案例三海尔自动化立体仓库的规划与设计

海尔自动化立体仓库的规划与设计案例: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。在国内人们因为人工成本便宜，地皮又大而质疑立体库的效果。但海尔的事实是，黄岛立体库长120米、宽60米，仓储面积5400m2，立体库有9168个标准托盘位，托盘是1.2×1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。案例:海尔物流和立体库5400m2取代了原来65000m2的外租库，而且由于使用了计算机系统，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，大约3个月，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。案例:海尔物流和立体库以往都是纸箱，纸箱的坏处在于，产品的零部件容易压坏，上线的时候还要倒箱，多次倒箱增加了人工拣选，保证不了产品的质量。现在采用统一的产品包装，从分供方的厂里到海尔的生产线整个过程不用倒箱。对车间也是一样，以往车间的效果也是脏、乱、差，使用标准箱之后，全部是叉车作业标准化。立体库对两方都产生了有利的作用，对分供方也好，对海尔内部的整个物流推进也是很重要的。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。立体库就有这么多好处。并不一定非要建立体库，在车间旁边也可以搭立体货架，这样就节约了车间里面宝贵的生产面积，每一寸土地都得到充分的利用。讨论1：什么是自动化立体仓库?讨论2：自动化立体仓库有哪些部分构成?（视频）讨论3：自动化立体仓库有哪些优点?自动化立体仓库，一般指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存货物，并且用专门的仓储作业设备进行货物出库或入库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间进行储存，故形象地称为立体仓库。自动化立体仓库是采用自动化存储系统(AS/RS，AutomatedStorageandRetrievalSystem)，由高层货架(HighLevelRock)、巷道堆垛起重机(StackerCrane)、出入库输送机系统(Output/InputConveyor)、自动化控制系统(AutomaticControlSystem)、计算机仓库管理系统(WarehouseManagementSystem)及周边设备(PeripheralEquipment)组成，可实现对集装单元货物自动化保管和计算机管理的仓库。一、仓库布置设计1．空间利用（1）蜂窝损失分类堆码时计算面积要考虑蜂窝损失。以图所示的分类堆码为例，图a为一个通道各有一排货物，每排货物有若干列，而每一列堆码四层。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，它影响了库容量的充分利用。单、双深堆码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,…。101)(nininHE例求图中的蜂窝损失空缺系数。例求图中的蜂窝损失空缺系数。解：图中一列货物可能有四种状态：只堆1、2、3或4层，因此相应的空缺数分别为3/4、2/4、1/4和0。设4种状态的出现概率都是1/4，则空缺系数H的期望值同理对右图中可算出为0.4375。101)(nininHE375.0041424341)(HE（2）通道损失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，都存在通道损失。若不考虑通道深度方向的情况，通道损失可用下式计算La=Wa/(Wa+2d)式中Wa—Widthofasile通道宽度，d—depth货堆深度。（2）通道损失计算通道损失。（2）通道损失如下图a，托盘深度为1m，叉车作业通道宽度为3m，则通道损失为3/5，即60%。可见通道损失之多。为降低此损失，可以增加货位深度，如图b堆两排，通道损失降到3/（4＋3）＝0.429，但此时增加了蜂窝损失。对于常见的选择式货架来说，堆垛深度最多两排，即双深式货架，此时可配用带伸缩叉的叉车。但出入库和装卸搬运等操作不太方便，需要全面考虑，具体参见后面案例。通过上述典型计算，在货物不同深度时的通道损失、蜂窝损失及总空间损失见下表7-1。可见，货堆越深，通道的损失越小，虽然蜂窝形的空缺损失增大，但总的库容量损失有所减少。平面损失率很大，要提高空间利用率，只有往高度发展和降低通道宽度，这也是高层自动化立体仓库发展的一个原因。例某种货物C为木箱包装形式，尺寸（长×宽×高）为1000×600×700mm，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）和蜂窝损失确定其需要的存储面积。（一般叉车货叉长达900~1000mm）例解：货物堆垛4层，实际占地面积为1.0×0.6×600/4=90m2。一般叉车货叉长达900~1000mm，因此堆码时一次可以叉两件C货物。则通道分类堆垛方式为每通道两边至少各有两排货物。若按货堆深度两排计算，此时通道损失La=3.6/(3.6+2×(0.6×2))=0.6，但取出货物时一般是一件一件取，则蜂窝损失为一列8件计，可算出蜂窝损失空缺系数E(H)=7/16=0.4375，考虑通道损失后的蜂窝损失为0.4375×(1-0.6)=0.175，合计损失为0.6+0.175=0.775。故需要的存储面积为90/(1-0.775)=400m2。例若货堆深度更多，如4排解：货物堆垛4层，实际占地面积为1.0×0.6×600/4=90m2。若货堆深度更多，如4排，则La=3.6/(3.6+2×(0.6×4))=0.429，蜂窝损失为一列16件计，蜂窝损失空缺系数E(H)=15/32=0.46875，合计损失为0.429+0.46875×(1-0.429)=0.697，故需要的存储面积为90/(1-0.697)=297m2。2.库容量与仓库面积（1）库容量仓库规模主要取决于拟存货物的平均库存量。货物平均库存量是一个动态指标，它随货物的收发经常发生变化。作为流通领域的经营性仓库，其库存量难以计算，但可以确定一个最大吞吐量指标；作为制造企业内仓库，可根据历史资料和生产的发展，大体估算出平均库存量，一般应考虑5~10年后预计达到的数量。库存量以实物形态的重量表示。（1）库容量在库存量大体确定后，还要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，以此作为仓库的存储单元(StockKeepingUnit,SKU)。仓库存储单元一般以托盘或货箱为载体，每个货物单元的重量多为200~500kg，单元尺寸最好采用标准托盘尺寸。对托盘货架仓库以托盘为单位的库存量就是库容量，它可用来确定库房面积。（2）面积计算库房面积包括有效面积和辅助面积，有效面积指货架、料垛实际占用面积；辅助面积指收发、分拣作业场地、通道、办公室和卫生间等需要的面积。面积计算方法一般有两种：直接计算法和荷重计算法。直接计算法是直接计算出货架、堆垛所占的面积和辅助面积等，然后相加求出总面积。荷重计算法是一种经验算法，它根据库存量、储备期和单位面积的荷重能力来确定仓库面积，在我国计划经济时代应用较多，但因为现在储备期时间大为缩短和采用货架、托盘后货物的单位面积荷重能力数据大为改变，应用较少。（2）面积计算面积较难计算时，还可以类比同类仓库面积，比较类推出所需面积。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。例某金属材料仓库库存量为500吨，全部采用行车搬运集中堆垛存储，垛长6m，垛宽2m，垛高1.5m，考虑蜂窝损失后，空间利用率为0.7，材料比重为7.8t/m3。求面积。解：计算料垛所占用的总面积为：S=500/(1.5×0.7×7.8)=61m2在同一库内的不同物料应分别计算，分类堆垛，求和后，再考虑通道损失，得最后面积。案例采用货架存储的直接计算以托盘为单位，要确定货架货格尺寸，货架排列和层数，再确定面积。某仓库拟存储A、B两类货物，包装尺寸（长×宽×高）分别为500×280×180mm和400×300×205mm，采用在1200×1000×150mm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7500件，采用选取式重型货架堆垛，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（叉车、货架详细参数见图），并计算货架区面积。主视图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，1200×1000托盘每层可放8件（不超出托盘尺寸），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30件，共需250托盘。A、B共需850托盘。2）确定货格尺寸（图）因每货格放2托盘，按托盘货架尺寸要求，确定货格尺寸为1200×2＋50＋3×100＝2750mm（含立柱宽度50）长，1000mm深，1100mm高（含横梁高度100）。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。4）确定叉车货架作业单元由于叉车两面作业，故可以确定叉车货架作业单元，见图。该单元共有16个托盘，长度为2.75m，深度为两排货架深度+背靠背间隙100mm+叉车直角堆垛最小通道宽度即D=2×1m+0.1m+2.235m=4.335m取4.4m面积S0=2.75×4.4=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（包括作业通道面积），即单元数=850/16=53.125取不小于的整数得54个故面积S=54×S0=54×12=648m2。6）确定货架排数货架总长和排数与具体的面积形状有关。对新建仓库则可以此作为确定仓库大体形状的基础。本例54个单元，按6×9得货架长9个单元，即长9×2.7=24.3m，共6个巷道，12排货架，深6×4.4=26.4m。深度比长度大，不符合货架沿长方向布置的原则。可考虑用4巷道，取4×14=56，此时长度为37.8m，深度为17.6m，如下图所示。设计时还要进一步放为整数，如39m×18m。货架布置不能仅考虑存储和节省面积，还要考虑出货速度。从货架中间设置一个贯穿各排货架的竖向交叉通道，还能增加货架的稳定性。3.库房布置设计（1）库房设计由上述直接计算法得出存储的有效面积后，加上必要的辅助面积，就可得仓库总面积，以此可作库房设计。库房的长度与宽度（跨度）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。（1）库房设计确定了宽长比后，选定宽度，再定长度。如库房需要面积800m2，取宽长比1:4，则算出宽度取14m，长56m。长宽尺寸还要符合建筑标准GBJ-2-86《建筑模数协调统一标准》，该标准规定了基