基于叉車動線的成品卷煙平庫垛位布局設計優(yōu)化研究

楊強 李菁 陳曉偉

摘 要：在煙草企業(yè)當前儲位布局存在自動化立體庫、高架庫與堆垛三種庫內(nèi)布局，相應的分揀及出入庫設備科分為智能分揀（包含機器人分揀）、“叉車+人工”分揀兩種模式。文章以叉車分揀的運行路線為基礎，針對堆垛模式進行垛位布局設計優(yōu)化，以更符合叉車在插取托盤的運行軌跡的菱形儲位代替?zhèn)鹘y(tǒng)垛位布局設計，在借鑒國外倉庫庫位設計原理的基礎上，提出基于叉車作業(yè)動線的魚骨型垛位設計優(yōu)化方案，以滿足日益增長的庫房周轉(zhuǎn)率要求，為煙草工業(yè)企業(yè)成品煙庫內(nèi)布局提供新的規(guī)劃參考。

關鍵詞：庫內(nèi)布局設計；叉車動線；垛位優(yōu)化

中圖分類號：TU201 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）20-0018-03

1 傳統(tǒng)平庫垛位布局設計

在傳統(tǒng)平庫堆垛模式下，成品卷煙的儲位布局以品規(guī)為基礎，分為橫式和縱室兩種設計方案。劃分基準是以標準托盤長邊垂直于倉庫出入口或平行于出入口為基礎，再以叉車動線通道作為庫內(nèi)各區(qū)域的分割交通線，如采用堆垛存放，庫位也可稱為垛位，如圖1所示。

按照叉車插取托盤的自身參數(shù)結合庫房實際使用情況，傳統(tǒng)平庫垛位布局的倉庫內(nèi)，叉車動線條件。

從圖1可以看出，無論橫式還是縱式成品卷煙平庫垛位布局，堆垛長度方向均是垂直于主干道方向的。我們所常見的倉庫布局大致都是這樣。在這種倉庫的儲位布局下，叉車在分揀搬運動線空間，所需要的空間為轉(zhuǎn)彎半徑+車身，一般來說，需要占用3～5 m左右的通道寬幅，同時要覆蓋垛位最長端。

之所以會產(chǎn)生這種原因，是因為當前垛位設計的思路來源于傳統(tǒng)平庫的設計方案。對于傳統(tǒng)平庫來說，只要你倉庫不是圓的，那么貨架或垛位垂直或平行于墻壁方向是最能充分利用空間的。而當你的貨架或垛位和墻壁之間有夾角時，勢必會造成平面空間的浪費，如圖2所示。

于是在傳統(tǒng)平庫布局中，為了最大可能地利用倉庫空間，貨架或垛位的邊緣是垂直或平行于墻面方向。這種堆垛方式雖然能最大限度利用存儲空間，但卻是以犧牲搬運作業(yè)能力為代價實現(xiàn)的。

但此類設計方案應用在成品卷煙的布局中是否就絕對正確，或者說是最優(yōu)選擇？根據(jù)成品卷煙物流原則和現(xiàn)代物流的思想，當前倉庫作業(yè)以及時響應客戶需求為第一要素?；谶@一思想，成品煙倉庫能夠通過倉儲作業(yè)協(xié)調(diào)多客戶多品規(guī)卷煙需求和卷煙生產(chǎn)之間的平衡，庫內(nèi)的搬運作業(yè)要優(yōu)先于存儲作業(yè)，對分揀搬運效率的考慮現(xiàn)在是首要因素。

根據(jù)成品煙的訂單處理特點，決定了其對分揀搬運效率提升的高要求，在倉庫面積利用損失不大的情況下，調(diào)整倉庫垛位布局以提高分揀搬運效率將作為成品煙倉儲管理中優(yōu)化重點。

以云南中煙物流管控平臺為例，云南中煙物流管控平臺內(nèi)嵌訂單管理系統(tǒng)充分滿足云南中煙在煙草銷售體系中訂單處理需求，同時云南中煙所屬現(xiàn)有倉庫根據(jù)訂單系統(tǒng)逐步調(diào)整內(nèi)置設備、人員管理、工作流程及倉庫布局，在以物流信息化建設為核心建立成品卷煙物流現(xiàn)代化體系，相應的完成現(xiàn)代物流以高頻周轉(zhuǎn)為核心的平庫垛位布局。

基于上述思想，本文在云南中煙物流管控平臺的訂單系統(tǒng)對庫房布局的需求下，以倉庫搬運作業(yè)的設備（叉車）作業(yè)流程為基準出發(fā)點，在以叉車動線特征和制約條件為基礎，提供新型垛位布局設計，滿足云南中煙成品卷煙物流管控平臺現(xiàn)代化物流倉庫布局需求。

2 叉車動線特征

叉車動線特征通過叉車分揀搬運作業(yè)流程中的動作分析結合傳統(tǒng)平庫通道設計制約條件，分析分揀搬運作業(yè)與垛位設計的關聯(lián)，提供優(yōu)化方向。

2.1 叉車分揀搬運作業(yè)流程

由圖1和表1可以看出叉車在插取儲位托盤時，需要反復占用兩到三個車身的通道寬度。將叉車作業(yè)動作進行分解，如圖3所示。

在傳統(tǒng)垛位設計中，除面向倉庫出入口外的垛位，叉車在插取其他垛位的托盤時，需沿通道行駛（動作A），到達指定托盤后，叉車直角轉(zhuǎn)向（動作B）插取托盤，完成插取動作后，為確保能夠完成轉(zhuǎn)向動作，叉車需向后行進至少一個車位（動作C），在有足夠的轉(zhuǎn)向角度后，完成轉(zhuǎn)向動作（動作D），最后沿通道按原路返回或進入其他通道，駛出倉庫（動作E）完成一次分揀搬運作業(yè)。

2.2 庫內(nèi)通道設計制約條件

倉庫內(nèi)通道的制約條件一般要考慮庫房面積，托盤尺寸，庫房出入口位置及橫斷面寬度，搬運車輛型號及其轉(zhuǎn)彎半徑的大小等參數(shù)，成品卷煙品規(guī)位置；庫內(nèi)其他設施（例如地埋式RFID讀取器）等。同時，還要考慮貨物堆存方式、車輛通行方式等因素。尤其是車輛通行方式，在一般的倉庫內(nèi)部，對于出庫口位置的通道為主干道，保持雙向車輛通行，單行通道為各垛位到達主干道通道，安全間隙一般為人行通道。

倉庫通道寬度可以從以下兩個方面確定：

①根據(jù)物料的周轉(zhuǎn)量、物料的外形尺寸和庫內(nèi)通行的運輸設備來確定。

周轉(zhuǎn)量大，收發(fā)較頻繁的倉庫，其通道應按雙向運行的原則來確定，其最小寬度可按下式計算：

B=2b+C

式中：

B為最小通道寬度，m；

C為安全間隙，一般采用0.9 m；

b為運輸設備寬度（含搬運物料寬度，m）。

根據(jù)上述公式，在成品煙實地調(diào)研后可得出下述結論：

用手推車/手動液壓叉車搬運托盤時，通道的寬度一般為2～2.5 m；用小型叉車搬運時，一般為2.4～3.0 m；進入叉車的單行通道一般為3.6～4.2 m。

②根據(jù)物料尺寸和放進取出操作方便等來確定。

采用人工存取的貨架之間的過道寬度，一般為0.9～1.0 m；貨堆之間的過道寬度，一般為1 m左右。

2.3 特征關聯(lián)

通過2.1的動線流程分析，在2.2的研究基礎上可以看出，叉車作業(yè)動作及產(chǎn)生的相應動線取決于垛位布局方式，叉車的動線進而影響通道的設計方式。在傳統(tǒng)垛位布局設計中，往往是在垛位設計的同時完成通道設計，將通道設計當成定量，不會考慮布局的不同帶來通道占據(jù)空間的影響。

為此，在以提供庫內(nèi)分揀搬運作業(yè)為第一要素的庫房內(nèi)，通過降低叉車作業(yè)動作來影響通道設計從而優(yōu)化垛位設計，提供庫存周轉(zhuǎn)率是一條可行的優(yōu)化路線。

3 新型垛位布局設計

隨著倉庫類型的增多，傳統(tǒng)橫式縱式垛位布局已經(jīng)不能適應當前庫房對于高速周轉(zhuǎn)率的要求，幾種新型垛位布局的出現(xiàn)，相對于傳統(tǒng)垛位布局，更為適應當前庫房對于分揀搬運作業(yè)的要求，能夠從倉儲布局領域提高倉儲周轉(zhuǎn)率。

3.1 魚骨型庫位設計

Russell Meller與Kevin Gue在傳統(tǒng)橫式、縱式庫位設計的基礎上，提出以主通道為基礎的V型庫位布局設計方案。在充分考慮叉車分揀作業(yè)流程，利用叉車在交叉通道實現(xiàn)快速到達倉庫頂端或低端，比傳統(tǒng)分揀通道降低作業(yè)動作，從而提高分揀作業(yè)效率。

Russell Meller與Kevin Gue在改進V型垛位布局的通道設計，變更主干道方向，保持平行庫位通道，提出魚骨型庫位布局設計，設計圖如圖4所示。

魚骨型庫位布局，要在靠近出口位置設計更多空間，也就是最好的庫內(nèi)位置被閑置，同時沒有考慮改變單體垛位的順序。

3.2 魚骨型垛位設計優(yōu)化

在傳統(tǒng)叉車搬運托盤作業(yè)中，叉車需要完成5個動作，其中完成90 ？觷轉(zhuǎn)角要同時占用雙向車道，同時，為了保證轉(zhuǎn)角成功，需提前完成叉車減速動作，以防止叉車交叉作業(yè)或碰撞。

在魚骨圖垛位設計方案的基礎上，在庫內(nèi)叉車較多，搬運作業(yè)頻繁的條件下，叉車作業(yè)的效率降低7%。通過研究車輛轉(zhuǎn)向路線可以發(fā)現(xiàn)，在統(tǒng)一車道車輛可以完成45 ？觷轉(zhuǎn)向動作完成插取，再以135 ？觷轉(zhuǎn)向動作，完成返回原通道，降低分揀作業(yè)占據(jù)通道過大的瓶頸，完成貨物的選取作業(yè)。

基于上述研究，將現(xiàn)有長邊垂直通道的垛位變?yōu)橹苯谴怪蓖ǖ?，垂直出入口即按?5 ？觷與135 ？觷的車輛單車道轉(zhuǎn)向范圍擺放托盤，改進魚骨垛位布局方式的雙主通道將有利于降低交叉風險，有效提高叉車搬運作業(yè)，布局圖如圖5所示。

在圖5中，縱向（面向出入庫口）主通道為雙向通道，同時保留縱式布局的縱向單向通道，安全通道由魚骨的“V”型通道承擔，V型通道與縱向通道均為單向通道，僅主出入口保留雙向通道，確保分揀高峰波次的順暢。

在魚骨型垛位布局設計方案中，參考蝶形垛位擺放方式，在叉車G搬運托盤，由通道進入庫房（動作A），轉(zhuǎn)向45 ？觷完成貨物提?。▌幼鰾+C），通過單向通道（動作D）返回通道，完成一次搬運作業(yè)。流通方向為單向閉合回路，符合車輛行駛及駕駛習慣，如圖6所示。

通過對比圖3與圖6可以發(fā)現(xiàn)，分揀搬運作業(yè)中，叉車動作減少一個，不再占用雙向通道，可由前行單向車道，途徑其他通道返回出庫口，由于各叉車始終保持同方向形式，且在小庫區(qū)內(nèi)即可調(diào)頭。因此，能夠降低交叉風險，有效提高通道效率。

4 優(yōu)化垛位算例

以云南中煙昆明平庫為例計算在2014年間平庫內(nèi)叉車分揀時間，通過算例對比三種設計方案在同等條件下分揀搬運效率。

4.1 制約參數(shù)

云南中煙昆明平庫的庫房條件為32 m（深度）×36 m（寬度），采用橫向堆垛，分為六個庫區(qū)：8 m×9 m，每個庫區(qū)包含同樣數(shù)量及模式的儲位100個，叉車行駛速度為3.5 s/m，搬運托盤所在垛位相同，分為縱向垛位設計、魚骨垛位設計、魚骨優(yōu)化垛位設計三種方案，計算單一叉車20 min內(nèi)不同動線的搬運效率情況。

4.2 算例結果

根據(jù)2.2的標準時間得到縱向垛位設計、魚骨垛位設計、魚骨優(yōu)化垛位設計三個不同方式在搬運效率上的曲線數(shù)據(jù)，如圖7所示。

啟動時間優(yōu)化后的設計方案可在14 min內(nèi)完成20托的搬運，在隨后時間，根據(jù)位置的不同逐步呈現(xiàn)與改進前相同勢態(tài)，縱向設計在16 min內(nèi)要高于魚骨設計方案，在達到20 min后，優(yōu)化方案均要高于傳統(tǒng)設計方案達到10%左右，說明設計方案可行。

4.3 垛位優(yōu)化對出庫作業(yè)效率影響分析

將垛位全部出庫所需要的理想時間的對比來說明垛位優(yōu)化前后的出去效率對比情況，垛位優(yōu)化前叉車在整個一號庫區(qū)的以自由的狀態(tài)進行工作，也就是所有叉車可從任意垛位取貨運到月臺，出貨區(qū)位置可能不在出貨月臺附近的情況，將16 000個垛位全部出庫需要337 min。

進行垛位優(yōu)化后，所有出庫垛位均在對應出庫月臺的附近，所有叉車根據(jù)1號庫的三個區(qū)域分為三組，每組叉車只負責自己區(qū)域內(nèi)的出庫作業(yè)，以此作業(yè)形式將庫區(qū)全部出庫需要280 min，對垛位優(yōu)化前后出庫時間進行了對比，如圖8所示，可以很直觀的看出其差別，出庫效率提高17%。

5 結 語

根據(jù)叉車庫內(nèi)分揀搬運動線，在庫內(nèi)通道設計制約條件下，通過改進魚骨垛位設計方案，將原有儲位長邊垂直出庫口優(yōu)化為直角垂直出庫口的設計方案，更為符合以分揀搬運效率優(yōu)先的成品煙周轉(zhuǎn)庫。

在云南中煙物流綜合管控平臺的統(tǒng)一指揮下，通過平庫的垛位調(diào)整，在現(xiàn)有平庫條件下最大限度改進不能適應當前信息化需求的平庫垛位布局設計，形成圍繞訂單處理為核心現(xiàn)代倉儲設計，支撐成品卷煙物流綜合管控平臺的有效實施，提高成品卷煙出入庫周轉(zhuǎn)效率，滿足卷煙現(xiàn)代物流預設目標。

參考文獻：

[1] 李明琨，張楊平.基于COI與作業(yè)負荷平衡的多巷道倉庫儲位分配策略[J].工業(yè)工程，2015，（1）.