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1、第八章 仓储系统规划与设计,本章的主要内容,1、仓储系统与规划2、仓库布置设计3、自动化仓储系统,引导案例:海尔物流和立体库,海尔集团公司分析发现在整个生产过程中，最受制约的就是仓储，就是原材料和零部件的仓储和配送，所以海尔选择了这个突破口。在青岛海尔信息园里面建了一座机械化的立体库，在黄岛开发区建了一座全自动的立体库。海尔的事实是，黄岛立体库长120米、宽60米，仓储面积5 400m2，立体库有9168个标准托盘位，托盘是1.21米的；立体库的建筑高度是16米，放货的高度可到12.8米，每天进出的托盘达到1200个，实际能力是1600个。5400m2取代了原来65000m2的外租库，而且由于
2、使用了计算机系统，管理人员从原来的300多人降为48人。通过减少外租库的租金，外租库到车间的来回费用，节省工人工资加起来一年是1200万。,第二个作用是降低了物料的库存。因为海尔在计算机系统里都设定了，比如说只允许放7天的料，超过7天不让进，相对来说使整个库存量下降。库存量下降当时空调事业部就是一个典型的例子，从9月到12月降了1.4亿。第三个作用是深化了企业物流系统的规划。因为立体库使用后是两翼推动，一是海尔要求所有的分供方按照照标准化的模式送货，所有的都是标准化的托盘，标准的周转箱。二是，立体库具有灵活性和扩展性，刚开始设计立体库想的只是放空调的东西，但是通过计算机系统管理以后，只占很少的
3、库容，公司马上把冰箱、洗衣机、电脑全部放进去，一下减少了这些厂的外租库，整个效果非常明显。,图1 自动化立体仓库系统,图1 自动化立体仓库系统,图2 柳汽的自动化立体仓库系统,8.1 仓储系统与规划,1、仓库（仓储）及其作业功能（1）仓库的概念储存和保管货物的场所；现代仓库和物流中心已经形成了围绕货物的以存储空间、储存设施设备、人员和作业及管理系统组成的仓储系统，功能也延伸到包括运输、仓储、包装、配送、流通加工和信息等一整套的物流环节。,（2）仓库的作业功能,图4 仓库的主要功能,（2）仓库的作业功能1）收货（Receiving）到达产品卸货；货物外观查验；检查物料的数量和质量是否与货单一致；
4、更新库存记录。,2）转运或入库（Transfer or Put-away）将商品移至存储区、专门作业区或发货区的实际移动过程，包括搬运和放在适当的地方。,3）订单拣货（分拣Sorting）将一种或多种存储货物取出，按顾客要求整理组合，包括拆包或再包装。,摘果式(Discreet picking)播种式(Batch picking)分区式(Zone picking)波浪式(Wave picking),4）直接转运（Cross docking）直接转运，也称越库，它无需存储，直接将刚收到的货物经适当的分类整理转运到发货站台。,图5 直接转运（左）与传统仓库功能（右）的比较,5）发货（Shippin
5、g）发货作业包括拣选出的产品在发货区暂存，配货整理后搬运到运输车辆内，库存记录的调整和发货记录的检查。,6）存储（Storage）存储是商品在等待需求前的实际存放。,7）信息交换 信息交换总是伴随着仓库的移动和储存功能，仓库作业管理总需要时间性强的精确信息，如库存水平、吞吐量、储位信息、进出货信息、空间利用率等。,2、仓库分类与组成（1）仓库的分类流通领域，如物流中心和配送中心；生产领域。,若按保管形态分：普通仓库冷藏仓库 恒温仓库 露天仓库 危险品仓库等,（2）仓库的组成存储空间 货物 仓储设施设备(收发设施设备、储存设备、搬运和输送设备)人员（仓管、搬运、拣货和补货人员）作业及管理系统等要
6、素（WMS）。,3、仓库规划,（1）仓库规划的目标 空间利用最大化；设备利用最大化；劳动力利用最大化；所有物料最容易接近；所有物料得到最好的保护。,（2）仓库规划的内容仓库规划的内容包括仓库选址、确定仓库的大小、数量和仓库的布置与设计。,1）仓库的选址 决定仓库选址之前要考虑这样的问题：需要建多少仓库？每个仓库建在什么地方？规模大小是多少？,2）仓库的PQRST分析 P：仓库要存放的物品有哪些，有多少类型、采用什么包装、储存有什么要求；Q：仓库总的吞吐量是多少，各物品有多少数量；R：包括物品移动路径，与P一起确定了搬运设备的选择，和 仓库通道的设计。S：辅助设施；T：时间性更是仓库设计要着重考
7、虑的因素。,3）仓库布置的作业区域划分物料存储区 收货作业区 分拣作业区 发货作业区集货分类区等,图5 仓库的主要作业区域,收货作业区,发货作业区,物料存储区,集货作业区,整箱拣货区,拆箱拣货区,8.2 仓库布置设计,仓库合理布置设计的要求：应该按照仓库作业的顺序如进货、储存、发货等作出布置，便于提高作业效率。缩短货物与人员移动距离，节约仓库空间。应便于仓库各种设施设备都能充分发挥效率。保证仓库安全。,1、存储策略,（1）仓库存储方式 散放；堆码；货架储存。,图6 各种堆码方式,图7 堆码方式与货架示例,（2）仓库物品存储的基本原则保证储存货物安全原则；符合作业规范要求原则（面向通道，先进先出
8、）；物料周转速度原则（销售量/存货量）；,I/O口,图9 依周转率储存,图10 I/O口分离的储位指派,当进出货口不相邻时，可依进、出仓次数来分布。,（2）仓库物品存储的基本原则同类归一，相关靠近；重量对应；形状对应，标记明确；分层堆放；降低储存成本原则；提高仓容利用率原则（提高仓库高度，减少通道数量和宽度等）。,（3）仓库存储位置的分配方法随机储存（Randomized Storage，RS）将运入的物品随机放在任意的位置。定位（分区）储存（Dedicated Storage，DS）将要求储存的物品根据其类型储存在指定的位置。a 按件号顺序储存 b 按货物的类型和库存水平分级储存方法（Cla
9、ss-based Storage）根据2080原则（80存取活动主要针对20货物，15存取活动主要针对30货物，5存取活动主要针对50货物）分类进行储存，A级离出入口最近，B级次之，C级最远。,例题一ABC三类货物10期的库存量如表，采用随机存储、定位存储，分级存储各需要多少储位？,随机存储10期库存量为最大9，取9个储位。,定位存储ABC库存量为最大4，5，3，取12个储位。,分级存储组合为AB+C,AC+B,BC+A,对应的峰值相加10，12，12。即AB+C。,（4）存储分配和管理措施 通过优化货物的拣货顺序来减少拣货人员需求；通过匹配货物的集装单元和储位大小来减少补货人力需求；通过平衡
10、各分区拣货人员的工作负荷来降低反应时间并改进流动状态；通过平衡相似货物分开存储，避免拣选错误，提高拣选精确率。,2、空间利用,图11 货物沿通道的堆码,货物堆码分为层高，深度和列数。,图12 蜂窝损失示意图,（1）蜂窝损失定义如果在一列货堆上取走一层或几层，只要不被取尽，所产生的空缺不能被别的货物填补，留下的空位有如蜂窝，故名蜂窝形空缺。,蜂窝损失率蜂窝损失空缺系数的计算如下。空缺系数H的期望值为：,式中n 一列货位堆码货物件数；i=0,1,2,。,例题2计算蜂窝损失空缺系数？,讨论货架存储有没有空缺系数？,（2）通道损失定义通道损失则是由于通道占据了有效的堆放面积，无论分类堆码，还是货架储存
11、，都存在通道损失。,通道损失计算：,蜂窝损失计算：,式中：Wa通道宽度；d货堆深度。,总的空间损失计算：为通道损失和蜂窝损失的和。,不同深度时，通道损失、蜂窝损失及总空间损失 4层货物 通道宽度为3m，货物深度为1m,提高仓库高度和降低通道宽度，能有效提高空间利用率，高层立体仓库发展的一个原因。,例题3某种货物C为木箱包装形式，尺寸（长宽高）为1000600700mm，箱底部平行宽度方向有两根垫木，可用叉车搬运，在仓库中堆垛放置，最高可堆4层。C货物最大库存量为600件，请考虑通道损失（设叉车直角堆垛最小通道宽度为3.6m，货叉长1m）和蜂窝损失确定其需要的存储面积。,（3）空间利用和空间标准
12、,按随机存储，最佳深度：,按定位存储，ABC货物存储在不同深度的占用面积和空间利用率。,空间利用考虑的因素,空间的保持；空间集中方向 托盘货架 双深货架 后推式货架 贯串式货架 空间的限制；易存取性；（通道设计与相关的搬运设备符合，靠墙不应设置通道，通道方向与存储区长轴线一致，主通道面向门。）考虑良好的存储策略。,3、库容量与仓库面积,（1）库容量存储单元(Stock Keeping Unit,SKU)根据拟存货物的规格品种、体积、单位重量、形状和包装等确定每一个货物单元的尺寸和重量，以托盘或货箱为载体，在仓库货架占住一个位置。,库容量是一个仓库拟存货物的最大容量，通常以仓库存储单元（托盘或货
13、箱）来表示。,（2）仓库面积计算库房面积包括有效面积和辅助面积。,仓库面积计算方法：直接计算法（直接计算出货架、堆垛所占的面积和辅助面积等，然后相加求出总面积。）直接计算法面积的计算与库内货物存储方式、存取策略、空间利用、装卸搬运机械的类型以及通道等有关，在设计时应根据实际情况具体计算。荷重计算法（一种经验算法，它根据库存量、储备期和单位面积的荷重）,例题3某仓库拟存储A、B两类货物，包装尺寸（长宽高）分别为500280180mm和400300205mm，采用在1 2001 000150mm的标准托盘上堆垛，高度不超过900mm两类货物最高库存量分别是19200和6750件，采用选取式重型货架
14、堆垛，货架每一货格存放两个托盘货物。作业叉车为电动堆垛叉车，提升高度为3524mm，直角堆垛最小通道宽度为2235mm。试确定货架长宽高、层数和排数，并计算货架区面积。,解1）计算A、B两类货物所需的托盘存储单元数。对A类货物，12001000托盘每层可放8件，可堆层数为(900-150)/180=4.17，取整即4层故一托盘可堆垛32件。库存量折合SKU为19200/32=600托盘。同理对B类货物，每托盘可堆垛27件，共需250托盘。A、B共需850托盘。,2）确定货格尺寸 因每货格放2托盘，按托盘货架尺寸要求，确定货格尺寸为2750mm长,1000mm深,1100mm高(含横梁高度50m
15、m)。,图13 托盘货架的尺寸图,4）确定叉车货架作业单元,图14 叉车货架作业单元,3）确定货架层数 由叉车的提升高度3524mm确定货架层数为4层，含地上层。,由于叉车两面作业，故可以确定叉车货架作业单元。该单元共有16个托盘，长度为2.75m，深度为两排货架深度+背靠背间100mm+叉车直角堆垛最小通道宽度 即D=21m+0.1m+2.235m=4.335m取4.4m 面积S0=2.754.4=12.1m2。,5）确定面积,由总SKU数除以叉车货架作业单元得所需单元数，再乘单元面积即可得货架区面积(包含通道)，即 单元数=850/16=53.125取不小于的整数得54个 故面积S=54S
16、0=5412.1=653.4 m2。,6）确定货架排数,图15 8排14列4层货架布置，共896个托盘,4、仓库的典型布置,（1）U型布置,U型布置特点：物流路线合理，进出口码头资源可以充分 利用，便于越库作业，便于扩展。,（2）直进穿越式布置,直型布置特点：非常适合纯粹的越库作业，便于解决高峰 时同时进出货库作业。,（3）模块化干线布置,图17 模块化干线布置图,（4）多层楼房仓库布置,5、库房布置设计,长宽尺寸要符合GBJ-2-86建筑物模数协调统一标准如：库房跨度18m，跨度为6m的倍数，即6，12，18，24，30。,（1）库房设计仓库总面积，以此可作库房设计。库房的长度与宽度（跨度）
17、与库房面积有关，在确定的面积下，长宽可以有无数种组合，但设计要按优先比例选取，一般如下表所示。,（2）收发站台设计收发站台(Dock)主要用于货物的装卸暂放。而且因为仓库是一个动态系统，进出频繁，需要专门考虑系统进出两端，也即收发站台的设计。,例3某仓库每年处理货物6百万箱，其中70%的进货是由卡车运输的，而90%的出货是由卡车运输的。仓库每周工作5天，每天2班。对于进货卡车，卸货速度是每工人小时200箱，而出货上货的速度是175箱/人时。进出货卡车满载都是500箱。考虑进出货并不均匀，设计加上25%的安全系数。试确定仓库收发货门数。,解(1)确定进货需求年卡车进货量为卡车进货百分比乘总进货量
18、，即70%6 000000=4200000箱 b.则年进货卡车次数（满载）为4200000/500=8400次 c.每一卡车货卸货作业时间为500/200=2.5小时 d.年总进货卡车次数所需作业时间为84002.5=21000h 2）确定出货需求 年卡车出货量为卡车出货百分比乘总出货量，即90%6 000 000=5400000箱 b.年出货卡车次数（满载）为5400 000/500=10800次 c.每一卡车货上货作业时间为500/175=2.85h d.年总进货卡车次数所需作业时间为108002.85=30780h,（3）通道设计库房的通道主要包括横向和纵向通道。,3）计算总共作业时间
19、进、出货合计作业时间为21000+30780=51780h，加上25%安全系数为51780(1+25%)=64725h 4）每年工作时数 52周乘每周工作天数乘每天工作时数，即52582=4 160小时 5）需要门数为总作业时间除年工作时数，即 64725/4160=15.516 故仓库需要16个收发货门。,（4）物流动线动线图：在仓库或物流中心平面布置图上布置动线，表示商品、设备（包括货品箱、托盘、料箱等）、废弃物和人员的移动路线。,图18 仓库物流和人流动线图,8.3 自动化仓储系统,1、概述（1）自动化仓储的概念自动仓储系统(Automated Storage and Retrieval
20、 System，简称ASRS)是指不用人工直接处理，能自动存储和取出物料的系统。自动化仓储有：高层货架、堆垛机、出入库输送机和计算机控制系统及管理系统等组成。,AS-RS自动仓储系统,设施选址及其评价 机械与汽车工程学院,（2）功能及发展1）自动化仓储系统的功能自动化仓库的功能一般包括收货、存货、取货和发货和信息查询等。,AS/RS进出库,立体仓库-箱式全自动立体仓库作业演示,2）自动化仓储系统的优点立体仓库能大幅度地增加仓库高度，充分利用仓库面积与空间，减少占地面积。实现仓库的机械化、自动化，从而提高出、入库效率，降低物流成本。由于采用货架储存及计算机管理，实现先进先出的出入库原则，防止储存
21、原因造成的货物损失。采用自动化技术后，立体仓库能适应黑暗、有毒、低温等特殊场合的需要。仓储信息管理系统WMS，数据及时准确，便于掌握库存情况，提高了生产的应变能力和决策能力，提高仓库管理水平。,3）自动化仓储系统发展趋势自动化程度不断提高。与生产企业的工艺流程结合更为紧密。储存货物品种多样化。提高仓库出入库周转率。提高仓库运转的可靠性与安全性及降低噪声。开发可供实用的拣选自动化设备和系统。,（3）系统组成1）货架2）巷道机3）周边搬运系统4）控制系统,货架,巷道机,周边搬运系统,控制系统,2、自动堆垛机（巷道式堆垛机）（1）结构运行机构载货台及取货机构提升机构机架电气设备,图19 巷道堆垛机主
22、要机构图,运行机构载货台及取货机构提升机构机架电气设备,图20 巷道堆垛机主要机构图,（2）分类按结构形式分类单立柱型双立柱型,图21 单、双柱式巷道堆垛机,图22 双柱式巷道堆垛机,图23 单柱式巷道堆垛机,按支承方式分类地面支承型（支承在地面轨道上，用下部车轮支承和驱动）悬挂型（支承在屋架轨道上，驱动在上部）货架支承型（支承在货架轨道上，驱动在上部）,按作业方式分类单元型以整个货物单元出、入库；起重机载货台须备有叉取货物的装置；适用于整个货物单元出入库的作业，或者“货到人”的拣选作业。拣选型堆垛机上设司机室，由司机从货物单元中拣选一部分货物出库；载货台上可以不设叉取装置，直接由司机手工操作
23、取货；适用于“人到货”的拣选作业。,3、AS/RS的设计规程（1）工况分析和方案选择1）需求分析（PQRST，ABC分类，物料特性）。2）确定货物单元形式及规格(SKU)。3）作业方式及机械设备选择。单元型还是拣选型。是否要拣选？（拣选设备、输送设备）,（2）模型建立及总体布置模型的建立主要是根据单元货物规格确定货架的整体尺寸和仓库内部的布置。1）确定货位尺寸和仓库总体尺寸。2）确定仓库的整体布置。每排货架在水平方向的列数C：C=N/(2AS)其中：N 库存量（货物单元）A 巷道数（两排货架为一巷道）S 货架的层数,3）根据每排货架的列数C及货格横向尺寸可确定货架总长度L。4）根据作业频率的要
24、求确定堆垛机的数量和工作形式。5）确定高层货架区和作业区的衔接方式，其它配套的设备（输送机、运输小车、叉车）选择。6）按照仓库作业的特点选择出入口的位置。7）确定工艺流程，并核算仓库工作能力。（1）立体仓库的存取模式。在立体仓库中存取货物有两种基本模式：单作业模式和复合作业模式。（2）出、入库作业周期的核算。,一般情况下，AS/RS的总体布置形式如表所示。,图24 自动化立体仓库图示,4、出入库流量验算与堆垛机的存取作业周期 作业存取周期：高架仓库中货物存取周期，即堆垛机完成一项作业后，再回到原地所需要的时间。,（1）高架仓库的作业方式 1）单一作业方式单入库堆垛机从巷道口入库台，取一个单元货
25、物送到选定的货位，然后返回巷道口的出入库台。单出库堆垛机从巷道口出发到某一指定的货位取一个单元货物送到出入库台。2）复合作业方式堆垛机从出入库台取一件单元货物送到选定的货位，然后直接转移到另一个给定货位，取出其中的货物单元，再回到出入库台出库。,图25 堆垛机的作业方式,单作业周期,复合作业周期,（2）堆垛机作业周期计算参数当两机构运行时间相等，有：定义货架参数w:,图26 堆垛机作业周期计算参数,（2）堆垛机作业周期计算参数等时线：在该线位置的各货位作业时间相等，即txtz。,图27 等时线,（2）堆垛机作业周期计算参数堆垛机作业周期：堆垛机行走和载荷台的升降时间外，还应考虑货叉的升缩作业时
26、间以及货叉与托盘对位所需要的微动时间。货叉伸缩的作业时间包括货叉伸出时间和货叉缩回时间。在单作业时，货叉伸、缩各一次；双作业时，货叉要伸、缩各两次。,（3）计算平均作业周期的方法1）总体平均法假设80%的作业是复合作业方式，20%是单作业方式。摒弃运行距离特别近和特别远的两种极端情况，取货架长度和高度的20%80%之间的范围作为经常运行的范围。取四个复合作业和一个单作业为一组进行验算。,图28 计算平均作业周期的路线图,是单作业,是复合作业,分别计算各次作业周期、。按下式计算一次入库或出库的平均作业周期T（s）：计算每小时平均入库或出库货物单元数为：,（3）计算平均作业周期的方法2）分解平均法
27、计算单作业周期单作业周期：堆垛机完成一次单入库或单出库作业所需要的时间。,图29 单作业周期的等效货位,3）平均复合作业周期复合作业周期：堆垛机从入库台取出货物送到指定的货位，然后转移到另一个指定的货位，取出其中的货物单元，再回到出入库台所需的时间。,图30 复合作业周期的等效货位,5、有轨巷道式高层货架仓库设计规范介绍,有轨巷道式高层货架仓库设计规范JB/T9018-1999,6、仓储系统的计算机仿真,存哪些物资、存量多少、什么情况下应补充存量等一类复杂问题，用计算机仿真会得到比较符合实际情况的结果。前面的计算假设的条件比较多，导致计算结果出入比较大。,仿真的输入：系统设计和用户要求的货位和相应的任务，仿真模型计算以单作业或复合作业完成这些任务所需的时间。仿真的输出：单位时间完成的作业任务次数，并模拟作业情况。,长沙卷烟厂,思考题,1.请叙述自动化立体仓库的基本构成。2、单（复合）作业周期的概念？3、什么是蜂窝损失？空缺系数？,
