На основе стандарта «FEM9.851 Цикл работы штабелёра»

Исследование и применение методов расчета частоты входа и выхода для специализированных стеллажных систем с трехмерным хранением

(Ма Сяо, Компания «Инцай Логистическое оборудование и технологии», провинция Шаньси, 030000)

26 октября 2021 г.

【Аннотация】Согласно FEM9.851, стандарт предусматривает расчёт только шести типов операций при приёме и отпуске товаров. На практике же количество различных видов таких операций значительно больше, а требования к точности расчётов пропускной способности приёмки и отпуска товаров с каждым днём становятся всё более строгими. В данной статье представлены результаты исследований по расчёту частоты приёмки и отпуска товаров в стеллажных складах различных типов, а также описываются соответствующие прикладные исследования. Данное исследование на данный момент полностью является новой областью без предшествующих разработок.

【Ключевые слова】FEM9.851, штабелировщик, частота приёма и отпуска грузов

【Библиография】

1. Цикл работы штабелёра FEM9.851
2. «JB/T9018-2011 Кодекс проектирования автоматизированных стеллажных складов»
3. Ма Сяо, Лю Чанци «Классификация и система комплектации для логистических распределительных центров: практические технологии»
4. Ма Сяо, Лю Чанци «Интеллектуальный логистический распределительный центр — проектирование, оборудование, примеры»

【Биография автора】 Ма Сяо, мужчина, старший инженер, «Талант Саньцзинь» провинции Шаньси, высококвалифицированный инновационный кадр города Тайюань, обладатель нескольких научно-технических достижений, соавтор множества патентов, опубликовавший две монографии; в настоящее время занимает пост председателя совета директоров компании «Шаньси Инцай Логистическое оборудование и технологии».

Стандарт «Цикл работы штабелёров FEM9.851», изданный Европейской ассоциацией механической погрузки в 2003 году, и китайский стандарт «JB/T9018-2011: Технические требования к проектированию автоматизированных стеллажных складов», подробно описывают методы расчёта и испытания частоты приёмки и отгрузки в обычных стеллажных складах; они служат важной основой для анализа данных при разработке планов в логистической отрасли. Среди этих двух стандартов стандарт FEM более детален: он подробно указывает методы выбора характерных точек пространства складских зон стеллажных систем, даёт подробный анализ процесса расчёта частоты приёмки и отгрузки, а также конкретные шаги и формулы для проведения таких расчётов, что обеспечивает надёжную базу для точного подсчёта. Этот стандарт получил широкое подтверждение в практическом применении.

Однако с появлением на рынке различных типов автоматизированных стеллажных систем данный стандарт уже не в полной мере отражает текущую рыночную ситуацию. В настоящее время при взаимодействии с клиентами возникают разнообразные ситуации. Вопрос о том, способна ли конкретная конфигурация обеспечить необходимую производственную цикличность, становится ключевым предметом обсуждения между пользователями и разработчиками проектных решений. Ниже представлено исследование частоты входа и выхода товаров в стеллажные системы с фиксированным поворотом, с переключаемым поворотом и с интеллектуальными транспортными средствами.

1. Стационарный поворотный штабелёр, тип с одним въездом и выездом:

(Рис. 1: Фиксированная схема поворота для определённого проекта, два прохода, одна система приёма и отпуска грузов)

На приведённом выше рисунке показан вид сверху на стеллажный склад с фиксированным поворотом и двойной глубиной. Такое размещение, будучи реализовано в ограниченном пространстве, очевидно, позволяет хранить больше грузов при минимальном использовании оборудования. На этом рисунке, помимо стеллажей, используется только один штабелирующий робот и одна система транспортировки для входа и выхода грузов. Очевидно, что инвестиции в такой проект будут минимальными. Но как же рассчитать частоту входа и выхода грузов при таком расположении?

В стандарте FEM9.851 расчет частоты входа и выхода из двойной глубокой стеллажной системы осуществляется с использованием характерных точек, выбранных в соответствии с моделью, представленной на рисунке ниже:

(Рис. 2: Двухглубинный тип прямолинейного участка в FEM9.851, расчетная модель для системы одностороннего въезда и выезда)

При этом точка E является точкой приёма на склад, точка A — точкой отпуска со склада, а две характерные координатные точки P1 и P2 выбираются по размерам в соответствии с нижеприведёнными координатными параметрами.

Согласно данному стандарту, при условии длины склада 50 метров и высоты 12 метров, рассчитанные координатные точки следующие:

Как показано на рисунке 1, если проезд не имеет поворотов и штабелёр движется по прямолинейному участку, то, исходя из обычных параметров движения штабелёра — скорость движения по прямой 120 м/мин, скорость подъёма 24 м/мин, скорость вилки без груза 60 м/мин, с грузом — 30 м/мин, — и согласно модели FEM9.851, проект прямолинейного участка складского стеллажа даёт следующие результаты, представленные на рисунке: видно, что совместная работа составляет 27 операций в час.

(Рис. 3: Согласно FEM9.851, тип с двойной глубиной на прямолинейном участке, система одностороннего доступа и выдачи грузов; расчетные результаты для участка длиной 50 метров и высотой 13 метров)

Однако на практике, поскольку штабелёр работает в двух проходах, этот расчёт не соответствует реальным условиям. Согласно схеме, представленной на рисунке 1, при движении штабелёра до поворота на крайнем левом участке линейная скорость резко снижается с 120 м/мин на прямолинейном участке до 30 м/мин. Если принять во внимание расстояние между осями проходов, равное 6,5 м, то время t1, необходимое для прохождения этого участка с изгибом, легко вычислить:

t1 = l1/v = 6,5 м × 3,14 / 2 / 30 = 0,34 мин

Поскольку грузы распределены по нормальному закону в двух проходах, а погрузчик в среднем перемещается по обоим проходам, то при движении по прямолинейному участку за 0,34 минуты погрузчик должен преодолеть следующее расстояние:

L2 = 0,34 × 120 = 40 м,

Этот этап движения является важным фактором, влияющим на эффективность штабелёра. Поэтому при расчёте для двух проходов необходимо учитывать их совокупное воздействие, как показано на рисунке ниже: первый участок фактически составляет 50 м, а поворотный участок эквивалентен 40 м; второй участок — 50 м. В сумме это 140 м. Исходя из этого участка, следует пересмотреть точки выбора для определения частоты въезда и выезда штабелёра из склада.

(Рис. 4: Согласно FEM9.851, два прохода с фиксированными поворотами, приведённые к одноканальной эксплуатации, соответствуют одноканальной эксплуатации длиной 140 метров. На приведённом ниже рисунке показана расчётная модель для одноканальной эксплуатации длиной 140 метров.)

После наложения симуляции и поворотной части рассчитанные координаты характерных точек:

Результаты вычислений с учётом этих характерных точек должны соответствовать приведённому ниже рисунку; результаты вычислений представлены на следующем рисунке. Как видно, совместная работа составляет 19 операций в час:

(Рис. 5: Двухглубинный тип с изогнутыми участками, модель системы приема и отпуска товаров) Результаты расчётов по эксплуатации в коридоре длиной 140 метров )

Что касается того, является ли приведённый выше расчёт оптимальным сочетанием скоростей, это зависит от кривой зависимости скорости от расстояния.

В ходе этого процесса, взяв за пример точку E и точку P1, можно увидеть на графиках зависимости скорости от расстояния, что скорость и ускорение в данном случае соответствуют друг другу практически идеально.

(Рис. 6: Кривая зависимости расстояния от скорости подъёма при движении от характерной точки E до точки P1)

1. Стационарный поворотный штабелёр, два типа въезда и выезда:

Если план расположения изменить согласно нижеследующему рисунку, то оба прохода будут иметь по два выхода:

(Рис. 7: Фиксированный поворот и двухуровневая конструкция для определённого проекта, два прохода, две системы приёма и отгрузки)

Поскольку вход и выход расположены на двух концах, расчёт частоты входа и выхода должен включать фактическую траекторию движения, как показано на рисунке ниже. Как видно, совместная операция осуществляется 13 раз в час:

(Рис. 8: Как показано на рис. 4, в соответствии с двухуровневой конфигурацией, при которой изогнутые участки складываются в однокоридорную систему, представлены результаты расчетов для двух моделей систем входа и выхода, проведённые с учётом параметров движения длиной 140 метров и высотой 13 метров.)

От 27 циклов работы по одному проходу до 19 циклов с односторонним доступом и отгрузкой через один проход, а затем до 13 циклов с двусторонним доступом и отгрузкой — влияние на эффективность чрезвычайно велико. Следует тщательно рассмотреть, удастся ли достичь или удовлетворить потребности клиентов.

1. При использовании стационарного поворотного штабелера и двух типов въездов/выездов результаты программного вмешательства будут значительно различаться:

В реальной эксплуатации, если используется тип, показанный на рисунке 4, но при условии вмешательства программного обеспечения WMS, могут возникать различные результаты. Принцип его использования заключается в том, что при приемке и отгрузке товаров мы предлагаем клиентам осуществлять хранение и извлечение в соответствии с требованиями конечных заказчиков и в строгом порядке, согласно проходам. Например, в первом проходе размещаются только товары для одного клиента из Пекина, а во втором — только товары для клиента из Нанкина. В такой рабочей ситуации, фактически, при реальной эксплуатации, когда клиент из Пекина производит погрузку, а клиент из Нанкина — нет, или при почасовом управлении, удается минимизировать потери времени на повороты штабелёра.

Нет сомнений, что такое управление является эффективным; время, затрачиваемое на повороты, даже можно пренебречь. Когда используется штабелировщик на прямых участках, результаты расчётов соответствуют рисунку 3. Это значительно повышает эффективность.

1. Поворотный штабелёр переключающего устройства, несколько вариантов входов и выходов; при данном формате требуется взвешенный расчёт:

При некоторых компоновках стеллажных систем требуется больше проходов и меньше штабелёров; в таких случаях необходима переключающая система. Переключение между верхними и нижними рельсами позволяет использовать больше проходов при меньшем количестве штабелёров. В 2003 году автор участвовал в строительстве ремонтного ангара авиакомпании China Southern Airlines в аэропорту Байюнь в Гуанчжоу; тогда на 15 проходах было задействовано 3 штабелёра.

(Рис. 9: Стереотека с переключающим устройством)

Использование переключающего устройства влияет на время работы системы; поэтому при расчёте частоты необходимо учитывать это воздействие, применив метод поворота, показанный на рисунке 1, и включив его в процесс эксплуатации. Например, если поток проходит из 1-го коридора в 3-й коридор или из 1-го коридора во 2-й коридор, эти данные следует учесть с учётом соответствующих весов при обобщённом расчёте системы.

Пример расчёта представлен на рисунке ниже:

(Рис. 9: От первого прохода до второго прохода, модель однопроходной эксплуатации)

(Рис. 10: от первого прохода ко второму проходу, двойной проход; для каждого прохода представлены результаты расчетов по эксплуатации с одним входом и одним выходом)

(Рис. 11: От первого прохода до третьего прохода, модель однопроходной эксплуатации)

(Рис. 12: от первого прохода до третьего прохода, двойной проход; для каждого прохода — результаты расчетов по эксплуатации с одним входом и одним выходом)

В одном из случаев, если переход от первого прохода ко второму, как показано на рисунке 10, происходит 12 раз в час, а если переход от первого прохода к третьему — с учётом более длинного пути поворота при скольжении, результат расчёта составляет 11 раз в час. Кроме того, учитывая, что в реальной эксплуатации или согласно требованиям программного обеспечения первое направление во второе занимает 60% времени, а первое направление в третье — 40% времени, то взвешенный расчёт совокупной эффективности должен быть следующим:

12 ´ 60%+11 ´ 40% = 11,6 раз в час.

1. Расчёт частоты интеллектуального въезда и выезда транспортных средств

(Рис. 13, некий интеллектуальный стеллажный склад для автомобилей)

Как показано на рисунке выше, при использовании стеллажного штабелёра с движущейся платформой для переключения между различными проходами методы расчёта входа и выхода фактически одинаковы. В каждом проходе расчёт ведётся по прямолинейным участкам; процесс переключения учитывается как движение штабелёра с поворотом, после чего можно получить результаты, используя программу FEM9.851.

Существует множество разновидностей интеллектуального вождения; если преобразовать их в вычислительную модель штабелёра, результаты легко подсчитать.

1. Совмещение расчётов и симуляций позволяет взаимно подтверждать их результаты:

В реальном процессе также существует множество симуляционных программ, которые можно применять для поддержки принятия решений. В стереоскопическом складе с многоточечным вводом и выводом, прежде чем вводить оборудование в эксплуатацию, необходимо ещё раз проверить правильность вышеупомянутых тщательных расчётов с помощью результатов симуляции — это позволит сделать применение более близким к реальности и обеспечит большую точность данных.

(Рис. 14, результаты имитационного моделирования одного интеллектуального стеллажа)

1. Заключительное слово

В логистическом планировании не существует «наилучшего» решения — наилучшим является то, что лучше всего подходит клиенту. Чтобы разработать оптимальный вариант, который одновременно удовлетворяет потребности клиента и требует минимальных инвестиций, необходимо неоднократно сравнивать различные варианты и глубоко их обсуждать. В настоящее время простые стеллажные системы стремятся интегрироваться с периферийным оборудованием, при этом их функциональность становится всё более сложной. Процессы приёма и отпуска товаров часто включают многоуровневые, многорядные и многостолбовые конфигурации; недостаточно точный анализ частоты приёмки и отпуска товаров может напрямую повлиять на успех или неудачу производства.

Эффективные и достаточно точные расчёты могут служить основой для принятия решений, однако такие расчёты требуют поэтапного разбора и тщательной точности. Только при учёте каждого отдельного шага можно добиться точности и обеспечить реальную помощь в принятии решений. Надеемся, что наше исследование внесёт вклад в повышение эффективности вычислений.