从物流角度谈自动化立体仓库

□ 郭永峰

(郑州宇通客车股份有限公司,河南 郑州 450000)

通过实地考察烟草、汽车零部件、新能源等行业自动化立体仓库应用案例，主导2个自动化立体仓库的规划实施，总结外部考察和内部应用案例经验，梳理物流系统各环节在自动化立体仓库规划实施过程中的交织关系，输出指导后续项目的规划实施纲要。

1 现状分析

自动化立体仓库发源于欧美，其后在日本有较多应用，目前国内应用势头强劲。

自动化立体仓库核心硬件在于堆垛机、电控设备、货架和输送机。堆垛机选择德国、日本和国产主流品牌较为普遍，电控设备选择国际主流品牌较为普遍，货架选择国产主流品牌较为普遍，输送机选择国产主流品牌较为普遍。

自动化立体仓库核心软件在于仓储管理系统(WMS)和仓库控制系统(WCS)。一般都有标准版软件，针对个性化需求可进行单独开发完善。

2 立项注意事项

在考虑上自动化立体仓库项目之前，首先要明确自动化立体仓库的物料及功能需求，然后寻源供应商进行方案交流。交流过程中重点关注供应商的项目方案、设备清单、建筑物及其环境(水/电/气/网/温湿度等)、设备性能及其参数、电气自动化性能、软件系统、工程周期、售后服务、公司实力、以往项目经验及口碑等。在交流过程中筛选出匹配度较高的供应商进行方案细化交流和立项。

3 项目规划实施注意事项

项目方案细化交流过程中，要统筹考虑各环节价值需求和顺畅关联。价值方面，关注周期、质量、成本、效率的优化。关联方面，关注硬件实物的匹配，软件系统逻辑匹配和自动化立体仓库设备每个作业动作的线平衡(瓶颈设备能力决定自动化立体仓库出入库能力大小)。

和自动化立体仓库强相关的作业场景有运输车辆的停靠，装卸车作业，物料搬运、存储和出入库作业。下文将针对这些场景，归纳至包装、运输、装卸搬运、仓储和信息处理环节进行基本要求、价值点和关联点的分类论述。

3.1 包装环节

3.1.1 基本要求

设计包装方案，明确包装的材质、防护质量、长宽高尺寸(推荐选用标准尺寸1200*1000*1150mm)、码垛层数和高度、包装SNP、包装自重和总重。

3.1.2 价值点

一体化包装，规避翻包。

可回收包装，减少浪费。

包材全生命周期内，追求单个物料包装费投入最小化。

3.1.3 关联点

运输环节，要求包装和回收包装在车厢摆放形式和码垛层数合理。

仓储环节，要求包装采用统一规格的“川字型”底托(和自动化立体仓库输送线摩擦力情况、堆垛机叉齿匹配情况等,需要先进行样品验证)。包装整体外观，要明确结构精度，长宽尺寸一致，高度明确上限值。

装卸搬运环节，要求包装便于叉车等设备便捷作业。为了便于感应元器件识别，底托和托面应尽量规避选用镂空结构。

流通加工环节，要求包装方案与流通加工作业流程和设备相匹配，尤其注意与自动化作业设备相匹配(如一体化包装样式，应便于产线取料)。

配送环节，对洁净度有要求的，注意包装规避选择木质、纸质或泡沫等容易产生碎屑的包材，注意包装外裹缠绕膜阻挡灰尘并在配送前拆除或风幕处理。

信息处理环节，要求标签尺寸样式和粘贴位置统一。

3.2 运输环节

3.2.1 基本要求

识别物料属性，如果是普货，则选用普货车辆；如果是危化品，则选用危化品车辆。超大、超重和异形的物料一般不会上自动化立体仓库，故而无需考虑选用相应的特种车辆。所选车辆人员、保险、手续、资质等配置要符合相关法规要求。针对异常天气、交通管制等情况有资源调配等应急预案。

3.2.2 价值点

在不超限的前提下，追求装载率最大化和单个物料运费最小化。

对于运输地点固定、货物规格统一、货量稳定和运输频次较高的，改造为自动装卸车辆，可大幅提高装卸效率。

3.2.3 关联点

装卸搬运环节，要求结合场地空间和装卸设备形式选用合适的运输车型。

包装环节，要求结合包装方案选用合适的运输车型。

信息处理环节，要求具备车载GPS或TMS系统等其他方式可以监管车辆运输情况。

3.3 装卸搬运环节

3.3.1 基本要求

配备叉车、出入库输送机或穿梭车等设备，保证快装快卸。预留足够的车辆行驶和装卸设备作业场地，保证装卸顺畅不拥堵。

3.3.2 价值点

对于自动装卸车辆，在装卸码头设置自动装卸输送线，可以大幅提高装卸效率，且无需叉车作业。

对于需拆码垛货物，在装卸输送线上加装拆码盘机，可以大幅提高拆码盘效率。

对于货物外形无法长期保证良好入库状态的，在入库输送线设置外形检测器，检测异形货物不得入库。

对于货物重量无法长期有效管控的，在入库设备入库节点上设置重量检测器，检测超重货物不得入库。

3.3.3 关联点

运输环节，要求装卸搬运设备与运输车型相匹配。

仓储环节，要求装卸搬运设备与仓储出入库作业设备衔接顺畅。

包装环节，要求装卸搬运设备与包装形式相匹配。

3.4 仓储环节

3.4.1 基本要求

本环节涉及建筑物，如果是待建厂房，一般要结合专门的建筑设计机构依据最新版本的《建筑设计防火规范》(本文参照2018年版本)进行设计；如果是建成厂房，需要结合建筑设计机构进行匹配性判定。

首先，要识别物料属性，依据物料属性判断仓库消防等级，依据消防等级规划相应面积的防火分区，如果货架内加装喷淋层的话，防火分区最大面积可增加1.0倍。

其次，在防火分区面积标准内，规划明确货架总高度和长宽数值。

高度方面，一层离地高度需预留堆垛机载货台和地轨需求空间，高度一般取值0.7m。总高距离建筑屋顶最低点距离1m左右时，既便于安装施工又能兼顾厂房高度利用率。室内净高≤13.5m情况下，屋顶喷淋采用快速响应喷头，货架内可以不加喷淋；在>13.5m情况下，货架每3m内，需要在横梁上加装消防层板，在消防层板下加装喷淋。喷淋层下方预留安装喷淋设施和堆垛机铲货提升空间，货物上表面距离距离喷淋层横梁净高一般取值0.315m；非喷淋层下方预留堆垛机铲货提升空间，货物上表面距离喷淋层横梁净高一般取值0.12m。

长度方面，货架部分长高比一般为4.0～6.0状态下，堆垛机效率发挥较好。

宽度方面，要兼顾货架两侧桥架以及货架两端出入库等作业设备的安装和维修空间需求。

第三，存储货位要统一规格，长宽尺寸一致，额定载重量一致，高度明确上限值。其中货位额定载重量的设置，在已知存储货物重量最大值及产品技术未来发展方向预估的最大值的基础上，需要预留加增一定安全值。

第四，对存储温湿度有要求的特殊货物，库房需要配备空调、除/加湿等配套设施。

第五，屋顶照明灯需要注意排布在货架巷道正上方。

第六，堆垛机型号选择方面，需要综合考虑存储货物品类复杂度、重量和出入库效率等因素。一般而言，品类单一货物，宜选用双深位；品类较多货物，宜选用单深位；重量较轻货物，宜选用单立柱；重量较重货物，宜选用双立柱；出入库效率要求低的货物，宜选用单工位；出入库效率要求高的货物，宜选用双工位。

第七，出入库能力推理计算方法：

出入库能力配置记为p托/小时；

出入库能力需求记为a托/小时，出库能力需求记为a1托/小时，入库能力需求记为a2托/小时；

预留能力安全系数记为μ(数值≥1，具体数值由需求单位自行拟定)；

单产品用量记为m，具体物料号级别记为m1、m2…；

每小时产品生产量记为n；

物料包装SNP记为s，具体物料号级别记为s1、s2…；

单台堆垛机出入库能力记为q托/小时，堆垛机综合利用率取经验值85%；

需求堆垛机数量记为w。

①p=a×μ=(a1+a2)×μ。

②一般而言，对于原材料自动化立体仓库，以a1作为计算初始值。

a1=m×n÷s=m1×n÷s1+m2×n÷s2+…

然后依据日出入库量动态平衡原则计算a2。如果是单班收货、双班生产，则a2=2a1

如果是同班制作业，则a2=a1

③一般而言，对于成品自动化立体仓库，以a2作为计算初始值。

a2=n

然后依据日出入库量动态平衡原则计算a1。

如果是单班发货、双班生产，则a1=2a2

如果是同班制作业，则a1=a2

④w=p÷(q×85%)。

⑤w值向上取整值即为需求堆垛机个数。该整数值的2倍(单深位)/4倍(双深位)即为需求货架排数。然后根据需求库存量、计划货架投入层数及长高比，推算出需求货架列数。

以上，是在出入库量均衡情况下的计算方法，同时应考虑是否有某一时间段集中出库或集中入库的作业现象存在。如果该现象频繁出现的话，需计算出该现象作业时间段内的出入库作业能力需求峰值，综合考虑投资收益再科学决策μ值设定。

3.4.2 价值点

存储层数高，提高单位面积内空间利用率。

自动化存储代替人工作业，降低人工成本，提高作业效率。

对于货物存储温度变化或自燃现象发生有检测要求的，需要设置DTS温感光纤或单点式测温系统对每个货位货物温度进行监控，集成至WCS系统可实现温度异常自动报警处理。

对于有监控需求的，在每个货架巷道两端安装对射和在出入库段斜对角安装对射监控探头进行全貌的视频监控。

除了法规性消防设施外，对个性化消防措施有需求的，可以考虑在堆垛机载货台设置烟感装置、自启动灭火器和自动开关防火卷帘门，在出库段设置接驳机构、密闭消防箱和消防排异通道。

对于有货物在架盘点需求的,通过在堆垛机载货台设置相机拍照或专用托盘设置相机搭载堆垛机载货台方式，利用堆垛机逐个移动至存储货位对货物进行拍照并留存照片作为盘点凭证，进而规避投入货物大批量下架盘点所需人员和场地。

3.4.3 关联点

装卸搬运环节，要求出入库接驳口预留装卸搬运设备作业场地并设置防撞护栏。

包装环节，要求货位设置满足包装尺寸和重量存储需求。

配送环节，要求仓储出库能力不低于物料配送需求能力，入库能力不低于物料入库需求能力。

信息处理环节，要求仓储账实相符。

3.5 信息处理环节

3.5.1 基本要求

配备WMS、WCS和扫码器、工控机等通讯设备。

3.5.2 价值点

设置中控室和消防控制室，分别监管业务运行和消防安全。

室内配备监管屏幕，便于实时掌握各区域运行情况，并对异常情况及时发现和处理。

3.5.3 关联点

仓储环节，要求WMS和WCS管控逻辑与作业流程及功能相符。

包装环节，要求扫码器设置位置与标签粘贴位置相匹配。

4 总结

以上，从物流角度论述了自动化立体仓库规划实施纲要。然而一个自动化立体仓库项目的规划实施，不仅仅只是一个物流专业可以全面管控的，同样离不开信息技术、电气自动化、设备技术专业的参与和支持。组建关联专业项目团队，勠力同心才能把项目做好。