自动化立体仓库规划与设计.pptx
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1、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5 400m2,立体库有9 168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1 200个,实际能力是1 600个。第1页/共83页案例:海尔物流和立体库 5 400 m2取代了原来65 000 m2的外租库
2、,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1 200万。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。第2页/共83页案例: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
3、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
4、的生产面积,每一寸土地都得到充分的利用。第3页/共83页讨论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?第4页/共83页n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。第5页/共83页自动化立体仓库是采用自动化存储系统(AS/RS,Automated Storage and Retrieval System),由高层货架(High Level Rock)、巷道堆垛起重机(Stacker Crane)、出
5、入库输送机系统(Output/Input Conveyor)、自动化控制系统(Automatic Control System)、计算机仓库管理系统(Warehouse Management System)及周边设备(Peripheral Equipment)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。第6页/共83页一、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
6、形空缺,它影响了库容量的充分利用。单、双深堆码 第7页/共83页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,。第8页/共83页例 求图中的蜂窝损失空缺系数。第9页/共83页例 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。第10页/共83页(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
7、下式计算La=Wa/(Wa+2d)式中WaWidth of asile通道宽度,ddepth货堆深度。第11页/共83页(2)通道损失计算通道损失。第12页/共83页(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/(43)0.429,但此时增加了蜂窝损失。第13页/共83页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
8、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。第14页/共83页例某种货物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)和蜂窝损失确定其需要的存储面积。(一般叉车货叉长达9001000mm)第15页/共83页第16页/共83页例解:货物堆垛4层,实际占地面
9、积为 1.00.6600/4=90m2。一般叉车货叉长达9001000mm,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(0.62)=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)=400 m2。第17页/共83页例 若货堆深度更多,如4排解:货物堆垛4层,实际占地面积为
10、1.00.6600/4=90m2。若货堆深度更多,如4排,则 La=3.6/(3.6+2(0.64)=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)=297 m2。第18页/共83页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
11、算出平均库存量,一般应考虑510年后预计达到的数量。库存量以实物形态的重量表示。第19页/共83页(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(Stock Keeping Unit,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200500kg,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。第20页/共83页(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
12、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。第21页/共83页(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。第22页/共83页例某金属材料
13、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/(1.50.77.8)=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。第23页/共83页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
14、最高库存量分别是19 200和7 500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3 524mm,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。第24页/共83页主视图第25页/共83页解: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(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、
15、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120025031002 750mm(含立柱宽度50)长,1 000mm深,1 100mm高(含横梁高度100)。3)确定货架层数由叉车的提升高度3 524mm,确定货架层数为4层,含地上层。第26页/共83页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=21m+0.1m+2.235 m=4.335m取4.4m面积S0=2.754.4=12.1m2。第27页/共
16、83页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=54S0=5412=648 m2。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69得货架长9个单元,即长92.7=24.3m,共6个巷道,12排货架,深64.4=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414=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39m1
17、8m。第28页/共83页第29页/共83页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。第30页/共83页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。第31页/共83页(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
18、-86建筑模数协调统一标准,该标准规定了基本模数M0=100mm,倍模、分模优选M0/10,M0/5,M0/2,1 M0,3 M0,6 M0,15 M0,30 M0,60 M0。如库房柱距应采用6m,当库房跨度18m时,跨度应为3 m的倍数,当库房跨度18 m时,跨度应为6m的倍数。故常用库房跨度6m,9m,12m,15m,18m,24m,30m。如上例面积648 m2,按建筑模数修正为15m54m或15m60m,总面积超出一点是可以的,因为还有许多其他因素没有考虑,应留有余地。第32页/共83页(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
19、,需要专门考虑系统进出两端,也即收发站台的设计现代仓库和物流中心进出货频繁,收发货作业离不开门,库门也是站台设计布置时必须考虑的问题。为满足收发作业要求,我们还要考虑门的数量,请见下例。第33页/共83页例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。第34页/共83页解:1)确定进货需求a.年卡车进货量为卡车进货百分比乘总进货量,即70%6 000
20、000=4 200 000箱b.则 年进货卡车次数(假定满载)为4 200 000/500=8 400次c.每一卡车货卸货作业时间为500/200=2.5小时d.则年总进货卡车次数所需作业时间 84002.5=21 000小时第35页/共83页解:2)确定出货需求a.年卡车出货量为卡车出货百分比乘总出货量,即90%6000000=5 400000箱b.则年出货卡车次数(假定满载)为 5400000/500=10800次c.每一卡车货上货作业时间为500/175=2.85小时d.则年总进货卡车次数所需作业时间为 108002.85=30780小时第36页/共83页3)计算总共作业时间 进、出货合
21、计作业时间为 21 000+30 780=51 780小时,加上25%安全系数,51 780(1+25%)=64 725小时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=总作业时间 除 年工作时数,即 64 725/4 160=15.516 故仓库需要16个收发货门。第37页/共83页(3)通道设计 通道设计也是仓库规划的重要内容。通道布置的合理与否,将影响仓库作业和物流合理化,以及生产率的提高。通道设计不合理,会造成作业场地的拥挤、阻塞、生产不安全、甚至影响机械作业率。出入库通道连接仓库收发站台和外部道路,是仓库的出入口。根据运输方式不同,
22、对有铁路专用线的入库区,铁路专线的长度应根据出入库物料的数量和频度来确定,线路的宽度及两边的留量应根据铁路有关规定执行。对一般的汽车通道,应根据运输量、日出入库的车辆数量、机动车辆的载重量、型号等来设计道路的宽度、地面承载能力等。库区的出入口,即站台,应按作业流程设计,做到物流合理化。第38页/共83页(3)通道设计库房通道。一般库房通道应设有纵向或横向的进出库通道,大型库房还应同时设纵向和横向进出库通道。库房内各作业区之间还应留有作业通道,通道的宽窄应根据装卸搬运机械的类型确定。第39页/共83页例玛丽玫瑰化妆品公司的成品仓库采用的是6米高的托盘货架,由平衡重式叉车来存取货,货架通道宽度是3
23、.6米。请问在不扩建仓库的情况下,可采用什么方法来增加库容量,以满足公司产品增加的要求?解n换用通道要求更窄的叉车,如窄通道叉车,n可同时相应提高货架堆垛层数和高度第40页/共83页(4)物流动线仓库布置要考虑物流模式,我们在前面所介绍的直线型、L型、U型和S型还适用。为更好地表示仓库作业时物料、设备和人员移动的方式,我们用动线表示商品、设备(包括货品箱、托盘、料箱等)、废弃物和人员的移动路线。布置要求全部动线完整、合理,物料、设备和人员等不能发生阻断、迂回、绕远和相互干扰等现象。根据这一要求,可以在仓库或物流中心平面布置图上布置动线,就成为下图所示的动线图。第41页/共83页U形仓库布置及动
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