柔性仓储自动化技术在家居建材行业中的应用

一、引言

随着我国城镇化率和居民收入水平的不断提高，以家具、橱柜、卫浴等为代表的家居产品消费需求逐年扩大，促进了家居市场规模持续扩大。 家居产业链上，材料供应商、制造商、经销商、连锁家居商场、电子商务平台、物流服务商、终端服务商等各类企业迎来了前所未有的发展机遇和挑战，龙头企业纷纷上市。 整个家居行业越来越趋向于为顾客提供一体化、个性化、定制化的家居生活解决方案，全屋家居、定制家居、大店模式、全品类经营、多元化渠道等成为各企业共同的发展趋势。 家居企业未来的竞争将是基于品牌的产品丰富度、性价比、交付速度、服务体验、顾客参与等方面的全面竞争，而这种竞争的本质将在很大程度上体现为企业供应链能力的竞争。

某家居大型商业连锁集团公司为几千家家居建材经销商或工厂至终端消费者（B2C业务）提供物流配送及安装服务，其家居建材智能物流配送中心建设项目，仓储对象包含陶瓷洁具、橱柜、家具（板式、实木、欧美、儿童等）、瓷砖、木窗、床品、沙发、厨卫及一般家用电器、地板等30多大类、几十万SKU的物料品类，具有货物尺寸跨度大、形状各异、流通特性多样、仓储要求各不相同的特点。为了提升供应链能力，该智能物流配送中心规划要求适应未来市场变化，因此要求货位存储区域、输送方式、托盘形式和参数等考虑柔性设计，方便根据业务要求进行调整优化使用。这样就对托盘选择、多尺寸托盘混合存储、多尺寸托盘混合输送等技术提出了更高的要求。

本文从托盘单元规划及自动化物流设备的选型及设计等方面入手，研究一套多种尺寸托盘混合存储的自动化物流整体解决方案，尽可能最大化的实现柔性、灵活性及通用性的目标，为实现最大化的柔性仓储自动化物流整体方案提供设计思路及方法，该方案已落地应用并达到了预期目标。

二、项目概况

本项目以成为国内家居建材行业自动化、智能化最高的物流流通基地为目标，由北京起重运输机械设计研究院有限公司于2019年负责承建，大量采用AS/RS系统、AGV系统、货到人系统、视觉识别等先进的自动化、智能化装备与技术，实现入库、出库、装卸等环节的无人化、少人化作业。

项目共建设2座自动化立体仓库，建筑高度24米，主要物流装备包含26台高速堆垛机，共计5万个托盘货位，96台大型AGV，6套托盘输送机系统，1套设备自动化控制系统（WCS系统），立体库主要存放符合托盘存储规格的标准化商品和定制化商品，兼容2.3×2.5m以内货物。在仓储作业过程中，产品输送线、全景扫描站、自动化立体库、AGV小车等智能化设施可互联互通、自主控制，并自行完成对货物的运输、扫描、外检、存储、地面运送等流程，在每一个环节都实现了运输路径、货物摆放等的最优，最大程度的节省空间、提高效率。

三、混合存储方法研究

1. 模组化托盘单元设计思路

（1）品类尺寸分析

根据实地调研和商品尺寸情况，对主要品类的所使用托盘比例进行分析，结果如表1所示。

以各品类的订单占比作为权重，结合表1托盘比例，得出整个项目四种托盘的比例，如表2所示。

通过分析4种尺寸托盘的储位占比分别为：37%，17%，39%，6%，异形品占比为1%。

（2）货物单元高度分析

结合实地调研测量数据，对存储货物高度进行分析，并以货架75mm的高度差，分别对895mm、970mm、1045mm、1120mm、1195mm、1270mm、1345mm、1420mm的货位码放高度计算误差空间，结果如表3所示。

由表3可知：实木家具、瓷砖类码放高度在970mm左右仓库空间利用率最大；板式家具、欧美家具、热水器、洁具等品类码放高度在1270mm左右空间利用率最大。

综上所述，设定存储单元高度为3种：1150mm、1450mm、1470mm（含180mm/200mm托盘高度）。

（3）托盘尺寸选择

在考虑通用性及柔性的前提下，托盘按模组化设计，要求不同尺寸的托盘在货架、堆垛机、输送机可兼容，基于此本项目规划下列多种类型托盘。

①标准托盘

尺寸：W1100×L1200×H180mm，

采用单面三纵梁设计，单叉叉取，主要适用于存储瓷砖、部分小型家具（如餐椅、床头柜等）、灯具、电器、地板、卫浴等产品。

②通用型托盘

尺寸：W 1100×L 2500×H 180mm，采用单面三纵梁设计，单叉叉取，插孔位置与标准托盘保持一致，主要适用于板式家具、实木家具、欧美家具、定制家具、门窗等产品的存储。

 ③大型托盘

尺寸：W 2300×L 2500×H 200mm，采用单面五纵梁设计，双叉叉取，单叉插孔位置与另外两种托盘保持一致，主要适用于软床、床垫、成套沙发、成套家居等产品的存储。

（4）托盘结构设计

本项目采用川字底托盘，为了使托盘与堆垛机叉取和混合输送相配合，对托盘底部结构做如图4设计。

2. 模组化货架单元设计思路

（1）标准托盘货架单元设计

考虑货架单元通用性，将标准托盘1200mm方向垂直于巷道方向布置，具体如图5所示，每排货架单元存储两个标准托盘，两排货架单元存储四个标准托盘。

（2）通用型托盘货架单元设计

考虑在标准托盘与通用型托盘混合储存的情况下，为了提高货位的实际利用率，将通用型托盘2500mm方向垂直于巷道方向布置，具体如图6所示，两排货架存储两个通用型托盘。

（3）大型托盘货架单元设计

考虑货架单元通用性，将大型托盘2500mm方向垂直于巷道方向布置，具体如图7所示，两排货架单元存储一个大型托盘。

以上基于模组化存储单元及货架单元设计，实现标准托盘、通用型托盘、大型托盘的混合存储，满足项目规划的柔性要求，本设计能够更加灵活地应对未来市场需求的变化。

3. 模组化堆垛机设计思路

三种托盘的混合存储对自动化仓储核心设备——堆垛机提出了更高的要求，为了实现对三种托盘的存取，堆垛机采用双立柱、单载货台、双组货叉设计，实现可同时存储2个小托盘、2个通用托盘、1个大型托盘的要求，如图8所示。

4. 模组化输送设备设计思路

实现多种尺寸托盘的共线输送是仓库柔性化的关键所在，本项目方案采用链条式托盘输送机、辊筒托盘输送机等多种设备解决托盘的输送问题。

（1）链条式托盘输送机设计

因托盘采用单面多纵梁托盘，因此链条方向存在1200mm与2500mm长度的共线输送，可采用多排链方式进行解决，如图9所示。

 （2）辊筒托盘输送机设计

辊筒输送机根据不同尺寸的托盘分别设有输送导向，确保托盘在长距离输送过程中不会跑偏，参见图10。

四、结束语

本文在考虑自动化仓储系统的通用性及柔性的前提下，对货架、托盘、堆垛机、输送机、穿梭车等关键设备进行模组化、柔性化设计，使系统满足多种尺寸托盘的存取要求，为大尺寸跨度、流通特性多样、仓储要求各不相同的货物提供了多种托盘混合存储的自动化解决方案思路。