在(Exist)物流系統設計中，安全系數的(Of)設定是一(One)個(Indivual)經常困擾大(Big)家的(Of)問題，不(No)僅對于(At)新的(Of)設計人(People)員，也有很多老的(Of)工程師爲(For)此感到(Arrive)困惑。今天就幾個(Indivual)常見的(Of)安全系數問題，談談我(I)的(Of)認知，并與大(Big)家一(One)起探讨。對與不(No)對，還得讀者自己去揣摩體會。

        1 用(Use)電負荷問題

        用(Use)電負荷是自動化物流系統經常遇到(Arrive)的(Of)問題，也是一(One)個(Indivual)比較難的(Of)問題，一(One)般來(Come)說，總用(Use)電負荷是将全部設備負荷累計後，乘以(By)一(One)個(Indivual)“同時(Hour)系數”。所謂“同時(Hour)系數”，就是設備可能同時(Hour)啓動的(Of)概率，這(This)一(One)系數要(Want)小于(At)等于(At)1，但到(Arrive)底取值多少，非常複雜，尤其在(Exist)比較複雜的(Of)系統中，更是難以(By)準确計算。以(By)下就幾個(Indivual)典型工況進行分析。

        立體庫堆垛機系統：堆垛機的(Of)電機一(One)般由起升、運行、貨叉幾部分組成，起升與運行一(One)般會同時(Hour)啓動，但貨叉不(No)會，所以(By)，計算堆垛機的(Of)用(Use)電負荷時(Hour)，隻要(Want)計算起升+運行電機的(Of)負荷即可。如果一(One)個(Indivual)系統有多台堆垛機，存在(Exist)同時(Hour)工作(Do)的(Of)概率是很高的(Of)（分區工作(Do)的(Of)情形有例外），因此，一(One)般情況下，堆垛機的(Of)用(Use)電負荷是每台堆垛機的(Of)起升+運行電機，乘以(By)台數。

        托盤輸送機系統：托盤輸送機是自動化立體庫不(No)可缺少的(Of)外圍設備。要(Want)計算托盤輸送機系統的(Of)“同時(Hour)系數”就比較困難。一(One)般來(Come)說，輸送機由于(At)控制的(Of)方式不(No)同，同時(Hour)系數的(Of)取值也不(No)同。絕大(Big)部分的(Of)系統，同時(Hour)系數都會小于(At)0.5，有些流量不(No)高的(Of)系統，同時(Hour)系數更低。

        箱式輸送機系統：與托盤輸送機不(No)同，箱式輸送機的(Of)同時(Hour)系數會高一(One)些，特别是箱式輸送機由于(At)分段問題、控制問題等千差萬别，往往會對“同時(Hour)系數”産生(Born)較大(Big)影響。一(One)般情況下，箱式輸送機的(Of)“同時(Hour)系數”不(No)會大(Big)于(At)0.7。

        要(Want)注意的(Of)是，物流系統中的(Of)一(One)些單機設備。如提升機、電梯、分揀機等，以(By)及AGV、叉車的(Of)充電樁，往往功率比較大(Big)。需要(Want)單獨計算，其同時(Hour)系數往往取值要(Want)高一(One)些，一(One)般爲(For)了簡化，取值爲(For)1是比較常見的(Of)。

        2 基礎承載問題

        基礎承載也是一(One)個(Indivual)常見問題。人(People)們對于(At)物流系統的(Of)基礎承載往往存在(Exist)一(One)些不(No)正确的(Of)認識，往往是對實際的(Of)工況不(No)了解或對載荷的(Of)性質不(No)清楚所導緻的(Of)。

        平均荷載：所謂平均荷載，即一(One)個(Indivual)區域内的(Of)所有載荷除以(By)區域面積所得的(Of)值。平均荷載包括最大(Big)可能的(Of)貨物重量，結構自重，以(By)及随機的(Of)移動載荷等，其實要(Want)精确計算也是比較困難的(Of)。很多時(Hour)候，我(I)們會取一(One)個(Indivual)上限作(Do)爲(For)設計依據。平均荷載作(Do)爲(For)建築物基礎，對梁、柱，尤其是樁基的(Of)設計非常重要(Want)，是關鍵指标之一(One)。貨物總重量其實是一(One)個(Indivual)變量，無論是平庫還是立體庫，我(I)們在(Exist)絕大(Big)多數情況下幾乎不(No)可能填滿整個(Indivual)空間。一(One)方面是貨物堆放的(Of)可能性，另一(One)方面則是貨物本身重量的(Of)差異性。因此，在(Exist)計算平均荷載時(Hour)，其安全系數可以(By)根據産品的(Of)情況取值範圍約爲(For)0.5~1.0，大(Big)可不(No)必大(Big)于(At)1，除非有特别的(Of)情形發生(Born)。如立體庫的(Of)基礎平均荷載，就是貨架區域内所有貨位放滿貨物後，加上貨架本身自重，以(By)及設備自重等，除以(By)面積得來(Come)。其安全系數取值一(One)般會低于(At)1。如存放比較單一(One)的(Of)标準産品，如酒水、牛奶、紙一(One)類的(Of)産品，系數會高一(One)些。如果存放綜合類産品，如日用(Use)品、藥品之類，則系數可以(By)低一(One)些。對于(At)平庫也是如此。但平庫是人(People)工操作(Do)，往往會存在(Exist)違規操作(Do)問題，還是要(Want)慎重考慮的(Of)。

        集中荷載：所謂集中荷載，是指局部的(Of)荷載。比如一(One)個(Indivual)托盤、一(One)輛叉車、一(One)個(Indivual)柱腳的(Of)集中荷載等，或者是一(One)個(Indivual)區域中某個(Indivual)小區域的(Of)荷載，如一(One)座辦公樓中的(Of)機房，保險櫃室。一(One)般情形下，集中荷載是對于(At)平均荷載而言的(Of)。集中荷載往往會遠遠的(Of)大(Big)于(At)平均荷載。比如平面倉庫中行駛的(Of)叉車形成的(Of)局部集中荷載，立體庫貨架柱腳的(Of)荷載，提升機的(Of)柱腳荷載等，往往是平均荷載的(Of)幾倍。局部荷載主要(Want)影響建築樓闆的(Of)設計，有些設計，隻要(Want)将局部荷載可能出(Out)現的(Of)區域進行加強，以(By)降低建築的(Of)成本。局部荷載的(Of)安全系數要(Want)計算清楚，一(One)般情況下，對于(At)不(No)清楚的(Of)可能工況，要(Want)取一(One)個(Indivual)大(Big)于(At)1的(Of)安全系數，這(This)是非常必要(Want)的(Of)。

        3 抗震等級問題

        我(I)國(Country)的(Of)物流建築設計，對抗震要(Want)求有嚴格的(Of)規定。抗震等級既與是否位于(At)地震帶即地區有關，也與建築物的(Of)重要(Want)性和(And)所在(Exist)城市的(Of)重要(Want)性有關。如北京，建築的(Of)設防等級是8級，這(This)是一(One)個(Indivual)比較高的(Of)等級了。

        對物流系統而言，分爲(For)物流建築和(And)物流設備。物流建築應嚴格按照建築設計規範進行，但物流設備的(Of)設計，卻沒有硬性的(Of)規定。如按照建築物的(Of)設計等級來(Come)設計，則可能存在(Exist)很大(Big)的(Of)困難。如對立體庫貨架來(Come)說，按照8級烈度設防，由于(At)貨架結構的(Of)限制，幾乎就無法達到(Arrive)，或代價是7級烈度的(Of)幾倍。對于(At)這(This)一(One)情況，我(I)個(Indivual)人(People)的(Of)意見還是要(Want)看實際情況。一(One)般用(Use)途的(Of)自動化立體庫，托盤是存放在(Exist)橫梁上的(Of)，并沒有特殊的(Of)固定裝置，一(One)旦發生(Born)地震，貨架發生(Born)晃動，托盤就會跌落，這(This)時(Hour)往往不(No)是貨架在(Exist)地震力下發生(Born)垮塌，而是托盤跌落造成貨架損壞，進而發生(Born)垮塌。因此，如果不(No)能限制托盤的(Of)移動的(Of)話，貨架強度即使按照8級烈度設防，也會發生(Born)貨物跌落，貨架垮塌的(Of)事故。也就是說，在(Exist)這(This)種情況下是沒有必要(Want)按照8級設防的(Of)。但特殊的(Of)情形下，如重要(Want)的(Of)軍事物資倉庫，可能還需要(Want)采取特殊的(Of)防護措施，如增加防止托盤貨物跌落的(Of)安全裝置等，才能起到(Arrive)應有的(Of)作(Do)用(Use)。另一(One)方面，從地震設防的(Of)原則分析，主要(Want)是防止建築的(Of)整體垮塌，造成重大(Big)人(People)員傷亡，或對逃生(Born)造成重大(Big)影響。好在(Exist)立體庫一(One)般是全自動無人(People)操作(Do)的(Of)，不(No)會造成重大(Big)人(People)員傷亡，因此，采用(Use)7級烈度設防是可以(By)接受的(Of)。

        分析垮塌的(Of)立體庫事故，一(One)個(Indivual)共同的(Of)特點是貨架的(Of)垂直拉杆設計缺陷或并不(No)符合要(Want)求。因此，對于(At)處于(At)地震帶和(And)重要(Want)城市的(Of)立體庫設計，加強垂直斜拉杆的(Of)設計，如增加拉杆的(Of)強度，或增加拉杆的(Of)組數，都會有很好的(Of)效果。有些普通高層貨架，也應該增加斜拉杆，以(By)避免局部失穩後發生(Born)整體垮塌。當然，進行詳細的(Of)力學分析是必不(No)可少的(Of)。

        另一(One)方面，無論從成本還是安全性考慮，對于(At)需要(Want)8級烈度設防的(Of)立體庫而言，降低高度是必要(Want)的(Of)。例如，貨架高度降低到(Arrive)10米以(By)下，其抗震性能就會好很多，而且出(Out)現垮塌的(Of)風險也會小很多。

        4 貨架承載問題

        貨架承載問題也是一(One)個(Indivual)容易被忽視的(Of)問題。我(I)國(Country)發生(Born)過多次貨架垮塌事故，有些是操作(Do)問題，有些則是設計問題。很多貨架設計單位事實上是沒有力學分析能力的(Of)，他(He)們憑借的(Of)是所謂的(Of)經驗，以(By)及無知無畏，直到(Arrive)造成無可挽回的(Of)損失才後悔莫及。

        貨架結構簡單，但計算并不(No)簡單。其中既有結構簡化問題，也有載荷簡化問題，要(Want)完成貨架的(Of)力學分析，需要(Want)具備完備的(Of)力學知識。有時(Hour)，有針對的(Of)力學試驗對于(At)确定計算模型和(And)修正分析結果是必要(Want)的(Of)。值得一(One)提的(Of)是，力學是一(One)門非常複雜的(Of)學科，并非通過幾周的(Of)突擊學習就可以(By)掌握。因此，貨架的(Of)設計單位或生(Born)産單位，應重視力學分析的(Of)重要(Want)性，并爲(For)此花費必要(Want)的(Of)成本。

        貨架設計的(Of)關鍵不(No)隻是立柱斷面的(Of)型式，整個(Indivual)結構型式也非常重要(Want)。此外，同樣重要(Want)的(Of)還有橫梁、拉杆的(Of)設計，地面的(Of)連接方式，以(By)及橫梁的(Of)挂孔形狀等。橫梁的(Of)挂孔形狀，直接影響橫梁和(And)立柱的(Of)連接強度，影響立柱強度，很多企業僅僅是爲(For)了區分貨架是自己産的(Of)，而随意改變挂孔形狀，其實是非常危險的(Of)。

        由于(At)貨物擺放的(Of)随意性，所以(By)貨架的(Of)設計是按照最不(No)利情況考慮的(Of)，并考慮一(One)定的(Of)安全系數。橫梁應按照最大(Big)荷載考慮，立柱也是。有的(Of)貨架很高，可以(By)采用(Use)變截面以(By)節省材料，這(This)是比較常見的(Of)策略。

        影響貨架安全系數的(Of)，還有應用(Use)的(Of)場合，如比較均衡的(Of)重載場合，安全系數應高一(One)些，反之，則可以(By)取低一(One)些。但不(No)管怎樣，安全系數度不(No)應低于(At)1.2~1.4，這(This)是考慮了材料及加工缺陷以(By)及防範意外荷載所必須的(Of)。

        5 庫存貨位問題

        很多倉庫設計完成後，在(Exist)上線運行時(Hour)往往出(Out)現貨位數不(No)夠用(Use)的(Of)問題。這(This)是沒有充分考慮庫存貨位安全性引起的(Of)。

        設計中庫存貨位的(Of)安全系數，是指庫存貨位與庫存量的(Of)一(One)個(Indivual)換算關系。一(One)般來(Come)說，貨位的(Of)理想儲存能力與實際儲存能力之間是有較大(Big)差異的(Of)。主要(Want)有兩個(Indivual)方面的(Of)因素：

        一(One)是托盤的(Of)平均裝載率問題。我(I)們知道，托盤裝載率與貨物的(Of)包裝尺寸有關，也與零頭的(Of)數量有關。一(One)個(Indivual)标準托盤，當面對不(No)同的(Of)貨物時(Hour)，其裝載率是不(No)同的(Of)，其差異會在(Exist)0.5~0.9之間，即最不(No)利情況可能隻有50%的(Of)裝載率，最大(Big)的(Of)可能則能達到(Arrive)90%左右。一(One)般情況是：貨物包裝尺寸越小，裝載率會越高，但也有例外，即貨物包裝尺寸與托盤尺寸正好形成倍數關系，這(This)時(Hour)的(Of)裝載率達到(Arrive)最高。因此，在(Exist)計算裝載率時(Hour)，應根據具體情況确定合适的(Of)平均裝載率，才能使設計滿足實際的(Of)要(Want)求。

        二是零頭托盤，零頭托盤即每次收貨後的(Of)不(No)滿托盤，也會影響整體裝載率。庫存SKU越多，批次越多，零頭托盤就會越多，這(This)是可以(By)想象得到(Arrive)的(Of)。理論上講，如果批次達到(Arrive)10000個(Indivual)，零頭托盤差不(No)多就會有10000個(Indivual)，這(This)對庫存的(Of)影響是不(No)容忽視的(Of)。

        綜合以(By)上，貨位數的(Of)設計應該是理論庫存除以(By)平均裝載率。此外，還應考慮一(One)定的(Of)冗餘數，已備不(No)時(Hour)之需。

        以(By)上主要(Want)講了托盤貨位數，其它形式的(Of)貨位數，如箱貨位也是如此。這(This)裏不(No)再贅述。

        6 設備能力問題

        人(People)們經常感到(Arrive)困惑的(Of)問題是，系統設計能力與實際運行能力差異甚大(Big)。如立體庫的(Of)出(Out)入庫能力，分揀機的(Of)分揀能力，穿梭車、AGV的(Of)作(Do)業能力，提升機的(Of)作(Do)業能力等等。究其原因，也是對設備能力的(Of)分析不(No)足所導緻的(Of)。

        設備能力的(Of)安全系數，即理論值與實際值的(Of)比值。從根本上講，這(This)不(No)應被視爲(For)一(One)種安全系數，因爲(For)理論值與實際值之間本身就存在(Exist)差異。

        以(By)自動化立體庫爲(For)例，通過理論計算，我(I)們可以(By)獲知堆垛機的(Of)作(Do)業能力和(And)輸送機的(Of)作(Do)業能力，從而确定立體庫的(Of)綜合作(Do)業能力N，但這(This)隻是理論值。實際作(Do)業中，由于(At)作(Do)業幾乎不(No)能達到(Arrive)滿負荷狀态，如輸送機并不(No)能達到(Arrive)一(One)個(Indivual)托盤連接一(One)個(Indivual)托盤的(Of)作(Do)業量，堆垛機并不(No)能一(One)次作(Do)業連接另一(One)次作(Do)業，或完全執行複合作(Do)業。因此，實際測試所能達到(Arrive)的(Of)能力比理論值會有一(One)個(Indivual)差異，有時(Hour)這(This)個(Indivual)差異還會比較大(Big)。此外，再加上調度問題，設備及軟件故障問題，系統工作(Do)能力還會打折扣，所以(By)，立體庫系統最終的(Of)實際能力可能隻有理論值的(Of)80%左右。

        在(Exist)系統能力設計方面，有一(One)個(Indivual)現象是物流系統中容易被忽視的(Of)，就是作(Do)業的(Of)不(No)均衡性。作(Do)業不(No)均衡是客觀存在(Exist)的(Of)，一(One)天之中，往往隻有少數時(Hour)間系統達到(Arrive)飽和(And)作(Do)業狀态，大(Big)部分時(Hour)間都處于(At)作(Do)業不(No)飽和(And)狀态。特别是一(One)個(Indivual)波次的(Of)結束或一(One)天作(Do)業的(Of)結束階段，系統任務會因爲(For)在(Exist)各環節之間的(Of)不(No)均衡，而使得實際作(Do)業時(Hour)間比預期的(Of)要(Want)長很多。比如立體庫作(Do)業，如果一(One)個(Indivual)波次中某一(One)個(Indivual)巷道的(Of)任務特别的(Of)多，那麽整個(Indivual)波次完成時(Hour)間會因爲(For)這(This)個(Indivual)巷道的(Of)作(Do)業時(Hour)間而延長。這(This)在(Exist)設計中是要(Want)特别注意規避的(Of)。

        除了以(By)上列出(Out)的(Of)6個(Indivual)方面的(Of)問題外，在(Exist)實際設計中，還有很多類似問題，如疲勞問題、可靠性問題、設備工況問題、材料選型問題、工作(Do)時(Hour)間問題等，都涉及到(Arrive)安全系數方面的(Of)問題，本文限于(At)篇幅不(No)一(One)一(One)例舉。總之，設計中的(Of)安全系數選擇是一(One)個(Indivual)關鍵問題，也是一(One)個(Indivual)常見的(Of)複雜問題，甚至關系到(Arrive)設計的(Of)成敗，所以(By)每一(One)個(Indivual)設計人(People)員應花大(Big)力氣予以(By)重視，做到(Arrive)靈活運用(Use)。