自动化立体仓库简称立体仓库。一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元存储货物, 用物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。采用立体仓库, 可大幅度增加仓库的有效高度, 充分利用仓库的有效面积和储存空间, 使货物储存集中化、立体化, 减少占地面积, 降低土地购置费用。据国际仓储自动化协会提供的资料显示:以库存11 000 托盘, 月吞吐10 000 托盘的冷库为例, 自动化立体仓库与普通平库相比:用地面积仅为13%, 工作人员仅为21.9%, 吞吐成本仅为55.7%, 总投资仅为63.3%, 而立体仓库单位面积的存储量是普通平库的4~7 倍。由于采用自动控制技术及计算机管理系统, 大大提高了仓库的吞吐效率和管理水平, 且存储作业迅速准确, 必将缩短物资的周转期, 提高资金的周转率, 从而提高经济效益。又因其自动化程度高, 可实现高速数据通讯和实时图像显示, 使可视监控得以实施。因此, 随着经济的发展和技术的进步, 建立自动化立体仓库存储物资已成为当今企业的主流趋势。

某重型装备制造企业自建厂以来, 设备维修备品备件一直采用统一采购, 分散存放的传统管理模式, 即企业采购部门根据各分厂提交的备件采购计划进行统一采购, 采购的备件在企业的总库临时存放, 再由各个分厂按提交计划将备件领取至分厂库房保存。企业下辖炼钢、铸钢、锻造等分厂所需设备维修备件皆为独立存放, 各分厂备件库布局分散, 占地面积大, 管理成本高, 又因各分厂备件为自行管理, 信息沟通不畅, 资源得不到共享, 造成部分备件重复采购或库存积压, 占用了企业大量的流动资金, 极大地影响了企业的运营。

针对此种情况, 我们提出利用企业内的闲置厂房建设立体仓库, 统一存储各分厂设备维修所需备品备件的技术方案。采用立体仓库集中管理, 不仅能有效节约场地、提高仓库的空间利用率, 通过统一管理、统一存放, 还可以有效提高备品备件资源的利用率, 降低企业的管理成本, 提升企业管理水平。同时, 通过对设备维修备品备件立体仓库的使用和管理, 摸索立体仓库仓储运行和管理经验, 以便将来把立体仓储技术向炼钢辅料、冷加工刀具、成品或半成品件的存放等领域推广。

2 项目目标及规模

(1) 节约空间、节省劳动力, 充分提高仓库的空间利用率, 降低仓储成本。

(2) 采用自动控制技术及计算机管理系统, 提高仓库吞吐效率和管理水平, 存储作业迅速准确、缩短物资的周转期, 提高资金的周转率, 从而提高经济效益。

(3) 实现高速数据通讯, 实时图像显示, 为可视监控、实时查询提供基础支撑。

新拟建立体库总容量为27 900 m3, 现有热工艺分厂二级库的总容量为25 700 m3, 占新建立体库总容量的92%。因此, 新建立体库可满足本公司炼钢、铸钢、锻钢、铸铁、热处理、燃气等分厂设备维修备件的存储需求。

本项目拟将企业下属的炼钢、铸钢、铸铁、热处理、燃气分厂的设备维修备件统一在立体仓库中存放并进行管理。而现有存放情况是:锻造、铸钢分厂除一部分单独存放在生产车间附近的库房以外, 还有一部分备件占用着车间的生产场地;炼钢分厂的备件主要存放在炼钢辅助工段;铸铁、热处理及燃气分厂的备件都存放在单独的库房内。总之, 各分厂备件存放库房分布分散, 占用地面多, 管理混乱, 其中有部分备件积压严重。

经过对各分厂备件进行梳理, 将设备维修备件划分成机械、电器、管道和标准件四大类。

(1) 机械类

所存货物包括电工类、轴承类、阀门橡胶、机械类、仪表、易损件等, 占用库房容积约8 700 m3。

(2) 电器类

所存货物包括机电类、润滑电控、电缆线等, 占用库房容积约10 000 m3。

(3) 管道和标准件类

所存货物包括标准件、管路、配件等, 占用库房7 000 m3。

拟新建立体仓库的闲置厂房占地约3 528 m2, 原为有色金属冶炼成型加工车间, 后因企业产品结构调整, 导致厂房闲置。闲置厂房分为3 个南北走向的横跨和1 个东西走向的纵跨。横跨为12 m (宽) ×10.5 m (梁高) 、18 m (宽) ×10.5 m (梁高) 和12 m露天跨, 纵跨为18 m (宽) ×12 m (梁高) , 其中12 m横跨配有5 t天车1 台, 18 m横跨配有10 t、5 t天车各1 台, 18 m纵跨配有15 t天车1 台, 露天跨配有5 t龙门吊1 台;3 个横跨全部为混凝土柱+砖墙结构, 纵跨为钢结构立柱+砖墙构造。由于18 m纵跨为后建, 与3 个横跨之间有一个约6 m宽, 高约12 m的夹皮沟相隔, 原来作生产库房, 横纵跨之间通过电平车形成物流通道 (见图1) 。

自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入 (出) 库工作台和自动运进 (出) 及操作控制系统组成。货架采用钢结构体或钢筋混凝土结构的建筑物, 货架内部设计成标准尺寸的货位空间, 堆垛起重机穿行于货架之间的巷道中, 完成存、取货的工作。管理上采用计算机及条形码技术。

因立体仓库中配置有多层货架, 而且货架较高, 所以又称为高层货架仓库。自动化立体仓库大致有六种分类方法:

(1) 按货架高度分类, 可分为:高层立体仓库 (15 m以上) , 中层立体仓库 (5~15 m) 和低层立体仓库 (5 m以下) 。

(2) 按货架构造分类, 可分为:单元格式立体仓库, 贯通式立体仓库, 柜式立体仓库及条型货架立体仓库。

(3) 按建筑物构造分类, 可分为:一体型立体仓库和分离型立体仓库。

(4) 按立体仓库装取货物机械种类分类, 可分为:货架叉车立体库和巷道堆垛机立体库。

(5) 按操作方式分类, 可分为:人工寻址、人工装取方式, 自动寻址、人工装取方式及自动寻址、自动装取方式。

图1 闲置厂房现状示意图  下载原图

(6) 按功能分类, 可分为:储存式立体仓库和拣选式立体仓库。

由于现有闲置厂房面积有限, 为有效利用场地并满足企业下属分厂备品备件的存放需求, 充分利用现有厂房的空间, 使存储向高度方向发展就成为本项目规划的主要设计方向。由于厂房梁高10.5m, 所以选用巷道堆垛机存取货物;又因备件种类繁多, 大小规格不一, 所以选用托盘进行存放, 故立体库货架应选择单元格式方案;在操作方面, 由于备件是按类别存放于托盘内, 需人工点检, 因此应采用自动寻址, 人工装取的方式;又因部分备件尺寸超大或重量超重, 不易在立体仓库存放, 结合闲置厂房现有结构方式与布局, 在确定自动化立体仓库总体方案时拟采用平面库与立体货架互补的布局, 通过计算机管理, 出入库采用人工与立体库自动化操作相结合的模式进行建设。

在对各分厂备品备件进行梳理后, 按电气、机械、管道和标准件进行分类。其中大部分备件都可以采用立体库方式存放, 小部分尺寸规格或重量超标的电气、机械备件, 如:大型电机、水压机立柱、精密超长轴、炼钢分厂电炉、烤包器炉盖等不适于在立体库存放。

闲置厂房原有南、北两个物流门, 一个北侧人流门, 南北都有物流公路, 物流车辆行驶方便, 为便于备件管理, 规划将北侧人流门封堵, 除用于存放超大件的露天库外, 备件立体仓库的入库存储与出库取货皆从南侧物流门进出。

根据备件特点将立体仓库划分为立体货架区和平面库存放区两个区域。由于纵跨为钢立柱结构, 轨高10 m, 现有1 台15 t天车, 起吊能力及起吊高度满足超尺寸、超重件的存放要求, 因此将18m纵跨规划成平面库存放区;而将3 个横跨内所有的天车、生产设备拆除, 建设成立体货架区。

(1) 立体货架备件存放方案

本项目计划在12 m横跨立体货架区设2 个巷道, 720 个仓位, 主要存放电器备件及工具, 如:继电器、接触器、变频器等。

在18 m横跨立体货架区设4 个巷道, 西侧3个巷道处设有2 160 个普通仓位, 主要存放机械及管道小件, 如:齿轮、轴、轴承、阀门等;东侧一个巷道设有重型仓位518 个, 主要存放大规格的电气、机械备件, 如:45 k W以上的电机、天车轮、重型齿轮等。

拆除横纵跨之间的夹皮沟库房, 将纵跨靠夹皮沟一端的砖墙拆除一部分, 使其与3 个横跨与夹皮沟相连通, 作为备件出、入库的物流通道和周转操作区。

立体货架共分9 层, 每层高约1.15 m, 最顶层高约1.6 m, 用于存放重量小且体积大的备件。整个立体货架采用托盘存放, 托盘尺寸约1.1 m×1.2m, 每个普通仓位可放2 个托盘, 重型仓位可存放1 个托盘, 整个立体仓库共计仓位3 398 个, 货位总计6 278 个, 普通仓位最大载重量1.8 t, 重型仓位最大载重量2.9 t, 立体货架备件存放总重量约6 600 t (见图2) 。

按照各分厂货架上现有备件存量计算, 搬至立体仓库后, 锻造分厂需立体仓货位约902 个, 铸钢分厂需立体仓位约138 个, 炼钢分厂需立体仓位440 个。约占立体仓库总仓位的68.5%。待后续将45 k W以下的电机、减速机、天车车轮等备件入库后, 整个立体仓库使用率将达90%以上。

图2 备件立体仓库方案示意图  下载原图

(2) 平面库备件存放方案

18 m纵跨作为平面库主要用于存放45 k W以上的大电机, 尺寸超大的精密轴类备件和水压机密封件等。

露天跨主要存放电炉盖、烤包器盖、水冷圈等尺寸超大且可以露天存放的备件及材料。

拟建立体仓库不设采暖, 但考虑到东北地区夏、冬两季温差大, 而密封圈等备件对温度要求较高, 因此将18 m纵跨以物流通道为界分成两个区域, 通道西侧为平面存放区, 利用15 t天车存放大型的电机、轴类备件;通道东侧修建带有采暖设施的二层封闭间和二层办公楼。封闭间用于存放密封圈, 为充分利用空间, 规划在密封间内采用货架形式存放。办公楼一层为立体仓库主控室、机房和卫生间, 二层为工人更衣室和休息室, 办公面积约120 m2。

(3) 物流方案

18 m纵跨15 t天车保留, 另配备1 t叉车和3t叉车各1 台。货车可以直接开进18 m纵跨。小型备件由人工搬运至立体货架站台, 由堆垛机按指令自动存放;大型、重型备件由天车配合叉车运至立体货架站台, 再由堆垛机自动存放。同时为立体仓库配置2 辆1.5 t货车和2 辆3 t货车, 还用于备件输送。

由于该企业地处北方高寒地区, 冬季气温最低可达-40 ℃, 而立体仓库内不设暖气, 因此在设计、建设过程中应充分考虑耐寒要求, 电气线路、元器件、电机等在低温状态下也应满足仓库运转需要。

备件立体库建成以后, 划归企业下属的维修分厂全权管理。成立备件科, 下设机械、电器两个班组, 主要负责立体仓库备件的管理及企业备件采购计划的编制等。

采用基于PLC的顺序控制与计算机控制结合的方式实现立体仓储管理的自动化控制。各分厂原有备件集中存入备件立体库, 并将备件明细一一录入备件立体库物流管理系统。备件立体库房与分厂之间通过以太网络进行通信。各分厂可以在本单位的计算机上查询库存, 提出备件需求申请。立体库房根据申请提供备件并送至指定单位。

由于立体仓库是采用托盘装载备件上货架存放的方式, 故在备件首次入库时需要人工摆盘并进行点检, 同时将相关信息随同托盘上的条形码一同输入计算机管理系统, 以后新备件进出库时, 只需通过扫描条形码并在计算机物流管理系统中修改备件的数量即可 (见图3、图4) 。

备件立体库部分全部为自动化操作, 为确保库房能够安全运转, 在库房内部视野开阔部位安装监控摄像头, 监控信号直接传至主控室。

备件物流管理系统应具备库存查询、自动及手动录入、数据输出、设备自动检测、设备故障报警等功能, 应能够对所有备件按类别、子类别至规格型号 (自加工件按图号) 统一进行物料编码, 按物料编码进行管理。管理操作系统可以通过从专业厂商采购, 或者委托专业软件公司按照公司作业习惯及规章制度开发一套适用于企业自身的管理系统。

图3 入库流程  下载原图

(1) 备件立体仓库建成后, 企业下属热工艺方面的分厂备件将实现集中存放, 统一管理, 将减少部分备件的积压现象, 将会使占用公司流动资金以及资源无法共享的局面得到改变。备件立体仓库建成以后, 各分厂小型备件库房被取消, 可以减少管理成本, 同时, 车间内大量生产场地被管理占用问题得到解决, 方便了车间生产。

图4 出库流程  下载原图

(2) 备件立体库的建设, 使企业备件自动化管理水平得到有效提高, 必将提高备件的利用率, 为企业维修专业化提供保障。

(3) 备件立体仓库在运行过程中积累的仓储物流经验, 将在其它领域推广立体仓库时提供技术支持。