隨著全球物流行業的不斷發展和客戶需求的不斷提升，物流儲存和搬運效率成為了當今物流行業的關鍵挑戰。在現代物流中，多穿系統作為一種高效、智能化的物流解決方案，吸引了越來越多的關注。多穿系統通過巧妙的設計和智能化控制，能夠實現高密度的貨物存儲、快速搬運和高效的倉儲管理，從而為物流企業提供了全新的儲存和搬運方案。

首先，隨著設備零部件物資的日益增多，對于物資的存儲和轉運需求也逐漸增加，所以對于高密度、自動化存儲方案的需求變得日益迫切。因為不同類型和品牌的小型貨物周轉箱的尺寸可能存在差異，這導致貨物在儲存過程中難以有效地堆疊和排列，這使得倉儲容量不能被充分利用[1]。因此如何科學規劃高密度貨架系統、滿足小型貨物的存儲需求，并且提供新型的解決方案是本文需要解決的問題。

其次，如何對多穿系統結構的強度、穩定性和可靠性進行科學合理的驗證[2]，從而滿足不同用戶的需求，是本文需要解決的第二個問題。

1.改進式物流系統規劃步驟

首先，對規劃的物流系統進行調研，收集與物流系統相關的資料。包括客戶的貨物種類、規格，以及倉庫的平面圖、立體圖、結構參數和地面承重能力等數據。然后根據客戶需求初步確定物流系統的總體規劃，確定倉庫的建設規模。

其次，設計合理的倉庫布局，劃分各功能區的位置。并確定多層貨架的高度和位置，然后根據貨物種類和存儲頻率，正確劃分貨物存儲區域，提高貨物存取效率。

然后，選擇適合的高速穿梭車，考慮其載重能力、運行速度等因素，以滿足高密度的貨物存儲需求。

最后，使用有限元分析技術對多穿貨架的結構進行模擬和分析，驗證貨架結構的穩定性、安全性，保證物流系統規劃方案滿足用戶的需求。

2.多穿系統的核心設備

多穿系統是一種新型的倉儲模式，用于存取50kg以下的周轉箱或紙箱，其作業效率比傳統的箱式堆垛機立體庫提高數倍[3]。如圖1所示，該系統由硬件設備系統和管理軟件系統兩部分組成，其中硬件設備系統包括高層立庫貨架、高速穿梭車、高速提升機、庫端站臺和外設輸送系統[4]。為了實現高速存取貨物的目的，系統每層配置一臺或多層共用一臺高速穿梭車，通過穿梭車向每層相接的庫端站臺取放貨物，再由高速提升機與庫端輸送站臺對接進行貨物周轉運輸，以此完成周轉箱或紙箱的快速存取作業。

圖1 多穿系統結構圖

(1)高速穿梭車

高速穿梭車是多穿系統的核心設備之一，用于在貨架間高速完成貨物的存取和搬運作業，如圖2所示。因為高速穿梭車具備水平運行和貨叉伸縮的動作，所以通過在貨架間的軌道上往復運行，穿梭車能夠快速存取貨位上的貨物，實現出庫、入庫和搬運任務。而且高速穿梭車在系統內的運行狀態和任務進度可以通過監控系統進行實時監控和管理。因此，高速穿梭車在多穿系統中發揮著重要的作用，通過其快速且準確的運動和操作，實現了貨物高效的存取和搬運，提升了整個系統的作業效率和效益。

圖 2 高速穿梭車

(2)高速提升機

高速提升機是多穿系統中的關鍵設備之一，用于完成立體庫貨架的端部與各貨架層的庫端站臺相接的任務，以此實現貨物的快速出庫和入庫作業，如圖3所示。高速提升機主要作用是實現貨物在貨架層間的往復運輸，完成周轉箱或紙箱的快速轉運。高速提升機與庫端站臺相連，通過載貨臺上的輥道、皮帶或貨叉將貨物接送到庫端站臺，并在各設備層間往復運行。高速提升機的運行速度決定了整個多穿系統的作業效率，其響應速度的快慢、定位是否精準是系統性能高低的重要體現。

圖 3 高速提升機

(3)庫端輸送站臺及周邊輸送機

庫端輸送站臺是多穿系統中連接高速提升機與周邊輸送機的紐帶，用于貨物的出入庫輸送和緩存。庫端輸送站臺通常采用輥道機或皮帶機等多種輸送形式，可以根據系統的需求和作業節拍進行調整。它與高速提升機進行對接，完成貨物的接送和轉運任務。周邊輸送機是指與高速提升機相連，執行配送、分揀等輸送流程，實現系統的入庫、出庫和"貨到人"揀選等功能的機器設備。庫端輸送站臺和周邊輸送機通過與多穿系統的其他設備相連接，共同協作完成貨物的運輸、分揀和存儲等工作。因此，庫端輸送站臺和周邊輸送機是多穿系統中不可或缺的組成部分，為倉儲系統提供了高效的貨物輸送和處理能力。

3.有限元分析技術

有限元計算方法是結構評估的有力工具，基于有限元技術的結構強度分析、可靠性分析、動力學分析等已經成為工程應用領域的關鍵環節，尤其是在大型、復雜結構件的優化問題方面，有限元分析已經成為必不可少的步驟。本文采用有限元分析技術驗證多穿系統結構的穩定性、安全性。

1.需求分析

以G倉庫為例，進行多穿系統規劃方案研究。G倉庫屬磚混建筑，建設時間為2009年，總建筑面積1980m²，倉庫區域長90m，寬22m，高8.5m，西側有兩扇卷閘門，尺寸為高3.9m，寬4.1m。存儲物資有多種小型器材。物資品種數約為5000個，最高出庫品種為每天300個。為了滿足G倉庫的存儲需求，因此本文采用改進式的物流系統規劃方案設計合理的倉儲方案滿足G倉庫的作業需求。

2.功能區劃分 

根據G庫房作業流程和應用需求，設置入出庫作業區，庫前輸送區、周轉箱儲存區、應急作業區、應急通道、輔助用房等功能區域。

（1）庫前作業區

庫前作業區是庫房對外交接的主要區域，用于實現物資的出入庫作業、空箱存儲、盤點等。庫前作業區的功能主要為入庫和出庫。

（2）庫前輸送區

采用自動輸送系統對入、出庫的周轉箱進行自動輸送，主要由相關輸送設備等組成。

（3）周轉箱存儲區

周轉箱自動存儲區用于周轉箱物資的快速入庫存儲以及快速出庫。該區域主要由周轉箱貨架、檢修通道、維修平臺、安全防護欄等組成。采用 600mm×400mm×280mm的周轉箱為存儲基本單元，貨架為雙深位貨架，儲量11520個（其中中件貨位3840個）。

（4）應急作業區

應急作業區用于應急揀選出庫作業和設備維修作業。

（5）應急作業通道

應急作業通道連接庫前作業區和庫后作業區，在應急人工揀選時，利用搬運設備可以將物資快速搬運到站臺發貨。

（6）輔助用房

輔助用房主要用于出、入庫作業單據交接、電腦辦公、系統監控等。

3.G倉庫多穿系統規劃方案

G倉庫多穿系統規劃方案占地長55m、寬18m，占地面積約990m2。多穿系統提供高速穿梭車、貨架，并且同時提供相關成套設備及軟件控制系統。

本方案設計4個巷道穿梭車立體庫，總貨位數為11520個，中件貨位3840個，同時提供11620個周轉箱。4個巷道共計配置4臺換層提升機、8臺周轉箱提升機。8臺周轉箱提升機包括4臺周轉箱入庫提升機、4臺周轉箱出庫提升機、8臺穿梭車。貨架前端設置1套周轉箱輸送系統，包含訂單箱揀選輸送線，出入庫輸送線。庫前作業區配置1套入庫站臺、4套揀選操作臺、1套復核包裝臺、1套自動稱重及限高檢測系統，與此同時配置相應的控制系統、輔助作業平臺等，如圖4所示。 

圖 4 方案布局圖

本方案設計2層輸送線，上層為待揀的周轉箱線，下層為揀選完成的周轉箱線，待揀的周轉箱與揀選完成的周轉箱互不干涉，已完成揀選的周轉箱可及時返庫。上層為出入庫輸送線，輸送面高度為1050mm，主要輸送庫內周轉箱至揀選臺、入庫周轉箱至庫內，也可將庫內存儲的空箱輸送至揀選臺及空箱集中出庫口。下層為訂單箱輸送線，輸送面高度350mm，主要輸送空訂單箱，將空訂單箱補給至各個揀選站臺，同時也可將揀選后的訂單箱集中輸送至集貨站臺。

（1）訂單柔性揀選設計，可實現多樣化訂單揀選

單訂單集中揀選模式：適用于單個訂單量較大的模式。當單訂單揀選量較大時，系統支持4個操作臺可同時揀選一個訂單，按照不同物資種類和數量均衡分到不同的揀選臺同時揀選。

多訂單同時揀選模式：適用于單個訂單量較小的模式。當單訂單揀選量較小時，系統支持4個操作臺分別揀選4個不同的訂單。

（2）模組化設計，每個模組可獨立運行

在本方案中設計了4個巷道，每個巷道均為一個模組（圖5所示），在整個存儲策略中，相同設備零部件物資盡可能存放在不同的巷道、不同的層，當任務并發時，可從多處直接入庫或出庫（如圖6所示），使系統設備的能力最大化。

圖 5 模組化設計圖

圖 6 單模組獨立運行示意圖

（3）輸送大循環設計

4個巷道庫前區輸送線通過“大環線”互相連通，4個巷道與4個揀選臺之間的互聯互通，真正實現原箱的連續循環揀選（如圖7所示），即一個揀選臺揀選完成的庫存箱可輸送至其余揀選臺進行揀選作業?？杀苊舛嘀匦枨蟮膸齑嬷苻D箱回庫后再被送至指定揀選臺，可有效提高系統能力，提高系統整體出入庫及揀選效率。

圖 7 輸送循環設計圖

4.系統動線分析

如圖8所示，G倉庫的入庫、出庫動線形式為分流式，應急作業動線形式為直線型，保障了作業安全。

圖 8 物流動線圖

5.系統存儲密度分析

本方案和改造前隔板貨架進行對比分析，貨架允許高度為3.1m，改造前采用高位叉車進行存取作業。貨架改造前后，單個貨位尺寸保持不變，即貨位長度、寬度和高度都保持不變，因此可忽略貨架層數和貨架列數對存儲密度的影響，只需要考慮巷道寬度變化對貨架排數和存儲密度帶來的影響。存儲區有效寬度為15m，改造前可布局3個巷道6排貨架，改造后可布局4個巷道8排貨架，總寬度為14.8m（詳見表1），小于原有存儲區寬度，因此和改造前相比存儲密度提高33%以上。

表 1 改造前后存儲區貨架排列分析

6.基于有限元分析的系統可靠性驗證

為了確保多穿系統貨架結構的強度、以及貨架的穩定性、安全性的問題，因此建立如圖9所示的有限元分析模型。通過分析計算貨架的立柱平行巷道方向的側向偏轉（如圖10）、垂直巷道方向的側向偏轉（如圖11）、平行巷道水平載荷以及垂直巷道水平載荷整體等效應力（如圖12、圖13），對多穿貨架系統進行可靠性驗證。經過有限元分析結果（詳見表2），得出此方案立柱在平行巷道方向的側向偏轉、垂直巷道方向的側向偏轉以及平行和巷道水平載荷整體等效應力數據，均低于《鋼貨架結構設計規范CECE23:90》中所要求的貨架偏轉最大值，滿足設計要求。因此該方案規劃設計的多穿系統的貨架結構穩定性、安全性以及可靠性均滿足多穿系統運行的要求，規劃方案的可靠性得以滿足。

表 2 靜力分析表

圖 9 有限元分析模型

圖 10 立柱平行巷道水平載荷時貨架側向偏轉 

圖 11 立柱垂直巷道水平載荷時貨架側向偏轉 

圖 12 平行巷道水平載荷時貨架等效應力 

圖 13 垂直巷道水平載荷時貨架等效應力

本文通過合理的多穿系統規劃方案，將不同尺寸的貨物存放在合適的位置，最大程度地提高G倉庫的存儲密度。應用多穿系統后G倉庫的存儲密度提高33%，同時通過有限元分析技術對多穿貨架的結構進行強度、穩定性等方面的驗證和優化，確保貨架在承載重量的情況下保持穩定，避免一定的安全隱患。本文理論結合實際，提高了多穿系統規劃方案的合理性和科學性，為其他的倉儲物流系統規劃提供一定的參考方向。