自动化立体库存储单元规格设计方法

陈传军，檀智斌，贾 楠，陈佳梁，任 楠

(北自所（北京）科技发展有限公司，北京，100120）

0 引言

随着社会生产水平的提高，生产规模的扩大，各企业对物流仓储的智能化、自动化水平的要求越来越高，对自动化立体库的需求日益旺盛。

在自动化立体库中，存储单元将品种繁多、大小不一的货物以集装单元的方式存储和输送。因此存储单元规格尺寸在整个自动化立体库规划设计中具有十分重要的作用，同时也影响着仓库的建设投资。

目前国内自动化立体库普遍采用1200mm×1000mm标准托盘为载体设计存储单元，但是在某些具体情况下，使用标准托盘存在着货物堆码率较低，建筑空间利用率较低的情况。因此，标准托盘并非最合适的托盘尺寸，在对自动化立体库进行规划时，需要重新对存储单元的平面规格和高度规格进行设计，进而确定最适合该自动化立体库的存储单元规格。因此，研究自动化立体库中存储单元规格设计方法是十分必要的，对于提高仓库的利用率、降低企业仓储成本、提升企业的竞争力具有重大的意义。

1 技术路线

通过以下技术路线进行自动化立体库存储单元规格的设计：

图1 技术路线

首先，以存储单元平面长宽尺寸和存储单元堆码限高两个因素作为关键变量，提出不同的存储单元平面规格和堆码高度尺寸作为预选方案。

其次，从存储单元的堆码率最大化出发，结合所有货物的三维尺寸以及重量信息，在不同的存储单元预选方案下对每种货物进行堆码设计，对不同预选方案的设计结果进行对比分析。同时，还应当考虑每种存储货物的库存分布及深度，以进行更准确地设计。

最后，还需从仓库建筑空间利用率最大化出发，并考虑消防分区、行业规范、人体工学等因素，得到最终的存储单元规格优化设计方案。

下面对存储单元平面和高度规格设计方法进行详细介绍。

2 平面规格选型

2.1 平面综合利用率分析

平面利用率反映了在当前平面尺寸方案下，货物的码垛平面面积对存储单元平面面积的利用率。针对不同的平面规格预选方案，得到每种货物的平面利用率，按照每种货物的库存分布及深度，对每种货物的平面利用率进行加权求和，综合计算出到该存储单元预选方案的综合利用率，作为确定最终方案的参考依据。

平面综合利用率计算方法如下：

i=1,…,N，表示第件货物

j=1,…,M，表示第个预设方案

Qj：表示第货物的历史或未来规划预测的库存量占比

Mj：表示第j种预设方案的平面堆码数量

Li：表示第件货物的包装长度

wi：表示第件货物的包装宽度

sj：表示第j种预设方案的平面面积

根据以上计算得到各预选方案的平面综合利用率，以平面综合利用率为主，同时考虑方案对所有货物品种和库存量的覆盖程度，并在一定程度上兼顾行业标准托盘尺寸进行方案选型。

2.2 确定平面尺寸

根据建筑平面长宽尺寸、建筑实际条件、货架布局方式、托盘进叉方式等，结合行业规范，对不同的存储单元预选方案进行货架模拟布置，计算出不同方案下货架布置情况，结合可布置巷道数量、总货位数、总货架宽度、对平面利用情况等对方案进行优选。

最后，综合平面利用率与对建筑平面的利用情况，确定最终的平面尺寸。

3 立面规格选型

3.1 体积综合利用率分析

体积利用率反映了在已选定平面尺寸的情况下，在当前高度方案下，货物码垛后的体积对存储单元体积的利用率。针对不同的存储单元预选方案，得到每种货物的体积利用率，按照每种货物的库存分布及深度，对每种货物的体积利用率进行加权求和，综合计算出到该存储单元预选方案的体积综合利用率，作为确定最终存储单元方案的参考依据。

i=1,…，N，表示第件货物

j=1,…，M，表示第个预设方案

Qi：表示第件货物的历史或未来规划预测的库存量占比

Hi：表示第件产品的包装体积

Kj：表示第种方案的货物堆码数量

Pj：表示第j种预设堆码高度方案的单元体积

根据以上计算得到各预选方案的体积综合利用率，以体积综合利用率为主，并考虑方案对货物品种和库存的覆盖程度进行方案选择。

3.2 确定立面尺寸

若建筑可用净空尺寸已定，可根据建筑净空高度，结合行业规范，对不同的存储单元预选方案进行货架立面设计。设计时需按照具体规范和设备要求考虑具体的货架立面尺寸，包括货架横梁高度、自动化存取设备的操作空间（如堆垛机货叉的抬叉空间）、以及符合消防规范的消防喷淋预留空间等。比较各托盘预选方案的货架立面设计情况，结合货架层数、总货位数、货架总高度、对空间的利用情况等对存储单元方案进行优选。

最后，综合体积利用率与对建筑空间的利用情况，考虑人体工学等因素，确定存储单元立面尺寸，得到最终的存储单元规格选型。

4 案例分析

以某自动化立体库为例，该立体库为丙二类仓库，建筑长度80米，宽度72.6米，库内净高20.75米。该立体库存放的货物体积较大，根据以往经验，使用1200×1000标准托盘规格的利用率较低，且无法覆盖全部品种，因此有必要对该自动化立体库的存储单元规格进行分析，设计出合适的存储单元规格。

该自动化立体库部分货物信息如下：

（续表）

根据平面综合利用率计算公式：平面利用率，计算出每种预选方案的平面综合利用率，如表1所示。

表1 平面综合利用率

由表1可以看出1400×1100平面的平面综合利用率最高，且可以覆盖所有品种，较标准托盘的平面综合利用率高了近10%，因此从平面利用率角度更推荐1400×1100平面尺寸。

接下来结合建筑尺寸，根据防火规范要求，对于丙二类高架库来说，单个防火分区不超3000m2，按目前立体库规划区域来看将分为两个防火分区，目前规划建筑总宽72.6m，现对单一防火分区按36.3m考虑，按不同的存储单元平面尺寸进行货架布置，结果如表2所示。

表2 结合建筑设计平面尺寸

从表中可以看出，当选用1400mm×1100mm托盘时，按进伸方向1400mm进行布置时，对平面空间利用率高，不存在空间浪费，故最终确定托盘平面尺寸为1400mm×1100mm。

确定平面尺寸后，分析高度尺寸。

表3 体积综合利用率

由表3可以看出1800mm高度的体积综合利用率最高，但该系统中需要人工拣选托盘上的货物，1800mm高度较高，不利于人工操作，体积利用率次高为1600mm高度，其综合体积利用率虽然略低于1800mm，但更适合人工操作，因此更推荐1600mm高度。

接下来结合建筑空间尺寸，该建筑的可用净空高度为20.45m，首先根据产品重量选择货架横梁宽度，其次根据自动存取设备类型设计设备作业空间，此外作为丙二类仓库，根据高架库消防规范要求，需在货架内部离地每间隔三米布置一个消防喷淋，即货架每层需要消防喷淋空间；最后，货架顶部需要一定的安装空间。结合以上货架高度需要考虑的内容，按不同的存储单元堆码限高预选方案进行货架的立面设计分析，结果如表4所示。

表4 考虑净空高度结合货架立面设计

（续表4）

从表4中可以看出，在仓库内净空高度20.75米条件下，存储单元堆码限高为1600mm时货架只能设计9层，货架总高度为19m，对高度空间存在一定的浪费，而堆码限高在1550mm高度下则可以设计10层货架，提高了对建筑高度空间的利用率和总储存量。比较二者的体积综合利用率，相差较小，因此推荐采用1550mm高度。

根据以上分析，该自动化立体库存储单元规格设计方案最终采用1400mm×1200mm×1550mm。

5 结语

存储单元规格的设计是整个自动化立体库设计的第一步，直接影响着仓库库容量、利用率等指标，进而影响整个自动化立体库的经济效益。本文提出了自动化立体库存储单元规格的设计方法，通过实例进行说明并验证了方法的可行性与科学性，为自动化立体库的存储单元规格设计提供了依据，较好地解决了实际问题。此外，本方法可进一步推广到其他类型的物流系统，对解决各类物流系统中储运单元设计选型问题提供理论支撑，具有重要的意义。