книги из ГПНТБ / Зерцалов, А. И. Краны-штабелеры

выгодно, чем стеллажное, однако оно возможно только при боль­ ших количествах одинаковых товаров, так как для того, чтобы достать требуемый груз, приходится перекладывать штабель. В практике складов штабельное хранение применяют редко. Хранение в стеллажах удобно при самых различных комбинациях грузов. Применение стеллажей позволяет обеспечить доступ к лю­ бым грузам и выдерживать очередность их приема и выдачи. Способ размещения грузов в стеллажах тесно связан с повышением производительности складского оборудования и использованием полезных объемов склада.

В настоящее время распространен способ закрепления за каждым грузом определенных ячеек стеллажей. При этом вся номенклатура грузов заранее распределяется в соответствии с нормируемым запасом и количеством ячеек в стеллажах. Карто­ теки с номенклатурой грузов и номерами ячеек в стеллажах. Картотеки с номенклатурой грузов и номерами ячеек, в которых он хранится, находятся у обслуживающего персонала склада. Поступивший на склад груз после приемки направляют на хране­ ние в определенную ячейку стеллажа, которую легко отыскивают по картотеке. В этой же картотеке ведут учет заполнения ячеек. При выдаче груза его местоположение определяют по картотеке, и оператору выдают заявку с указанием номера ячейки, из которой необходимо забрать требуемый груз.

Ячейки распределяют с учетом оборачиваемости груза, а также наиболее выгодных для данного груза размеров тары. В этом отношении способ закрепления ячеек за определенными грузами удобен. Кроме того, облегчается учет грузов и свободных ячеек стеллажей, легко отыскивается нужный груз в стеллажах. К не­ достаткам способа закрепления ячеек следует отнести необходи­ мость проведения большой подготовительной работы, заключаю­ щейся в том, что по всей номенклатуре грузов, насчитывающей тысячи наименований, должен быть проведен подсчет необходимого количества ячеек с учетом годового потребления, оборачивае­ мости, объемной массы, размеров и т. д.

Способ закрепления за каждым грузом определенных ячеек является наихудшим с точки зрения использования складских помещений. Дело в том, что запас каждого из грузов, хранящихся на складе, непрерывно изменяется в зависимости от расхода и пополнения в пределах между максимальным значением и мини­ мальным (страховым) запасом. Очевидно, что количество ячеек, отведенное для хранения каждого из грузов, должно быть рас­ считано на хранение максимального запаса, и поэтому общее коли­ чество ячеек на складе должно соответствовать максимальному запасу, просуммированному по всей номенклатуре склада. В дей­ ствительности емкость складов достаточно стабильна и обычно равна сумме средних значений запасов по каждому из видов грузов.

191

Таким образом, необходимость обеспечить хранение всех по­ ступивших на склад грузов ведет к непроизводительному завы­ шению складских объемов (до 80%).

Полное использование емкости склада достигается при приме­ нении способа обезличенного хранения грузов, при котором каждый поступивший на склад груз укладывается в любую сво­ бодную ячейку, которая может быть выбрана случайно или опре­ деленным образом, притом, однако, условии, что размеры ячейки соответствуют размеру тары. При обезличенном хранении емкость склада должна быть достаточна для хранения лишь среднего запаса грузов, так как несмотря на колебания уровня запасов отдельных видов изделий и материалов, их суммарный запас изменяется незначительно (это не относится к тем складам, в кото­ рых поступление грузов носит сезонный характер).

Обезличенное хранение связано с трудностями учета грузов и выявления свободных ячеек стеллажей. Поэтому на крупных складах с большой номенклатурой хранимых изделий обезли­ ченное хранение грузов возможно только при автоматизации учета. Выбор ячеек при обезличенном хранении грузов зависит от кон­ кретных условий работы склада и может быть случайным или упорядоченным.

При случайном выборе свободных ячеек прибывший груз уста­ навливают в любую свободную ячейку. Свободные ячейки оты­ скивают со стороны загрузки стеллажа, востребованные грузы — со стороны выгрузки. Случайный выбор ячеек удобен тем, что обеспечивает наиболее простую программу и минимальное машин­ ное время ЭВМ.

Упорядоченный выбор ячеек в стеллажах, или упорядоченное хранение грузов, производят с учетом различных требований, вытекающих из специфических условий работы склада, в числе которых можно назвать:

комплектное размещение изделий (например, на складах зап­ частей вблизи один от другого располагают детали одной марки машины, одного узла), позволяющее уменьшить время на подбор заказа;

очередность выдачи грузов; оптимизация работы оборудования склада и т. д.

При использовании для управления складом ЭВМ все эти тре­ бования можно выполнить как в отдельности, так и одновременно, если они не противоречат одно другому.

Наибольший интерес представляет способ выбора ячеек, обе­ спечивающий максимальную производительность подъемно-транс­ портного оборудования. Этому требованию отвечает такое раз­ мещение грузов, при котором вблизи места загрузки или раз­ грузки стеллажей располагают грузы наибольшей оборачивае­ мости. Это общеизвестное положение тем или иным способом реали­ зуется на большинстве складов, однако с целью количественной оценки получаемого эффекта остановимся на нем подробнее.

192

Показателем, характеризующим частоту оборачиваемости лю­ бого вида груза, является коэффициент оборачиваемости, опреде­ ляемый как отношение грузопотока (размера потребления) к сред­ нему запасу на складе. Каждый вид груза имеет определенный коэффициент оборачиваемости, зависящий от размера потребле­ ния, нормы отгрузки поставщиками, способа отгрузки, периодич­ ности потребления, периодичности производства материалов у по­ ставщика, интервалов отгрузки и других факторов.

Коэффициент оборачиваемости каждого вида груза является случайной величиной, лежащей в интервале между минимальным и максимальным значением. Если обозначить оборачиваемость некоторого груза а, то 0 < а < атах, где атах — максимальный

коэффициент оборачиваемости грузов на данном складе. Для всякой случайной величины функция распределения вероятностей

F(а) = Р \ а < а ) .

Сцелью выявления общих закономерностей распределения оборачиваемости отдельных видов грузов обследовали работу различных по назначению действующих складов и произвели статистическую обработку полученных результатов. Было уста­ новлено, что при достаточно большой номенклатуре хранимых грузов значения оборачиваемостей отдельных видов изделий плотно заполняют интервал между максимальным и минималь­ ным значением без скачков и разрывов. С достаточным основанием можно принять, что функция распределения непрерывна в ин­ тервале [0; атах] и имеет производную в этом интервале, характе­ ризующую плотность распределения случайной величины.

Статистическая плотность распределения оборачиваемости наи­ более близко описывается нормальным законом

где С — постоянная величина; а, а0— параметры нормального закона распределения. Математическое ожидание а0 определяет среднюю оборачиваемость грузов на складе, а дисперсия а2—

степень отклонения оборачиваемости отдельных видов грузов от среднего значения. Для большинства складов средняя оборачи­ ваемость грузов составляет 5—30, что соответствует запасу грузов от двух месяцев до десяти дней работы склада. Функция распре­ деления оборачиваемости грузов на складах с большой номенкла­ турой хранимых грузов

°тах

F {а) = | f (a) da,

о

Задача оптимального размещения грузов в стеллажах заклю­ чается в том, чтобы грузы с максимальной оборачиваемостью

разместить вблизи места погрузки или разгрузки, а остальные грузы разместить так, чтобы по мере уменьшения оборачиваемости они удалялись от места погрузки-разгрузки стеллажей.

Определение места хранения груза в стеллажах сводится к вы­ бору координат (порядковых номеров) стеллажной ячейки (хг; yt), в которой этот груз должен храниться. За начало координат

хранения груза с оборачиваемостью аь воспользуемся следующим приемом. Разделим интервал значений оборачиваемости на г

частей. Границами новых интервалов будут

Вероятность того, что оборачиваемость находится в интервале Дat = at — Ofj, обозначим Рг. Рассматривая один горизонталь­

ный ряд стеллажей, имеющий X ячеек, и принимая, что количе­ ство ячеек достаточно велико для реализации закона распределе­ ния, имеем

Pt = mJX,

где mi — количество ячеек, оборачиваемость которых лежит в рас­

сматриваемом интервале;

отсюда

т{ = Р (Х.

Из теории вероятностей известно, что вероятность попадания случайной величины в заданный интервал равна разности значе­ ний функции распределения на границах этого интервала; отсюда

Л = f (<*/) — F (V i);

— X.

Ближе к началу координат должны находиться ячейки, обора­ чиваемость которых выше, чем а{. Так как рассматривается один

ряд ячеек, то нетрудно увидеть, что абсцисса ячейки с оборачи­ ваемостью at равна числу ячеек, имеющих большую оборачивав-

194

При управлении складом с помощью ЭВМ полученные выраже­ ния для отыскания координат ячеек с заданной оборачиваемостью могут быть легко реализованы. Можно рекомендовать следующий прием для выполнения этой операции. Память ЭВМ постоянно хранит информацию о каждом виде изделий и материалов, перера­ батываемых складом, в числе которой имеется объем потребления (годовой или квартальный фонд) и оборачиваемость, определяе­ мая в процессе выполнения операций над данным изделием. По­ следнюю рассчитывают так. При каждом приеме и выдаче изде­ лий со склада определяют остаток, на который делится объем потре­ бления. Найденную оборачиваемость уточняют после выполне­ ния каждой последующей операции получения или выдачи дан­ ного изделия.

Закон распределения оборачиваемости и его параметры опре­ деляют по специальной программе, работающей вне оперативного времени, путем статистической обработки информации, имею­ щейся в машине. Для каждой ячейки вычисляют оборачиваемость, соответствующую положению ячейки.

При прибытии на склад очередной партии груза определяют его оборачиваемость, а также соответствующую ей ячейку стел­ лажа. Если нужная ячейка занята, то груз устанавливают в бли­ жайшую свободную ячейку.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КРАНОВ-ШТАБЕЛЕРОВ

Стабильный грузопоток на складах и однородность операций, выполняемых кранами, позволяют достаточно точно определять производительность кранов-штабелеров. Последняя зависит от грузоподъемности кранов-штабелеров, скоростей механизмов и условий их использования, а также от размеров складских поме­ щений.

На производительность кранов влияет квалификация обслу­ живающего персонала. Краны-штабелеры являются механизмами циклического действия. Рабочий цикл по установке груза в стел­ лаж заключается в том, что кран забирает груз на стартовой пло­ щадке, перевозит его к нужной ячейке, устанавливает в нее и затем возвращается в исходное положение. Извлечение грузов из стеллажей производится в обратной последовательности. Про­ изводительность при загрузке стеллажей и при их разгрузке пра­ ктически одинакова, поэтому под производительностью крановштабелеров понимают выполнение той или другой операции.

Необходимо помнить, что для полной переработки груза на складе требуется не только установить груз в стеллаж, но и из­ влечь из него, поэтому полученные значения производительности должны быть скорректированы. Если принять, что за каждый цикл производится установка или изъятие груза из стеллажа и вероятность совмещения операций весьма мала, то за каждый цикл перевозится krp qn грузов, где krp — коэффициент исполь-

зования грузоподъемности (емкости); q — грузоподъемность од­ ного грузового захвата в т; п — количество грузозахватных

устройств.

Производительность кранов-штабелеров в час составит

где т — среднее время цикла в мин.

Годовая производительность кранов-щтабелеров Яг = П Т,

где Т — время работы крана-штабелера в ч в течение года с уче­

том сменности, загрузки в смену и режима работы.

Время выполнения рабочего цикла является основным пара­ метром, определяющим производительность крана-штабелера в условиях конкретного склада. Для вычисления времени цикла рассмотрим работу стеллажного крана-штабелера с одним грузо­ вым захватом. На рис. 106 показан график работы стеллажного крана-штабелера при установке груза. Цикл условно разделен на четыре участка. На участке / груз транспортируется со старто­ вой площадки к заданной ячейке. Одновременно включаются приводы подъема и передвижения. Приводы выключаются по достижении краном-штабелером или грузоподъемником нужного положения, причем груз должен находиться выше полок стеллажа на 40—60 мм. На участке II груз устанавливается в стеллаж. Гру­

зовой захват вдвигается внутрь стеллажа, после чего грузоподъ­ емник опускается на установочной скорости на 80— 100 мм. Груз остается на полках стеллажа, а грузовой захват опускается ниже. Далее грузовой захват возвращается в исходное положе­ ние. На участке II I кран-штабелер направляется на загрузочную площадку, на участке IV он забирает очередной пакет с грузом.

Рассмотренный цикл работы крана-штабелера является идеальным и мо­ жет быть реализован только при автоматическом управлении. При ручном управлении цикл несколь­ ко изменяется. Если в пер­ вом случае остановка кра­ на-штабелера (грузового

Рис. 106. Цикл работы стеллаж­ ного крана-штабелера:

VL' VH>* va СК°Р0СТИ механизмов

передвижения, подъема и выдвиже­ ния захвата

196

захвата) точно против заданной ячейки обеспечивается соответ­ ствующими датчиками, установленными вдоль пути крана и на его колонне, то при ручном управлении грузовой захват оста­ навливает крановщик визуально. При этом возможны прежде­ временная остановка и проезд ячейки. В обоих случаях необхо­ димо произвести дополнительные включения механизмов, чтобы попасть в нужную ячейку, а это связано с увеличением времени цикла.

Еще большее значение имеет способ управления при совме­ щении движений механизмов. При автоматическом управлении одновремено могут работать несколько механизмов, причем неза­ висимо от того, достиг ли кран-штабелер конечного положения, механизмы выключаются при достижении грузовым захватом координат, заданных программой, поочередно. Например, при совмещении продольного передвижения и подъема груза механизм подъема вначале может быть выключен (при этом грузовой захват поднимается на нужную высоту). Затем, когда кран при движе­ нии вдоль пролета достигнет нужного вертикального ряда стел­ лажей, выключается механизм передвижения. При этом время работы одного механизма полностью перекрывается временем работы другого механизма (как это показано на рис. 106) и время цикла определяется наибольшим временем работы какого-либо механизма, чаще всего механизма передвижения крана.

При ручном управлении также наблюдается совмещение дви­ жений. Однако до подхода крана к нужной ячейке оператору трудно точно установить грузовой захват, например, по вертикали. Он должен достичь заданного вертикального ряда, а затем путем дополнительного включения механизма подъема довести грузовой захват до нужной высоты. В зависимости от квалификации опера­ тора можно в большей или меньшей степени обеспечить совмеще­ ние движений механизмов, однако полного перекрытия времени работы механизмов получить нельзя. Именно по этим причинам, при прочих равных условиях, производительность кранов-шта- белеров с автоматическим управлением выше, чем кранов-штабе- леров с ручным управлением.

Время рабочих циклов стеллажных кранов-штабелеров

при переработке грузов пакетами

Чтобы определить продолжительносгь цикла крана-штабелера с автоматическим управлением, рассмотрим работу крана-штабе­ лера при установке груза в стеллаж. Место загрузки крана-шта­ белера расположено в точке А (рис. 107, а), удаленной от стеллажа

по горизонтали на расстоянии L0 и находящейся выше уровня пола склада на величину Н 0. При включении приводов передви­

жения грузоподъемник крана-штабелера движется по траекто­

197

На участках разгона и торможения приводов траектория не является прямой линией, однако ввиду малости участков это обсто­ ятельство принимать во внимание не будем, так как оно не оказы­ вает влияния на результаты расчетов.

Прямая линия движения грузоподъемника делит простран­ ство стеллажей на три зоны. Время обслуживания ячеек, нахо­ дящихся в зонах I и / /, расположенных ниже прямой у — kx + b,

определяется временем работы привода передвижения. Время

чаются одновременно приводы подъема и передвижения. Грузо­

должает лишь горизонтально передвигаться до точки В. После

установки груза в стеллаж, одновременно включаются в обрат­ ную сторону оба привода, и грузоподъемник движется по траек­ тории, параллельной первой, от точки В до точки Г, лежащей на

одном вертикальном уровне с местом загрузки крана-штабелера.

198

время вертикального перемещения, то время цикла по загрузке ячейки в общем виде

т = max [2tx (*,-); 2ty (yt)] + At,

где A t — постоянное для данного крана-штабелера время, вклю­

чающее в себя: время выдвижения захватов, время подъема и опу­ скания грузоподъемника на установочной скорости при взятии и установке груза в стеллаже или на перегрузочном устройстве, время срабатывания приборов автоматического управления, время корректирования положения крана-штабелера относительно за­ данной ячейки и, в необходимых случаях, время затухания коле­ баний металлоконструкций.

Время движения крана-штабелера по горизонтали: при

Средние значения ускорения по горизонтали aL и вертикали ан

определяются так:

_ 2 | др |• | gTI

I вр I + I ат I ’

где ар и ат— ускорения при разгоне и торможении.

199

Если ячейки стеллажей обслуживаются с одинаковой вероят­ ностью, что наблюдается при обезличенном хранении грузов в стел­ лажах и случайном выборе свободных ячеек, то среднее время цикла загрузки или разгрузки ячеек

(34)

Формулой (34) можно пользоваться лишь при автоматизации проектных расчетов с помощью ЭВМ, так как количество ячеек на складах определяется тысячами и десятками тысяч.

Для вычисления среднего времени цикла работы стеллажного крана-штабелера в обычных условиях, без использования ЭВМ, рекомендуется использовать приближенный метод расчета, даю­ щий 'Достаточно точные результаты при следующих допуще­ ниях.

1.Принимается, что при обслуживании всех ячеек стеллажей приводы работают, хотя бы на короткое время, на установившейся скорости. Это тем более вероятно, что при горизонтальном пере­ движении до первой ячейки кран-штабелер должен пройти неко­ торое расстояние L0, равное 2—3 м, а разгон и торможение при­ вода подъема производятся очень быстро.

2.Большая из величин vL!aL или vH/aH, характеризующих

время разгона или торможения, включается в дополнительное

время. Некоторое завышение времени цикла идет в запас произ­ водительности крана-штабелера.

3. Суммирование времени передвижения крана-штабелера при обслуживании каждой из ячеек заменяется интегрированием. В заданных интервалах время движения изменяется непрерывно. Интегрирование производится раздельно для каждой из трех зон стеллажей, разделенных прямой.

С учетом этих замечаний время цикла можно определить так:

где х и у — текущие координаты, представляющие собой рас­

стояния от начала координат до ячейки и изменяющиеся непре­ рывно в интервалах от 0 до L по горизонтали и от 0 до Я по вер­ тикали (L = IX и Я = hY)\ A t — дополнительное время, вклю­

чающее в себя, помимо указанных величин, время разгона и тор­ можения.

Среднее время цикла

L Н

200