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钢材库仓储系统设计与优化
一、 预测分析
根据已有数据，对案例中钢材仓库未来几年钢材最大存储量进行预测，以便确定库场的容积和机械设备的配置。1989~1994年钢材进库场数数据如表1-1所示，其分布如图1-1所示，呈非线性递增的趋势，故采用三次指数平滑预测法。

年度
1989
1990
1991
1992
1993
1994
数量
0.96
0.98
1.02
1.1
1.16
1.21
表1-1 钢材进库场数据

取平滑分数 α=0.3，

根据计算公式：

式中——平滑系数
——第七周期的一次指数平滑值
——第七周期的二次指数平滑值
——第七周期的三次指数平滑值
——第七周期的实际值

计算结构如表1-2所示。

年度

1989
1990
1991
1992
1993
1994
周期
0
1
2
3
4
5
6
入库量

0.96
0.98
1.02
1.1
1.16
1.21
St（1）
0.98666666667
0.97866666667
0.97906666667
0.99134666667
1.0239426667
1.0647598667
1.1083319067
St（2）
0.98666666667
0.98426666667
0.98270666667
0.98529866667
0.99689186667
1.0172522667
1.0445761587
St（3）
0.998
0.99388
0.990528
0.9889592
0.991339
0.99911298
1.0127519336
表1-2 计算过程

1.204019
0.057626
0.009775
建立三次指数平滑预测模型为：
将各系数代入：Y=1.204019+0.057626T+ 0.009775
则1995预测超前周期T=1，1996年T=2……再代入预测模型，预测后五年的入库量如表1-3所示。
表1-3 月平均（万t）
年度
1995
1996
1997
1998
1999
入库Y
1.27142
1.358371
1.464872
1.590923
1.736524

根据1989-1994年计划内和计划外的销售（出库量），其数据序列呈明显的线性增长倾向，故采用二次指数平滑预测模型（略去计算过程），预测1995-1999年的销售量，即出库数据，间表1-4。
表1-4预测出库量 月平均（万t）
年度
1995
1996
1997
1998
1999
销售
计划内
1.164
1.204
1.244
1.284
1.324
计划外
0.0672
0.1026
0.1587
0.174
0.216

根据表1-3和表1-4可得月平均入出库差值如表1-5所示。最大积压为0.48361万t，累积积压0.48361万t
表1-5 1995-1999年每面度平均如出库场差值 月平均（万t）
年度
1995
1996
1997
1998
1999
入出库差值
0.04022
0.051771
0.062172
0.132923
0.196524

四、库存容量的确定和优化计算
根据预测分析，得知未来5年内每年度月平均入库值，又知库场每月上半月一边进钢材一边销钢材，下半月只销售钢材，积压量很少，可简化为零。这样可得出库存模型如图9-15所示。（其中，P为进货速度，R为销货速度，为进货批量，为最后库存量，为边进边销的时间，T为库存周转期。）
1.484422万t

1.484422万t/月
=2.968844万t/月
最高库存量0.742211万t
但实际情况只能近似于库存模型，取月不平衡系数1.4，则实际库存量应为：
1.039万t
再根据仓库和料场比列关系，确定建立一个最大容量不小于6200t的立体仓库群。
由于该钢材库的进货批量和时间基本上确定，因此不需要再做其他计算。
五、钢材库货架的设计
钢材库主要是存储钢材，大部分是4m以上的长大件，根据国外立体仓库货架资料，采用带有横撑的货架是最优选择，其钢材存放在横撑上。每个货架由11个立柱组成，立柱间距为1m，每个货架为5层，每层承载重量为5t，立柱之间用钢筋和角钢联接。立柱由槽钢和钢板组成。横撑采用槽钢，按一定的尺寸分别焊接在立柱的两侧。经过强度和稳定性（当一侧满载，另一侧仍空载时）计算确定截面尺寸。每个货架最大承载量为50t，一般情况货架利用率为95%，库存量按5729.018t计算，则货架最少需求量为：
130.5个 取整数为131个，分配在确定的立体仓库中。
六、搬运方案的选取
（一）运输方式
从总体布置图可看出，运输方式有公路运输和铁路运输。前者机动灵活、换装环节少。后者运输量大，可靠性高，远途运输费用较少。只有铁路和公路运输协调工作，才是最佳的运输方式。但根据该钢材库实际情况，铁路运输方式是主要的。
（二）装卸机械的分析
钢材库、场物资主要是4m以上的长大件，装卸机械主要选择下述三种：
（1） 轻型龙门起重机。库场装卸长大件，大都采用龙门起重机，主要用于露天料场。它跨越铁路线和货场，占用通道面积小，库场面积利用率高，起重量大，效率高。
（2） 侧面高架叉车，由称无轨堆垛机。其起升高度和通过窄巷道的性能比一般叉车要好，机动性比巷道堆垛机好，可转移到其他巷道工作，可在巷道外工作，游客开出库外作业，同时货叉可横向调节，适合长大件的装卸。
（3） 桥式堆垛起重机。它是一种最早用于高层货架仓库存取物资的机械，也适用于无货架堆垛，它既有桥式起重机能够跨越仓库内地面障碍物、堆垛高度高的优点，又有叉车灵便、两货叉横向可调以取长大件的特点。
（三）装卸机械的优化计算
该钢材库进、出库场的主要运输工具是火车，通它配合的最佳装卸机械是龙门起重机。根据总体规划，它的跨度为35m，起重量为5t。火车每月最少运输5次，每次最多20节车皮，每节车皮最大载重量100t。该库场每次最大发货量为：
其中，为月不平衡系数。
此仓储系统符合运筹学的排队论MMC型，平均到达率为：

库场实行两班制，一台龙门起重机需要司机人，需配备12个装卸工人。龙门起重机完成一个周期工作需要12分钟，则平均服务率为：

每台龙门起重机（及装卸工人等）的服务费用，装卸工人工资4元/小时，司机工资3.2元/小时，龙门起重机回收期定为8年，则每小时成本为16元，所以服务成本费为C=23.2元/小时。火车一节车皮等待一个小时损失费。

设龙门起重机台数为C：

令C=1、2、3、4、5依次代入，得表9-12.
台数
服务车皮数
——
1
1.2727
0.6648
2
0.6074
0.0427~0.6648
3
0.5647
0.0043~0.0427
4
0.5604
0.0004~0.0043
5
0.5600

23.2/1000.232，落在区间0.0427~0.6648内，所以C=2，即龙门起重机取2台时，即可使费用为最小。

（四）装卸工艺的分析
方案一：龙门起重机平板——牵引车——桥式堆垛机。
桥式堆垛机台数计算公式为
式中 V——作业量（库场最大作业量为V=1736t）；
C——设备每次搬运量，选用桥式堆垛机C=4t；
t——规定的作业时间，t=24小时；
T——设备完成一个周期所用的时间T=10分钟；
K——车辆和设备不平均系数、取K=1.2。

为使堆垛起重机和龙门起重机工作互不影响而连续工作，确定牵引车5台，选20t平板车8台。
一台平板车（20t级）1.2万元，牵引车每台3万元，桥式堆垛机每台16万元。则总投资为：

司机人数（两班制）=
立体仓库布置如图所示。
设置12排货架，每排5个货架。每个货架双面各5层，货架各数。排与排间通道为3.8米，4台桥式堆垛起重机。火车和汽车装卸侧各设8个门。库内容量为：。需要2个立体仓库满足要求。
方案二：侧面高架叉车——龙门起重机，参见图9-18。
侧面高架叉车的台数：台
符号意义同前，取A= 8台。
设备投资上，每台侧面高架叉车6万元，总投资为 848万元。
司机人数 人
立体仓库布置形式参见图9-17.该库设置10排货架，每排5个货架，每个货架双面各4层，货架第一层距地面1.5m以上，货各数为。排与排间通道为5米，配置5台侧面高架叉车，火车装卸场一侧设12个门，汽车装卸场一侧设8个门。库内容量为：。需要3个立体仓库满足要求。

（五）方案的评价
方案的比较，多用与选址时相似的方法，即因素加权法。如表9-13所示，列出影响方案选择的各项因素，把最重要的加权值定为10，其他因素的加权值按其重要程度相应递减。用元音字母作为评定方案因素的标准：A——（优异）4分，E——（很好）3分，I——（好）2分，O——（尚好）1分，U——（差）0分，X——不合要求，不计分。按元音字母等级标准规定的得分值乘以权值，并填在格子内斜线下方。把每一方案的总分填在合计栏内加以比较，可以看出B方案为最优。
考虑的因素
加权值
评价等级和加权等级
A
B
C
1. 对仓储流程的服务能力
2. 作业稳定性、安全性
3. 对库房建筑要求
4. 投资大小
5. 地面和空间利用率
6. 搬运环节多少
7. 作业灵活性适应性
8. 搬运工作量
合计
10
6
4
9
8
5
7
5
E/30
E/18
O/4
O/9
A/32
O/5
I/14
A/20
132
A/40
O/6
A/16
A/36
O/8
A/20
E/21
O/5
152
不适合长大件，不予考虑。
注：A方案为龙门起重机平板——牵引车——桥式堆垛机；B方案为侧面高架叉车——龙门起重机。C方案为巷道堆垛机——平板牵引车——龙门起重机。