設置一個貫穿各排貨架的豎向交叉通道 還能增加貨架的穩定性 3 庫房布置設計 1 庫房設計由上述直接計算法得出存儲的有效面積后 加上必要的輔助面積 就可得倉庫總面積 以此可作庫房設計 庫房的長度與寬度 跨度 與庫房面積有關 在確定的面積下 長寬可以有無數種組合 但設計要按優先比例選取 一般如下表所示 1 庫房設計 確定了寬長比后 選定寬度 再定長度 如庫房需要面積800m2 取寬長比1 4 則算出寬度取14m 長56m 長寬尺寸還要符合建筑標準GBJ 2 86 建筑模數協調統一標準 該標準規定了基本模數M0 100mm 倍模 分模優選M0 10 M0 5 M0 2 1M0 3M0 6M0 15M0 30M0 60M0 如庫房柱距應采用6m 當庫房跨度 18m時 跨度應為3m的倍數 當庫房跨度 18m時 跨度應為6m的倍數 故常用庫房跨度6m 9m 12m 15m 18m 24m 30m 如上例面積648m2 按建筑模數修正為15m 54m或15m 60m 總面積超出一點是可以的 因為還有許多其他因素沒有考慮 應留有余地 2 收發站臺設計 收發站臺 dock 主要用于貨物的裝卸暫放 而且因為倉庫是一個動態系統 進出頻繁 需要專門考慮系統進出兩端 也即收發站臺的設計 現代倉庫和物流中心進出貨頻繁 收發貨作業離不開門 庫門也是站臺設計布置時必須考慮的問題 為滿足收發作業要求 我們還要考慮門的數量 請見下例 例 某倉庫每年處理貨物6百萬箱 其中70 的進貨是由卡車運輸的 而90 的出貨是由卡車運輸的 倉庫每周工作5天 每天2班 對于進貨卡車 卸貨速度是每工人小時200箱 而出貨上貨的速度是175箱 人時 進出貨卡車滿載都是500箱 考慮進出貨并不均勻 設計加上25 的安全系數 試確定倉庫收發貨門數 解 1 確定進貨需求a 年卡車進貨量為卡車進貨百分比乘總進貨量 即70 6000000 4200000箱b 則年進貨卡車次數 假定滿載 為4200000 500 8400次c 每一卡車貨卸貨作業時間為500 200 2 5小時d 則年總進貨卡車次數所需作業時間為8400 2 5 21000小時2 確定出貨需求 解 2 確定出貨需求a 年卡車出貨量為卡車出貨百分比乘總出貨量 即90 6000000 5400000箱b 則年出貨卡車次數 假定滿載 為5400000 500 10800次c 每一卡車貨上貨作業時間為500 175 2 85小時d 則年總進貨卡車次數所需作業時間為10800 2 85 30780小時 3 計算總共作業時間進 出貨合計作業時間為21000 30780 51780小時 加上25 安全系數為51780 1 25 64725小時4 每年工作時數52周乘每周工作天數乘每天工作時數 即52 5 8 2 4160小時5 需要門數為總作業時間除年工作時數 即64725 4160 15 5 16故倉庫需要16個收發貨門 3 通道設計 通道設計也是倉庫規劃的重要內容 通道布置的合理與否 將影響倉庫作業和物流合理化 以及生產率的提高 通道設計不合理 會造成作業場地的擁擠 阻塞 生產不安全 甚至影響機械作業率 出入庫通道連接倉庫收發站臺和外部道路 是倉庫的出入口 根據運輸方式不同 對有鐵路專用線的入庫區 鐵路專線的長度應根據出入庫物料的數量和頻度來確定 線路的寬度及兩邊的留量應根據鐵路有關規定執行 對一般的汽車通道 應根據運輸量 日出入庫的車輛數量 機動車輛的載重量 型號等來設計道路的寬度 地面承載能力等 庫區的出入口 即站臺 應按作業流程設計 做到物流合理化 3 通道設計 庫房通道 一般庫房通道應設有縱向或橫向的進出庫通道 大型庫房還應同時設縱向和橫向進出庫通道 庫房內各作業區之間還應留有作業通道 通道的寬窄應根據裝卸搬運機械的類型確定 例 瑪麗玫瑰化妝品公司的成品倉庫采用的是6米高的托盤貨架 由平衡重式叉車來存取貨 貨架通道寬度是3 6米 請問在不擴建倉庫的情況下 可采用什么方法來增加庫容量 以滿足公司產品增加的要求 解 換用通道要求更窄的叉車 如窄通道叉車 可同時相應提高貨架堆垛層數和高度 4 物流動線 倉庫布置要考慮物流模式 我們在前面所介紹的直線型 L型 U型和S型還適用 為更好地表示倉庫作業時物料 設備和人員移動的方式 我們用動線表示商品 設備 包括貨品箱 托盤 料箱等 廢棄物和人員的移動路線 布置要求全部動線完整 合理 物料 設備和人員等不能發生阻斷 迂回 繞遠和相互干擾等現象 根據這一要求 可以在倉庫或物流中心平面布置圖上布置動線 就成為下圖所示的動線圖 U形倉庫布置及動線圖 一 倉庫布置設計 1 空間利用 1 蜂窩損失 2 通道損失確定其需要的存儲面積 2 庫容量與倉庫面積 1 庫容量 2 面積計算貨架長寬高 層數和排數3 庫房布置設計 1 庫房設計 2 收發站臺設計確定倉庫收發貨門數 3 通道設計 4 物流動線 作業題3 某庫房實際需要庫容量為5000個貨位 為為減少通道占用面積 采用一個通道兩側各有兩排貨物的布置形式 即雙深式 蜂窩空缺和通道所造成的庫容量損失為0 569 試問該庫房設計的庫容量為多少貨位 設計庫容量5000 1 0 569 11601 例 喬治公司倉庫的有效空間是150 275 30英尺 容量可以滿足目前公司年產量25000件的需要 該公司成品外尺寸為15 25 12英寸 1英尺 12英寸 最大堆碼高度為6層 倉庫沒有采用貨架 現在公司產能提高了一倍 估計產成品也將增加一倍 請提出一個辦法解決在倉庫空間不變的情況下 翻番的成品庫存問題 解 這里沒有特別說明長寬高 應按默認先后3個數據分別是長 寬 高 否則庫房不可能高150英尺 約50米 按6層堆碼 以全部倉庫面積150 275 12 12除單層貨物數15 25 50000 6得1 9 按本章表7 1來看 考慮蜂窩損失和通道損失 難以堆放 故應改用貨架 叉車形式 貨架布置詳見Le7 ExAns pdf文件 二 自動化立體倉庫的分揀作業設計 討論1 揀貨方式主要有哪幾種 揀貨方式有4種 即 摘果式 Discreetpicking 一次將一個訂單的所有貨物從頭到尾揀取 優點 一次完成 不必再分選 合并 作業方法簡單 彈性大 調整容易適合客戶少 大量訂單處理 訂單數量變化頻繁 有季節性趨勢 缺點 品種多時 揀選路徑加長 揀選效率降低 多個工人揀選不同的大數量訂單時 會通道擁擠 揀選區域大時 搬運系統設計困難 播種式 Batchpicking 先將所有訂單所要的同一種貨物揀出 在暫存區再按各用戶的需求二次分配 優點 縮短揀選距離 適合訂單數量龐大的系統 訂單大小變化小 訂單數量穩定 缺點 訂單響應慢 揀取后還要分揀 如數量多 則費時 分區式 Zonepicking 每個揀貨員負責一片存儲區內貨物的揀貨 在一個揀貨通道內 先將訂單上所要貨物中該通道內有的全部揀出 匯集一起后再分配 這是一種分區播種式 但要多個揀貨員才能完成揀貨任務 優點 每區可采用不同的技術和設備 缺點 難平衡各區工人的工作量和速度 波浪式 Wavepicking 按照某種特征將要發貨的訂單分組 如同一承運商的所有訂單為一組 一次完成這一組訂單 下一波再揀選另一組的 例如UPS自動倉庫分揀系統就是采用這種方式 只適合自動揀選機械的揀選 討論2 自動化立體倉庫按貨物存取方式可分為哪兩種類型 自動庫按貨物存取形式可以分為單元貨架式 揀選貨架式 分揀系統流程圖 ABC分類法 ABC分析法又稱帕雷托 Pareto 分析法等 它是根據事物有關方面的特征 進行分類 排隊 重點和一般 以有區別地實施管理的一種分析方法 為了能更好的結合實際 專家提出以下的公式 p 總的權重 pi 各屬性值 k 各屬性系數 節約算法優化分揀路徑 在分揀的過程中 分揀路徑是很重要的因素 特別是在人工揀選的時候 在很大程度上影響著揀選的時間和效率 節約算法可以縮短揀選的路徑 很合理的安排出揀選的先后順序 節約算法 節約量公式節約算法又稱C W算法 它的基本思想是首先把各點單獨與源點0 車場 相連 構成1條僅含一個點的線路 總費用為兩倍的從原點到各點的距離的費用 然后計算將點i和j連接在一條線路上費用的 節約值 S i j 越大 說明把i和i連接在一起時總路程減少越多 圖中的路線是普通的情況下 工作人員接到訂單的時候要沿著貨架順序揀選一遍 這樣揀選很浪費時間 一共2500厘米 歷時2分鐘 這是每種貨物間的距離 根據節約算法的公式 將下列數據帶入 可以得出節約的路程 根據公式得到以下的數據 按照節約算法的思想 將節約最多的兩個地點一定要聯合一起揀選 可以得出如下的路徑 圖中的揀選的路徑中共經歷了1800厘米 節省距離700厘米 節省時間0 25秒 上圖是分揀區的貨架的一個縮影 如果運用在實際當中 節省的揀選路徑和時間都要相對的增多 對分揀過程也會有很大的影響 這個例子里的貨物較多 當貨物的種類很少的時候縮短的時間會更加的明顯 Em plant的介紹 他是面向對象的仿真軟件 建模和仿真的圖形化和集成的用戶環境 層次結構化 繼承性 對象概念 程序驅動的建模 模型的可變性和可維護性 接口與集成 他可以動態的仿真出流程的運作過程 并且可以通過仿真過后的數據來找出瓶頸問題 并且加以優化 本案例中所選用的主要設備 巷道堆垛機高層貨架射頻設備自動分揀設備AGV輸送設備 仿真中運用到的模塊 store 仿真貨架 可以通過改變xy軸的值來確定貨架的排數和列數line 仿真輸送設備 可以設定長度和輸送的速度 track 仿真軌道 可以設定長度和輸送的速度 他主要是用來輸送堆垛機Proc 仿真操作臺 前面的是