馬永敬 孔維榮 周嬌嬌 馬力

摘要：自動化立體倉庫已在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用，它不但提高了物資收發(fā)的自動化程度和收發(fā)準備效率，而且節(jié)省了土地面積。對于企業(yè)而言，如何建設一個適合自己需求、具有最佳投入產(chǎn)出比的智能倉儲系統(tǒng)已經(jīng)成為一個共性問題。針對該問題，本文介紹了典型的立體倉儲系統(tǒng)和主要技術參數(shù)，并通過定量計算，分析了典型的倉儲系統(tǒng)優(yōu)勢和適用場景，為企業(yè)建設立體倉儲系統(tǒng)提供了參考與指導。

Abstract： Automatic Storage & Retrieval System has played an key role in the national economy. It does not only improve the automation level and preparation efficiency of goods receiving and dispatching， but also save the land area. For enterprises， how to build an intelligent storage system with the best input-output ratio， which is suitable for their own needs， has become a common problem. In view of this problem， this paper introduces the typical storage system and main technical parameters， and through analyzing the advantages and applicable scenarios of the typical storage system， provides reference and guidance for enterprises to build storage system.

關鍵詞：自動化立庫;穿梭車;智能倉儲;智能物流

Key words： Automatic Storage & Retrieval System;shuttle RGV;intellectual storage;intelligent logistics

中圖分類號：TH165.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0166-04

0? 引言

自動化立體倉庫（Automated Storage and Retrieval System，簡稱AS/RS）由立體貨架、有軌巷道堆垛機、出入庫托盤輸送機系統(tǒng)、檢測閱讀系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控管理等組成，綜合了自動化控制、自動輸送、場前自動分揀及場內(nèi)自動輸送，通過貨物自動錄入、管理和查驗貨物信息的軟件平臺，實現(xiàn)倉庫內(nèi)貨物的物理運動及信息管理的自動化及智能化[1]?？蓮V泛應用于醫(yī)藥、食品飲料、冷鏈物流、電子商務、跨境電商、快消品及保健品等行業(yè)。

隨著中國經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展和中國物流業(yè)的逆勢崛起，為倉儲業(yè)的發(fā)展提供了巨大的市場需求，加上中國制造業(yè)、商貿(mào)流通業(yè)外包需求的釋放和倉儲業(yè)戰(zhàn)略地位的加強，倉儲存在巨大的市場需求[2]。根據(jù)中國物流技術協(xié)會信息中心統(tǒng)計，未來五年，我國自動化倉儲市場規(guī)模增速將保持在18%～20%左右的增速水平，到2022年市場規(guī)模將超過1100億元，前景十分廣闊[3]。但是，對于企業(yè)而言，如何建設一個適合自己需求、具有最佳投入產(chǎn)出比的智能倉儲系統(tǒng)已經(jīng)成為一個共性問題。針對該問題，本文介紹了典型的立體倉儲系統(tǒng)和主要技術參數(shù)，并通過定量計算，分析了典型的倉儲系統(tǒng)優(yōu)勢和適用場景，為企業(yè)建設立體倉儲系統(tǒng)提供了參考與指導。

1? 立體倉庫類別與特點

目前，立體倉庫主要有堆垛式立庫和穿梭式立庫兩大類，詳細介紹如下：

1.1 堆垛式立庫

堆垛式立庫主要由堆垛機、堆垛機巷道、貨架和輸送系統(tǒng)組成，如圖1所示。堆垛機是自動化立體倉庫巷道式堆垛起重機的簡稱，是物流倉儲系統(tǒng)的最重要設備，用來存取貨架存儲單元里貨物的碼垛設備。堆垛機在高層貨架巷道往返運行，將貨物存入或取出，從而實現(xiàn)物資的流動[4]。為實現(xiàn)物流的高效率，必須提高堆垛機的存取速度。

堆垛機發(fā)展至今，其功能和結構已經(jīng)非常成熟，單機生產(chǎn)成本的控制空間已非常有限。但在某些特殊領域，如果一臺堆垛機能在兩個或者多個巷道自動運行并滿足系統(tǒng)需求，將在很大程度上降低自動化立體倉庫的成本投入。基于這樣的背景，轉(zhuǎn)軌堆垛機系統(tǒng)應運而生。事實上，它更多的是一種堆垛機全新的應用理念，而不僅是堆垛機單機的發(fā)展與創(chuàng)新。

堆垛式立庫可在有限場地內(nèi)，有效利用立體空間，布置7到10層甚至更多的高層貨架（總高可達24m），利用計算機系統(tǒng)控制巷道式堆垛機完成出入庫工作，并憑借其高效率的垂直空間利用率、任意取貨的作業(yè)方式和無人的作業(yè)環(huán)境，受到企業(yè)青睞。雖然巷道式自動化立體倉庫可以將貨架延伸至高20m以上的空間，極大的提高了垂直空間利用率，但其總體空間利用率尤其是平面利用率未達到最高理想狀態(tài)，而且整個系統(tǒng)的靈活性差，一旦確定位置，不容易改變。

1.2 穿梭式立庫

穿梭式立庫主要由穿梭車、穿梭車貨架、提升設備（如：升降機、堆垛機、叉車等）、輸送系統(tǒng)等組成，如圖2所示。在穿梭貨架深度方向設置穿梭車導軌，穿梭車在導軌上行走進行存取貨作業(yè)[5]。

穿梭車是一種運用于穿梭式立庫的托盤搬運設備，按照自由度分可以分為兩向行走穿梭車和四向行走穿梭車，也有子母穿梭車組合實現(xiàn)四向行走。穿梭車需要與提升設備配合使用，如四向穿梭車通常與固定升降機搭配使用，實現(xiàn)不同層高的貨物存儲。目前，比較成熟和常用仍然是兩向行走穿梭車，可以配合高位叉車進行半自動化作業(yè)，或配合巷道堆垛機進全自動化存取作業(yè)。

穿梭式立庫系統(tǒng)最大的特點是柔性高，可隨意組合，平面利用率比堆垛式立庫提高20%～33%，并能滿足先入先出（FIFO）和先入后出（FILO）的作業(yè)要求。缺點則是系統(tǒng)投資成本及后續(xù)維護成本比較高，為保證穿梭車穩(wěn)定地運行，對貨架、導軌的精度及地坪均有較高的要求。

2? 立體倉儲主要技術參數(shù)

立體倉庫主要技術參數(shù)如表1所示，主要包括存儲對象屬性參數(shù)、總體指標、貨架指標、設備指標和軟件系統(tǒng)指標參數(shù)等，其中出入庫能力是表征立體倉庫存取作業(yè)能力的核心參數(shù)。

根據(jù)我國機械行業(yè)標準JB/T 9018-2011《自動化立體倉庫設計規(guī)范》。出入庫能力按照下式計算：

N=3600/tm

式中：

N——每小時入庫（或出庫）的單元貨物（或托盤）數(shù);

tm——平均作業(yè)循環(huán)時間，單位為秒（s）。

平均作業(yè)循環(huán)時間根據(jù)作業(yè)的不同，可分為平均單一作業(yè)循環(huán)時間和平均復合作業(yè)循環(huán)時間。平均單一作業(yè)循環(huán)時間指單一存（或?。┳鳂I(yè)的平均時間，計算公式如下：

式中：

TS——平均單循環(huán)時間（s）;

j——貨架列數(shù)1～m;

k——貨架層數(shù)1～n;

tjk——堆垛機單邊運動到某貨位的時間（s）;

tf——貨叉取貨時間（s），即是在出/入庫工作臺或在貨位處貨物移動的時間;

ti——浪費時間（s）。

平均復合循環(huán)時間指存和取串行混合作業(yè)時間，計算公式如下：

式中：

TD——平均復合循環(huán)時間（s）;

tt——平均貨位之間移動時間（s），入/出庫的貨位是隨機決定的，一定次數(shù)的貨位間移動的平均時間;

ts——出/入庫工作臺之間的移動時間（s），即是入庫工作臺和出庫工作臺在不同位置時的移動時間。

3? 量化對比分析

下面結合一具體實例，分析堆垛式立庫和穿梭式立庫在存儲容量、出入庫能力和成本三方面指標優(yōu)劣。

3.1 基本參數(shù)

案例采用的立庫為分離式立庫，不考慮輸送線、站臺等附屬系統(tǒng)，基本參數(shù)如下：

倉庫基本尺寸：50（長）×15（寬）×12（高）m

單元貨物規(guī)格（含托盤）：1.2（長）×1（寬）×1.2（高）m，1500kg

貨格尺寸：a0=貨物長度1200+側(cè)向間隙100+立柱寬度100=1400mm=1.4m

b0=貨物寬度1000+寬度間隙100=1100mm=1.1m

h0=貨物高度1200+垂直間隙200+橫梁高度100=1500mm=1.5m

巷道寬度統(tǒng)一為：1.4m;

第一層貨格高度統(tǒng)一為0.6m。

3.2 堆垛式立庫存取效率計算

根據(jù)上述基本參數(shù)，如采用堆垛式立庫，則立庫的布局為4巷道8列貨架7層，長度方向為33排46.2m，貨格總數(shù)為1848個。需堆垛機4臺，參考國內(nèi)某企業(yè)設備數(shù)據(jù)，成本約240萬。

堆垛機參數(shù)：長度3.6m，平均行走速度1m/s，平均升降速度0.8m/s;提升高度范圍0～9m，最大提升時間約11.5s，最遠行走距離約48m，最大行走時間約48s。

由于升降和行走是并行的，則：

在第9排以后，只需要考慮行走時間，第9排第1層用時間算短，約12.6s，平均行走時間為：T9-end=（48+12.6）/2=30.3s;

在第1-8排，第1排第1層用時間最短，按低速滑行估計用時5s，T1-8=（5+11.5）/2=8.25s，單次叉手伸縮時間約T叉手=4s;

則單次存儲效率：

T0=（8/33*T1-8+25/33* T9-end+T叉手）*2

=（8/33*8.25+25/33*30.3+4）*2=57.91s

3.3 穿梭式立庫存取效率計算

本案例采用固定升降設備+四向穿梭車形式的穿梭式立庫，其布局為：1巷道12列貨架7層，長度方向為33排46.2m，共有貨格數(shù)：2772個。需升降機1臺、四向穿梭車兩臺，成本約80萬。

四向穿梭車列向平均行走速度1m/s，行向平均行走速度0.5m/s;列向最遠行走距離46.2m，列向平均行走時間T列=46.2/1/2=23.1s;行向由于距離較短，平均行走時間T行=6.6/0.5/2=6.6s。四向穿梭車頂升時間T頂=2s。

固定提升機平均升降速度0.8m/s，提升高度范圍0-9m，平均升降時間T升降=11.5/2=5.75s;

在不考慮先進先出的要求下，則單次存取效率：

T0=（T升降+T列+T行+T頂）*2

=（5.75+23.1+6.6+2）*2=74.9秒

綜上所述，穿梭式立庫在存取密度、設備成本方面都優(yōu)于堆垛式立庫，但在存取效率方面弱于堆垛式立庫。特別穿梭式立庫作業(yè)模式為先進后出，如果要先進先出，還需要移庫作業(yè)，效率則更低。表3給出了兩種立庫的應用特點，方便企業(yè)進行立庫設計方案選型。

4? 結束語

如何建設一個適合自己需求、具有最佳投入產(chǎn)出比的智能倉儲系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)一個共性問題。本文針對該問題，介紹了兩種典型的立體倉儲系統(tǒng)：堆垛式立庫和穿梭式立庫。并通過定量計算，分析了其優(yōu)勢和適用場景，結果表明穿梭式立庫在存取密度、設備成本方面都優(yōu)于堆垛式立庫，但在存取效率方面弱于堆垛式立庫。因此，穿梭式立庫適合大批量同類產(chǎn)品高密度存取作業(yè)場合，而堆垛式立庫則適合作業(yè)效率要求更高的應用場合。本文為現(xiàn)代企業(yè)進行立庫方案設計選型提供了參考與指導。

參考文獻：

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