基于传送带式柔性货架的仓储紧致化新方案

张文涛 吴海辉 刘兰凤 潘蕊 辛文

摘要：现代物流技术与装备主要发展方向之一是紧致化。为了实现存储空间紧致化，解决巷道占用大量空间，货架空间无法充分利用的问题，本文以电器制造企业成品仓库为研究对象，设计了新型传送带式柔性货架，由传送带式货架载物板、层高调节装置两大核心部件组成，主要创新点为超深货位大幅增容，货架空间垂直维度动态调整与一体化货架紧凑布局，具体机制为：①通过将货架的载物板改为传送带，大幅加深货位深度，提高货位容量；②通过加装层高调节装置，在货架总高度不变的情况下，根据电器类货物高度灵活调整货架各层高空间，提高货架存储空间利用率；③通过将多个货架横向紧凑放置，仅在两端安装巷道式堆垛起重机，降低货架间通道占用率。以上三种方案提高了货架的紧致度和容积率。

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.

關键词：仓储系统；紧致化；柔性货架；传送带

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

中图分类号：F253.9；TH692.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0082-03

0 引言

随着我国经济快速发展，消费结构不断升级，土地资源日益稀缺，仓储行业对仓储设备紧致化、自动化的需求越来越迫切。所谓紧致化主要涉及两个方面：存储空间紧致化与服务时间即时化[1]。

传统的自动化立体仓库虽然实现了仓库作业机械化和自动化，提高了空间利用，减少了占地面积，但仍然存在着：巷道占用大量空间、货架空间无法充分利用等问题，距离存储空间紧致化尚有一段距离。为了提高存储空间紧致化水平，本文设计了一种新型传送带式柔性货架，其核心部件为传送带式载物板与层高调节装置，在此基础上实现了以下三个创新点：①超深货位大幅增容；②货架空间垂直维度动态调整；③一体化货架紧凑布局。

1 传统自动化立体仓库存在的问题

传统自动化立体仓库主要由货架、巷道式堆垛起重机、入（出）库工作台及操作控制系统组成。货架是由金属框架与载物板组成，内部是标准尺寸的货位，巷道式堆垛起重机穿行于货架之间的巷道中，完成存、取货作业。

1.1 巷道占用大量空间

以一个存储量为2400个1200mm*1000mm标准托盘的仓储系统为例，暂不考虑货物存储间隔。假设货物存储区布局为12排货架，6条巷道，单排货架为10层20列，堆垛机货叉叉取方向为1200mm侧，平面布局如图1。

货物存储区占地面积为：

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

货架面积占货物存储区面积的比率（以下简称面积利用率）为：

通过以上案例数据的分析可知，货物存储区仅有63.49%的面积被利用，为使分析结果更具有普遍意义，现假设货物存储区布局为Y排货架，Y条巷道，单排货架为Z层X列，则面积利用率公式为

可知其只与每排货架的列数X相关，当X趋于无穷时，==66.67%。即，传统自动化立体仓库面积利用率最大仅为66.67%。

1.2 货架空间无法充分利用

在传统的自动化立体仓库中，货架各层高为固定值，在使用过程中无法调节。当需要存储的货物高度高于货架层高时，无法存储货物。当需要存储的货物高度低于货架层高时，货架的存储空间无法得到充分利用。

以电器制造企业成品仓库为例，企业生产的电器种类较多，小到电饭煲，大到冰箱、洗衣机应有尽有，不同种类电器商品需要存储空间不同。如图2所示，海尔BCD-452WDPF 452升对开门冰箱包装高度为1790mm，海尔EG8012B39SU1 8公斤变频滚筒洗衣机包装高度为850mm。

此外，电器商品销量还存在较大的季节波动。据中国产业信息网统计[3][4]，冰箱在3月份至7月份为销售旺季，最高销量为780万台，在10月份到次年1月份为销售淡季，最低销量仅为440万台；洗衣机在8月份至次年1月份为销售旺季，最高销量为540万台，在5月份到7月份为销售淡季，最低销量仅为380万台，如图3与图4所示。因为销售量的季节波动，导致不同时期电器企业成品仓库需要储存的冰箱和洗衣机数量是不同的。因此，以前文图2的冰箱与洗衣机为例，不同时期仓库需要的1790mm与850mmm层高的货位数量也是不同的。

2 新型传送带式柔性货架结构设计

针对以上两个问题，在传统自动化立体仓库货架的基础上，我们设计了一种新型传送带式柔性货架，其技术方案是：

2.1 金属框架

该部件为新型传送带式柔性货架的基础，如图5。

2.2传送带式货架载物板

该部件为超深货位大幅增容提供基础。将传统货架的载物板改为传送带，协同巷道式堆垛机实现超深货位后方货物的存取。

2.3 层高调节装置——液压杆

该部件为货架空间垂直维度动态调整提供基础。如图6、7所示，液压杆作为连接金属框架与各层传送带式载物板的载体，一端连接传送带式载物板的连接点。

2.4 传送带式柔性货架整体

金属框架的连接点与图6、7所示实施范例中的液压杆另一端连接。多个传送带式载物板借助上述方法通过液压杆与金属框架连接，最终形成传送带式柔性货架。（图8）

3 新型传送带式柔性货架创新点

借助传送带式货物载物板与层高调节装置，新型传送带式柔性货架实现了以下三点创新：

3.1 超深货位大幅增容

本货架针对电器制造企业成品仓库设计，其与京东等电商平台所使用的仓库存在较大差异。京东等电商平台仓库主要特点为SKU种类较多，截至2014年3月31日京东SKU种类达到4020萬[2]，对可直接存取的货位需求较大，单种SKU库存量较小，货位不宜太深。电器企业成品仓库SKU种类较少，对可直接存取的货位需求较小，单种SKU库存量较大，可以大幅加深货位深度，提高货位容量。

借助前文的传送带式货物载物板，在巷道式堆垛起重机取出货位最前方货物的同时，将后方的货物补到最前方的位置。

以上两个前提，为货位的大幅拉深提供了条件，最终实现了超深货位大幅增容，使得单个巷道式堆垛起重机能够覆盖更多的货物，相同存储量下，较传统自动化立体仓库减少了巷道数量，提高了面积利用率。

3.2 货架空间动态分配

在传统的自动化立体仓库中，货架各层高为固定值，在使用过程中无法调节。仓库运行过程中不同高度货位的需求与供给不匹配，浪费了大量的存储空间。借助层高调节装置，实现货架空间垂直维度动态调整，具体实现机制如下：

货架高度是固定的，对货架各层高的调节，实质上是对货架高度的重新分配。其中一层高增加时，必然意味着其余层高的降低。当需要不同高度的存储空间时，通过分别控制各层载物板的液压杆压缩或伸展，从而改变各载物板相对地面的高度，进而使各载物板之间的相对距离——货架层高改变，最终实现货架空间垂直维度的重新划分。

货架各层高与各层液压杆伸展长度的数学关系如下：

假设：三层传送带式柔性货架总高度4.5m，各层高分别为C1、C2、C3，各层液压杆伸展长度为H1、H2、H3。

C1+C2+C3=45m

C1=Z+H2

C2=Z+H3-H2

C3=Z-H3

已知货物需要的存储空间层高分别为2m、1.5m、1m，通过计算得到各层货架需要调节的高度H1=0m、H2=0.5m、H3=0m。最终分别产生第一层层高为2m、第二层层高为1m、第三层层高为1.5m的存储空间。

3.3 一体化货架紧凑布局

如图10所示将多个新型传送带式柔性货架横向紧凑放置，仅在其两端分别安装一组巷道式堆垛机起重机，此布局大幅减少了巷道堆垛起重机轨道所占用的空间。

以第2节的仓储系统为例，存储量为2400个1200mm*1000mm标准托盘，同样不考虑货物间隔。假设货物存储区平面布局如图10所示为12排货架，单排货架为10层20列。

货物存储区占地面积为：

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

面积利用率为：

新型自动化立体仓库货物存储区面积利用率较传统自动立体化仓库提升了43%，占地面积仅为传统自动化立体仓库的70%。

4 结束语

本文分析了传统自动化立体仓库的不足，并提出新型传送带式柔性货架，通过三个创新点超深货位大幅增容、货架空间垂直维度动态调整与一体化货架紧凑布局，提高了货架紧致度与容积率，满足了电器制造企业成品仓库的需要。

参考文献：

[1]沈古文.紧致仓储系统绩效及运作策略研究[D].华中科技大学，2014.

[2]京东对外披露数据：SKU（库存量单位）达到4020万[EB/OL].[2017-5-19].http：//www.techweb.com.cn/internet/2014-05-22/2039490.shtml.

[3]2016年中国冰箱行业市场现状分析[EB/OL].[2017-5-19] .http：//www.chyxx.com/industry/201606/422910.html.

[4]2016年中国洗衣机行业产销量分析[EB/OL].[2017-5-19].http：//www.chyxx.com/industry/201606/422914.html.