在物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,，安全系數(shù)的設(shè)定是一個(gè)經(jīng)常困擾大家的問題，不僅對(duì)于新的設(shè)計(jì)人員,，也有很多老的工程師為此感到困惑,。今天就幾個(gè)常見的安全系數(shù)問題，談?wù)勎业恼J(rèn)知,，并與大家一起探討,。對(duì)與不對(duì)，還得讀者自己去揣摩體會(huì),。

        1 用電負(fù)荷問題

        用電負(fù)荷是自動(dòng)化物流系統(tǒng)經(jīng)常遇到的問題,，也是一個(gè)比較難的問題，一般來說,，總用電負(fù)荷是將全部設(shè)備負(fù)荷累計(jì)后,，乘以一個(gè)“同時(shí)系數(shù)”。所謂“同時(shí)系數(shù)”,，就是設(shè)備可能同時(shí)啟動(dòng)的概率,，這一系數(shù)要小于等于1，但到底取值多少,，非常復(fù)雜,，尤其在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，更是難以準(zhǔn)確計(jì)算,。以下就幾個(gè)典型工況進(jìn)行分析,。

        立體庫堆垛機(jī)系統(tǒng)：堆垛機(jī)的電機(jī)一般由起升、運(yùn)行,、貨叉幾部分組成,，起升與運(yùn)行一般會(huì)同時(shí)啟動(dòng),，但貨叉不會(huì)，所以,，計(jì)算堆垛機(jī)的用電負(fù)荷時(shí),，只要計(jì)算起升+運(yùn)行電機(jī)的負(fù)荷即可。如果一個(gè)系統(tǒng)有多臺(tái)堆垛機(jī),，存在同時(shí)工作的概率是很高的（分區(qū)工作的情形有例外）,，因此，一般情況下,，堆垛機(jī)的用電負(fù)荷是每臺(tái)堆垛機(jī)的起升+運(yùn)行電機(jī),，乘以臺(tái)數(shù)。

        托盤輸送機(jī)系統(tǒng)：托盤輸送機(jī)是自動(dòng)化立體庫不可缺少的外圍設(shè)備,。要計(jì)算托盤輸送機(jī)系統(tǒng)的“同時(shí)系數(shù)”就比較困難,。一般來說，輸送機(jī)由于控制的方式不同,，同時(shí)系數(shù)的取值也不同,。絕大部分的系統(tǒng)，同時(shí)系數(shù)都會(huì)小于0.5,，有些流量不高的系統(tǒng),，同時(shí)系數(shù)更低。

        箱式輸送機(jī)系統(tǒng)：與托盤輸送機(jī)不同,，箱式輸送機(jī)的同時(shí)系數(shù)會(huì)高一些,，特別是箱式輸送機(jī)由于分段問題、控制問題等千差萬別,，往往會(huì)對(duì)“同時(shí)系數(shù)”產(chǎn)生較大影響,。一般情況下，箱式輸送機(jī)的“同時(shí)系數(shù)”不會(huì)大于0.7,。

        要注意的是,，物流系統(tǒng)中的一些單機(jī)設(shè)備。如提升機(jī),、電梯,、分揀機(jī)等，以及AGV,、叉車的充電樁,，往往功率比較大。需要單獨(dú)計(jì)算,，其同時(shí)系數(shù)往往取值要高一些,，一般為了簡(jiǎn)化，取值為1是比較常見的,。

        2 基礎(chǔ)承載問題

        基礎(chǔ)承載也是一個(gè)常見問題,。人們對(duì)于物流系統(tǒng)的基礎(chǔ)承載往往存在一些不正確的認(rèn)識(shí),，往往是對(duì)實(shí)際的工況不了解或?qū)d荷的性質(zhì)不清楚所導(dǎo)致的。

        平均荷載：所謂平均荷載,，即一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有載荷除以區(qū)域面積所得的值,。平均荷載包括最大可能的貨物重量，結(jié)構(gòu)自重,，以及隨機(jī)的移動(dòng)載荷等,，其實(shí)要精確計(jì)算也是比較困難的。很多時(shí)候,，我們會(huì)取一個(gè)上限作為設(shè)計(jì)依據(jù),。平均荷載作為建筑物基礎(chǔ)，對(duì)梁,、柱,，尤其是樁基的設(shè)計(jì)非常重要，是關(guān)鍵指標(biāo)之一,。貨物總重量其實(shí)是一個(gè)變量,，無論是平庫還是立體庫，我們?cè)诮^大多數(shù)情況下幾乎不可能填滿整個(gè)空間,。一方面是貨物堆放的可能性，另一方面則是貨物本身重量的差異性,。因此,，在計(jì)算平均荷載時(shí)，其安全系數(shù)可以根據(jù)產(chǎn)品的情況取值范圍約為0.5~1.0,，大可不必大于1,，除非有特別的情形發(fā)生。如立體庫的基礎(chǔ)平均荷載,，就是貨架區(qū)域內(nèi)所有貨位放滿貨物后,，加上貨架本身自重，以及設(shè)備自重等,，除以面積得來,。其安全系數(shù)取值一般會(huì)低于1。如存放比較單一的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,，如酒水,、牛奶、紙一類的產(chǎn)品,，系數(shù)會(huì)高一些,。如果存放綜合類產(chǎn)品，如日用品,、藥品之類,，則系數(shù)可以低一些,。對(duì)于平庫也是如此。但平庫是人工操作,，往往會(huì)存在違規(guī)操作問題,，還是要慎重考慮的。

        集中荷載：所謂集中荷載,，是指局部的荷載,。比如一個(gè)托盤、一輛叉車,、一個(gè)柱腳的集中荷載等,，或者是一個(gè)區(qū)域中某個(gè)小區(qū)域的荷載，如一座辦公樓中的機(jī)房,，保險(xiǎn)柜室,。一般情形下，集中荷載是對(duì)于平均荷載而言的,。集中荷載往往會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于平均荷載,。比如平面?zhèn)}庫中行駛的叉車形成的局部集中荷載，立體庫貨架柱腳的荷載,，提升機(jī)的柱腳荷載等,，往往是平均荷載的幾倍。局部荷載主要影響建筑樓板的設(shè)計(jì),，有些設(shè)計(jì),，只要將局部荷載可能出現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，以降低建筑的成本,。局部荷載的安全系數(shù)要計(jì)算清楚,，一般情況下，對(duì)于不清楚的可能工況,，要取一個(gè)大于1的安全系數(shù),，這是非常必要的。

        3 抗震等級(jí)問題

        我國的物流建筑設(shè)計(jì),，對(duì)抗震要求有嚴(yán)格的規(guī)定,。抗震等級(jí)既與是否位于地震帶即地區(qū)有關(guān),，也與建筑物的重要性和所在城市的重要性有關(guān),。如北京，建筑的設(shè)防等級(jí)是8級(jí),，這是一個(gè)比較高的等級(jí)了,。

        對(duì)物流系統(tǒng)而言，分為物流建筑和物流設(shè)備。物流建筑應(yīng)嚴(yán)格按照建筑設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行,，但物流設(shè)備的設(shè)計(jì),，卻沒有硬性的規(guī)定。如按照建筑物的設(shè)計(jì)等級(jí)來設(shè)計(jì),，則可能存在很大的困難,。如對(duì)立體庫貨架來說，按照8級(jí)烈度設(shè)防,，由于貨架結(jié)構(gòu)的限制,，幾乎就無法達(dá)到，或代價(jià)是7級(jí)烈度的幾倍,。對(duì)于這一情況,，我個(gè)人的意見還是要看實(shí)際情況。一般用途的自動(dòng)化立體庫,，托盤是存放在橫梁上的,，并沒有特殊的固定裝置，一旦發(fā)生地震,，貨架發(fā)生晃動(dòng),，托盤就會(huì)跌落，這時(shí)往往不是貨架在地震力下發(fā)生垮塌,，而是托盤跌落造成貨架損壞,，進(jìn)而發(fā)生垮塌。因此,，如果不能限制托盤的移動(dòng)的話,，貨架強(qiáng)度即使按照8級(jí)烈度設(shè)防，也會(huì)發(fā)生貨物跌落,，貨架垮塌的事故。也就是說,，在這種情況下是沒有必要按照8級(jí)設(shè)防的,。但特殊的情形下，如重要的軍事物資倉庫,，可能還需要采取特殊的防護(hù)措施,，如增加防止托盤貨物跌落的安全裝置等，才能起到應(yīng)有的作用,。另一方面,，從地震設(shè)防的原則分析，主要是防止建筑的整體垮塌,，造成重大人員傷亡,，或?qū)μ由斐芍卮笥绊憽：迷诹Ⅲw庫一般是全自動(dòng)無人操作的，不會(huì)造成重大人員傷亡,，因此,，采用7級(jí)烈度設(shè)防是可以接受的。

        分析垮塌的立體庫事故,，一個(gè)共同的特點(diǎn)是貨架的垂直拉桿設(shè)計(jì)缺陷或并不符合要求,。因此，對(duì)于處于地震帶和重要城市的立體庫設(shè)計(jì),，加強(qiáng)垂直斜拉桿的設(shè)計(jì),，如增加拉桿的強(qiáng)度，或增加拉桿的組數(shù),，都會(huì)有很好的效果,。有些普通高層貨架，也應(yīng)該增加斜拉桿,，以避免局部失穩(wěn)后發(fā)生整體垮塌,。當(dāng)然，進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)分析是必不可少的,。

        另一方面,，無論從成本還是安全性考慮，對(duì)于需要8級(jí)烈度設(shè)防的立體庫而言,，降低高度是必要的,。例如，貨架高度降低到10米以下,，其抗震性能就會(huì)好很多,，而且出現(xiàn)垮塌的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)小很多。

        4 貨架承載問題

        貨架承載問題也是一個(gè)容易被忽視的問題,。我國發(fā)生過多次貨架垮塌事故,，有些是操作問題，有些則是設(shè)計(jì)問題,。很多貨架設(shè)計(jì)單位事實(shí)上是沒有力學(xué)分析能力的,，他們憑借的是所謂的經(jīng)驗(yàn)，以及無知無畏,，直到造成無可挽回的損失才后悔莫及,。

        貨架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但計(jì)算并不簡(jiǎn)單,。其中既有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化問題,，也有載荷簡(jiǎn)化問題，要完成貨架的力學(xué)分析,，需要具備完備的力學(xué)知識(shí),。有時(shí),，有針對(duì)的力學(xué)試驗(yàn)對(duì)于確定計(jì)算模型和修正分析結(jié)果是必要的。值得一提的是,，力學(xué)是一門非常復(fù)雜的學(xué)科,，并非通過幾周的突擊學(xué)習(xí)就可以掌握。因此,，貨架的設(shè)計(jì)單位或生產(chǎn)單位,，應(yīng)重視力學(xué)分析的重要性，并為此花費(fèi)必要的成本,。

        貨架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵不只是立柱斷面的型式,，整個(gè)結(jié)構(gòu)型式也非常重要。此外,，同樣重要的還有橫梁,、拉桿的設(shè)計(jì)，地面的連接方式,，以及橫梁的掛孔形狀等,。橫梁的掛孔形狀，直接影響橫梁和立柱的連接強(qiáng)度,，影響立柱強(qiáng)度,，很多企業(yè)僅僅是為了區(qū)分貨架是自己產(chǎn)的，而隨意改變掛孔形狀,，其實(shí)是非常危險(xiǎn)的,。

        由于貨物擺放的隨意性，所以貨架的設(shè)計(jì)是按照最不利情況考慮的,，并考慮一定的安全系數(shù),。橫梁應(yīng)按照最大荷載考慮，立柱也是,。有的貨架很高,，可以采用變截面以節(jié)省材料，這是比較常見的策略,。

        影響貨架安全系數(shù)的,，還有應(yīng)用的場(chǎng)合，如比較均衡的重載場(chǎng)合,，安全系數(shù)應(yīng)高一些，反之,，則可以取低一些,。但不管怎樣，安全系數(shù)度不應(yīng)低于1.2~1.4,，這是考慮了材料及加工缺陷以及防范意外荷載所必須的,。

        5 庫存貨位問題

        很多倉庫設(shè)計(jì)完成后，在上線運(yùn)行時(shí)往往出現(xiàn)貨位數(shù)不夠用的問題。這是沒有充分考慮庫存貨位安全性引起的,。

        設(shè)計(jì)中庫存貨位的安全系數(shù),，是指庫存貨位與庫存量的一個(gè)換算關(guān)系。一般來說,，貨位的理想儲(chǔ)存能力與實(shí)際儲(chǔ)存能力之間是有較大差異的,。主要有兩個(gè)方面的因素：

        一是托盤的平均裝載率問題。我們知道,，托盤裝載率與貨物的包裝尺寸有關(guān),，也與零頭的數(shù)量有關(guān)。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)托盤,，當(dāng)面對(duì)不同的貨物時(shí),，其裝載率是不同的，其差異會(huì)在0.5~0.9之間,，即最不利情況可能只有50%的裝載率,，最大的可能則能達(dá)到90%左右。一般情況是：貨物包裝尺寸越小,，裝載率會(huì)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(shù)關(guān)系,，這時(shí)的裝載率達(dá)到最高,。因此，在計(jì)算裝載率時(shí),，應(yīng)根據(jù)具體情況確定合適的平均裝載率,，才能使設(shè)計(jì)滿足實(shí)際的要求。

        二是零頭托盤,，零頭托盤即每次收貨后的不滿托盤,，也會(huì)影響整體裝載率。庫存SKU越多,，批次越多,，零頭托盤就會(huì)越多，這是可以想象得到的,。理論上講,，如果批次達(dá)到10000個(gè)，零頭托盤差不多就會(huì)有10000個(gè),，這對(duì)庫存的影響是不容忽視的,。

        綜合以上，貨位數(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)該是理論庫存除以平均裝載率,。此外,，還應(yīng)考慮一定的冗余數(shù),，已備不時(shí)之需。

        以上主要講了托盤貨位數(shù),，其它形式的貨位數(shù),，如箱貨位也是如此。這里不再贅述,。

        6 設(shè)備能力問題

        人們經(jīng)常感到困惑的問題是,，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力與實(shí)際運(yùn)行能力差異甚大。如立體庫的出入庫能力,，分揀機(jī)的分揀能力,，穿梭車、AGV的作業(yè)能力,，提升機(jī)的作業(yè)能力等等,。究其原因，也是對(duì)設(shè)備能力的分析不足所導(dǎo)致的,。

        設(shè)備能力的安全系數(shù),，即理論值與實(shí)際值的比值。從根本上講,，這不應(yīng)被視為一種安全系數(shù),，因?yàn)槔碚撝蹬c實(shí)際值之間本身就存在差異。

        以自動(dòng)化立體庫為例,，通過理論計(jì)算,，我們可以獲知堆垛機(jī)的作業(yè)能力和輸送機(jī)的作業(yè)能力，從而確定立體庫的綜合作業(yè)能力N,，但這只是理論值,。實(shí)際作業(yè)中，由于作業(yè)幾乎不能達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài),，如輸送機(jī)并不能達(dá)到一個(gè)托盤連接一個(gè)托盤的作業(yè)量,，堆垛機(jī)并不能一次作業(yè)連接另一次作業(yè)，或完全執(zhí)行復(fù)合作業(yè),。因此,，實(shí)際測(cè)試所能達(dá)到的能力比理論值會(huì)有一個(gè)差異，有時(shí)這個(gè)差異還會(huì)比較大,。此外,，再加上調(diào)度問題，設(shè)備及軟件故障問題,，系統(tǒng)工作能力還會(huì)打折扣,，所以，立體庫系統(tǒng)最終的實(shí)際能力可能只有理論值的80%左右,。

        在系統(tǒng)能力設(shè)計(jì)方面,，有一個(gè)現(xiàn)象是物流系統(tǒng)中容易被忽視的，就是作業(yè)的不均衡性,。作業(yè)不均衡是客觀存在的,，一天之中，往往只有少數(shù)時(shí)間系統(tǒng)達(dá)到飽和作業(yè)狀態(tài),，大部分時(shí)間都處于作業(yè)不飽和狀態(tài),。特別是一個(gè)波次的結(jié)束或一天作業(yè)的結(jié)束階段，系統(tǒng)任務(wù)會(huì)因?yàn)樵诟鳝h(huán)節(jié)之間的不均衡,，而使得實(shí)際作業(yè)時(shí)間比預(yù)期的要長(zhǎng)很多,。比如立體庫作業(yè)，如果一個(gè)波次中某一個(gè)巷道的任務(wù)特別的多,，那么整個(gè)波次完成時(shí)間會(huì)因?yàn)檫@個(gè)巷道的作業(yè)時(shí)間而延長(zhǎng),。這在設(shè)計(jì)中是要特別注意規(guī)避的。

        除了以上列出的6個(gè)方面的問題外,，在實(shí)際設(shè)計(jì)中,，還有很多類似問題，如疲勞問題,、可靠性問題,、設(shè)備工況問題、材料選型問題,、工作時(shí)間問題等,，都涉及到安全系數(shù)方面的問題，本文限于篇幅不一一例舉,?？傊O(shè)計(jì)中的安全系數(shù)選擇是一個(gè)關(guān)鍵問題,，也是一個(gè)常見的復(fù)雜問題,，甚至關(guān)系到設(shè)計(jì)的成敗，所以每一個(gè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)花大力氣予以重視,，做到靈活運(yùn)用,。