摘要：随着现代物流的飞速发展，堆垛机作为立体式仓储系统的核心设备，已在各行业中得到了广泛应用。尽管这些设备在使用过程中会进行日常维保，但随着使用年限的增加，设备老化导致的钢丝绳拉长、行走导轮磨损等问题，都会引发堆垛机货叉定位不精确，进而增加设备运行风险，影响立体式仓储的存储效率。因此，定期对堆垛机货叉在仓储货位的取货精度进行抽样验证和调节至关重要。本文以提高货叉定位精确度为目标，结合控制参数，对堆垛机货叉精度校对的抽样盘点库位法进行了多维度研究。通过比较分析四种抽样盘库法的优缺点，确定了以设备行程、盘库效率、采样覆盖度为综合目标的最优盘库法。

关键词：设备管理、立体式仓储、堆垛机、堆垛机货叉、盘库

一、引言

某烟草商业地市公司立体式仓储设备（以下简称“立库”）已投入建成使用多年，立库主体由货架、堆垛机、输送线等设备组成，共包含6组货架、3台堆垛机及相配套的输送线，其中单台堆垛机承担东、西两侧2组货架的运行任务，6组货架则由特殊钢构件组合而成，垂直高度为20米，水平长度160米，每组9层64列，共576个货位，整个立库设备设计库容为3456个货位，如图1所示。

图1 某烟草商业地市公司立库展示图

堆垛机穿行于立库货架之间的巷道中，通过编码实现自动执行整托盘卷烟的存储、取货任务。堆垛机水平方向采用激光测距定位，垂直方向采用激光条码测距定位，货叉采用旋转编码器测距定位。二

二、应用场景现状

1.地区现状

立库对堆垛机的定位精度要求高，定位不准极容易引发高空作业故障，需定期对仓储立库的取货精度进行抽样验证和调节（以下简称“抽样盘库”）。某烟草商业地市公司盘库频率为季度盘点，该盘库任务需由1名堆垛机驾驶员和1名尺寸校对员相互配合完成，且需将作业堆垛机更改为盘库模式，暂停该堆垛机的全部作业任务。

盘库主要对货位垂直方向、水平方向的测距定位进行校准，以货叉处于托盘和货架的中间位置、距托盘上（下）沿15±3mm内作为垂直方向盘库基准值，距托盘左（右）沿55±10mm内作为水平方向盘库基准值，如图2所示。

图2 货叉伸叉示意图

实际中，因地面沉降、轨道磨损等因素，堆垛机水平运行期间激光测距定位会产生较大的测距偏差，所以需先进行水平测距校准，保证激光偏离处于合理范围内，再根据货叉与托盘垂直方向距离误差进行调节。

为兼顾盘库精度及效率，一般以尺寸校对员佩戴安全措施站立于堆垛机载货平台上，由堆垛机驾驶员将堆垛机行驶至需进行校准的库位，再借助卷尺、直角坐标尺等量具，测量货叉、托盘、货架三者之间的间距。垂直方向一般距离以12～18mm为宜，水平方向则以45～65mm的间距为宜。

2.盘库的重要意义

（1）盘库的安全意义

由于堆垛机定位不精确而导致的货叉偏移故障，大概率会引发货叉与货位、货物的碰撞，从而产生设备、货位的损坏，以及高空卡烟、高空坠物的风险，给设备稳定运行和安全生产带来了重大隐患[1]。例如，当遭遇高空卡烟等高空故障，需由多名人员配合进行排障，常见人员分工如表1所示。该排障过程需要四组人员分工合作，并且要确保高空排障作业人员的生命安全，存在较大的高空作业安全隐患。

表1 高空排障人员作业分工

（2）盘库的效率意义

因现有的作业业务环节呈“链式”模式，每个作业环节均具备唯一性及不可替代性，单一环节出现问题后，将会影响到后续环节的正常运行。立体式仓储堆垛机主要用于最前端的货物仓库环节[2]，因其复杂数据流及作业环境，暂无应急应对方案，如该环节出现故障产生停机，后续环节将在消耗完缓存后进入停机状态，严重影响作业效率，造成设备产能的浪费。所以必须定期以盘库的方式，对货叉定位功能进行校准。通过调节电控参数，校正货叉作业高度及水平距离，使货叉伸出位置精准地定位在托盘空隙中间，如图3所示，保证堆垛机货叉的工作状态处于安全范围内。进而有效避免高空卡烟、高空坠物等故障事件发生，避免人员高空作业安全隐患，降低设备运行风险，保证立体式仓储设备的仓储作业效率。

图3 堆垛机货叉正常工作状态示意图

3.现有盘库模式的困难与挑战

由于立体式仓储的作业环境限制，现有盘库模式下主要依靠人工现场测量的方式，即堆垛机驾驶员操作货叉进行左右货位两次伸叉工作并承担安全监控及作业指示的相关责任，载货台上方的尺寸校对员分别测量货叉伸叉后与托盘上下沿、左右沿的距离，待一侧巷道检测完后统一对参数进行修改，修改后需对误差货位进行二次核对，降低参数修改所导致的误差。

由于对所有货位一一盘库校正需耗费大量人力物力，严重影响业务效率，且对现场堆垛机驾驶员、尺寸校对员产生较大的作业负担。为此，目前行业内在分析货架结构和库容周转率的基础上，充分考虑不影响检测有效性的情况下减少整体盘库行程，普遍采取分类采样法进行货位盘点和修正。

其规则为：盘库周期为每季度一次，每次随机选取每组货架的1/8库容（即72个货位，6组货架合计432个货位）进行盘库，所需工作量约为2人×2天。

然而，在分类采样法的盘库模式下，货架库容的选取方式，以及盘点货位的先后顺序，都会显著影响到盘库作业效率和时间。集中库位选取虽然可以减低人工移动距离，但是样本过于集中，存在一定偏差风险；分散库位选取可以对各个层、列货位进行较全面的检查，但面临较高的移动距离，增加盘库危险性，降低盘库效率。因此，亟需研究出一套可行且高效的基于分类采样的抽样盘库方法，在保证盘库偏差较小的同时兼顾效率。

4.研究思路

鉴于行业内缺少相关可借鉴的盘库方法，本文从储存效率、安全风险等方面出发，进行不断的探索和实践，综合考虑人工劳动量、设备运行量、操作性、可靠性、安全性、效率性等方面，给分类采样的盘库方法的优化和改良提供了可借鉴的思路。三

三、方法介绍

不同的盘库方法决定了盘库数据的有效性及盘库的具体效率，未确定货架库位抽取规则的分类采样法易造成抽样数据杂乱无规律，从而产生以下问题。一是盘库的点位不具有代表性，杂乱无规律的采样容易导致样本数据重复、无效等问题；二是样本间间距过大会增加盘库时间，影响盘库效率。因此，本文结合四种不同的采样盘库方法，对各方法的设备行程、盘库效率、采样覆盖度等优缺点进行分析。

1.顺序采样盘库法

按货架分区域从左到右的顺序进行盘库，每季度完成每组货架的1/8库容的盘库工作，以双年度为单位完成循环。即第一季度采样每组1至8列货架的1至9层货位；第二季度采样每组9至16列的1至9层货位；以此类推，最终完成全部货位盘库。顺序采样盘库法下每组1至16列、57至64列库位抽样情况，如图4所示。单组盘库设备运行距离计算如下：

式中Sx为设备水平运行距离，Sc为单组货架水平长度，c为列数，cx为实际水平运行列数；Sy为设备垂直运行距离，Sl为单组货架垂直总高度，l为总层数，ly为实际垂直运行层数。

图4 顺序采样盘库法(示意图)

该方式盘库下，每季度堆垛机垂直运行距离为160×6组=960m，水平运行距离为17.5×6组=105m；盘库货位8列×9层×6组=432个。

顺序采样盘库法优缺点如表2所示。

表2 顺序采样盘库法优缺点汇总表

2.任意采样盘库法

在每组每层中随机选取8个不重复的货位进行盘库。第一季度在每组每层任选8个货位，第二季度随机选取已盘库外的相应组、层的8个货位，以此类推，最终覆盖全部货位。任意采样盘库法下每组1至16列、57至64列库位抽样情况，如图5所示。单组盘库设备运行距离计算如下：

式中Sx为设备水平运行距离，Sc为水平长度，c为列数，l为层数；Sy为设备垂直运行距离，Sl为垂直高度，ly为垂直运行层数。

图5任意采样盘库法(示意图)

该方式盘库下，每季度堆垛机垂直运行距离为17.78×6组=106.68m，因水平货位位置为随机抽取、难以进行精准计算，可得出140×6组=840m≤水平运行距离≤160×9层×6组=8640m；盘库货位8列×9层×6组=432个。

任意采样盘库法优缺点如表3所示。

表3任意采样盘库法优缺点汇总表

3.正弦采样盘库法

以正弦波的运行轨迹对货位进行采样盘库。从每组1层左边第1列货位开始盘库，延右上角45度盘点至9层，再延右下角45度盘至1层，以此类推，直到第64列为止。每季度重复上述过程直至覆盖全部货位。正弦采样盘库法下每组1至16列、57至64列库位抽样情况，如图6所示。单组盘库设备运行距离计算如下：

式中Sx为设备水平运行距离，Sc为水平长度，c为列数，∆cx为水平运行列数差；Sy为设备垂直运行距离，Sl为垂直高度，l为层数，ly为垂直运行层数。

图6 正弦采样盘库法(示意图)

该方式盘库下，每季度堆垛机垂直运行距离为142.24×6组=853.44m，水平运行距离为140×6组=840m；盘库货位8列×9层×6组=432个。

正弦采样盘库法优缺点如表4所示。

表4 正弦采样盘库法优缺点汇总表

4.均衡采样盘库法

将每组64列从左到右均分8等份，再从每份中选相似列进行盘库。第一季度采样每组1、9、17、25、33、41、49、57列的1至9层货位；第二季度选择每组3、11、19、27、35、43、51、59列的1至9层货位，以此类推，最终覆盖所有货位。均衡采样盘库法下每组1至16列、57至64列库位抽样情况，如图7所示。单组盘库设备运行距离计算如下：

式中Sx为设备水平运行距离，Sc为水平长度，c为列数；Sy为设备垂直运行距离，Sl为垂直高度，l为层数，ly为垂直运行层数。

图7均衡采样盘库法(示意图)

该方式盘库下，每季度堆垛机垂直运行距离为124.4×6组=746.4m，水平运行距离为140×6组=840m；盘库货位8列×9层×6组=432个。

均衡采样盘库法优缺点如表5所示。

表5 均衡采样盘库法优缺点汇总表四

四、方法选择

通过对以上四种方法的比较和分析，可以总结出四种盘库方法优缺点对比，将上述分析中计算得到的关于设备行程、库位数等数据汇总如表6所示。

表6四大盘库方法优缺点对比表

综合考虑设备垂直行程、水平行程、盘库效率（包括库位数和盘库时间）、操作便捷性、采样规律和操作员驾驶舒适度等多种因素，并将其根据重要性进行赋值量化，如表7所示。表7中，六项指标权重由立库操作人员根据经验按照重要性给出，其中垂直行程、每季度货位数、盘库时间、驾驶舒适度为重要指标赋予20%，剩下两项各10%。各指标下四种方法分值（数值越大越优）根据表6数据得出。例如垂直行程指标，任意采样盘库法行程最短赋予4分，顺序采样盘库法行程最长赋予1分。其他指标分值以此类推。顺序采样盘库法在垂直行程上明显劣于其他方法，任意采样盘库法在水平行程、盘库时间上劣于其他方法，相比之下，均衡采样盘库法在各项指标上均有良好表现，最终选择均衡采样盘库法作为最优抽样盘库方法。

表7四大盘库方法量化表

均衡采样盘库法每季度选取432个货位进行盘库，盘库的点位具有代表性，能较好反映每层货叉的伸叉规律，堆垛机垂直行程、水平行程合理，采样有规律，盘库效率高，盘库作业时间短、工作量小，操作方便。五

五、研究成效

基于上述分析结果，某烟草商业地市公司将均衡采样盘库法应用到立库季度盘库中。相比于传统方法，均衡采样盘库法在盘库效率、人员安全性、采样覆盖度等方面取得了显著成效，具体如下：

1.减少货叉碰撞率，提高盘库效率

均衡采样盘库法样本分布均衡，盘库时对每层货位的调校基准值较精确，将货叉碰撞次数从每年2～3次降低到每年接近于0次，减少了碰撞风险。且盘库时间从2天缩减至1.25天，大大提高了盘库效率，减轻作业人员的工作负担。

2.增加人员安全性，减少高空风险

均衡采样盘库法的使用，在保证盘库有效性的基础上，有效降低了堆垛机的水平行程、垂直行程，避免堆垛机多次、重复地快速运行降低堆垛机取货叉快速、倾斜的运动趋势，减少高空作业的作业风险，适当提升盘库人员、操作人员的作业环境，保障人员作业安全，确保堆垛机安全“零”风险。

3.提升设备可靠率，保障运行效率

均衡采样盘库法的推行，有效避免了因仓储环节故障而导致的后续环节停机，保障运行设备现有的作业效率，实现现有设备停机率0.5%以下，充分利用设备有效产能，有效保障设备的日均6小时的有效运行时长。六

六、总结与展望

本文在设备管理的基础上对立体式仓储堆垛机盘库法上做了一定的探索，通过盘库模式的研究将盘库效率放大化，在保证盘库模式合理、有效的同时，减少了立库作业的安全风险。本文在均衡采样盘库法的使用上也取得了一定的成效，介绍的四种采样盘库方法也可适用于其他立体式仓储堆垛机，希望本研究能为烟草商业企业在物流数字化进程上探索智慧仓储、工商供应链一体化等项目的实施提供一定的参考价值，共同探索，共同成长。

（基金项目：中国烟草总公司重点研发项目 110202202043）

参考文献:

[1]郭天文,林郁,曹琦.基于纸滑托盘的卷烟成品高架库出入库系统改造[J].中国烟草学报,

2020,26(01):52-57+99.

[2]闫青,鲁建厦,江伟光等.考虑双端口布局的紧致化仓储系统堆垛机路径优化[J].上海交通大学学报,2022,56(07):858-867.