基于叉车动线的成品卷烟平库垛位布局设计优化研究

杨强 李菁 陈晓伟

摘 要：在烟草企业当前储位布局存在自动化立体库、高架库与堆垛三种库内布局，相应的分拣及出入库设备科分为智能分拣（包含机器人分拣）、“叉车+人工”分拣两种模式。文章以叉车分拣的运行路线为基础，针对堆垛模式进行垛位布局设计优化，以更符合叉车在插取托盘的运行轨迹的菱形储位代替传统垛位布局设计，在借鉴国外仓库库位设计原理的基础上，提出基于叉车作业动线的鱼骨型垛位设计优化方案，以满足日益增长的库房周转率要求，为烟草工业企业成品烟库内布局提供新的规划参考。

关键词：库内布局设计；叉车动线；垛位优化

中图分类号：TU201 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0018-03

1 传统平库垛位布局设计

在传统平库堆垛模式下，成品卷烟的储位布局以品规为基础，分为横式和纵室两种设计方案。划分基准是以标准托盘长边垂直于仓库出入口或平行于出入口为基础，再以叉车动线通道作为库内各区域的分割交通线，如采用堆垛存放，库位也可称为垛位，如图1所示。

按照叉车插取托盘的自身参数结合库房实际使用情况，传统平库垛位布局的仓库内，叉车动线条件。

从图1可以看出，无论横式还是纵式成品卷烟平库垛位布局，堆垛长度方向均是垂直于主干道方向的。我们所常见的仓库布局大致都是这样。在这种仓库的储位布局下，叉车在分拣搬运动线空间，所需要的空间为转弯半径+车身，一般来说，需要占用3～5 m左右的通道宽幅，同时要覆盖垛位最长端。

之所以会产生这种原因，是因为当前垛位设计的思路来源于传统平库的设计方案。对于传统平库来说，只要你仓库不是圆的，那么货架或垛位垂直或平行于墙壁方向是最能充分利用空间的。而当你的货架或垛位和墙壁之间有夹角时，势必会造成平面空间的浪费，如图2所示。

于是在传统平库布局中，为了最大可能地利用仓库空间，货架或垛位的边缘是垂直或平行于墙面方向。这种堆垛方式虽然能最大限度利用存储空间，但却是以牺牲搬运作业能力为代价实现的。

但此类设计方案应用在成品卷烟的布局中是否就绝对正确，或者说是最优选择？根据成品卷烟物流原则和现代物流的思想，当前仓库作业以及时响应客户需求为第一要素。基于这一思想，成品烟仓库能够通过仓储作业协调多客户多品规卷烟需求和卷烟生产之间的平衡，库内的搬运作业要优先于存储作业，对分拣搬运效率的考虑现在是首要因素。

根据成品烟的订单处理特点，决定了其对分拣搬运效率提升的高要求，在仓库面积利用损失不大的情况下，调整仓库垛位布局以提高分拣搬运效率将作为成品烟仓储管理中优化重点。

以云南中烟物流管控平台为例，云南中烟物流管控平台内嵌订单管理系统充分满足云南中烟在烟草销售体系中订单处理需求，同时云南中烟所属现有仓库根据订单系统逐步调整内置设备、人员管理、工作流程及仓库布局，在以物流信息化建设为核心建立成品卷烟物流现代化体系，相应的完成现代物流以高频周转为核心的平库垛位布局。

基于上述思想，本文在云南中烟物流管控平台的订单系统对库房布局的需求下，以仓库搬运作业的设备（叉车）作业流程为基准出发点，在以叉车动线特征和制约条件为基础，提供新型垛位布局设计，满足云南中烟成品卷烟物流管控平台现代化物流仓库布局需求。

2 叉车动线特征

叉车动线特征通过叉车分拣搬运作业流程中的动作分析结合传统平库通道设计制约条件，分析分拣搬运作业与垛位设计的关联，提供优化方向。

2.1 叉车分拣搬运作业流程

由图1和表1可以看出叉车在插取储位托盘时，需要反复占用两到三个车身的通道宽度。将叉车作业动作进行分解，如图3所示。

在传统垛位设计中，除面向仓库出入口外的垛位，叉车在插取其他垛位的托盘时，需沿通道行驶（动作A），到达指定托盘后，叉车直角转向（动作B）插取托盘，完成插取动作后，为确保能够完成转向动作，叉车需向后行进至少一个车位（动作C），在有足够的转向角度后，完成转向动作（动作D），最后沿通道按原路返回或进入其他通道，驶出仓库（动作E）完成一次分拣搬运作业。

2.2 库内通道设计制约条件

仓库内通道的制约条件一般要考虑库房面积，托盘尺寸，库房出入口位置及横断面宽度，搬运车辆型号及其转弯半径的大小等参数，成品卷烟品规位置；库内其他设施（例如地埋式RFID读取器）等。同时，还要考虑货物堆存方式、车辆通行方式等因素。尤其是车辆通行方式，在一般的仓库内部，对于出库口位置的通道为主干道，保持双向车辆通行，单行通道为各垛位到达主干道通道，安全间隙一般为人行通道。

仓库通道宽度可以从以下两个方面确定：

①根据物料的周转量、物料的外形尺寸和库内通行的运输设备来确定。

周转量大，收发较频繁的仓库，其通道应按双向运行的原则来确定，其最小宽度可按下式计算：

B=2b+C

式中：

B为最小通道宽度，m；

C为安全间隙，一般采用0.9 m；

b为运输设备宽度（含搬运物料宽度，m）。

根据上述公式，在成品烟实地调研后可得出下述结论：

用手推车/手动液压叉车搬运托盘时，通道的宽度一般为2～2.5 m；用小型叉车搬运时，一般为2.4～3.0 m；进入叉车的单行通道一般为3.6～4.2 m。

②根据物料尺寸和放进取出操作方便等来确定。

采用人工存取的货架之间的过道宽度，一般为0.9～1.0 m；货堆之间的过道宽度，一般为1 m左右。

2.3 特征关联

通过2.1的动线流程分析，在2.2的研究基础上可以看出，叉车作业动作及产生的相应动线取决于垛位布局方式，叉车的动线进而影响通道的设计方式。在传统垛位布局设计中，往往是在垛位设计的同时完成通道设计，将通道设计当成定量，不会考虑布局的不同带来通道占据空间的影响。

为此，在以提供库内分拣搬运作业为第一要素的库房内，通过降低叉车作业动作来影响通道设计从而优化垛位设计，提供库存周转率是一条可行的优化路线。

3 新型垛位布局设计

随着仓库类型的增多，传统横式纵式垛位布局已经不能适应当前库房对于高速周转率的要求，几种新型垛位布局的出现，相对于传统垛位布局，更为适应当前库房对于分拣搬运作业的要求，能够从仓储布局领域提高仓储周转率。

3.1 鱼骨型库位设计

Russell Meller与Kevin Gue在传统横式、纵式库位设计的基础上，提出以主通道为基础的V型库位布局设计方案。在充分考虑叉车分拣作业流程，利用叉车在交叉通道实现快速到达仓库顶端或低端，比传统分拣通道降低作业动作，从而提高分拣作业效率。

Russell Meller与Kevin Gue在改进V型垛位布局的通道设计，变更主干道方向，保持平行库位通道，提出鱼骨型库位布局设计，设计图如图4所示。

鱼骨型库位布局，要在靠近出口位置设计更多空间，也就是最好的库内位置被闲置，同时没有考虑改变单体垛位的顺序。

3.2 鱼骨型垛位设计优化

在传统叉车搬运托盘作业中，叉车需要完成5个动作，其中完成90 ？觷转角要同时占用双向车道，同时，为了保证转角成功，需提前完成叉车减速动作，以防止叉车交叉作业或碰撞。

在鱼骨图垛位设计方案的基础上，在库内叉车较多，搬运作业频繁的条件下，叉车作业的效率降低7%。通过研究车辆转向路线可以发现，在统一车道车辆可以完成45 ？觷转向动作完成插取，再以135 ？觷转向动作，完成返回原通道，降低分拣作业占据通道过大的瓶颈，完成货物的选取作业。

基于上述研究，将现有长边垂直通道的垛位变为直角垂直通道，垂直出入口即按照45 ？觷与135 ？觷的车辆单车道转向范围摆放托盘，改进鱼骨垛位布局方式的双主通道将有利于降低交叉风险，有效提高叉车搬运作业，布局图如图5所示。

在图5中，纵向（面向出入库口）主通道为双向通道，同时保留纵式布局的纵向单向通道，安全通道由鱼骨的“V”型通道承担，V型通道与纵向通道均为单向通道，仅主出入口保留双向通道，确保分拣高峰波次的顺畅。

在鱼骨型垛位布局设计方案中，参考蝶形垛位摆放方式，在叉车G搬运托盘，由通道进入库房（动作A），转向45 ？觷完成货物提取（动作B+C），通过单向通道（动作D）返回通道，完成一次搬运作业。流通方向为单向闭合回路，符合车辆行驶及驾驶习惯，如图6所示。

通过对比图3与图6可以发现，分拣搬运作业中，叉车动作减少一个，不再占用双向通道，可由前行单向车道，途径其他通道返回出库口，由于各叉车始终保持同方向形式，且在小库区内即可调头。因此，能够降低交叉风险，有效提高通道效率。

4 优化垛位算例

以云南中烟昆明平库为例计算在2014年间平库内叉车分拣时间，通过算例对比三种设计方案在同等条件下分拣搬运效率。

4.1 制约参数

云南中烟昆明平库的库房条件为32 m（深度）×36 m（宽度），采用横向堆垛，分为六个库区：8 m×9 m，每个库区包含同样数量及模式的储位100个，叉车行驶速度为3.5 s/m，搬运托盘所在垛位相同，分为纵向垛位设计、鱼骨垛位设计、鱼骨优化垛位设计三种方案，计算单一叉车20 min内不同动线的搬运效率情况。

4.2 算例结果

根据2.2的标准时间得到纵向垛位设计、鱼骨垛位设计、鱼骨优化垛位设计三个不同方式在搬运效率上的曲线数据，如图7所示。

启动时间优化后的设计方案可在14 min内完成20托的搬运，在随后时间，根据位置的不同逐步呈现与改进前相同势态，纵向设计在16 min内要高于鱼骨设计方案，在达到20 min后，优化方案均要高于传统设计方案达到10%左右，说明设计方案可行。

4.3 垛位优化对出库作业效率影响分析

将垛位全部出库所需要的理想时间的对比来说明垛位优化前后的出去效率对比情况，垛位优化前叉车在整个一号库区的以自由的状态进行工作，也就是所有叉车可从任意垛位取货运到月台，出货区位置可能不在出货月台附近的情况，将16 000个垛位全部出库需要337 min。

进行垛位优化后，所有出库垛位均在对应出库月台的附近，所有叉车根据1号库的三个区域分为三组，每组叉车只负责自己区域内的出库作业，以此作业形式将库区全部出库需要280 min，对垛位优化前后出库时间进行了对比，如图8所示，可以很直观的看出其差别，出库效率提高17%。

5 结 语

根据叉车库内分拣搬运动线，在库内通道设计制约条件下，通过改进鱼骨垛位设计方案，将原有储位长边垂直出库口优化为直角垂直出库口的设计方案，更为符合以分拣搬运效率优先的成品烟周转库。

在云南中烟物流综合管控平台的统一指挥下，通过平库的垛位调整，在现有平库条件下最大限度改进不能适应当前信息化需求的平库垛位布局设计，形成围绕订单处理为核心现代仓储设计，支撑成品卷烟物流综合管控平台的有效实施，提高成品卷烟出入库周转效率，满足卷烟现代物流预设目标。

参考文献：

[1] 李明琨，张杨平.基于COI与作业负荷平衡的多巷道仓库储位分配策略[J].工业工程，2015，（1）.