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一、自动仓储系统及其分类
1．自动仓储系统的定义
自动仓储系统的广义的较为完整的概念是：可对集装单元货物实现自动化装卸车、自动化堆拆码、自动化存取并进行自动控制和信息管理的仓储系统.发达国家由于实现了托盘和集装单元的标准化与社会化,随着运输和信息基础建设的不断进步,具有装卸、堆拆码、存取、控制和信息五个自动化系统并实现系统集成的大型自动仓储系统较为普遍.中小型自动仓储系统则较少采用自动装卸车、自动堆拆码.仓储与配送、分拣的关系密切,平面和立体的库中拣选、库拣合一；立体仓库的在线托盘拣选；储拣合一的堆垛机式、输送机式、重力式等自动缓存补货系统的实践,拓宽了自动仓储系统定义的内涵.在物流规划设计过程中,分别纳入仓储或分拣进行系统设计.
能实现计算机信息控制、基本上无人连续自动存取的自动仓储系统的仓储模式很多,先列举下列模式,参见图1至图8：
以上自动仓储系统的模式,不包括各类高架、低位人工叉车为主的仓储模式.这些自动仓储系统的模式各有千秋,由于篇幅所限不再赘述.归结起来,由于高架、低位人工叉车为主的仓储模式造价偏高、效率较低,只能应用在特定的物动量较小的场合.
有轨巷道堆垛机高架自动仓储系统是自动仓储系统的主流模式(无轨高位叉车也可形成高架库,但不属自动仓储系统),由此而产生的自动仓储系统的狭义定义是：自动仓储系统是由高层货架、有轨巷道堆垛机、出入库输送机系统、自动控制系统、计算机仓库管理系统及其周边设备组成,可对集装单元货物实现自动化存取、控制和管理的仓储系统.
2．有轨巷道堆垛机高架自动仓储系统的分类
这里有多种分类法,大体上有以下几种型式：托盘式、箱盒式、无托盘式；分离式、库架合一式；单深式、双深式、多深式；单叉式、双叉式、多叉式；单柱式、双柱式.
二、自动仓储系统装备的市场需求宏观预测
自1959年世界第一座自动化立体仓库在美国阿尔巴马州美国国际纸张公司建成以来,至1980年代中期,美国拥有2000多座自动化立体仓库,英国有500多座,德国有1200多座.
日本自1969年建成第一座自动立体仓库以来,到1982年拥有3000多座,年均增加214座.日本在1989～2004年共销售19249座,年均销售1203座,其中90％在国内销售.在经历了1991年1814座的销售高峰后,尽管近年来日本经济低迷,在2002年跌落销售849座的低谷,但2004年又复苏到销售1544座.日本1994-2004年共销售巷道堆垛机25487台,年均销售2317台(见表1、表2).
虽然零库存与库存最小化理论、VMI供应商管理库存、追求JIT的生产环境,在沃尔玛、雀巢、家乐福、戴尔等公司大行其道,许多第三方物流公司声称要取消仓库,但是,美国2000年的仓库面积达到65亿平方英尺(约6亿平方米),比1999年增长了6．6％.配送中心是越建越大,企业所管理的仓库的面积也越来越大.美国Hallmkk公司建立了多达120个巷道的立体仓库.美国拥有最大仓库的50家企业中,有18家公司拥有1000万平方英尺(约93万平方米)以上的仓库.
我国第一座全自动高架仓库于1978年研制成功,到2005年已建成自动化立体库500余座,2005年有50座左右.已建成自动化立体库的数量按行业分布,医药占25％、烟草占24％、机械占22％、电器电子占11％、食品占6％、仓储服务占5％、金融占1％、出版等其他占6％.
我国人民的衣食住行在改革开放以来已经有了质的提高,工业制品的“衣”(包装)“食”(原材料、配套件)“行”(交通运输)也有了很大改善,而住(仓储)的条件,从整体上讲,仍然简陋落后.高架库的墙配置以轻型材料,形成完整的高架库系统.分离式是指在建筑物内部储存货物的货架独立存在,自动化立体库的梁、柱独立建造,相互之间没有直接连接.目前,国内自动化立体仓库主要采用分离式.分离式可以将现有的建筑物改造为自动化仓库,也可以将货架拆除,便于改造.
国内自动化立体仓库的建筑结构型式主要有两种,一种是采用门式钢架钢结构,轻型屋盖,轻型外墙；另一种是采用排架结构,现浇或预制钢筋混凝土柱,网架或钢桁架屋盖,外墙一般采用砌体.两种结构型式各有优缺点,从使用及工期方面来看,门式钢架更实用一些.可采用以钢骨彩色钢板的围护结构,它拥有足够的强度且有施工快、价格低的优点.
3．合理的自动化立体仓库的高度、长度、宽度
基本要求是在满足货位、出入库能力、消防、通风、空调需求的前提下,达到空间利用的最大化,长、宽、高的合理化；堆垛机等的性价比最优化；单位托盘投资最小.一些项目出现高架库偏低、偏短的现象,使单位托盘投资成倍增加.
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――高度.虽然日本已经出现50米的堆垛机,上海也出现30米的高架库,但我国高架库高度一般不宜超过24米.这是因为建筑超过24米,消防、建筑的费用将会大幅度上升超过30米堆垛机费用也会大幅度上升.如何充分利用24米以下的空间,在空调、消防、地面标高等方面有许多细节可以优化,有时可以多出一层货位.某知名公司建设的南方某项目,比合理的高度低了三分之一,堆垛机的数量也就多了三分之一.
一一长度；长度的选择与堆垛机的速度、加速度、高度、出入库能力等相关.除了出入库能力需求大而多选堆垛机且货位需求不大,因而可以缩短巷道长度以外,一般要追求巷道长度合理的最大化,以追求货位的最大化,进而减少堆垛机的台数.用19米高、空载行走速度160米／分、实载加速度0．3米／秒’的堆垛机进行仿真,其合理的巷道长度是85米.过长会降低出入库效率,过短会降低空间利用率.用提高行走速度来加长巷道长度并提高出入库能力的办法,往往并不理想,如将空载行走速度160米／分改为240米／分,出入库能力只提高1．5％而堆垛机的价格可能提高20％～30％.
――宽度.取决于在有自动消防条件下的3000平方米的消防分区、消防通道、消防管道、货架拉筋等细节的合理化.当地消防局的掌握尺度也是重要因素.
4．合理的自动化立体仓库通风空调
对温湿度要求较严的物品,以卷烟辅料平衡高架库为例,室内空气温湿度要求为温度夏季27％(±2℃),冬季22℃(±2℃),相对湿度60％(±5％).
需要解决的问题主要有两点：一是钢结构的防护问题,要保证其耐久性,该类厂房难以做到定期维护；二是防霉、防结露问题,在冬季,室内外温差大,区、出入库区与物流需求点、生产线分开,库区和生产工房用长数千米的长廊连接,物料必须经过升降机、长廊上的输送机才能输送到生产线,存在物料输 送线路长、周转次数多、设备维护难、系统响应慢的弊端.因此,合理的自动仓储系统在总体规划上要与生产工艺紧密连接,打破人为划分的功能分区限制,使自动化立体仓库成为总体规划的一部分并与生产工房连为一体,减少厂区内的运输量,缩短工房之间的运输线路及动力管线.
2．合理的自动仓储系统建筑、结构形式
立体仓库按建筑形式可分为库架合一式和分离式.国际上比较先进的做法是库架合一,即将小断面的钢结构构件依附在高架库货架上,利用高架库货架很大的空间刚度,抵抗水平风或地震作用.顶盖、外用现代自动仓储系统.有人看到1990年代进口的自动仓储系统投资偏大、运行成本偏高、维修不便等问题,主张建设平库或多层楼房库.我们在十多个物流项目的规划设计中,通过仓储模式专项论证,推荐了巷道堆垛机高架库模式,得到了认可.在此,我们大声呼吁：我国优势地区、优势行业、物流量大的优势企业应当通过科学论证,适度采用巷道堆垛机高架库(这里,一定要注意三个“优势”、物流量大、单元集装合理方便、科学论证、适度等前提).理由如下：
1．巷道堆垛机高架库能够体现中央提出的科学发展观和可持续发展的思想.我国不可再生的土地资源非常贫乏,中央已经陆续出台了许多节约土地资源的措施.采用高架仓库可以节约土地资源,体现科学发展观和可持续发展的指导思想.城市居民新建住宅绝大多数已经由平房改为楼房或高层楼房,条件合适的仓库也应建成高架库,以便为子孙后代留下生存空间.
2．高架立体仓库的信息化程度高.高架立体仓库能够更好地实现高度信息化,例如可以点对点取货,可以不加思考地先进先出、就近先出；同类商品分多个巷道存储(防止故障的发生)；有的企业已经把摄像头装上了堆垛机,可以实现自动盘点,将来也可以在托盘上装上RFID,实现自动盘点.
3．巷道堆垛机高架库能够更好地适应现代企业应有的快速反应、提高准确率、降低差错率的要求.其自动出入库的准确率可以达到99．99％以上,结合分拣的适度自动化,差错率可以降低到十万分之三,相比人工为主的处理方式,差错率可以降低十倍以上.这对提高竞争力、提高企业的信誉度、提高用户的满意度有很大好处.
4．巷道堆垛机高架库的投资费用和运行费用并不高.
(1)自动化立体仓库的平面利用率高,比三层货架多层楼库高20％左右.
(2)自动化立体仓库空间利用率高,比三层货架多层楼库高两倍,一般可以堆9-10层,托盘式楼层库只能堆3层.
(3)巷道堆垛机高架库存取效率高,比三层货架多层楼库高1到1．5倍,每台堆垛机每小时大约可以存取50个托盘,而普通叉车平均只能存取20-28个托盘,三向叉车效率更低.
(4)堆垛机的投资成本略低或者持平.每台堆垛机的价格已经从240万元(西欧)、120～180万元左右(日本),降低到45-60万元(国产),比之普通叉车17～25万元并不特别高.由于每台堆垛机相当于2至3台叉车的效率,所以从投资取向上看,堆垛机并不贵.若是三向高位叉车,每台投资要达到六七十万元.
(5)堆垛机的运行成本和维护成本也较低.由于堆垛机是电动轨道式运行,能耗较低.而叉车是轮胎式运行,阻力较大,又有液压,维修麻烦；电能要通过蓄电池由交流转为直流,电池的维护损耗折旧较大；电能要转为液压进行提升,增加损耗.
(6高架立体仓库的土建费用根据各地提供的平米造价,并不因为高达24米就大幅度提高了造价,与钢结构平库价差在400～600元／平方米左右,与多层承重达2吨的框架结构持平,或者高200元／平方米左右.
(7)高架立体仓库空调、通风、除湿、采暖、照明的成本也较低.自动化立体仓库与平库相比,由于不需要照明就可以自动运行,因此照明散热也小,而且高架立体仓库窗户很小,密封性好,保温性好,符合节能要求.
表3是我们为某市烟草公司配送中心的实际需求做出的对比分析.根据对比可以发现,单箱的投资,平库是高架立库的191％；而单箱的运行费用,平库是高架立库的120％.高架库还有信息化程度高,自动化程度高,安全性好,适应突发情况需要可两、三班制等优点.
下面还可以参考法国计算的不同仓库形式的比较(见表4).
第三,要把握设计自动仓储系统的关键点.
1,合理的自动仓储系统的总体规划
自动仓储系统在建设项目总体规划中的位置起着举足轻重的地位.合理的自动仓储系统的总体规划应当通过多方案的技术经济对比,有的要进行专项论证,解决主要人流、物流是否没有交叉干涉；物流是否可以直达化、路径是否最短、线路最优；仓库是否和生产工艺有机衔接,是否可以避免迂回、倒流和往复,减少装卸搬运环节等.以某项目为例,在设计过程中过分强调生产车间和库区的分区,把物流的仓储市场保有量、年建设量仅为日本的3％左右,堆垛机的年销售量为日本的5％左右.这与我国经济的快速、持续发展不相协调.我国沿海开放地区的经济、技术水平,与日本1980年代相当,同样是人口密度大、土地资源紧缺,理应在自动化仓储系统的建设上出现快速发展.
随着我国经济的持续快速发展,土地政策的收紧,工资成本的上升,以及自动化仓储技术的完善和物流装备价格的相对降低,如同日本1980年代那样,我们可以预测到“十一五”末期的2010年,自动化仓储系统的年销售座数将达到140座,巷道堆垛机的年销售台数将达到500台,分别是日本1980年代末的1／0和1／2.
三、建设自动仓储系统需要注意的问题
第一,要合理确定库存规模.
确定库存规模,要避免主观随意性或单纯按照当前库存量设计,避免过度的库存最小化或贪大求洋这两种倾向.
企业的库存需求取决于企业的网络结构和顾客服务期望的水平.以成品库存为例,库存的规模不仅直接影响到企业的实时服务水平；也影响到仓储模式与建设投资；同时还影响到库存持有成本等企业的运行费用.
所谓“零库存”,包含两层含义：
一是强调“零”库存,即库存为零.这种理解对于当今的中国国情可能就有所偏颇.“零”库存应当是一个系统指标,建立在供应链系统非常完善的前提下,通过供应链中各个环节的紧密配合和无缝连接而达到整个系统的库存最少,成本最低.而不应当是片面强调供应链条上的某一个环节(即单一企业)的零库存,以加大上游环节或下游环节的库存量为前提,甚至是为代价,而满足链条中的优势环节的“零库存”,使得整个供应链系统的运行成本并没有降低,甚至还会有所提高.这就背离了“零库存”的概念,而只是意味着供应链中库存的转移,使“零库存”的概念表面化.同时“零”库存也考验着优势环节的企业驾驭上游与下游的能力和管理水平,存在着加大缺货 成本等风险.
二是以“零库存”为目标,强调库存的最小化.这也是目前多数企业不断追求的目标.
企业在考虑库存的数量即库存规模时,应同时考虑满足客户服务水平、投资大小以及使库存持有成本、缺货成本最小化等多个方面因素.设置库存的目的是要以最低限度的存货来实现所期望的客户服务.虽然大量的存货可以用来弥补物流网络中的不足,但在某种程度上却降低了物流管理的质量,加大了库房的投资,占用了更多的资金,产生了更多的过期、老化、落后、呆滞和报废品.因此,把过度的存货用作向顾客提供的服务,将最终导致更高的物流总成本.企业的经营决策与成本、经营数量、利润有关,合理确定库存的规模需要严谨的数据分析、科学的未来发展预测.F．N．Harris在1915年提出一项简单而有用的库存控制数量模式,将数量分析方法大量应用于解决库存管理问题.之后更出现了许多新的模式和方法,例如,采用安全库存法计算安全库存量(如下图)；经济订货时间、经济订货批量等(EOQ)也是普遍应用于计算库存的管理.
计算安全库存量后,对于年销量波动比较大的,还可以根据每年销售的高峰阶段系统地计算库存的合理规模.对于计算后的结果还需进一步验证,如蒙德卡罗(MonteCarlo)技术也是目前比较普遍应用的一种模拟技术的验证方法.我们应用上述数据分析的方法,成功地为十多个项目提供了合理的解决方案.
第二,要合理确定仓储模式.
对于我国多数地区、多数行业仍然需要充分利用现有传统仓储资源,不能盲目建设现代自动仓储系统.对于我国优势地区、优势行业、物流量大、单元集装合理方便的优势企业应当通过科学论证,适度采屋面结露问题严重.目前,国内该类厂房一直未能解决好上述两个问题.根据经验,采用保温洁净板内胆方案,即在高温、高湿环境的库房内增加一层保温洁净板,形成独立的封闭空间,可以较好地解决这一问题,缺点是造价偏高.
5．合理的自动化立体仓库消防系统
自动化立体仓库的消防系统应是基于库区智能火灾探测报警及自动灭火并采用网络技术集中控制的消防系统.
在规划
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