托盤(pán)貨架倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)中的三單元幾何計(jì)算法

1、托盤(pán)貨架倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)中的三單元幾何計(jì)算法伊俊敏華東交通大學(xué) 機(jī)電學(xué)院 工業(yè)工程與物流學(xué)系 托盤(pán)貨架倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)在最常見(jiàn)的倉(cāng)儲(chǔ)形式，它具有多種優(yōu)點(diǎn)，如：存取方便，出入庫(kù)存取不受物品先后順序的限制，能 滿足 FIFO 的要求；采用立柱與橫梁的組合形式，方便貨格空間調(diào)整；架設(shè)施工簡(jiǎn)易、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)；適用于叉車(chē)等機(jī)械 作業(yè)存?。淮鎯?chǔ)容量較大，貨架高度適中，適合于大多數(shù)工業(yè)建筑。在倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)中，要確定庫(kù)房面積。庫(kù)房面積包括存儲(chǔ)面積和輔助面積，存儲(chǔ)面積指貨架和作業(yè)通道實(shí)際占用面積；輔 助面積指收發(fā)、分揀作業(yè)場(chǎng)地、通道、辦公室和衛(wèi)生間等需要的面積。貨架存儲(chǔ)區(qū)面積的計(jì)算方法有多種，傳統(tǒng)的方 法如荷重計(jì)算法、類(lèi)比法，還有公式

2、計(jì)算法。荷重計(jì)算法是一種經(jīng)驗(yàn)算法，通常以每種貨物的荷重因子(StoWagefactor,即每噸貨物存儲(chǔ)時(shí)平均占用的體積)為基礎(chǔ)，再根據(jù)庫(kù)存量、儲(chǔ)備期和單位面積的荷重能力來(lái)確定倉(cāng)庫(kù)面積。這種計(jì)算方法適合散裝貨物，在我國(guó)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí) 代應(yīng)用較多， 但因?yàn)楝F(xiàn)在儲(chǔ)備期時(shí)間大為縮短和采用貨架、 托盤(pán)后貨物的單位面積荷重能力數(shù)據(jù)大為改變， 應(yīng)用不多。 面積較難計(jì)算時(shí)，可以采用類(lèi)比法，以同類(lèi)倉(cāng)庫(kù)面積比較類(lèi)推出所需面積。公式計(jì)算法 綜合考慮集裝單元存儲(chǔ)系統(tǒng)的四種方式：?jiǎn)卧讯? block StaCking )，深巷式存儲(chǔ)(deep Iane storage,或稱貫通式貨架存儲(chǔ))，單深貨架存儲(chǔ)(SingIe-d

3、eep StOrage rack)和雙深貨架存儲(chǔ)(double-deep StOrage rack)，采用一套變量和公式來(lái)計(jì)算面積。公式計(jì)算法實(shí)質(zhì)上是根據(jù)單元堆垛與貨架存儲(chǔ)的幾何特征來(lái)得出公式的，只是這些公式比較復(fù)雜，變量多，在實(shí)際應(yīng) 用中多有不便。本文介紹一種基于三種單元的 幾何計(jì)算法 ，它是通過(guò)托盤(pán)貨架存儲(chǔ)的幾何關(guān)系直接計(jì)算出貨架區(qū)所占的存儲(chǔ)面積。存儲(chǔ)面積的計(jì)算與庫(kù)內(nèi)貨物存儲(chǔ)方式、存儲(chǔ)策略、空間利用、裝卸搬運(yùn)機(jī)械的類(lèi)型以及通道等有關(guān)，在設(shè)計(jì)時(shí)要確定具 體要求、根據(jù)實(shí)際情況確定幾何尺寸關(guān)系，畫(huà)出圖形，再行計(jì)算。幾何計(jì)算法既有形象的圖形表現(xiàn)，也便于結(jié)果的調(diào) 整與討論，不失為一種實(shí)用性好的方法。

4、采用托盤(pán)貨架存儲(chǔ)的幾何計(jì)算以托盤(pán)為單元， 要確定貨架貨格尺寸， 貨架排列和層數(shù)， 再確定一個(gè)叉車(chē)貨架存儲(chǔ)單元，以此單元的個(gè)數(shù)來(lái)確定存儲(chǔ)區(qū)的面積和形狀。即托盤(pán)貨架布置幾何設(shè)計(jì)時(shí)抓住三個(gè)單元的設(shè)計(jì)：托盤(pán)單元。 要確定箱式貨物在選定托盤(pán)上的堆放方式， 形成不能超出托盤(pán)尺寸的托盤(pán)單元貨物最大尺寸。 這涉及到托 盤(pán)裝碼問(wèn)題( PaIIet Loading ProbIem )。貨格單元。即由立柱和橫梁所圍成的存儲(chǔ)空間，通?？梢源娣?3個(gè)托盤(pán)貨物。這里要注意幾個(gè)間隙。作業(yè)單元，即叉車(chē)與貨架作業(yè)單元，它形成貨架存儲(chǔ)區(qū)的基本單元。托盤(pán)貨架各種幾何尺寸及與叉車(chē)、庫(kù)房的關(guān)系如圖1所示，圖中ah等字母代號(hào)及意義見(jiàn)表

5、1所示。下面以一個(gè)具體例子示例幾何計(jì)算法。某倉(cāng)庫(kù)擬存儲(chǔ) A、B兩類(lèi)貨物，包裝尺寸（長(zhǎng) 寬高）分別為500' 280' 18和400' 300' 205采用在1 200 ' 1 000 ' 的標(biāo) 準(zhǔn)托盤(pán)上堆垛，高度不超過(guò)900。兩類(lèi)貨物最高庫(kù)存量分別是19 200和7 500件，采用選取式重型貨架堆垛，貨架每一貨格存放兩個(gè)托盤(pán)貨物。作業(yè)叉車(chē)為電動(dòng)堆垛叉車(chē)，提升高度為3 524毫米，直角堆垛最小通道寬度為2235毫米。試確定貨架長(zhǎng)寬高、層數(shù)和排數(shù)，并計(jì)算貨架區(qū)面積。表1圖1中各幾何尺寸關(guān)系代號(hào)及意義代號(hào)意義尺寸范圍a貨架立柱寬50100b托盤(pán)與立柱間

6、隙100C托盤(pán)寬800, 1000, 1100, 1140, 1200, 1219 等d托盤(pán)間間隙100e貨架橫梁高80100f托盤(pán)單元與橫梁間隙80100g托盤(pán)單元總高8002000h托盤(pán)高140160h3叉車(chē)提升高度30009000解：（1）計(jì)算A、B兩類(lèi)貨物所需的托盤(pán)單元數(shù)。托盤(pán)裝碼問(wèn)題對(duì) A類(lèi)貨物，1 200 ' 100托盤(pán)每層可放8件（不超出托盤(pán)尺寸），可堆層數(shù)為（900-150）/180=,取整即4層，故一托盤(pán)可堆垛 32件。庫(kù)存量折合托盤(pán)為 19 200/32=600托盤(pán)。同理對(duì)B類(lèi)貨物，每托盤(pán)可堆垛 30件，共需250托盤(pán)。A、B共需850托盤(pán)。（2）確定貨格單元尺寸因

7、每貨格放2托盤(pán)，按圖8-10所示的托盤(pán)貨架尺寸要求，確定貨格尺寸為2 750毫米（其中50為貨架立柱平行通道方向的寬度）長(zhǎng)，1 000毫米深，1 100毫米高（含橫梁高度）（3）確定貨架層數(shù)為了叉車(chē)的作業(yè)安全，叉車(chē)的提升高度高于最高的貨架橫梁高度不低于 200 毫米。由叉車(chē)的提升高度 3 524 毫米，有 （3 524-200）/1 100=3 ，因此可確定貨架層數(shù)為 4層，含地面層。（4）確定叉車(chē)貨架作業(yè)單元叉車(chē)兩面作業(yè)，確定叉車(chē)貨架作業(yè)單元見(jiàn)圖8-12。該單元共有 16 個(gè)托盤(pán)。長(zhǎng)度為兩個(gè)托盤(pán)寬加上一個(gè)托盤(pán)間隙和 2個(gè)托盤(pán)與立柱間隙，再加一個(gè)立柱寬度，即L =米2 +米 + , 米+米=米

8、，取米深度為兩排貨架深度 +背空間隙 100毫米+叉車(chē)直角堆垛最小通道寬度，即D =1米2 +米+米=米，取米則面積SO=' 米 2。（5）確定面積 由總托盤(pán)數(shù)除以叉車(chē)貨架作業(yè)單元得所需單元數(shù)，再乘單元面積即可得貨架區(qū)面積（包括作業(yè)通道面積），即單元數(shù)=850/16=取不小于的整數(shù)得 54個(gè)故面積 S=54'SO =54'米= 2。（ 6）確定貨架排數(shù)貨架總長(zhǎng)和排數(shù)與具體的面積形狀有關(guān)。 對(duì)新建倉(cāng)庫(kù)則可以此作為確定倉(cāng)庫(kù)大體形狀的基礎(chǔ)。 本例54個(gè)單元，按6 ' 9 得貨架長(zhǎng) 9個(gè)單元，即長(zhǎng) 9 ' += 米，共 6個(gè)巷道， 12排貨架，深 6 '

9、 =米。深度比長(zhǎng)度大，不符合貨架最好沿長(zhǎng)方度方向布置的原則。可考慮用 4巷道，取 4 ' 1 4=5，6此時(shí)長(zhǎng)度為米，深度為米，如圖2所示。但是，貨架布置不能僅僅考慮存儲(chǔ)和節(jié)省面積，從出貨速度快方面來(lái)說(shuō)，更重要的是考慮方便貨物揀選，因?yàn)檫@才符 合現(xiàn)代倉(cāng)庫(kù)“動(dòng)”的觀念。如圖 2 中考慮揀貨出貨方便，需要設(shè)置一個(gè)貫穿各排貨架的豎向交叉通道。交叉通道與作業(yè) 通道垂直，通常從貨架中間斷開(kāi)，寬度可容納兩輛叉車(chē)并行，即相當(dāng)于一個(gè)貨格長(zhǎng)度。若布置區(qū)域內(nèi)有柱梁等建筑結(jié)構(gòu)，還要根據(jù)柱網(wǎng)分布情況作適當(dāng)調(diào)整。例如上例布置考慮庫(kù)房結(jié)構(gòu)后的布置如圖3所示，這是在 27 ' 4米5庫(kù)房?jī)?nèi)的布置，為滿足 9

10、 ' 米9的柱網(wǎng)和 360 ' 360毫米的柱身的結(jié)構(gòu)要求，中間兩排貨架的背空 間隙適當(dāng)增大。這種布置將柱子剛好藏在貨架的背空間隙中，既不影響作業(yè)和貨格位置，還能增加貨架的穩(wěn)定性。為了更好地理解叉車(chē)貨架單元，請(qǐng)見(jiàn)下面求貨架倉(cāng)庫(kù)空間利用率的例子。某倉(cāng)庫(kù)的貨物存儲(chǔ)在 42×48in的托盤(pán)上再放在雙深選取式托盤(pán)貨架上。托盤(pán)連貨物的高度是5ft ,其中貨物高54in。在每一貨架貨位中并排放兩個(gè)托盤(pán)，方向?yàn)檫吙窟叄斜P(pán)相互之間以及托盤(pán)與貨架立柱的間隙要有5in。在貨位第一深與第二深貨物剛好靠在一起。每根貨架立柱為 4in 寬。托盤(pán)放在 4in 高的橫梁上，最低層也是如此。每層

11、托盤(pán)貨物 與上層橫梁的間隔是 4in。貨架通道寬度為（貨物到貨物的寬度），背空間隙（flue SPaCing ,即第二深貨物背靠背的間隙）為12in。貨架可存儲(chǔ)五層托盤(pán)貨物。貨物堆碼不能超出托盤(pán)。假設(shè)第二深的貨位都是裝滿的，第一深的一半裝滿， 請(qǐng)計(jì)算存儲(chǔ)空間利用率。解：空間利用率實(shí)際上就是平面利用率和高度利用率的乘積。對(duì)后面兩種利用率，我們只要畫(huà)出相應(yīng)存儲(chǔ)的圖形，再 利用幾種單元的幾何特性就容易求出了。（1）平面利用率以叉車(chē)貨架單元來(lái)考慮，見(jiàn)圖4左，可算出單元尺寸為103' 306 in其中托盤(pán)為豎放，即長(zhǎng)邊垂直于豎梁。因?yàn)轭}中第二深滿放，第一深只一半裝滿，則在此單元內(nèi)相當(dāng)于放六個(gè)托盤(pán)

12、，則平面利用率為uS= 48 ' 42' 6 / （103' 306）（ 2）因?yàn)樽畹蛯右苍O(shè)橫梁（便于插腿式、前移式叉車(chē)作業(yè)），所以高度利用率以貨架單元來(lái)考慮，見(jiàn)圖4 右，可以看出在一個(gè)貨架單元68 in的高度中利用的為60 in ,則高度利用率為Uh = 60 / 68（ 3）故空間利用率 uV 為 總之，幾何計(jì)算法具有形象的圖形表現(xiàn)，便于結(jié)果的調(diào)整與討論。采用三單元的幾何計(jì)算法，可以非常方便地進(jìn)行單 深、雙深等托盤(pán)貨架倉(cāng)庫(kù)的布置設(shè)計(jì)，不失為一種實(shí)用性好的方法。參考文獻(xiàn)1. 湯姆金斯等著，伊俊敏、袁海波等譯.設(shè)施規(guī)劃（第三版）中節(jié) “傳統(tǒng)存儲(chǔ)模型 ”。北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2008，P366-372.2. 伊俊敏 . 物流工程 , 北京：電子工業(yè)出版社