Выбор типа склада для штучных грузов

В середине 60-х годов автоматизация стала охватывать наряду с основным производством транспортное и складское хозяйство. В начальный период автоматизация касалась только отдельных погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских операций, постепенно охватывая все большую часть процесса работы складов. Автоматизация положительно сказалась на экономике производства, поскольку обеспечила снижение расходов на складские работы при одновременном повышении качества выполнения заказов.

Стеллажный склад с высотой укладки до 12 м

Автоматизация складского хозяйства стала одним из важных направлений его развития, поскольку обеспечивала снижение транспортно-складских расходов при одновменном повышении качества обслуживания производства и ускорении комплектования заказов в сфере распределения и торговли. В общей проблеме автоматизации складов штучных грузов, выбора для них подъемно-транспортного оборудования и определения степени механизации особое место занимают склады продовольственных товаров. Они получили большое распространение на предприятиях пищевой промышленности и в сфере торговли, в том числе склады-холодильники. Опыт проектирования, строительства и эксплуатации подобных сооружений на протяжении более чем двадцатилетнего периода, позволяет подробно рассмотреть некоторые особенности и на этой основе разработать обоснованные рекомендации. Последние должны учитываться при проектировании складов-холодильников, предназначенных для хранения скоропортящихся продовольственных товаров, с тем чтобы принимаемые решения были продуманы, а также экономически и технически обоснованы

Под автоматизацией системы (или рабочего места) понимают оборудование ее специальными устройствами и средствами электроники, которые освобождают человека от выполнения трудоемких тяжелых работ и монотонно повторяющихся операций. Применительно к складским системам наиболее трудоемкими являются работы, связанные со складированием грузов, т. е. укладкой грузов на отведенное место хранения (штабелирование) и взятием грузов с этих мест в соответствии с поступившими заказами (дештабелирование). На автоматизированных складах штучных грузов такие системы обозначают AS/RS. Для их создания применяют автоматизированное подъемно-транспортное оборудование.

Наиболее часто используют краны-штабелеры различных типов и межстеллажные штабелирующие устройства. Грузы поступают на склад через приемное устройство и далее автоматически или вручную укладываются на складские поддоны. Возможен также вариант хранения грузов на поддонах, используемых при их перевозке. В ряде случаев применяют устройства, которые выполняют автоматические транспортно-складские операции с гружеными поддонами. Для обеспечения перевозки грузов на поддонах от приемного устройства в зону действия штабелирующего устройства и обратно на участок сортировки, комплектования заказов и отправки грузов применяют средства «горизонтального» транспорта, например транспортные тележки, вилочные погрузчики, цепные или ленточные конвейеры, автоматизированные транспортные тележки, работающие без водителей. Последние могут оснащаться индуктивным управлением. В ряде случаев применяют неприводные тележки, работающие с тягачами.

Склад с напольным складированием тары в несколько ярусов и электрическим фронтальным штабелеукладчиком

Неотъемлемым компонентом автоматизированных складских систем является ЭВМ, которая с помощью специально разработанного программного обеспечения осуществляет управление техническими средствами транспорта, устройствами для штабелирования и дештабелирования, а также другими компонентами автоматизированной складской системы. Кроме управляющих ЭВМ могут применяться микро-ЭВМ и микропроцессоры. При использовании последних оптимально сочетаются централизованные и децентрализованные формы автоматизированного управления системой.

Таким образом, в наиболее общем виде автоматизированная система для складов штучных грузов включает межстеллажные штабелирующие устройства, напольные технические средства транспорта, конвейеры и средства автоматизированного управления.

Кроме этого могут использоваться другие виды подъемно-транспортного оборудования, например подъемно-поворотные столы, специальные подъемники, устройства пакетирования, упаковочные машины и др. Применение в составе транспортно-складских систем указанных устройств дает возможность поднять уровень автоматизации транспортно-складских работ. Ее степень может быть различной, поскольку отдельные виды операций могут быть автоматизированы в различной мере. При этом имеется в виду, что складирование и транспортирование грузов осуществляется на поддонах. Применение межстеллажных штабелирующих устройств целесообразно для высокостеллажных складов штучных грузов при определенных параметрах зданий складов. Наиболее оптимальной считается высота здания в пределах 21,3-27,4 м, когда возможно наилучшим образом использовать площадь и объем складского помещения. Эффективность использования внутреннего пространства в большой мере зависит от выбора способа складирования. Различают три способа складирования грузов на поддонах: однорядный, двухрядный и многорядный.

При однорядном способе складирования грузы на поддонах располагаются на стеллажах слева и справа от межстеллажного проезда в один ряд. Такая схема целесообразна на складах с разнообразной номенклатурой грузов, при значительном грузообороте и небольших сроках хранения. Данный способ хранения обеспечивает высокую производительность межстеллажных штабелирующих устройств при несколько худшем использовании площадей склада за счет необходимости иметь большое число межстеллажных проездов. Многорядный способ складирования, наоборот, целесообразен при однородной номенклатуре грузов, хранящихся на складе. За счет складирования в несколько рядов слева и справа от межстеллажного проезда можно сократить их общее число и тем самым улучшить использование полезных площадей. Однако конструкция стеллажей в этом случае должна обеспечивать движение поддонов в направлении, перпендикулярном к межстеллажным проездам. Это достигается различными конструктивными решениями (например, стеллажи, оборудованные неприводными роликами).

Комплектовочный склад с расположением поддонов на полу, обслуживаемый самодвижущейся платформой

Двухрядный способ складирования грузов занимает промежуточное положение между одно- и многорядным. Это касается как области его применения, так и степени использования складских площадей. Приведенные три способа складирования при использовании межстеллажных штабелирующих устройств не исчерпывают разнообразия технических решений, принимаемых при проектировании и строительстве стеллажных складов. Например, известны высокостеллажные склады с полуавтоматическими штабелирующими устройствами, обслуживаемыми оператором, передвижные стеллажи с напольными подъемными устройствами для их обслуживания, а также межстеллажные штабелирующие устройства, которые обслуживают два и более межстеллажных проездов. Разнообразные технические концепции в области высокостеллажных складов известны во многих странах Европы и Америки.

Строительная часть зданий высокостеллажных складов штучных грузов принципиально может быть выполнена в двух вариантах. В первом – здание возведено независимо от кострукции стеллажей, т. е. стеллажи не воспринимают нагрузки от строительной части здания. В другом – здание склада со стеллажами построено как общая несущая конструкция. Такую конструкцию иногда называют стеллажно-несущей, наибольшее распространение она получила в США. Основным преимуществом складов с использованием стеллажей в качестве несущей части является их меньшая стоимость вследствие более компактной планировки и экономии металла, используемого при строительстве здания. Недостатком этого варианта является несколько меньшая приспособленность такого склада для размещения различных по габаритам грузов. Конструкция здания, не связанная жестко со стеллажами, позволяет полностью или частично заменить стеллажи вследствие изменения номенклатуры грузов. Применение стеллажно-несущей конструкции требует глубокой проработки технологии складирования и принимаемых планировочных решений. При этом необходимо учитывать специфические свойства грузов, поскольку замена стеллажей крайне затруднительна.

Расчетная нагрузка на основание высокостеллажных складов составляет ориентировочно 9800 кг•с/м² (~98 кН/м²). При проетикровании подземной части зданий высокостеллажных складов учитывается необходимость подвода энергетических коммуникаций. Наиболее сложное подземное энергетическое хозяйство имеют высокостеллажные склады-холодильники.

Комплектовочный склад со стеллажами, занимающими все пространство по высоте. Штабелеукладчик оборудован подъемной кабиной

Строительство высокостеллажных складов штучных грузов в сопоставлении с обычными стеллажными складами с высотой помещений 8,5-9,1 м, где с помощью обычных автопогрузчиков грузы на поддонах хранятся по высоте в 4-5 ярусов, имеет как преимущества, так и недостатки. Основные достоинства высокостеллажных складов штучных грузов с автоматизированными межстеллажными штабелирующими устройствами состоят в следующем:

– они требуют значительно меньшей площади за счет более эффективного использования объемов зданий. В среднем при той же площади застройки объем здания высокостеллажного склада в четыре раза превышает объем обычного стеллажного склада. Уменьшение площади застройки путем строительства высокостеллажных складов позволяет уменьшить стоимость одного места хранения.

– применение автоматизированных межстеллажных штабелирующих устройств на высокостеллажных складах позволяет значительно уменьшить расчетную потребность в эксплуатирующем персонале, что обеспечивает снижение расходов заработной платы на 40 – 60%.

– высокостеллажные склады отличаются более высокой перерабатываюшей способностью.

– условия работы на высокостеллажных складах обеспечивают лучшую сохранность грузов и гарантируют безопасность для обслуживающего персонала.

– капитальные затраты на сооружение высокостеллажных складов окупаются быстрее за счет более высокой эффективности работы штабелирующих и дештабелирующих устройств и применения рациональных объемно-планировочных решений.

– автоматизированная система управления работой склада на основе использования ЭВМ в сочетании с системой электронной обработки данных обеспечивает значительные эксплуатационные преимущества: ускорение транспортно-складских работ, упрощение учета наличия грузов на складе, автоматизированный учет и обработка поступающих заказов, повышение качества комплектования заказов, ускорение оборачиваемости грузов, хранящихся на складе, ликвидацию трудоемких работ, связанных с оформлением бумажных документов (счета, фактуры и т. п.).

Роботизированная транспортная тележка, обслуживающая линию по производству бумаги.

Применение автоматизированных систем связано и с некоторыми ограничениями. Например, ошибка ЭВМ при выдаче задания на выполнение какой-либо операции может привести к остановке работы отдельных видов оборудования вследствие неясности приказа. Другие компоненты системы могут продолжать при этом нормальную работу. Для повышения надежности работы на автоматизированных складах обычно устанавливают вторую (дублирующую) ЭВМ.

Статистические данные показывают, что коэффициент использования времени работы оборудования на автоматизированных складах составляет за десятилетний период порядка 97-99 %. Значительные преимущества автоматизированных высокостеллажных складов на основе применения автоматизированного подъемно-транспортного оборудования и вычислительной техники хотя и позволяют рекомендовать этот вид складов к более широкому внедрению, но требуют в конкретных случаях выполнения обширных технико-экономических расчетов, подтверждающих экономичность выбранного варианта.

В основу расчетов при сопоставлении и выборе варианта сооружения высокостеллажного автоматизированного либо обыкновенного неавтоматизированного склада, где для штабелирования и дештабелирования грузов используют автопогрузчики или другие средства механизации транспортно-складских работ, следует положить расчетный объем грузопереработки на данном складе. Объем грузопереработки должен определяться с перспективой не менее, чем на пятилетний срок. При этом необходимо учитывать следующие технические данные:

– количество тары (контейнеры, поддоны, ящики) с грузами, которые необходимо хранить на складе, т. е. вместимость склада;

– типы и размеры емкостей в зависимости от вида грузов;

Стеллажный склад для хранения замороженных до – 40 °С продуктов. Его обслуживает одноколонный штабелер с выдвижными салазками

– неравномерность прибытия и отправления по видам грузов;

– обеспеченность склада тарой для хранения грузов с учетом их специфических особенностей;

– необходимое количество и тип подъемно-транспортного оборудования для выполнения перегрузочных работ;

– средства транспортирования, их вид и грузоподъемность;

– требуемую грузоперерабатывающую способность (производительность) склада.

Зная реальную величину требуемого годового объема грузопереработки, следует разработать оптимальную концепцию автоматизированного высокостеллажного и наилучший вариант обычного склада. После этого надо произвести их сравнение между собой. Для этого необходимо выполнить проектную проработку.

Рассмотрим пример. Необходимо спроектировать склад-холодильник вместимостью 8000 поддонов размером 1000 х 12 000 мм, предназначенных для хранения 400 видов грузов. Складирование без применения стеллажей по высоте возможно в три яруса. Перерабатывающая способность склада (прибытие плюс отправление) должна составлять 60 поддонов за 1 час. Наибольшая высота поддона с грузом составляет 122-127 см. Для этих условий рассматриваются два альтернативных варианта строительства неавтоматизированного склада:

первый – с напольным складированием поддонов в три яруса по высоте и по 10 поддонов в блоке при использовании для штабелирования и дештабелирования автопогрузчика. Для его работы необходимы продольные и поперечные проезды между штабелями шириной 3,66 м каждый;

второй вариант – стеллажный склад со складированием по пять поддонов в высоту и по два стеллажа в глубину также с использованием автопогрузчика, для работы которого требуются продольные и поперечные проезды шириной 3,05 м и один уширенный проезд шириной 3,66 м.

Автоматизированный склад, управляемый ЭВМ и оснащенный штабелером с высотой укладки до 20 м

В первом случае необходимые размеры площади для складирования составляют 8360 м² (размеры в плане 82,3 х 94,5 м), в другом – 5 200 м² (размеры в плане 50,3 х 103,6 м). Площади, необходимые для размещения помещений вспомогательного назначения, принимаются одинаковыми и в сравнении не участвуют. Высота помещения склада при напольном хранении обычно принимается в пределах 4,9 – 6 м, при хранении на стеллажах – значительно выше. Анализ и сравнение рассматриваемых вариантов строительства неавтоматизированного склада показал, что второй вариант со стеллажным хранением более предпочтителен, поскольку объем здания склада в этом случае существенно ниже. Это обеспечивает снижение капитальных затрат на строительство здания и некоторое уменьшение – эксплуатационных издержек, связанных с экономией энергетических ресурсов на обслуживание склада. Данное обстоятельство особено важно, поскольку это – склад-холодильник.

Оценка и сравнение вариантов неавтоматизированных складов при блочном и стеллажном хранении позволяет перейти к следующему этапу работы – выбору оптимального решения автоматизированного высокостеллажного склада для последующего сравнения с ранее рассмотренными. Высокостеллажный склад может иметь различные способы складирования, например со стеллажами глубиной в один или два поддона. Более предпочтительным является вариант со стеллажами хранения поддонов в два ряда, один за другим, и по высоте 12 поддонов. Принимая планировку высокостеллажного склада с четырьмя межстеллажными проездами шириной 1,52 м каждый, получим общую площадь здания 2230 м² при высоте 21,3 –22,9 м. Вместимость такого сооружения составит 9 024 поддона.

Теперь можно сопоставить данные о планировочных решениях по трем рассматриваемым вариантам. В первом варианте склада с блочным хранением площадь склада составила 8360 м² с возможностью размещения 11,4 тыс. поддонов, что составляет 8000 поддонов при 70% обеспечении. Для стеллажного склада с хранением в два поддона по глубине и в пять поддонов по высоте площадь склада составила 5200 м² при вместимости 9000 поддонов, что соответствует расчетной величине в 8000 поддонов при 90% обеспечении. Аналогичные показатели для автоматизированного высокостеллажного склада составляют 2180 м² при той же вместимости 9000 поддонов, что соответствует расчетной также при 90% обеспечении. Удельная площадь на единицу хранения (т. е. на один поддон) по трем вариантам составит 0,74 м², 0,58 м² и 0,24 м² соответственно. Таким образом удельная площадь на один расчетный поддон размерами 1220 х1000 мм при сооружении высокостеллажного склада в три раза ниже по сравнению с вариантом с напольным блочным хранением и в 2,5 раза ниже по сравнению с вариантом со стеллажным хранением (без учета площади вспомогательных помещений и рамп для выгрузки прибывающих и погрузки отправляемых грузов).

Стеллажный склад с одноколонным краном – штабелером

Приведенные расчетные данные свидетельствуют в пользу высокостеллажных складов, однако такого сравнения недостаточно. Необходимо далее выполнить сравнение по капитальным затратам и эксплуатационным расходам для двух конкурирующих решений: стеллажного и высокостеллажного (с хранением на два поддона в глубину в обоих вариантах).

Как показали выполненные расчеты, капитальные затраты на строительство высокостеллажного склада более чем на 1 млн. долл. США превышают аналогичные затраты на строительство неавтоматизированного стеллажного склада. Однако за счет экономии эксплуатационных затрат дополнительные капиталовложения окупаются менее чем за два года. Сводные данные по технико-экономическим показателям приведены в таблице 1.

Приведенные в таблице технико-экономические показатели подтверждают преимущества автоматизированных высокостеллажных складов и их экономическую целесообразность. При этом следует иметь в виду ряд дополнительных преимуществ, которые при выполнении настоящих расчетов не были упомянуты. К ним следует отнести ускорение обработки грузов, повышение качества подготовки заказов и удобство сочетания автоматизированной системы управления с электронной обработкой данных (последняя может быть и на неавтоматизированном складе). Дальнейшее повышение конкурентоспособности автоматизированных высокостеллажных складов возможно на основе поиска резервов снижения капитальных затрат при их строительстве.

Стеллажный склад с автоматизированным управлением и укладкой грузов на высоту до 8 м. Штабелеукладчик работает без участия водителя

Завершая рассмотрение вопроса о выборе типа склада для штучных грузов, следует отметить, что в зависимости от вида грузов и особенностей данных условий технические решения по складам отличаются значительным разнообразием. Однако несмотря на это методические сравнения вариантов и общий подход к проблеме выбора между обыкновенным неавтоматизированным и высокостеллажным автоматизированным складом должны во всех случаях опираться на некоторые главные положения, выработанные многолетней практикой проектирования. Эти положения рекомендуется соблюдать в следующей последовательности:

1. Выбор варианта строительства автоматизированного склада должен быть основан на глубоком знании различных систем и применяемых средств автоматизации погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ. При их отсутствии к этой работе следует привлечь специализированную фирму.

2. На основе глубокого изучения намечаемого развития производства и распределения необходимо определить годовой объем грузопереработки и вместимость склада, которые должны быть положены в основу разработки проекта.

3. Выполняется разработка нескольких альтернативных вариантов проекта неавтоматизированного склада (с напольным и стеллажным хранением), из которых на основе сравнения капитальных затрат и эксплуатационных расходов выбирается наилучший.

4. Разрабатывается несколько вариантов высокостеллажных автоматизированных складов, которые также сравниваются между собой по технико-экономическим показателям с целью выбора оптимального.

5. Два лучших варианта склада, из которых один неавтоматизированный и один автоматизированный, сравниваются между собой. На основе сравнительного анализа принимается окончательное решение о строительстве склада.

Практически опыт проектирования и строительства, в частности складов-холодильников показал, что при вместимости складов в пределах 2 500–10 000 мест хранения строительство автоматизированных высокостеллажных складов более экономично. При увеличении вместимости складов более 10 тыс. мест в ряде случаев более эффективными оказались обыкновенные склады.