基于傳送帶式柔性貨架的倉(cāng)儲(chǔ)緊致化新方案

張文濤 吳海輝 劉蘭鳳 潘蕊 辛文

摘要：現(xiàn)代物流技術(shù)與裝備主要發(fā)展方向之一是緊致化。為了實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間緊致化，解決巷道占用大量空間，貨架空間無法充分利用的問題，本文以電器制造企業(yè)成品倉(cāng)庫(kù)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了新型傳送帶式柔性貨架，由傳送帶式貨架載物板、層高調(diào)節(jié)裝置兩大核心部件組成，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為超深貨位大幅增容，貨架空間垂直維度動(dòng)態(tài)調(diào)整與一體化貨架緊湊布局，具體機(jī)制為：①通過將貨架的載物板改為傳送帶，大幅加深貨位深度，提高貨位容量；②通過加裝層高調(diào)節(jié)裝置，在貨架總高度不變的情況下，根據(jù)電器類貨物高度靈活調(diào)整貨架各層高空間，提高貨架存儲(chǔ)空間利用率；③通過將多個(gè)貨架橫向緊湊放置，僅在兩端安裝巷道式堆垛起重機(jī)，降低貨架間通道占用率。以上三種方案提高了貨架的緊致度和容積率。

Abstract： One of the main development directions of modern logistics technology and equipment is compact. In order to achieve the storage space compact and solve the roadway occupies a lot of space， shelf space cannot be fully utilized problems， in this paper， a new type of Belt Type Flexible Shelf is designed， which is composed of two core components， the conveyor-type shelf-loading board and the height-adjusting device， and the main innovation point is the large increase capacity of the super deep shelf， the dynamic distribution of the shelf space and the compact layout of the integrated shelves. The specific mechanism is as follows： ①By changing the shelf load plate to the conveyor belt， greatly deepen the shelf depth， improve the capacity of the shelf； ②Through the installation of high adjustment device， in the total height of the shelf，according to the high flexibility of electrical goods distribution space required， improve shelf storage space utilization； ③By placing multiple shelves horizontally and compactly， only the two ends of the roadway-type stacking cranes are installed to reduce the occupancy rate of the aisle. The above three schemes improve the compactness and volumetric ratio of the shelves.

關(guān)鍵詞：倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)；緊致化；柔性貨架；傳送帶

Key words： storage system；compact；flexible shelves；conveyor belts

中圖分類號(hào)：F253.9；TH692.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）12-0082-03

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)，土地資源日益稀缺，倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備緊致化、自動(dòng)化的需求越來越迫切。所謂緊致化主要涉及兩個(gè)方面：存儲(chǔ)空間緊致化與服務(wù)時(shí)間即時(shí)化[1]。

傳統(tǒng)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)雖然實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)作業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化，提高了空間利用，減少了占地面積，但仍然存在著：巷道占用大量空間、貨架空間無法充分利用等問題，距離存儲(chǔ)空間緊致化尚有一段距離。為了提高存儲(chǔ)空間緊致化水平，本文設(shè)計(jì)了一種新型傳送帶式柔性貨架，其核心部件為傳送帶式載物板與層高調(diào)節(jié)裝置，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了以下三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：①超深貨位大幅增容；②貨架空間垂直維度動(dòng)態(tài)調(diào)整；③一體化貨架緊湊布局。

1 傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)存在的問題

傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)主要由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入（出）庫(kù)工作臺(tái)及操作控制系統(tǒng)組成。貨架是由金屬框架與載物板組成，內(nèi)部是標(biāo)準(zhǔn)尺寸的貨位，巷道式堆垛起重機(jī)穿行于貨架之間的巷道中，完成存、取貨作業(yè)。

1.1 巷道占用大量空間

以一個(gè)存儲(chǔ)量為2400個(gè)1200mm*1000mm標(biāo)準(zhǔn)托盤的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)為例，暫不考慮貨物存儲(chǔ)間隔。假設(shè)貨物存儲(chǔ)區(qū)布局為12排貨架，6條巷道，單排貨架為10層20列，堆垛機(jī)貨叉叉取方向?yàn)?200mm側(cè)，平面布局如圖1。

貨物存儲(chǔ)區(qū)占地面積為：

（20*1.2m*1m）*12+（20*1.2m*1m）*6+18*1m*1.2m=453.6m2

貨架面積占貨物存儲(chǔ)區(qū)面積的比率（以下簡(jiǎn)稱面積利用率）為：

通過以上案例數(shù)據(jù)的分析可知，貨物存儲(chǔ)區(qū)僅有63.49%的面積被利用，為使分析結(jié)果更具有普遍意義，現(xiàn)假設(shè)貨物存儲(chǔ)區(qū)布局為Y排貨架，Y條巷道，單排貨架為Z層X列，則面積利用率公式為

可知其只與每排貨架的列數(shù)X相關(guān)，當(dāng)X趨于無窮時(shí)，==66.67%。即，傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)面積利用率最大僅為66.67%。

1.2 貨架空間無法充分利用

在傳統(tǒng)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，貨架各層高為固定值，在使用過程中無法調(diào)節(jié)。當(dāng)需要存儲(chǔ)的貨物高度高于貨架層高時(shí)，無法存儲(chǔ)貨物。當(dāng)需要存儲(chǔ)的貨物高度低于貨架層高時(shí)，貨架的存儲(chǔ)空間無法得到充分利用。

以電器制造企業(yè)成品倉(cāng)庫(kù)為例，企業(yè)生產(chǎn)的電器種類較多，小到電飯煲，大到冰箱、洗衣機(jī)應(yīng)有盡有，不同種類電器商品需要存儲(chǔ)空間不同。如圖2所示，海爾BCD-452WDPF 452升對(duì)開門冰箱包裝高度為1790mm，海爾EG8012B39SU1 8公斤變頻滾筒洗衣機(jī)包裝高度為850mm。

此外，電器商品銷量還存在較大的季節(jié)波動(dòng)。據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)[3][4]，冰箱在3月份至7月份為銷售旺季，最高銷量為780萬臺(tái)，在10月份到次年1月份為銷售淡季，最低銷量?jī)H為440萬臺(tái)；洗衣機(jī)在8月份至次年1月份為銷售旺季，最高銷量為540萬臺(tái)，在5月份到7月份為銷售淡季，最低銷量?jī)H為380萬臺(tái)，如圖3與圖4所示。因?yàn)殇N售量的季節(jié)波動(dòng)，導(dǎo)致不同時(shí)期電器企業(yè)成品倉(cāng)庫(kù)需要儲(chǔ)存的冰箱和洗衣機(jī)數(shù)量是不同的。因此，以前文圖2的冰箱與洗衣機(jī)為例，不同時(shí)期倉(cāng)庫(kù)需要的1790mm與850mmm層高的貨位數(shù)量也是不同的。

2 新型傳送帶式柔性貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)以上兩個(gè)問題，在傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)貨架的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型傳送帶式柔性貨架，其技術(shù)方案是：

2.1 金屬框架

該部件為新型傳送帶式柔性貨架的基礎(chǔ)，如圖5。

2.2傳送帶式貨架載物板

該部件為超深貨位大幅增容提供基礎(chǔ)。將傳統(tǒng)貨架的載物板改為傳送帶，協(xié)同巷道式堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)超深貨位后方貨物的存取。

2.3 層高調(diào)節(jié)裝置——液壓桿

該部件為貨架空間垂直維度動(dòng)態(tài)調(diào)整提供基礎(chǔ)。如圖6、7所示，液壓桿作為連接金屬框架與各層傳送帶式載物板的載體，一端連接傳送帶式載物板的連接點(diǎn)。

2.4 傳送帶式柔性貨架整體

金屬框架的連接點(diǎn)與圖6、7所示實(shí)施范例中的液壓桿另一端連接。多個(gè)傳送帶式載物板借助上述方法通過液壓桿與金屬框架連接，最終形成傳送帶式柔性貨架。（圖8）

3 新型傳送帶式柔性貨架創(chuàng)新點(diǎn)

借助傳送帶式貨物載物板與層高調(diào)節(jié)裝置，新型傳送帶式柔性貨架實(shí)現(xiàn)了以下三點(diǎn)創(chuàng)新：

3.1 超深貨位大幅增容

本貨架針對(duì)電器制造企業(yè)成品倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)，其與京東等電商平臺(tái)所使用的倉(cāng)庫(kù)存在較大差異。京東等電商平臺(tái)倉(cāng)庫(kù)主要特點(diǎn)為SKU種類較多，截至2014年3月31日京東SKU種類達(dá)到4020萬[2]，對(duì)可直接存取的貨位需求較大，單種SKU庫(kù)存量較小，貨位不宜太深。電器企業(yè)成品倉(cāng)庫(kù)SKU種類較少，對(duì)可直接存取的貨位需求較小，單種SKU庫(kù)存量較大，可以大幅加深貨位深度，提高貨位容量。

借助前文的傳送帶式貨物載物板，在巷道式堆垛起重機(jī)取出貨位最前方貨物的同時(shí)，將后方的貨物補(bǔ)到最前方的位置。

以上兩個(gè)前提，為貨位的大幅拉深提供了條件，最終實(shí)現(xiàn)了超深貨位大幅增容，使得單個(gè)巷道式堆垛起重機(jī)能夠覆蓋更多的貨物，相同存儲(chǔ)量下，較傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)減少了巷道數(shù)量，提高了面積利用率。

3.2 貨架空間動(dòng)態(tài)分配

在傳統(tǒng)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，貨架各層高為固定值，在使用過程中無法調(diào)節(jié)。倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行過程中不同高度貨位的需求與供給不匹配，浪費(fèi)了大量的存儲(chǔ)空間。借助層高調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)貨架空間垂直維度動(dòng)態(tài)調(diào)整，具體實(shí)現(xiàn)機(jī)制如下：

貨架高度是固定的，對(duì)貨架各層高的調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)上是對(duì)貨架高度的重新分配。其中一層高增加時(shí)，必然意味著其余層高的降低。當(dāng)需要不同高度的存儲(chǔ)空間時(shí)，通過分別控制各層載物板的液壓桿壓縮或伸展，從而改變各載物板相對(duì)地面的高度，進(jìn)而使各載物板之間的相對(duì)距離——貨架層高改變，最終實(shí)現(xiàn)貨架空間垂直維度的重新劃分。

貨架各層高與各層液壓桿伸展長(zhǎng)度的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

假設(shè)：三層傳送帶式柔性貨架總高度4.5m，各層高分別為C1、C2、C3，各層液壓桿伸展長(zhǎng)度為H1、H2、H3。

C1+C2+C3=45m

C1=Z+H2

C2=Z+H3-H2

C3=Z-H3

已知貨物需要的存儲(chǔ)空間層高分別為2m、1.5m、1m，通過計(jì)算得到各層貨架需要調(diào)節(jié)的高度H1=0m、H2=0.5m、H3=0m。最終分別產(chǎn)生第一層層高為2m、第二層層高為1m、第三層層高為1.5m的存儲(chǔ)空間。

3.3 一體化貨架緊湊布局

如圖10所示將多個(gè)新型傳送帶式柔性貨架橫向緊湊放置，僅在其兩端分別安裝一組巷道式堆垛機(jī)起重機(jī)，此布局大幅減少了巷道堆垛起重機(jī)軌道所占用的空間。

以第2節(jié)的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)為例，存儲(chǔ)量為2400個(gè)1200mm*1000mm標(biāo)準(zhǔn)托盤，同樣不考慮貨物間隔。假設(shè)貨物存儲(chǔ)區(qū)平面布局如圖10所示為12排貨架，單排貨架為10層20列。

貨物存儲(chǔ)區(qū)占地面積為：

（20*1m*1.2m）*12+（12*1.2m*1m）*2=316.8m2

面積利用率為：

新型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)貨物存儲(chǔ)區(qū)面積利用率較傳統(tǒng)自動(dòng)立體化倉(cāng)庫(kù)提升了43%，占地面積僅為傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的70%。

4 結(jié)束語

本文分析了傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的不足，并提出新型傳送帶式柔性貨架，通過三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)超深貨位大幅增容、貨架空間垂直維度動(dòng)態(tài)調(diào)整與一體化貨架緊湊布局，提高了貨架緊致度與容積率，滿足了電器制造企業(yè)成品倉(cāng)庫(kù)的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈古文.緊致倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)績(jī)效及運(yùn)作策略研究[D].華中科技大學(xué)，2014.

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[3]2016年中國(guó)冰箱行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀分析[EB/OL].[2017-5-19] .http：//www.chyxx.com/industry/201606/422910.html.

[4]2016年中國(guó)洗衣機(jī)行業(yè)產(chǎn)銷量分析[EB/OL].[2017-5-19].http：//www.chyxx.com/industry/201606/422914.html.