1、2022年8月6日星期六自动化仓库规划设计方自动化仓库规划设计方案案自动化仓库规划设计n规划设计程序规划设计程序1自动化仓库布置与规划的原则n最小移动距离原则：保持仓库内各项操作之间具有最经济的距离。物料和人员流动距离能省则省，尽量缩短，节省物流时间，降低物流费用n直线前进原则：要求设备安排、操作流程应能使物料搬运和储存按自然顺序逐步进行，避免迂回和倒流n充分利用空间、场地的原则n生产力均衡原则：维持各种设备、各工作站的均衡，使全库都能维持一个合理的速度运行1自动化仓库布置与规划的原则n适宜库内运输原则：库内运输路线必须保持通畅，应设有专供搬运物料或人员行走的通道n最佳流程原则：保持生产过程顺
2、利进行，而无阻滞，或称最佳流程原则n保持“再布置”的弹性原则：要便于在必要时能对设备做适当的重新安排，留出一定的空间n整体性原则：凡是对物流路线及设备布置有影响的因素都要综合考虑2自动化仓库设计注意的问题n物料的分类信息n空间的物理限制n出入库能力的要求n库容量的要求n控制水平的要求n技术经济原则3自动化立体仓库规划设计三阶段n概念设计阶段：总体设计的准备阶段，明确建立自动化仓库的目标和有关的背景条件n基本设计阶段：对自动化仓库的总体布置、设备配备、管理和控制方式、进度规划以及预算等进行全面的规划和设计n详细设计阶段：根据总体设计的要求，对组成自动化仓库的所有设备和设施的详细计划或选型，完成所
3、有设备和设施的制造和施工图纸3.1自动化仓库设计n设计的准备工作(需求分析)n包括以下的内容：n1立体仓库是企业物流系统的子系统，必须要了解企业整个物流系统对子系统的要求和物流系统总体设计的布置图，以便对仓储的子系统进行总体设计。要调查过去进、出库房或料场物品的种类，数量及规律，以便预测未来，进行仓库容量的计算和分析。3.1需求分析内容n2立体仓库是机械，结构，电气，土建等多专业的工程，这些专业在立体仓库的总体设计中互相交叉，互相制约。因此，在设计时对各专业必须兼顾。3.1需求分析内容n3根据企业的生产规模和水平以及自动化仓库在整个物流系统中的位置，分析企业物流和生产系统对自动化仓库的要求，如
4、上游进入仓库的最大入库量、向下游转运的最大出库量以及所要求的库存量，同时结合考虑企业的经营状况和经济实力，确定自动化仓库的基本规模和自动化水平。n4调查库内储存的货物的品名，特征（例如易碎，怕光，怕潮等），外形及尺寸，单件重量，平均库存量，最大库存量，每日进/出库数量，入库和出库频率等，以便确定仓库的类型、库容量和入出库频率等。3.1需求分析内容n5了解建库现场条件，包括气象，地形，地质条件，地面承载能力，风及雪荷载，地震情况以及其它环境影响。n6调查了解与仓储系统有关的其它方面条件。例如，入库货物的来源，连结库场交通情况，入，出库门的数目，包装形式，搬运方法，出库货物的去向和运输工具等。3.
5、1自动仓储系统基本设计规划调查表1、仓储物品物性（1）储存物品名称：（2）储存物品种类：原材料、半成品、成品或其他（3）储存物品性质：一般物品、易燃品、易爆品或其他（4）储存物品包装：塑料箱、纸箱、袋装或其他（5）储存所用之容器种类：托盘、塑料箱、料箱或其他自动仓储系统基本设计规划调查表n2、库存单位尺寸（1）储存物尺寸：最大L(mm)W(mm)H(mm)最小 L(mm)W(mm)H(mm)（2）容器或托盘尺寸：L(mm)W(mm)H(mm)（3）每一库存单位重量：平均重量（kg）最大重量（kg）（4）容器或托盘重量：重量（kg）（5）预计所需货位数：（6）容器或托盘的存放货物形式：示意图自动
6、仓储系统基本设计规划调查表n3、仓库作业效率需求（1）每日入出库作业（入库、出库或检货等作业）时间分布表：（2）入出库数量（每小时的存取数量）：自动仓储系统基本设计规划调查表n4、仓库规模要求（1）构造：整体式或分离式（2）高度：（3）可用地基尺寸：L(mm)W(mm)H(mm)（4）梁下限高度：（5）仓库形式：巷道 排 列 层自动仓储系统基本设计规划调查表n5、物流作业模式（1）入库前搬运状态：以人工或堆跺机搬运至入库站前、以无轨无人车（AGV）搬运、直接与生产线相连等（2）出库后搬运状态：以输送机输送、以无轨无人车（AGV）搬运、以人工或堆跺机搬运（3）出库后搬运车辆：种类、需要站台数、装
7、卸平台等（4）卸货后，入库前需要的操作：清点、分类、自动堆托盘或其他（5）库存作业需求：拣料、盘点自动仓储系统基本设计规划调查表n6、控制方式要求（1）自动化程度（2）控制模式自动仓储系统基本设计规划调查表n7、周边设备要求（1）出入库站：无动力（暂存架）和有动力（输送机、移动台车等）（2）周边运送设备（AGV或RGV等）（3）显示设备（LED显示幕、颜色式灯具、文字指示灯具或其他）（4）检验设备（条码阅读机等）（5）安全设施（栏杆、安全网等）自动仓储系统基本设计规划调查表n8、整体自动仓库基本设计规划（1）土木相关作业（2）建筑物相关作业（3）建筑相关作业（4）建筑设备相关（电气设备、避雷系
8、统、消防设备、空调设备、水管工程、卫生设施等）3.2自动化立体仓库的总体规划n1库场的选择与规划n2仓库形式和作业方式n3货物单元的形式和货格尺寸设计n4确定库存量和仓库总体尺寸3.2.1自动化立体仓库的总体规划n一、库场的选择与规划n仓库和料场的选择和布置对仓储系统的基建投资，物流费用，生产管理，劳动条件，环境保护等都有着重要意义，这是首先要考虑的。n根据企业物流系统的总体设计对仓储系统的要求，可采用分级评分法来确定仓储系统在整个物流系统中的位置。3.2.1库场选择与规划（续）n仓储系统可能有多个立体仓库和货场，还有其它单位和设施，它们之间是相互联系，相互制约的，这就要求合理地确定仓储系统区
9、在所有单位的相互几何位置关系，画出平面布置图。3.2.1库场的选择与规划仓库位置合理设置原则：1、保证生产经营需要（规模）2、自身经济效益（设备利用、库房设计）3、安全（物资安全、物资对企业安全）常见问题：1、缺乏充分的调查，凭主观意愿作决定；2、忽视自然条件、运输条件；3、缺乏长远考虑，场址限制了发展。3.2.1库场的选择与规划二、考虑因素：1 1、地区选择自然条件（温度、湿度）经济条件（基础设施、已形成的物流格局）社会因素（政策、文化）2 2、地点选择运输条件（仓库与生产单位运输距离及公路情况）环境条件（防辐、防尘、防风、防湿）公共设施条件（供电、供水）地理条件（场形平缓、留有发展余地）地
10、质水文条件（地基承载力、古墓、地下水、滑坡）3.2.1库场的选择与规划n三、场址选择的分析方法：1 1、地区选择：主要有优缺点比较法（列出主要影响因素，对比技术条件、建设费用和经营条件）和加权因素法。加权因素法的基本步骤：（1）选择有关评价因素，并列成因素清单 （2）根据选择的因素的重要程度，给予适当权数（一般取为010）（3）对拟定方案中的因素打分（一般取A=4，E=3，I=2，O=1，U=0）（4）用每个因素的权数分别乘以该因素的评分，得因素分数 （5）各拟定方案的因素分数比较，得最优方案。3.2库场的选择与规划2 2、地点选择：常用线性规划法（解决复合设施的选址问题）和重心法（根据重心原
11、理确定场址的具体位置）。重心法的基本条件和计算式：如果生产费用中运输费用是一个很重要的因素，而且多种原材料由多个地点供应，则用重心法是是一种简单易行的方法。3.2.1库场的选择与规划niiniiiniiniiiWWyyWWxx1111其基本算式为：其中：X i,Yi为每个供应点的坐标；W i为每个点的供应量（每年）上式也可采用实验模型的方式更简单的完成3.2.2仓库形式和作业方式n在调查分析入库货物品种的基础上，确定仓库型式。n一般采用单元货格式仓库。n对于品种单一或很少，而批量较大的仓库则可以采用重力式货架仓库或者其它型式的贯通式仓库。3.2.2仓库形式和作业方式n对于有特殊要求的货物，可以
12、采用如冷藏，防潮，恒温等设施的仓库。n根据出库工艺要求，即以整单元出库为主，还是零星货物出库为主，决定要不要采用拣选作业。3.2.2作业方式n为了提高出入库的搬运效率，尽量少采用单作业方式（即单入库或单出库），而尽量多采用复合作业方式（即迂回或回程也进行搬运作业）。n还可以采用一次搬运两个货物单元的作业方式，就是仓储系统中堆垛机的台上设两副货叉。3.2.2双叉操作n普通货架与双单元货架3.2.2总体设计注意内容n系统总体设计时，要根据仓库的规模、货物的品种、出入库频率等选择最合适的机械设备，并确定其主要参数；n要根据出入库率确定各个机构的工作速度；n对于起重、装卸和堆垛等机械设备，根据货物单元
13、的重量选定起重量；n对于输送机，则根据货物单元尺寸选择输送机的宽度，并恰当地选定输送机速度。3.2.3货物单元的形式和货格尺寸设计 n根据调查和统计结果，列出所有可能的货物单元形式和规范，并进行合理的选择。n立体仓库是以单元化搬运为前提的，所以确定货物单元的形式、尺寸及重量是一个重要的问题。它不仅影响仓库的投资，而且对于整个物流和仓储系统的配备、设施以及有关因素都有极为重要的影响。3.2.3确定货物单元尺寸n在立体仓库设计中，根据货物单元恰当地确定货格尺寸是很重要的内容。它直接关系到仓库的面积和空间利用率，也关到仓库能否顺利地存取货物。在确定货物单元时，应尽量采用标准推荐的尺寸，以利与其他物料
14、搬运和运输机具相匹配。n标准推荐，货物单元的长、宽尺寸为：800毫米1000毫米；800毫米1200毫米；1000毫米1200毫米。n推荐货物包装尺寸与码放图 3.2.3货格尺寸n在货物单元尺寸确定后，货格尺寸取决于在货物单元四周需留出的净空尺寸和货架构件的有关尺寸。n对于自动化仓库，这些净空尺寸的确定更要认真考虑，包括货架、堆垛机运行轨道、仓库地坪的施工、安装精度以及搬运机械的停止精度等。这些都要根据实际情况和有关经验数据来确定。3.2.4确定库存量和仓库总体尺寸n立体仓库的设计规模主要取决于其库存量，即同一时间内储存仓库内货物单元数。所以，了解和推算出库存量是建立合理的仓库系统，特别是立体
15、仓库的重要参数。3.2.4确定库存量n如果已经给出库存量，适当考虑发展的需要，就可以直接应用这个参数，如果没有给出，就要根据过去几年的进、出仓库和货场的数量和规律，通过预测技术来确定库容量。n库存需求量=每日出库量-入库量n库存量=库存需求量*采购提前期+安全库存n若在订货提前期内随机需求服从正态分布，则库存量=库存需求量+Z3.2.4确定搬运设备n仓库内采用存储和搬运机械的数量取决于仓库的最大出入库频率（一般以每小时出库和入库的货物单元数计算）。n在总体设计开始阶段，仓库货架尺寸和搬运机械速度都未最后选定，作为初步估算，可以考虑每台堆垛机每小时平均出库或入库3040个货物单元。n搬运设备数=
16、最大出入库频率/（30或40）3.2.4巷道数估算n在单元货格式仓库内，一般是每个巷道安装一台起重机。所以，起重机台数也就是巷道数。n但如果仓库储存量比较大，而要求的出入库频率并不高，则按上述方法确定的起重机台数和货架巷道数比较少，使得每个巷道所拥有的货位数显得太大，因而货架的高度和长度偏大，造成经济上的不合理。一般认为，一个巷道的货位数以不超过15002000个为宜。3.2.4起重机与巷道数的匹配n如果采用巷道堆垛机数量比巷道少，可以采用能走弯道堆垛机从一个巷道转移到另一巷道工作。或者在仓库巷道的一端设转移台车，按需要将堆垛起重机从一个巷道转入另一巷道工作。n由于采用转移台车要增加仓库长度，
17、所以，一般认为有3个以上巷道的仓库，才值得用这种方案。3.2.4巷道宽度估算n在确定了巷道之后，大体上立体仓库的总体宽度可以确定了。n巷道的宽度应保证搬运机械能安全地在巷道内高速穿行。一般，巷道宽度为搬运机械总宽度加150400毫米，无轨搬运机械取大值。n巷道宽度=搬运机械总宽度+150-4003.2.4货架高度估算n代表立体仓库技术水平的一个主要参数是仓库高度。n从技术上比较容易实现和经济上比较合理的角度来看，一般不宜设计得过高。而以1020米的高度较为适宜。n仓库的高度和长度之间没有一定的比例关系，一般在0.150.4之间（德国采用这样比例的占80%）。同样，宽度和高度之间也没有固定的比例
18、关系，一般在0.41.2之间（在德国占80%）。3.2.4货架参数的计算n设库存量为N个货物单元，巷道数为A，货架高度方向层数为B层，则每一排货架在水平方向的列数D为：2NDAB3.2.4货架参数计算3.2.4总体尺寸的计算n货架总长L=货格宽度每排货架列数Dn求出货架的总长L，又已知仓库的宽和高，再根据实际需要，考虑办公室、操纵控制室、搬运机械的转弯半径，就可以确定仓库的总体尺寸了。n在确定仓库总体尺寸和货架尺寸时，还要参考国内外物流设备的标准。n叉车转弯半径的考虑n车辆转弯半径的考虑3.2.5自动化仓库的总体布置n高架货区和作业区的衔接方式n无轨的高架叉车、堆垛机可以与其它搬运机械配套衔接
19、，也可以直接从库外作业到高层货架存取，往往直接存取应用较多，这样不用中间倒运，灵活方便，一机多用，特别适于拣选作业，但对于很高的货架和大而重的货物搬运则很少运用。3.2.5自动化仓库的总体布置n对于采用巷道式堆多机的仓库，巷道式堆垛机只能在高价区的巷道内运行，所以仓库里还要需要各种搬运设备配套作业。n对于桥式堆垛机，如果仓库宽度太宽，不适合安装标准主梁时，那么桥式堆垛机工作范围不能覆盖整个仓库，也需要各种搬运设备与之配套作业。3.2.5自动化仓库的总体布置n采用合适的搬运设备，将入库作业区、出库作业区与高层货架区连接起来，构成完整的物流系统，是自动化仓库总体设计要解决的问题。n大体来说，高层货
20、架区与作业区可以采用4种衔接方式：n叉车-出入库方式n自动导引小车-出入库台方式n自动导引小车-输送机方式n叉车（或升降机）-连续输送机叉车-出入库台3.2.5叉车-出入库台方式n采用这种方式，在高层货架的端部设立入库台和出库台。n入库时，用叉车将货物单元从入库作业区运到入库台，由高架区内的堆垛机取走送入货格。n出库时，由堆垛机从货格内取出货物单元，放到出库台上，由叉车取走，送到出库作业区。nAGV-出入库台3.2.5 AGV-出入库台方式n此方式与前一种方式相似，此方法采用了自动导引小车代替了叉车。n上图是英国某纸厂的成品库。库高13米，8个巷道，9100个货位。采用两个巷道式堆垛机，配1台
21、起重机转移台车。nAGV-托盘码放机3.2.5 AGV-输送机方式n物料入库时，在托盘码放机上加上托盘，由AGV小车叉取，并运送到预定入库的巷道口，转载给输送机（往复式台车），输送机上的物料通过巷道式堆垛机入库，存放到货格。n物料出库时，作业顺序相反。3.2.5叉车（升降机）-连续输送机方式n对于出入库频率高，或者要求每天按品种、数量和时间有计划地发货的仓库，需要采用连续输送机实现连续的出、入库。n采用这种方式，在高层货架区搬运货物的堆垛机采用间歇作业，每个周期大约1-3分钟，只能搬运一件单元货物。n为保证一定的出入库频率，就需要设置若干台堆垛机。这样数台堆垛机和1套入库连续输送机、1套出库连
22、续输送机系统配合，形成一套完整的物流系统。3.2.5叉车（升降机）-连续输送机方式n在入库作业区，往入库连续输送机系统中的升降机也是间歇作业机械，同样有一个与连续输送机之间协调工作节拍的问题。n解决这个问题的途径是使连续输送机具有积放的功能，即可在连续输送机上积聚一定的数量，并按照前方的需要一件一件放行。它们在与起重机、叉车和升降机衔接的地方以及沿线各段都有一定的寄存货位。货物单元的出入高层货架的形式n货物单元出入高层货架的形式分为三种：n贯通式n同端出入式n旁流式n究竟采用何种形式，需要根据具体情况确定贯通式布局贯通式布局n采用贯通式布局，货物从巷道的一端入库，从另一端出库。n采用这种总体布
23、局方式，布置比较简单，便于管理操作。对于每一个货物单元来说，要完成它的入库和出库，堆垛机要穿过整个巷道。n采用这种布局，适合自动化仓库周围较开阔的场地。同端出入布局同端出入布局n货物入库和出库在巷道的同一端。n这种布局采用就近入库和就近出库的原则，能缩短出、入库周期，提高搬运效率。特别在仓库货位不满，而且采用自由货位存储时，优点更为明显。n入库作业和出库作业可以合在一起，便于集中管理。n除非整个物流的流程要求入库区和出库区要拉开一段距离，一般优先考虑采用同端出入库布置方式。旁流布局（1）旁流布局n货物从仓库的一端或（侧面）入库，从侧面（或另一端）出库。n这种布局方式适合仓库周边场地比较狭小的地
24、方。旁流布局（2）（一层）旁流布局（2）（二层）4单元式立体仓库的设计n1横梁式货架货格尺寸n2牛腿式货架货格尺寸4.2 仓库总体尺寸的确定n确定仓库总体尺寸的关键是确定货架的总体尺寸，也就是货架的长、宽、高等尺寸，当货格尺寸确定后，只要知道货架的排数、列数、层数和巷道宽度，即可计算出其总体尺寸n长度L货格长度列数n宽度B(货格宽度2十巷道宽度)排数/2n高度HH0其中H0为底层高度，Hi(i1，2，n)为各层高度，共n层。n巷道宽度堆垛机最大外形宽度(150200mm)n值得注意的是，总体尺寸的确定除取决于以上因素外，还受用地情况、空间制约、投资情况和自动化程度的影响。故需根据具体情况和设计
25、者的实际经验来综合考虑，统筹设计，而且在设计过程中需要不断地修改和完善。NH试算NB？求：货架列数NL货架总体尺寸的确定方法n静态法n动态法22 动态法确定货架尺寸n根据所要求的出入库频率和所选堆垛机的速度参数来确定n原理：由于库容量总货格Q和货架高H（或层数NH）、出入库频率P0、堆垛机的速度V参数（V运、V起、V叉）已定，只要求出能满足出入库频率要求的最小的巷道数（NB），就可以确定货架尺寸。n计算方法：试算法。n试算法步骤如下NH试算NB？求：货架列数NL试算法步骤1假定巷道数（NB）=1，2，3则 货架列数NL=库容量Q/（2巷道数NB层数NH）（货位总数Q=排（2 NB）列 NL 层
26、NH）2根据层数NH 和列数NL以及堆垛机的速度参数，计算每台堆垛机平均作业周期 t m3计算整个仓库的出入库能力P(盘/小时）=NB 3600S/tm 1小时=3600S（秒）；tm=平均作业周期 4比较P和要求的入库频率P0，直到PP0，此时的巷道数（NB）为最佳。排列4.3 计算平均作业周期n平均单一作业周期的计算n平均复合作业周期的计算L货架高H货架长货位2、单一作业如空车去取货回货位1、复合作业如送货去取货回自动化仓库的作业方式案例:n某自动化仓库,有4条巷道,每巷道配备一台堆垛机,若堆垛机的运行速度为100m/min,升降速度为20m/min,叉取货物时间为25S,附加时间Ta=5
27、S.货架总长L=80M,高H=15M,假设货位存储概率相同.试分别计算用单作业和复合作业方式时的本库出入库能力?P1(1/5L,2/3H)P2(2/3L,1/5H)VL=100M/MINVH=20M/MIN解:用经验法,取P1,P2两点,依题意知L=80MH=15MTf=25STa=5SP1LP1HP2LP2LP1x=1/5L P1y=2/3HP2x=2/3L P2y=1/5H(1)根据单作业公式:tms=tP1+tP2+2tf+tan由 tP1=maxP1x/Vx,P1y/Vyn =max(1/580)/100,(2/315)/20=0.5min=30sn tP2=maxP2x/Vx,P2y
28、/Vyn =max(2/380)/100,(1/515)/20=0.54min=32sn故 tms=tP1+tP2+2tf+ta=30S+32S+225S+5S=117Sn出入库能力P=4P1=4(3600/tms)=4(3600/117)=123盘/小时n由 TP1P2=max(P2x-P1x)/Vx,(P2y-P1y)/Vyn =max(2/380)/100-(1/580)/100,n (2/315)/20-(1/515)/20n =max0.373,0.35n =0.373minn =22.4Sn tmd=tP1+tP2+tP1P2+4tf+2tan =30S+32S+22.4S+425
29、+25=194.4Sn出入库能力P=4P1=4(3600/tmd)2=4(3600/194.4)2 n =141盘/小时(2)根据复合作业公式:tmd=tP1+tP2+tP1P2+4tf+2ta联想电脑公司集成化物流系统（案例）n一、背景资料n联想公司是亚洲IT业最大生产厂商，联想电脑公司设计建造一整套物流系统，要求能保证日产7000台台式电脑。n1999年4月立项n1999年7月招标，10月与北京运输机械研究所签定合同一、背景资料n2000年12月系统正式上线运行n物流设备投资：约1600万元人民币n目前作业超过50万次n该物流系统是在IT业最成功的物流系统。二、系统概述n库区空间：90 x
30、45x24(m3)n巷道数（堆垛机数）：9个n货位数：8172个（存放10万台电脑原料）n作业区：5个n输送机系统：166台设备n控制系统：采用现场总线(PROFIBUS)n信息系统：集成化物流管理系统（支持与SAP R/3的集成）自动化物流系统的总体结构出库AS/RS高高层层货货架架物流系统一层作业流程图供应商接口数据实时传至WMSR/3收货WMS组盘、注册一层生产区WMS系统 根据 ERP收 货任务单收 货成品入库原料回库原料入原料入出库出库领料出库收货区出库出库出库出库成品出库出库缓存区暂存区原料入库区一层原料出库区成品入库区 原料回库区成品出库区二层原料出库区二层原料回库区三、关键设备
31、及技术n巷道堆垛机（AS/RS）；n输送机系统（CONVEYOR）；n分配车（SHUTTLE CARS）；n货架（HIGHBAY RACK）；n托盘收集机（PALLET COLLECT MACHINE）1巷道堆垛机（AS/RS）n运行速度（Horizontal speed）：120m/minn提升速度（Vertical speed）:40m/minn货叉速度（Fork speed）:80m/minn认址（Addressing）:激光（laser）+编码器n通讯（Communication）:红外（Infrared）n控制（Control）:Siemens S7-400 PLC巷道堆垛机2、输送
32、机系统（Conveyor Sys）n结构（Structure）：新型组合式结构；n速度（Speed）：18m/minn驱动（Motor）:SEWn控制（Control）:Siemens S7-4003、快速分配车（Shuttle Car）n速度（Speed）：80m/minn认址（Addressing）：编码器（code）n控制（Control）：Siemens S7-400 PLCn布置（Layout）：双车系统四、托盘自动收集机四、社会效益和经济效益n该项目实施成功以来，接待了包括江泽民主席在内的1000多个国内外团体的参观，取得了良好的社会效益。目前，联想集团新厂房已经作为北京市定点的对外参观窗口，物流系统作为联想的亮点，将进一步发挥其巨大社会效益；n作为国内第一个集成化物流系统，该系统的成功实施，将起到良好的示范作用，必将对推动我国的新一代物流发展起到巨大的作用。社会效益与经济效益（续）n通过实施集成化物流系统，大大提高了我国在物流市场的竞争能力。联想电脑公司集成化物流系统的建成，大大缩短了我国与先进国家的差距；n联想电脑公司通过实施集成化物流系统，生产能力提高近1.5倍，但相关人员反而减少约1/3，大大提高了生产效率。
