自動化立體倉庫簡稱立體倉庫。一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存單元存儲貨物, 用物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業的倉庫。采用立體倉庫, 可大幅度增加倉庫的有效高度, 充分利用倉庫的有效面積和儲存空間, 使貨物儲存集中化、立體化, 減少占地面積, 降低土地購置費用。據國際倉儲自動化協會提供的資料顯示:以庫存11 000 托盤, 月吞吐10 000 托盤的冷庫為例, 自動化立體倉庫與普通平庫相比:用地面積僅為13%, 工作人員僅為21.9%, 吞吐成本僅為55.7%, 總投資僅為63.3%, 而立體倉庫單位面積的存儲量是普通平庫的4~7 倍。由于采用自動控制技術及計算機管理系統, 大大提高了倉庫的吞吐效率和管理水平, 且存儲作業迅速準確, 必將縮短物資的周轉期, 提高資金的周轉率, 從而提高經濟效益。又因其自動化程度高, 可實現高速數據通訊和實時圖像顯示, 使可視監控得以實施。因此, 隨著經濟的發展和技術的進步, 建立自動化立體倉庫存儲物資已成為當今企業的主流趨勢。

某重型裝備制造企業自建廠以來, 設備維修備品備件一直采用統一采購, 分散存放的傳統管理模式, 即企業采購部門根據各分廠提交的備件采購計劃進行統一采購, 采購的備件在企業的總庫臨時存放, 再由各個分廠按提交計劃將備件領取至分廠庫房保存。企業下轄煉鋼、鑄鋼、鍛造等分廠所需設備維修備件皆為獨立存放, 各分廠備件庫布局分散, 占地面積大, 管理成本高, 又因各分廠備件為自行管理, 信息溝通不暢, 資源得不到共享, 造成部分備件重復采購或庫存積壓, 占用了企業大量的流動資金, 極大地影響了企業的運營。

針對此種情況, 我們提出利用企業內的閑置廠房建設立體倉庫, 統一存儲各分廠設備維修所需備品備件的技術方案。采用立體倉庫集中管理, 不僅能有效節約場地、提高倉庫的空間利用率, 通過統一管理、統一存放, 還可以有效提高備品備件資源的利用率, 降低企業的管理成本, 提升企業管理水平。同時, 通過對設備維修備品備件立體倉庫的使用和管理, 摸索立體倉庫倉儲運行和管理經驗, 以便將來把立體倉儲技術向煉鋼輔料、冷加工刀具、成品或半成品件的存放等領域推廣。

2 項目目標及規模

(1) 節約空間、節省勞動力, 充分提高倉庫的空間利用率, 降低倉儲成本。

(2) 采用自動控制技術及計算機管理系統, 提高倉庫吞吐效率和管理水平, 存儲作業迅速準確、縮短物資的周轉期, 提高資金的周轉率, 從而提高經濟效益。

(3) 實現高速數據通訊, 實時圖像顯示, 為可視監控、實時查詢提供基礎支撐。

新擬建立體庫總容量為27 900 m3, 現有熱工藝分廠二級庫的總容量為25 700 m3, 占新建立體庫總容量的92%。因此, 新建立體庫可滿足本公司煉鋼、鑄鋼、鍛鋼、鑄鐵、熱處理、燃氣等分廠設備維修備件的存儲需求。

本項目擬將企業下屬的煉鋼、鑄鋼、鑄鐵、熱處理、燃氣分廠的設備維修備件統一在立體倉庫中存放并進行管理。而現有存放情況是:鍛造、鑄鋼分廠除一部分單獨存放在生產車間附近的庫房以外, 還有一部分備件占用著車間的生產場地;煉鋼分廠的備件主要存放在煉鋼輔助工段;鑄鐵、熱處理及燃氣分廠的備件都存放在單獨的庫房內?？傊? 各分廠備件存放庫房分布分散, 占用地面多, 管理混亂, 其中有部分備件積壓嚴重。

經過對各分廠備件進行梳理, 將設備維修備件劃分成機械、電器、管道和標準件四大類。

(1) 機械類

所存貨物包括電工類、軸承類、閥門橡膠、機械類、儀表、易損件等, 占用庫房容積約8 700 m3。

(2) 電器類

所存貨物包括機電類、潤滑電控、電纜線等, 占用庫房容積約10 000 m3。

(3) 管道和標準件類

所存貨物包括標準件、管路、配件等, 占用庫房7 000 m3。

擬新建立體倉庫的閑置廠房占地約3 528 m2, 原為有色金屬冶煉成型加工車間, 后因企業產品結構調整, 導致廠房閑置。閑置廠房分為3 個南北走向的橫跨和1 個東西走向的縱跨。橫跨為12 m (寬) ×10.5 m (梁高) 、18 m (寬) ×10.5 m (梁高) 和12 m露天跨, 縱跨為18 m (寬) ×12 m (梁高) , 其中12 m橫跨配有5 t天車1 臺, 18 m橫跨配有10 t、5 t天車各1 臺, 18 m縱跨配有15 t天車1 臺, 露天跨配有5 t龍門吊1 臺;3 個橫跨全部為混凝土柱+磚墻結構, 縱跨為鋼結構立柱+磚墻構造。由于18 m縱跨為后建, 與3 個橫跨之間有一個約6 m寬, 高約12 m的夾皮溝相隔, 原來作生產庫房, 橫縱跨之間通過電平車形成物流通道 (見圖1) 。

自動化立體倉庫的主體由貨架、巷道式堆垛起重機、入 (出) 庫工作臺和自動運進 (出) 及操作控制系統組成。貨架采用鋼結構體或鋼筋混凝土結構的建筑物, 貨架內部設計成標準尺寸的貨位空間, 堆垛起重機穿行于貨架之間的巷道中, 完成存、取貨的工作。管理上采用計算機及條形碼技術。

因立體倉庫中配置有多層貨架, 而且貨架較高, 所以又稱為高層貨架倉庫。自動化立體倉庫大致有六種分類方法:

(1) 按貨架高度分類, 可分為:高層立體倉庫 (15 m以上) , 中層立體倉庫 (5~15 m) 和低層立體倉庫 (5 m以下) 。

(2) 按貨架構造分類, 可分為:單元格式立體倉庫, 貫通式立體倉庫, 柜式立體倉庫及條型貨架立體倉庫。

(3) 按建筑物構造分類, 可分為:一體型立體倉庫和分離型立體倉庫。

(4) 按立體倉庫裝取貨物機械種類分類, 可分為:貨架叉車立體庫和巷道堆垛機立體庫。

(5) 按操作方式分類, 可分為:人工尋址、人工裝取方式, 自動尋址、人工裝取方式及自動尋址、自動裝取方式。

圖1 閑置廠房現狀示意圖  下載原圖

(6) 按功能分類, 可分為:儲存式立體倉庫和揀選式立體倉庫。

由于現有閑置廠房面積有限, 為有效利用場地并滿足企業下屬分廠備品備件的存放需求, 充分利用現有廠房的空間, 使存儲向高度方向發展就成為本項目規劃的主要設計方向。由于廠房梁高10.5m, 所以選用巷道堆垛機存取貨物;又因備件種類繁多, 大小規格不一, 所以選用托盤進行存放, 故立體庫貨架應選擇單元格式方案;在操作方面, 由于備件是按類別存放于托盤內, 需人工點檢, 因此應采用自動尋址, 人工裝取的方式;又因部分備件尺寸超大或重量超重, 不易在立體倉庫存放, 結合閑置廠房現有結構方式與布局, 在確定自動化立體倉庫總體方案時擬采用平面庫與立體貨架互補的布局, 通過計算機管理, 出入庫采用人工與立體庫自動化操作相結合的模式進行建設。

在對各分廠備品備件進行梳理后, 按電氣、機械、管道和標準件進行分類。其中大部分備件都可以采用立體庫方式存放, 小部分尺寸規格或重量超標的電氣、機械備件, 如:大型電機、水壓機立柱、精密超長軸、煉鋼分廠電爐、烤包器爐蓋等不適于在立體庫存放。

閑置廠房原有南、北兩個物流門, 一個北側人流門, 南北都有物流公路, 物流車輛行駛方便, 為便于備件管理, 規劃將北側人流門封堵, 除用于存放超大件的露天庫外, 備件立體倉庫的入庫存儲與出庫取貨皆從南側物流門進出。

根據備件特點將立體倉庫劃分為立體貨架區和平面庫存放區兩個區域。由于縱跨為鋼立柱結構, 軌高10 m, 現有1 臺15 t天車, 起吊能力及起吊高度滿足超尺寸、超重件的存放要求, 因此將18m縱跨規劃成平面庫存放區;而將3 個橫跨內所有的天車、生產設備拆除, 建設成立體貨架區。

(1) 立體貨架備件存放方案

本項目計劃在12 m橫跨立體貨架區設2 個巷道, 720 個倉位, 主要存放電器備件及工具, 如:繼電器、接觸器、變頻器等。

在18 m橫跨立體貨架區設4 個巷道, 西側3個巷道處設有2 160 個普通倉位, 主要存放機械及管道小件, 如:齒輪、軸、軸承、閥門等;東側一個巷道設有重型倉位518 個, 主要存放大規格的電氣、機械備件, 如:45 k W以上的電機、天車輪、重型齒輪等。

拆除橫縱跨之間的夾皮溝庫房, 將縱跨靠夾皮溝一端的磚墻拆除一部分, 使其與3 個橫跨與夾皮溝相連通, 作為備件出、入庫的物流通道和周轉操作區。

立體貨架共分9 層, 每層高約1.15 m, 最頂層高約1.6 m, 用于存放重量小且體積大的備件。整個立體貨架采用托盤存放, 托盤尺寸約1.1 m×1.2m, 每個普通倉位可放2 個托盤, 重型倉位可存放1 個托盤, 整個立體倉庫共計倉位3 398 個, 貨位總計6 278 個, 普通倉位最大載重量1.8 t, 重型倉位最大載重量2.9 t, 立體貨架備件存放總重量約6 600 t (見圖2) 。

按照各分廠貨架上現有備件存量計算, 搬至立體倉庫后, 鍛造分廠需立體倉貨位約902 個, 鑄鋼分廠需立體倉位約138 個, 煉鋼分廠需立體倉位440 個。約占立體倉庫總倉位的68.5%。待后續將45 k W以下的電機、減速機、天車車輪等備件入庫后, 整個立體倉庫使用率將達90%以上。

圖2 備件立體倉庫方案示意圖  下載原圖

(2) 平面庫備件存放方案

18 m縱跨作為平面庫主要用于存放45 k W以上的大電機, 尺寸超大的精密軸類備件和水壓機密封件等。

露天跨主要存放電爐蓋、烤包器蓋、水冷圈等尺寸超大且可以露天存放的備件及材料。

擬建立體倉庫不設采暖, 但考慮到東北地區夏、冬兩季溫差大, 而密封圈等備件對溫度要求較高, 因此將18 m縱跨以物流通道為界分成兩個區域, 通道西側為平面存放區, 利用15 t天車存放大型的電機、軸類備件;通道東側修建帶有采暖設施的二層封閉間和二層辦公樓。封閉間用于存放密封圈, 為充分利用空間, 規劃在密封間內采用貨架形式存放。辦公樓一層為立體倉庫主控室、機房和衛生間, 二層為工人更衣室和休息室, 辦公面積約120 m2。

(3) 物流方案

18 m縱跨15 t天車保留, 另配備1 t叉車和3t叉車各1 臺。貨車可以直接開進18 m縱跨。小型備件由人工搬運至立體貨架站臺, 由堆垛機按指令自動存放;大型、重型備件由天車配合叉車運至立體貨架站臺, 再由堆垛機自動存放。同時為立體倉庫配置2 輛1.5 t貨車和2 輛3 t貨車, 還用于備件輸送。

由于該企業地處北方高寒地區, 冬季氣溫最低可達-40 ℃, 而立體倉庫內不設暖氣, 因此在設計、建設過程中應充分考慮耐寒要求, 電氣線路、元器件、電機等在低溫狀態下也應滿足倉庫運轉需要。

備件立體庫建成以后, 劃歸企業下屬的維修分廠全權管理。成立備件科, 下設機械、電器兩個班組, 主要負責立體倉庫備件的管理及企業備件采購計劃的編制等。

采用基于PLC的順序控制與計算機控制結合的方式實現立體倉儲管理的自動化控制。各分廠原有備件集中存入備件立體庫, 并將備件明細一一錄入備件立體庫物流管理系統。備件立體庫房與分廠之間通過以太網絡進行通信。各分廠可以在本單位的計算機上查詢庫存, 提出備件需求申請。立體庫房根據申請提供備件并送至指定單位。

由于立體倉庫是采用托盤裝載備件上貨架存放的方式, 故在備件首次入庫時需要人工擺盤并進行點檢, 同時將相關信息隨同托盤上的條形碼一同輸入計算機管理系統, 以后新備件進出庫時, 只需通過掃描條形碼并在計算機物流管理系統中修改備件的數量即可 (見圖3、圖4) 。

備件立體庫部分全部為自動化操作, 為確保庫房能夠安全運轉, 在庫房內部視野開闊部位安裝監控攝像頭, 監控信號直接傳至主控室。

備件物流管理系統應具備庫存查詢、自動及手動錄入、數據輸出、設備自動檢測、設備故障報警等功能, 應能夠對所有備件按類別、子類別至規格型號 (自加工件按圖號) 統一進行物料編碼, 按物料編碼進行管理。管理操作系統可以通過從專業廠商采購, 或者委托專業軟件公司按照公司作業習慣及規章制度開發一套適用于企業自身的管理系統。

圖3 入庫流程  下載原圖

(1) 備件立體倉庫建成后, 企業下屬熱工藝方面的分廠備件將實現集中存放, 統一管理, 將減少部分備件的積壓現象, 將會使占用公司流動資金以及資源無法共享的局面得到改變。備件立體倉庫建成以后, 各分廠小型備件庫房被取消, 可以減少管理成本, 同時, 車間內大量生產場地被管理占用問題得到解決, 方便了車間生產。

圖4 出庫流程  下載原圖

(2) 備件立體庫的建設, 使企業備件自動化管理水平得到有效提高, 必將提高備件的利用率, 為企業維修專業化提供保障。

(3) 備件立體倉庫在運行過程中積累的倉儲物流經驗, 將在其它領域推廣立體倉庫時提供技術支持。