自动化立体仓库设计与运营课程设计.docx
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自动化立体仓库设计与运营课程设计
1、课程设计指导书
1.1、课程设计的目的
本课程设计是《自动化仓库设计与运营》课堂学习后的实践性教学环节。
通过本课程设计，可以使学生全面系统复习本课程知识，通过完成方案设计，在实践中提高自身分析问题、解决问题和理论联系实践的能力。
本课程设计，以给定的背景为基本依据，结合其他知识和设计规范，完成相关设计任务。
巩固和加强仓储工程课程的理论知识，为以后工作中涉及到仓储内容部分奠定必要的基础。
1.2、设计内容
某第三方物流企业为适应新的发展形势，决定投资新建一座仓库，新仓库为单层钢筋混凝土结构的仓库（仓库的建筑平面图见附件一）。
新仓库主要为100km范围内的10家供应商提供配送服务，涉及的产品主要为包装食品和日用品，总品项数达为2600余种，但可大致将其划分为九大类，每大类货物的基本信息见附件二。
各种商品之间没有很大的影响，且均无特殊储存要求。
根据实际运用需求，仓库以储存区域为主，需要设立独立拣选区，仓库货物需要进行刷贴标签等简单的流通加工作业。
企业处于一个稳定期，按现状需求量对仓库内部进行规划设计。
仓库总高度为15m，进行累计库存量变动趋势特征分析和EIQ分析的基础上，结合给定的课程设计背景条件，综合考虑产品周转率、设施限制条件等因素，选择以下任务中若干项进行设计。
任务1：
计算仓库储区及分拣区的基本储存能力，以托盘作为基本储存单位，货物可选用托盘（高层立体）货架存储或就地堆码方式。
就地堆码最高可堆码2.0m高，托盘单层平置堆放，就地堆码的设备费用不计。
注意“五距”要求。
仓储区及分拣区以外的其它区域的能力在给定条件的基础上进行估算，并说明理由。
任务2：
根据仓库的业务情况，按照关联性分析的方法对仓库内部进行总体布局，绘制仓库布局平面图。
区内除需设置仓储功能作业区外，还需设有办公等场所，绘制包含所有设定区域（如进出货区、仓储保管区、暂存区、拣选区、集货区、流通加工区、办公室等等）的详细平面布置图。
任务3：
根据进出库业务数量，详细设计仓库货架形式以及附属设备的配备和选择（如堆垛机、分拣系统、输送系统、数据采集系统等等），并画出平面图。
任务4：
根据仓库的基础数据，选定仓库设备（如叉车、托盘、输送带等等）并进行设备数量的确定。
任务5：
对自动化立体仓库投资进行概算。
1.3、课程设计要求及时间安排
1、课程设计要求：
本次课程设计分小组进行，每小组不超过5（含5人）人，自由组合，最后以小组为单位提交一份规划设计成果；设计过程中，根据合理的进度安排，踏实地开展课程设计活动。
最后设计文档用A4纸打印，字迹清晰，页面整洁，并按要求装订。
2、时间安排：
一周设计时间，第13周。
3、电子版文档排版参考东北林业大学本科毕业论文模板。
1.4、课程设计提交材料
1、提交电子版和打印版两种形式的课程设计报告书，每小组提交一份，需列明各位成员的分工以及完成的主要内容。
2、自动化立体仓库的详细平面布置图（AutoCAD绘制），按一定的比例绘制。
1.5、其它需要说明的问题
1、在设备选用时，除了考虑与物流作业量相关的参数，还应考虑其承载能力。
2、设计时假设地面能满足各种承载要求。
3、其它未给定条件，课程设计时可自行选定，但须做出合理说明。
1.6、成绩评定
1、评分标准：
根据每人的工作量及完成质量进行评分。
2、若发现有两个和两个以上不同小组有抄袭嫌疑，则这几个小组的所有同学的成绩均为不及格。
3、成绩等级：
优秀、良好、中等、及格、不及格五档。
附件一：
新建仓库建筑平面图
附件二：
各类货物的外形尺寸、重量及包装如下：
类别
外形尺寸（mm）（长×宽×高）
重量（kg）
包装
A01
400×400×400
25
纸箱
A02
600×400×600
28
纸箱
A03
600×300×600
30
纸箱
A04
400×200×200
7
纸箱
A05
300×200×400
8
纸箱
A06
600×300×300
15
纸箱
A07
300×200×600
10
纸箱
A08
400×300×200
5
纸箱
A09
400×200×200
6
纸箱
附件三：
2016年月出入库及库存情况
2016年各月出入库及库存月末结存量（每月均按30天计算）单位：
箱
月累计出库量
月累计入库量
月末结存量
12月
A01
25433
27933
88849
A02
25879
23966
79820
A03
5197
5297
35092
A04
4109
3824
15553
A05
2132
2410
20945
A06
750
570
4354
A07
4783
4413
6053
A08
1102
1464
5730
A09
4225
1241
3102
11月
A01
30152
28532
86349
A02
28000
26502
81733
A03
5252
5991
34992
A04
5153
5328
15838
A05
2154
2169
20667
A06
466
147
4534
A07
2440
2793
6423
A08
1512
1758
5368
A09
1231
2131
6086
10月
A01
20026
21195
87969
A02
33320
31859
83231
A03
3999
3635
34253
A04
3872
3306
15663
A05
1344
1270
20652
A06
518
739
4853
A07
1275
566
6070
A08
600
416
5122
A09
4072
3997
5186
9月
A01
24221
26351
86800
A02
54319
54508
84692
A03
6948
7888
34617
A04
4272
3994
16229
A05
2167
2447
20726
A06
1020
1464
4632
A07
3087
3679
6779
A08
1602
916
5306
A09
3172
3141
5261
8月
A01
23024
23223
84670
A02
65229
66984
84503
A03
5225
5232
33677
A04
3613
4929
16507
A05
1527
1496
20446
A06
389
406
4188
A07
1411
1985
6187
A08
968
1761
5992
A09
670
696
5292
7月
A01
25347
24270
84471
A02
88489
76511
82748
A03
4758
4995
33670
A04
4364
5296
15191
A05
1986
1755
20447
A06
487
849
4171
A07
1543
1252
5613
A08
567
765
5199
A09
315
68
5266
6月
A01
20249
18948
85548
A02
81032
83061
94726
A03
4114
4284
33433
A04
4552
4235
14259
A05
1945
1588
20708
A06
470
410
3809
A07
1531
1586
5904
A08
608
565
5001
A09
1746
1631
5513
5月
A01
19954
19577
86849
A02
66067
72105
92697
A03
4228
3889
33263
A04
4061
4116
14576
A05
1531
1547
21065
A06
359
75
3869
A07
1126
1090
5849
A08
479
290
5044
A09
1106
478
5628
4月
A01
30743
29705
87226
A02
51474
48468
86658
A03
6588
5756
33602
A04
4581
4153
14521
A05
2097
2347
21049
A06
904
1266
4153
A07
2008
1876
5885
A08
992
1136
5233
A09
1343
1429
6256
3月
A01
31001
29371
88264
A02
44480
47320
89664
A03
4677
4347
34434
A04
4683
4597
14949
A05
1755
1343
20799
A06
1597
1691
3791
A07
771
801
6017
A08
460
437
5089
A09
1622
2224
6170
2月
A01
22134
24728
89894
A02
29239
32455
86824
A03
2329
2833
34764
A04
3021
3204
15035
A05
1266
1517
21211
A06
234
131
3697
A07
501
488
5987
A08
218
102
5112
A09
690
466
5568
1月
A01
27816
24728
87300
A02
32159
32455
83608
A03
2329
2833
34260
A04
3044
3220
14852
A05
1329
1517
20960
A06
347
513
3800
A07
1053
488
6000
A08
340
102
5228
A09
1354
1128
5792
2、仓库基础资料分析及计算
2.1托盘的选用
在仓库的设计过程中，货物存储方式的选择十分重要，要从货物码放的空间利用率和货物本身是否怕挤压多方面考虑。
托盘上每层货物的摆放方式相同，有利于机器或者人工码放作业，避免无规则码放引起额外劳动率的消耗，以下主要选用了三种国家标准的托盘，从码盘规则和空间利用率考虑，选择最优利用率码放数。
堆码货物间隙为8mm（可忽略），按托盘载重不作限制，货物码放高度控制在2000mm以内。
货物编号
托盘规格
800mm*1000mm
1100mm*1100mm
1000mm*1200mm
最优利用率码放数
单件尺寸
码盘规则
空间利用率
码盘规则
空间利用率
码盘规则
空间利用率
A01
400×400×400
2*2*4
0.71
2*2*4
0.47
2*3*4
0.80
24
A02
600×400×600
1*2*3
0.60
1*2*3
0.40
2*2*3
0.80
12
A03
600×300×600
1*3*3
0.68
1*3*3
0.45
3*2*3
0.90
18
A04
400×200×200
2*5*9
1.00
2*5*9
0.66
5*3*9
1.00
135
A05
300×200×400
3*4*4
0.90
3*5*4
0.74
5*4*4
0.90
80
A06
600×300×300
1*3*6
0.68
1*3*6
0.45
3*2*6
0.90
36
A07
300×200×600
4*3*3
0.90
3*5*3
0.74
5*4*3
1.00
60
A08
400×300×200
2*3*9
0.90
2*3*9
0.60
3*3*9
0.90
81
A09
400×200×200
2*5*9
1.00
2*5*9
0.66
5*3*9
1.00
135
由资料可知，货物原始包装形式为箱，全部采用箱和托盘的形式进行存储。
确定各种货物的出入库单元形式，必须基于选定的托盘、各种货物的出货量等。
通过基础数据可分析得到各种货物的出入库单元形式：
A01，A02，A03采用托盘形式；A04、A05、A06、A07、A08、A09采用托盘与箱结合的形式。
从月末结存量计算得出各个货物空间利用率最高的适用托盘：
（注：
在计算中按照每月30天计算）
货物编号
适用托盘（mm）
日平均最大结存量（取整）
最优利用率码放数
最优利用率需要托盘数量（取整）
A01
1000mm*1200mm
2997
24
125
A02
1000mm*1200mm
3158
12
263
A03
1000mm*1200mm
1168
18
65
A04
1000mm*1200mm
800mm*1000mm
551
135
5
A05
1000mm*1200mm
800mm*1000mm
708
80
9
A06
1000mm*1200mm
162
36
5
A07
1000mm*1200mm
226
60
4
A08
1000mm*1200mm
800mm*1000mm
200
81
3
A09
1000mm*1200mm
209
135
2
从表中可以发现，有大部分货物在使用1000mm*1200mm的托盘时空间利用率最高。
尤其到考虑月出入库件数较大的货物A01、A02、A03适用的托盘，通过对比数据发现A02月出入库最优利用率需要托盘数量比其他所有的货物总和都大，所以综合以上因素决定选择1000mm*1200mm规格的托盘。
2.2ABC分析
由于商品的单价以及销售额没有给出，所以我们按照品项数和月累计出库量进行分类：
用ABC分析法分析，就是将库存商品按照当月的累计出库量的多少顺序进行排列，再按照商品累计品种分为高、中、低档三种，采取分类管理策略。
品项数
月累计出库量
A类
15%-25%
60%-90%
B类
25%-50%
10%-60%
C类
25%-60%
1%-10%
月累计入库量
所占百分比
A01
300100
27.5%
A02
599687
55.2%
A03
55644
5.0%
A04
49325
4.5%
A05
21233
2.0%
A06
7541
1.0%
A07
21529
2.0%
A08
9448
0.8%
A09
21546
2.0%
1086053
100%
所以结合定义和实际数据，可以将货物分为ABC三类，如图示。
A类（品项数占22%，月累计出库量占82.7％）：
A01、A02；
B类（品项数占56%，月累计出库量占13.5％）：
A03、A04、A05、A07；
C类（品项数占22%，月累计出库量占1.8％）：
A06、A08；
综上所述，A01、A02两类物品占据了出库量的80%以上，因此选用托盘主要依据这两类进行选择，综合以上因素决定选择1000mm*1200mm规格的托盘，数量约为500个。
3、仓库内部总体布局
3.1总体位置规划
SLP是一种最早应用于工厂设计的系统布置设计方法，是一种把物流分析与作业单元关系的密切程度分析相结合、求得合理布置的技术。
系统布置设计的基本要素（PQRST）：
P（Prodcution）：
产品或材料或服务
指规划设计的对象所生产的产品、原材料、加工的零部件或提供服务的项目。
包括原材料、进厂物料、工序间储备、产品、辅助材料、废品废料、切屑、包装材料等。
产品要素影响设施的组成及其相互关系、设备的类型、物料搬运的方式。
Q（Quantity）：
产量
指生产、供应或使用的材料或产品的数量或服务的工作量。
产量要素影响设施规模、设备数量、运输量、建筑物面积等。
R（Route）:
生产路线（工艺过程）
指根据所生产的产品品种、数量等设计出的工艺流程、物流路线、工序顺序等，可以用设备表、工艺路线卡、工艺过程图等表示。
生产路线要素影响各作业单位之间的关系、物料搬运路线、仓库及堆放地的位置等。
S（SupportingService）:
辅助服务部门
指保证生产正常进行的辅助服务性活动、设施以及服务的人员。
包括道路、生活设施、消防设施、照明、采暖通风、办公室、生产管理、质量控制及废物处理等，是正常生产的支持系统。
T（Time）:
时间（或时间安排）
指在什么时候、用多长的时间生产出产品，包括作业、工序、流动、周转等标准时间，时间要素决定着设备的数量、需要的面积和人员、工序的平衡安排等。
进行SLP分析，首先要建立一个各作业单位物流相关图，表示各部门的密切程度。
作业单位相关图类似于车间之间的物流图。
相关图要用试算法进行调整，直到得到满意方案为止。
接下来就要根据建筑的容积来合理地安排各个部门。
为了便于对布置方案进行评价，系统布置设计也要对方案进行量化。
根据密切程度的不同赋予权重，然后试验不同的布置方案，最后选择得分最高的布置方案。
按照作业流程，我们可以将仓库规划为进出货区、仓储保管区、分拣区、集货区、流通加工区、办公室。
各功能区对应的作业有：
1．进货区：
货物接运、进货验收、卸载作业、堆码作业。
2．仓储保管区：
堆码作业、保养维护、盘点作业、补货作业、整理移位。
3．分拣区：
拣货作业。
4．集货区：
集货暂存。
5.出货区：
发货检核、装载上车。
6．办公室：
入库准备、接单、订单处理、发货准备。
7．流通加工区：
流通加工。
SLP法中作业单位间相互关系密切程度用A、E、I、O、U来表示。
A为绝对重要、E为特别重要、I为重要、O为一般、U为不重要，在评价择优量化过程中A、E、I、O、U的取值分别为4、3、2、1、0。
经过综合考虑分析，并结合实际生产情况，得到如下作业单位相关图
各作业单位相关图：
进货区
仓储保管区
分拣区
集货区
出货区
办公室
流通加工区
进货区
O/1
U/0
U/0
O/1
O/1
U/0
仓储保管区
O/1
I/2
O/1
O/1
U/0
O/1
分拣区
U/0
I/2
I/2
E/3
U/0
I/1
集货区
U/0
O/1
I/2
A/4
U/0
U/0
出货区
O/1
O/1
E/3
A/4
O/1
O/1
办公室
O/1
U/0
U/0
U/0
O/1
U/0
流通加工区
U/0
O/1
I/1
U/0
O/1
U/0
总分
3
6
8
7
11
2
3
作业单位从至表
作业单位相关图
A四条线
E三条线
I二条线
O一条线
U无线
3.2物流动线规划
在进行仓库作业区相对位置规划时，先要确定物流动线形式，总共有六种基本形式。
（1）直线式，这种形式的特点是出/入口在厂房的相对面，无论订单大小与拣货品项多少，均要通过厂房全程。
适合于作业流程简单、规模较小的物流作业。
（2）双直线式，这种形式的特点是出/入口在厂房的相对面。
适合于作业流程相似，但有两种不同进/出货形态的物流形式。
（3）锯齿形或S形，通常适用于多排并列的库存货架区内。
（4）U形，这种形式的特点是出/入口在厂房的同侧，可根据进/出货频率的大小，将物流量大的物品安排在靠近进/出口端的储区，缩短这些物品的拣货搬运路线。
（5）分流式，这种形式适用于批量拣货的分流作业。
（6）集中式，这种形式适用于因储区与物品特性，而把订单分解在不同区域拣货，然后再进行集货的作业方式。
由于本设计的仓库中货物以托盘入库，以托盘和单箱出库，单箱货物就地堆码，进入分拣、集货、发货等一系列作业流程，考虑到作业流程中的设计方便性以及各作业区域的活动关系，决定选择U形的整体布置。
3.3仓库布置
（1）决定仓库厂房空间位置、大致的面积和长宽比例。
由于各作业区域的面积和长宽比还没有经过详细计算，因此，这里的面积和长宽比仅仅是一个大概的数值。
如图所示为各作业区域的面积与长宽比示意图。
（2）决定仓库内由进货到发货的主要物流动线形式，已经决定为U形，出入库口在同侧。
（3）布置刚性区域，刚性区域就是作业区域中面积较大且长宽不易变动的区域。
这类刚性区域应首先安排在建筑平面中，这里是托盘货架仓库、分拣区中分类输送机等作业区域。
（4）插入柔性区域，柔性区域首先是指虽然面积较大但长宽比例容易调整的区域，这里为流动货架与集货区等。
其次还应包括面积较小且长宽比例容易调整的区域，如暂存区、流通加工区等。
（5）决定办公室位置，一般设两个办公室，分别负责进货和发货工作。
上述程序完成后，物流作业区域的位置就基本得以确定，最后绘制出区域布置规划图如下。
作业区相对位置布置规划图：
4、仓库内部设计
4.1选择机械设备的类型及相关参数
堆垛机
堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自
动操作实现把货物从一处搬运到另一处。
（1）堆垛机形式的确定：
堆垛机形式多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双
轨巷道式堆垛机、转巷道式堆垛机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等。
（2）堆垛机速度的确定：
根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、
提升速度及货叉速度。
（3）其他参数及配置：
根据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方
式、通信方式等。
输送系统
根据立体库的总体布局，合理选择输送机的类型，包括：
辊道输送机、链条输
送机、皮带输送机、升降移载机、提升机等。
同时，还要根据仓库的瞬时流量
合理确定输送系统的速度。
其他辅助设备
根据仓库工艺流程以用户的一些特殊要求，可适当增加一些辅助设备，如：
手
持终端、叉车、平衡吊等。
4.2补货和集货
补货包括入库分别至高层货架和流动货架，以及自动化仓库区到流动货架区的补货。
其中自动化货架采用旁流式中间设立一条通道通往流动货架补货。
集货包括从自动化仓库拣出的托盘货物和从流动货架区拣出的箱货物，将它们分别按订单进行分类集货。
4.3分拣设备
（1）拣选设备
包括一般拣取设备、自动化拣取设备等。
当拣货区和仓储区分区规划时，作业方式为由仓储区补货到拣货区，拣货量为中等水平，发货频率较高。
这种情况适用于零散发货和拆箱拣货。
当拣货区和仓储区在同一区而分层规划时，作业方式为
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