智能倉儲與配送 課件 5.2 智能倉設(shè)備配置

智能倉儲與配送高等職業(yè)教育改革與創(chuàng)新新形態(tài)教材項目五智能倉配規(guī)劃智能倉的含義智能倉作業(yè)場景的種類智能倉AGV機器人的配置條件準(zhǔn)確匹配智能倉的應(yīng)用場景智能倉AGV機器人配備算法知識部分實施部分任務(wù)二

知識目標(biāo)技能目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)

智能倉設(shè)備配置掌握智能倉貨架數(shù)量設(shè)置方法。掌握智能倉機器人的數(shù)量設(shè)置方法。掌握智能倉工作站的數(shù)量設(shè)置方法。掌握智能倉相關(guān)配套設(shè)備的數(shù)量計算方法。能根據(jù)企業(yè)要求，用科學(xué)的方法計算出智能倉內(nèi)各種設(shè)備的合理數(shù)量。能根據(jù)倉庫運行效率確定配套設(shè)備數(shù)量。培養(yǎng)規(guī)范管理的能力。培養(yǎng)細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。任務(wù)情景

北京衣型服裝股份有限公司是一家以線上經(jīng)營為主的服裝企業(yè)，企業(yè)引入AGV智能倉，采用GTP貨到人模式進行作業(yè)。根據(jù)前期制訂的智能倉解決方案，接下來需要具體分析設(shè)備配置。該企業(yè)要求綜合考慮成本和效率兩方面的要素，進行設(shè)備數(shù)量配置規(guī)劃公司給出了倉庫、貨架、AGV機器人等設(shè)備設(shè)施的基本參數(shù)。(1)智能倉基本參數(shù)及條件：1)倉庫的尺寸為長17m、寬17m，倉庫工作時間為8h/天。2)所有商品的尺寸都滿足貨架格尺寸，商品的平均總體積(平均單件體)為340362mm3。3)當(dāng)前庫存平均出庫量為1727.65單，平均庫存周轉(zhuǎn)天數(shù)為12天。4

)根據(jù)企業(yè)需求確定庫存基準(zhǔn)日為2022年8月6日，其出入庫信息如表5-3所示。表5-3庫存基準(zhǔn)日出入庫信息日期出庫訂單數(shù)出庫訂單行數(shù)出庫品項數(shù)(SKU)出庫量(件)2022.8.61876264413092647日期入庫訂單數(shù)入庫訂單行數(shù)入庫品項數(shù)(SKU)入庫量(件)2022.8.66559617332498

（2）根據(jù)經(jīng)驗，AGV機器人在倉庫面積范圍內(nèi)各作業(yè)環(huán)節(jié)分解的作業(yè)時間基本參數(shù)如下：AGV到達貨架的平均時間：14sAGV頂舉貨架時間：3sAGV放下貨架時間：5sAGV機器人承重：500kgAGV平均行駛速度：1m/sAGV平均轉(zhuǎn)彎時間：2s/次AGV平均轉(zhuǎn)彎次數(shù)：4次

(3

)每組貨架30個貨格，每層兩面，每面3個貨格，共五層(底層可負(fù)載300kg，其余每層可負(fù)載150kg)。貨架參數(shù)如下：貨架存儲空間系數(shù)：0.7貨架規(guī)格(L×W×H)：880mm×880mm×2400mm貨格規(guī)格(L×W×H)：430mm×280mm×300mm貨架自重：30kg(4)根據(jù)經(jīng)驗，入庫站點單次SKU作業(yè)時間(即一個SKU在入庫站點的入庫時間)和出庫站點單次SKU作業(yè)時間(即一個SKU在出庫站點的揀選時間)如下：入庫站點單SKU作業(yè)時間：5s作業(yè)處站點切換時間：6s出庫站點單SKU作業(yè)時間：7s貨架旋轉(zhuǎn)時間：5s請結(jié)合以上信息，按照以下規(guī)劃步驟，最終配置出設(shè)備數(shù)量：

1)根據(jù)已知商品信息，并計算倉庫貨架數(shù)量。2)計算倉內(nèi)揀選工作站、入庫工作站的數(shù)量。3)根據(jù)倉庫基本要求，確定AGV機器人的數(shù)量。

4)根據(jù)計算得出的AGV數(shù)量，計算AGV充電樁及等待位的數(shù)量。知識鏈接

在一個典型的智能倉中，除存儲、搬運設(shè)備等必須考慮的要素外，還需考慮在智能倉內(nèi)部署的作業(yè)位(停車點)、等待位、充電樁的數(shù)量。因此在進行規(guī)劃時，行業(yè)內(nèi)通常把計算工作站、AGV機器人等設(shè)備的數(shù)量作為智能倉規(guī)劃與運作的關(guān)鍵。智能倉設(shè)備配置問題要按照貨架數(shù)量分析、工作站數(shù)量分析、工作站機器人數(shù)量分析以及配套設(shè)備數(shù)量分析四個步驟完成。一、智能倉內(nèi)貨架數(shù)量分析1．?dāng)?shù)量確定方法在給出貨架規(guī)格、目標(biāo)存儲量以及所有物料的體積和重量等既定條件的前提下，行業(yè)內(nèi)通常會按照以下步驟來計算智能倉內(nèi)貨架的數(shù)量。(1)在所有貨物的規(guī)格列表中，以貨架貨格的規(guī)格為標(biāo)準(zhǔn)，篩除體積過大的商品信息，并對剩余商品進行平均單件體積的計算。(2

)根據(jù)貨架總體積，計算貨架容量，公式為貨架容量(件)=

(貨架總體積×貨架存儲空間系數(shù))/平均單件體積(式5-1)(3)計算貨架數(shù)量，公式為

目標(biāo)存儲量=平均庫存周轉(zhuǎn)天數(shù)×平均出庫量(式5-2)

貨架數(shù)=目標(biāo)存儲量/貨架容量(式5-3)2．分析貨架占用空間

確定倉庫內(nèi)貨架數(shù)量后，結(jié)合貨架面積(見式5-4)與倉庫面積的大小，分析貨架在倉庫內(nèi)的空間占用情況。若貨架面積大于倉庫面積，則無法容下；若貨架面積小于倉庫面積，則需考慮其他設(shè)施在倉庫內(nèi)的占比情況，綜合判斷。

貨架占用面積=貨架數(shù)量×單個貨架的面積(式5-4)例1已知條件：某智能倉尺寸為長10m、寬10m，假設(shè)所有商品的尺寸都滿足貨架格尺寸，商品的平均單件體積為3000000mm3，貨架規(guī)格(L×W×H)為920mm×920mm×2400mm，貨架存儲空間系數(shù)為0.7，當(dāng)前庫存平均出庫量為

1800件，平均庫存周轉(zhuǎn)天數(shù)為10天。問題解決：智能倉內(nèi)貨架數(shù)量及貨架占用面積。分析過程：(1)題目中已知所有商品的尺寸都滿足貨架格尺寸，因此不用對商品進行篩選。(2)確定貨架容量。貨架容量(件)

=(貨架總體積×貨架存儲空間系數(shù))/平均單件體積

=(920×920×2400×0.7)/3000000

≈473.98(件)(4

)分析貨架占用空間。貨架占用面積=貨架數(shù)量×單個貨架的面積=38×920×920

=32163200(mm3)

=32.1632(m3)

因為，倉庫面積=10×10

=100(m3)>32.1632(m3)；所以，能容下。(3)確定貨架數(shù)量。目標(biāo)存儲量=平均庫存周轉(zhuǎn)天數(shù)×平均出庫量=10×1800=18000(件)

貨架數(shù)=目標(biāo)存儲量/貨架容量

=18000/473.98≈38(個)二、智能倉內(nèi)工作站數(shù)量分析

在智能倉內(nèi)的作業(yè)人員，只需在工作站等待貨架被運送至工作站，隨后進行商品揀選作業(yè)。智能倉內(nèi)的揀選出庫、補貨入庫等主要作業(yè)均在工作站處完成，工作站數(shù)量的多少、效率的高低直接影響倉內(nèi)整體的作業(yè)效率以及訂單的完成情況，因此需要根據(jù)訂單數(shù)據(jù)信息以及AGV機器人在智能倉內(nèi)的作業(yè)情況，綜合分析出智能倉內(nèi)所需要的各類工作站的數(shù)量。(1)在智能倉內(nèi)，主要是在工作站處完成訂單的揀選及入庫作業(yè)，工作站數(shù)量的確定與其自身的作業(yè)效率息息相關(guān)，因此需要根據(jù)基準(zhǔn)日的訂單出入庫數(shù)量與工作站的揀選/入庫作業(yè)效率，推測出所需的工作站數(shù)量。(2)根據(jù)出庫量以及訂單行數(shù)，確定每行訂單所包含的商品數(shù)量，推測貨架單次作業(yè)的命中數(shù)量(命中件數(shù))，即貨架每達到工作站，可揀選的商品種類及揀選數(shù)量。推算貨架單次命中數(shù)量(命中件數(shù))：行件數(shù)=

出(入)庫量/訂單行數(shù)。行件數(shù)：即平均每行訂單所包含的件數(shù)，若行件數(shù)數(shù)值為1，說明每行訂單大約包含一件商品，每次揀選動作只需完成一件商品的揀選。行件數(shù)可代表揀選效率的高低。(3

)結(jié)合機器人及貨架在工作站處的作業(yè)時間情況，分析出單次揀選或入庫的耗時。單個機器人在工作站耗時=旋轉(zhuǎn)貨架時間+站點切換時間+單件揀貨時間×命中件數(shù)。(4)綜合作業(yè)耗時情況以及命中數(shù)量，推測工作站作業(yè)效率。1)工作站點每分鐘可揀選(或入庫)數(shù)量=

(60s/單機器人在工作站耗時)×命中件數(shù)。2)站點作業(yè)效率(件/h)=每分鐘可揀選(入庫)的數(shù)量×60min。(5)利用作業(yè)效率、作業(yè)時間、作業(yè)量來推測智能倉內(nèi)的工作站數(shù)量。智能倉中工作站分為入庫工作站和揀選工作站(出庫工作站)。在AGV智能倉內(nèi)，入庫工作站入庫環(huán)節(jié)可理解為對出庫貨品的補貨作業(yè)，其效率在一般情況下大于出庫作業(yè)的效率。揀選工作站也就是出庫工作站，一般理解為出庫揀選作業(yè)。1)揀選工作站(出庫工作站)的數(shù)量=

出庫數(shù)量/(揀選效率×每日工作時間)。2)入庫工作站的數(shù)量=入庫數(shù)量/(入庫效率×每日工作時間)。例2

已知條件：某智能倉根據(jù)企業(yè)需求確定庫存基準(zhǔn)天數(shù)為2021年10月6日，其余參數(shù)如表5-4所示。揀選(出庫)站點和入庫站點的工作參數(shù)如表5-5所示。智能倉內(nèi)每天工作時間8h。問題解決：確定智能倉工作站數(shù)量。

表5-4某智能倉庫存基準(zhǔn)日出入庫信息日期出庫訂單數(shù)出庫訂單行數(shù)出庫品項數(shù)(SKU)出庫量(件)2023.3.61800260013002600日期入庫訂單數(shù)入庫訂單行數(shù)入庫品項數(shù)(SKU)入庫量(件)2023.3.66009007002400表5-5某智能倉揀選(出庫)站點和入庫站點的工作參數(shù)作業(yè)環(huán)節(jié)揀選(出庫)工作站點揀選耗時(s)入庫工作站點入庫耗時(s)AGV機器人在作業(yè)處切換站點

5

5旋轉(zhuǎn)貨架時間

4

4單間揀選時間(SKU作業(yè)時間)

6

4分析過程：(1)根據(jù)智能倉庫存基準(zhǔn)天數(shù)的信息(見表5-4)推算貨架單次命中數(shù)量(命中件數(shù)）。出庫行件數(shù)=

出庫量/訂單行數(shù)=2600/2600=1即：平均每個出庫訂單行有1件商品，由此假定單個貨架平均每次揀選命中1件商品。入庫行件數(shù)=入庫量/訂單行數(shù)=2400/900≈2.67即：平均每個入庫訂單行約包含2.6件商品，由此假定單個貨架平均每次入庫命中3件商品。

通過AGV倉儲機器人在揀選(出庫)工作站處的動

作分解及其用時，可以推算出：

單個機器人在揀選(出庫)工作站耗時=旋轉(zhuǎn)貨架

時間+站點切換時間+單件揀貨時間×揀選命中件數(shù)=4+5+6×

1=15(s)(2

)根據(jù)表5-5中揀選(出庫)站點和入庫站點的工作參數(shù)，分析出單次揀選(出庫)或入庫的耗時

。

通過AGV倉儲機器人在入庫工作站處的動作分解及其用時，可以推算出：

單個機器人在入庫工作站耗時=旋轉(zhuǎn)貨架時間+站點切換時間+單件揀貨時間×入庫命中件數(shù)=4+5+4×3=21(s)(3)綜合作業(yè)耗時情況以及命中數(shù)量，推測工作站作業(yè)效率。①揀選(出庫)工作站點每分鐘可揀選數(shù)量=(60s/單機器人在揀選工作站耗時)×揀選命中件數(shù)=(60/15)×

1=4(件)②揀選(出庫)站點作業(yè)效率=

每分鐘可揀選的數(shù)×60min=4×60=240(件/h)即：單個揀選(出庫)工作站滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)下可滿足240件/h的揀選效率①入庫工作站點每分鐘可揀選數(shù)量=

(60s/單機器人在入庫工作站耗時)×入庫命中件數(shù)=

(60/21)×3≈8.57(件)②入庫站點作業(yè)效率=每分鐘可入庫的數(shù)量×60min=8.57×60=514.2(件/h)即：單個入庫工作站滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)下可滿足514.2件/h的揀選效率(

4

)結(jié)合工作站的作業(yè)效率、工作時間以及作業(yè)量，可推測出在既定作業(yè)量的情況下所需工作站的數(shù)量。

揀選(出庫)工作站的數(shù)量=出庫數(shù)量/(揀選效率×每日工作時間)=2600/(240×8)=

1.35≈2(個)即：需要設(shè)置2個揀選(出庫)工作站

入庫工作站的數(shù)量=入庫數(shù)量/(入庫效率×每日工作時間)=2400/(514.2×8)=0.58≈1(個)即：需要設(shè)置1個入庫工作站三、智能倉內(nèi)工作站機器人數(shù)量分析

通過對AGV倉儲機器人在倉庫內(nèi)作業(yè)行走路程的分析，可依據(jù)不同的計算標(biāo)準(zhǔn)來計算倉內(nèi)所需AGV機器人數(shù)量。在AGV機器人進行作業(yè)時，一般會將區(qū)域分為入庫區(qū)域和出庫區(qū)域，且兩個區(qū)域的AGV機器人通常不會混用，即用于出庫的機器人只適用于出庫作業(yè)，因此在計算時需要分別計算用于出庫和入庫的機器人數(shù)量。(1)根據(jù)圖5-7可以看出，貨架單次作業(yè)往返時間包括機器人到達貨架位時間、頂舉與釋放貨架時間、到達站點時間和返回貨架位時間。經(jīng)AGV機器人動作拆解(見圖5-8)得出，到達站點時間與返回貨架位時間等于貨架的移動時間可細(xì)化分為直行和轉(zhuǎn)彎兩個部分。1)直行時間=

(1/2倉庫的長+1/4倉庫的寬)/AGV機器人的行駛速度。2

)轉(zhuǎn)彎時間=每次轉(zhuǎn)彎的時間×每次轉(zhuǎn)彎的次數(shù)。即：根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗，AGV機器人在智能倉內(nèi)的轉(zhuǎn)彎次數(shù)一般為4~5次，每次的時間約為2~3s。3)到達站點時間=返回貨架位時間=直行時間+轉(zhuǎn)彎時間=

(1/2倉庫的長+1/4倉庫的寬）/AGV機器人的行駛速度+(每次轉(zhuǎn)彎的時間×每次轉(zhuǎn)彎的次數(shù))。圖5-7AGV機器人工作往返圖

圖5-8AGV機器人工作拆解圖

(2)通過對貨架單次作業(yè)的流程進行動作拆解，確定貨架單次作業(yè)往返時間。貨架單次作業(yè)往返時間=機器人到達貨架位時間+頂舉貨架時間+到達站點時間+返回貨架位時間+釋放貨架時間。(3)

確定站點單次作業(yè)耗時。站點單次作業(yè)耗時=旋轉(zhuǎn)貨架時間+站點切換時間+單件揀貨時間×命中件數(shù)。(4)確定智慧倉內(nèi)工作站點機器人數(shù)。工作站點所需機器人數(shù)量=

(貨架單次作業(yè)往返時間/站點單次作業(yè)耗時)+

1。例3已知條件：某智能倉的尺寸為長20m、寬20m，工作站數(shù)量和站點單次作業(yè)耗時采用本任務(wù)例2中已經(jīng)算出的數(shù)據(jù)，即出庫工作站2個，入庫工作站1個;出庫站點單次作業(yè)耗時15s，入庫站點單次作業(yè)耗時21s。根據(jù)經(jīng)驗，AGV機器人在倉庫面積范圍內(nèi)各作業(yè)環(huán)節(jié)分解的作業(yè)時間以及基本參數(shù)如下：

AGV平均轉(zhuǎn)彎次數(shù)：5次問題解決：確定此智能倉內(nèi)工作站點機器人數(shù)。AGV到達貨架的平均時間：14sAGV頂舉貨架時間：3sAGV放下貨架時間：5sAGV機器人承重：500kgAGV平均行駛速度：1m/sAGV平均轉(zhuǎn)彎時間：3s/次分析過程：(1)確定AGV機器人在倉庫內(nèi)到達站點時間和返回貨架位時間。

1

)直行時間=

(1/2倉庫的長+1/4倉庫的寬)/AGV機器人的行駛速度=

(1/2×20+1/4×20)/1=

15(s)。

2)轉(zhuǎn)彎時間=每次轉(zhuǎn)彎的時間×每次轉(zhuǎn)彎的次數(shù)=3×

5=15(s)。

3

)到達站點時間=返回貨架位時間=直行時間+轉(zhuǎn)彎時間=15+15=30(s)。(2)確定貨架單次作業(yè)往返時間。貨架單次作業(yè)往返時間=機器人到達貨架位時間+頂舉貨架時間+到達站點時間+返回貨架位時間+釋放貨架時間=14+3+2×30+5=82(s)。(3)確定智慧倉內(nèi)工作站點機器人數(shù)。①出庫工作站點所需機器人數(shù)量=(貨架單次作業(yè)往返時間/出庫站點單次作業(yè)耗時)+1=

(82/15)+1≈6.47≈7(輛)②揀選(出庫)工作站中所需機器人數(shù)量=7×2=14(輛)①入庫工作站點所需機器人數(shù)量=(貨架單次作業(yè)往返時間/入庫站點單次作業(yè)耗時)+1=(82/21)+1≈4.9≈5(輛)②入庫工作站中所需機器人數(shù)量=7×1=7(輛)四、智能倉內(nèi)配套設(shè)備數(shù)量分析在以AGV倉儲機器人為主的智慧倉內(nèi)，除貨架、機器人、工作站外，還需考慮等待位、充電樁等輔助設(shè)備設(shè)施的配置。為確保倉內(nèi)AGV機器人能夠不受自身電量影響順利完成揀選作業(yè)，通常會在倉庫內(nèi)設(shè)置專門的充電區(qū)域，配套適量的充電樁。為保證庫內(nèi)出庫、入庫作業(yè)的有效運行，通常會在揀選處設(shè)置若干等待位，其中，等待位、充電樁的設(shè)置均與倉內(nèi)AGV倉儲機器人的數(shù)量相關(guān)。1．確定等待位的數(shù)量在以“貨到人”模式為主的智能倉中，受出入庫貨流量以及AGV倉儲機器人數(shù)量的影響，為保證庫內(nèi)出入庫作業(yè)的有效運行，通常會在揀選處設(shè)置若干等待位。揀選位上的AGV機器人正在進行揀選作業(yè)時，后面的機器人從“入站”處進入作業(yè)區(qū)域，并在等