在物(wù)流系統設計中，安全系數的(de)設定是一個(gè)經常困擾大(dà)家的(de)問題，不僅對(duì)于新的(de)設計人(rén)員(yuán)，也(yě)有很多(duō)老的(de)工程師爲此感到困惑。今天就幾個(gè)常見的(de)安全系數問題，談談我的(de)認知，并與大(dà)家一起探討(tǎo)。對(duì)與不對(duì)，還(hái)得(de)讀者自己去揣摩體會。

        1 用(yòng)電負荷問題

        用(yòng)電負荷是自動化(huà)物(wù)流系統經常遇到的(de)問題，也(yě)是一個(gè)比較難的(de)問題，一般來(lái)說，總用(yòng)電負荷是将全部設備負荷累計後，乘以一個(gè)“同時(shí)系數”。所謂“同時(shí)系數”，就是設備可(kě)能同時(shí)啓動的(de)概率，這(zhè)一系數要小于等于1，但到底取值多(duō)少，非常複雜(zá)，尤其在比較複雜(zá)的(de)系統中，更是難以準确計算(suàn)。以下(xià)就幾個(gè)典型工況進行分(fēn)析。

        立體庫堆垛機系統：堆垛機的(de)電機一般由起升、運行、貨叉幾部分(fēn)組成，起升與運行一般會同時(shí)啓動，但貨叉不會，所以，計算(suàn)堆垛機的(de)用(yòng)電負荷時(shí)，隻要計算(suàn)起升+運行電機的(de)負荷即可(kě)。如果一個(gè)系統有多(duō)台堆垛機，存在同時(shí)工作的(de)概率是很高(gāo)的(de)（分(fēn)區(qū)工作的(de)情形有例外），因此，一般情況下(xià)，堆垛機的(de)用(yòng)電負荷是每台堆垛機的(de)起升+運行電機，乘以台數。

        托盤輸送機系統：托盤輸送機是自動化(huà)立體庫不可(kě)缺少的(de)外圍設備。要計算(suàn)托盤輸送機系統的(de)“同時(shí)系數”就比較困難。一般來(lái)說，輸送機由于控制的(de)方式不同，同時(shí)系數的(de)取值也(yě)不同。絕大(dà)部分(fēn)的(de)系統，同時(shí)系數都會小于0.5，有些流量不高(gāo)的(de)系統，同時(shí)系數更低。

        箱式輸送機系統：與托盤輸送機不同，箱式輸送機的(de)同時(shí)系數會高(gāo)一些，特别是箱式輸送機由于分(fēn)段問題、控制問題等千差萬别，往往會對(duì)“同時(shí)系數”産生較大(dà)影(yǐng)響。一般情況下(xià)，箱式輸送機的(de)“同時(shí)系數”不會大(dà)于0.7。

        要注意的(de)是，物(wù)流系統中的(de)一些單機設備。如提升機、電梯、分(fēn)揀機等，以及AGV、叉車的(de)充電樁，往往功率比較大(dà)。需要單獨計算(suàn)，其同時(shí)系數往往取值要高(gāo)一些，一般爲了(le)簡化(huà)，取值爲1是比較常見的(de)。

        2 基礎承載問題

        基礎承載也(yě)是一個(gè)常見問題。人(rén)們對(duì)于物(wù)流系統的(de)基礎承載往往存在一些不正确的(de)認識，往往是對(duì)實際的(de)工況不了(le)解或對(duì)載荷的(de)性質不清楚所導緻的(de)。

        平均荷載：所謂平均荷載，即一個(gè)區(qū)域内的(de)所有載荷除以區(qū)域面積所得(de)的(de)值。平均荷載包括最大(dà)可(kě)能的(de)貨物(wù)重量，結構自重，以及随機的(de)移動載荷等，其實要精确計算(suàn)也(yě)是比較困難的(de)。很多(duō)時(shí)候，我們會取一個(gè)上限作爲設計依據。平均荷載作爲建築物(wù)基礎，對(duì)梁、柱，尤其是樁基的(de)設計非常重要，是關鍵指标之一。貨物(wù)總重量其實是一個(gè)變量，無論是平庫還(hái)是立體庫，我們在絕大(dà)多(duō)數情況下(xià)幾乎不可(kě)能填滿整個(gè)空間。一方面是貨物(wù)堆放的(de)可(kě)能性，另一方面則是貨物(wù)本身重量的(de)差異性。因此，在計算(suàn)平均荷載時(shí)，其安全系數可(kě)以根據産品的(de)情況取值範圍約爲0.5~1.0，大(dà)可(kě)不必大(dà)于1，除非有特别的(de)情形發生。如立體庫的(de)基礎平均荷載，就是貨架區(qū)域内所有貨位放滿貨物(wù)後，加上貨架本身自重，以及設備自重等，除以面積得(de)來(lái)。其安全系數取值一般會低于1。如存放比較單一的(de)标準産品，如酒水(shuǐ)、牛奶、紙一類的(de)産品，系數會高(gāo)一些。如果存放綜合類産品，如日用(yòng)品、藥品之類，則系數可(kě)以低一些。對(duì)于平庫也(yě)是如此。但平庫是人(rén)工操作，往往會存在違規操作問題，還(hái)是要慎重考慮的(de)。

        集中荷載：所謂集中荷載，是指局部的(de)荷載。比如一個(gè)托盤、一輛叉車、一個(gè)柱腳的(de)集中荷載等，或者是一個(gè)區(qū)域中某個(gè)小區(qū)域的(de)荷載，如一座辦公樓中的(de)機房(fáng)，保險櫃室。一般情形下(xià)，集中荷載是對(duì)于平均荷載而言的(de)。集中荷載往往會遠(yuǎn)遠(yuǎn)的(de)大(dà)于平均荷載。比如平面倉庫中行駛的(de)叉車形成的(de)局部集中荷載，立體庫貨架柱腳的(de)荷載，提升機的(de)柱腳荷載等，往往是平均荷載的(de)幾倍。局部荷載主要影(yǐng)響建築樓闆的(de)設計，有些設計，隻要将局部荷載可(kě)能出現的(de)區(qū)域進行加強，以降低建築的(de)成本。局部荷載的(de)安全系數要計算(suàn)清楚，一般情況下(xià)，對(duì)于不清楚的(de)可(kě)能工況，要取一個(gè)大(dà)于1的(de)安全系數，這(zhè)是非常必要的(de)。

        3 抗震等級問題

        我國的(de)物(wù)流建築設計，對(duì)抗震要求有嚴格的(de)規定。抗震等級既與是否位于地震帶即地區(qū)有關，也(yě)與建築物(wù)的(de)重要性和(hé)所在城(chéng)市的(de)重要性有關。如北(běi)京，建築的(de)設防等級是8級，這(zhè)是一個(gè)比較高(gāo)的(de)等級了(le)。

        對(duì)物(wù)流系統而言，分(fēn)爲物(wù)流建築和(hé)物(wù)流設備。物(wù)流建築應嚴格按照(zhào)建築設計規範進行，但物(wù)流設備的(de)設計，卻沒有硬性的(de)規定。如按照(zhào)建築物(wù)的(de)設計等級來(lái)設計，則可(kě)能存在很大(dà)的(de)困難。如對(duì)立體庫貨架來(lái)說，按照(zhào)8級烈度設防，由于貨架結構的(de)限制，幾乎就無法達到，或代價是7級烈度的(de)幾倍。對(duì)于這(zhè)一情況，我個(gè)人(rén)的(de)意見還(hái)是要看實際情況。一般用(yòng)途的(de)自動化(huà)立體庫，托盤是存放在橫梁上的(de)，并沒有特殊的(de)固定裝置，一旦發生地震，貨架發生晃動，托盤就會跌落，這(zhè)時(shí)往往不是貨架在地震力下(xià)發生垮塌，而是托盤跌落造成貨架損壞，進而發生垮塌。因此，如果不能限制托盤的(de)移動的(de)話(huà)，貨架強度即使按照(zhào)8級烈度設防，也(yě)會發生貨物(wù)跌落，貨架垮塌的(de)事故。也(yě)就是說，在這(zhè)種情況下(xià)是沒有必要按照(zhào)8級設防的(de)。但特殊的(de)情形下(xià)，如重要的(de)軍事物(wù)資倉庫，可(kě)能還(hái)需要采取特殊的(de)防護措施，如增加防止托盤貨物(wù)跌落的(de)安全裝置等，才能起到應有的(de)作用(yòng)。另一方面，從地震設防的(de)原則分(fēn)析，主要是防止建築的(de)整體垮塌，造成重大(dà)人(rén)員(yuán)傷亡，或對(duì)逃生造成重大(dà)影(yǐng)響。好在立體庫一般是全自動無人(rén)操作的(de)，不會造成重大(dà)人(rén)員(yuán)傷亡，因此，采用(yòng)7級烈度設防是可(kě)以接受的(de)。

        分(fēn)析垮塌的(de)立體庫事故，一個(gè)共同的(de)特點是貨架的(de)垂直拉杆設計缺陷或并不符合要求。因此，對(duì)于處于地震帶和(hé)重要城(chéng)市的(de)立體庫設計，加強垂直斜拉杆的(de)設計，如增加拉杆的(de)強度，或增加拉杆的(de)組數，都會有很好的(de)效果。有些普通(tōng)高(gāo)層貨架，也(yě)應該增加斜拉杆，以避免局部失穩後發生整體垮塌。當然，進行詳細的(de)力學分(fēn)析是必不可(kě)少的(de)。

        另一方面，無論從成本還(hái)是安全性考慮，對(duì)于需要8級烈度設防的(de)立體庫而言，降低高(gāo)度是必要的(de)。例如，貨架高(gāo)度降低到10米以下(xià)，其抗震性能就會好很多(duō)，而且出現垮塌的(de)風險也(yě)會小很多(duō)。

        4 貨架承載問題

        貨架承載問題也(yě)是一個(gè)容易被忽視的(de)問題。我國發生過多(duō)次貨架垮塌事故，有些是操作問題，有些則是設計問題。很多(duō)貨架設計單位事實上是沒有力學分(fēn)析能力的(de)，他(tā)們憑借的(de)是所謂的(de)經驗，以及無知無畏，直到造成無可(kě)挽回的(de)損失才後悔莫及。

        貨架結構簡單，但計算(suàn)并不簡單。其中既有結構簡化(huà)問題，也(yě)有載荷簡化(huà)問題，要完成貨架的(de)力學分(fēn)析，需要具備完備的(de)力學知識。有時(shí)，有針對(duì)的(de)力學試驗對(duì)于确定計算(suàn)模型和(hé)修正分(fēn)析結果是必要的(de)。值得(de)一提的(de)是，力學是一門非常複雜(zá)的(de)學科，并非通(tōng)過幾周的(de)突擊學習(xí)就可(kě)以掌握。因此，貨架的(de)設計單位或生産單位，應重視力學分(fēn)析的(de)重要性，并爲此花費必要的(de)成本。

        貨架設計的(de)關鍵不隻是立柱斷面的(de)型式，整個(gè)結構型式也(yě)非常重要。此外，同樣重要的(de)還(hái)有橫梁、拉杆的(de)設計，地面的(de)連接方式，以及橫梁的(de)挂孔形狀等。橫梁的(de)挂孔形狀，直接影(yǐng)響橫梁和(hé)立柱的(de)連接強度，影(yǐng)響立柱強度，很多(duō)企業僅僅是爲了(le)區(qū)分(fēn)貨架是自己産的(de)，而随意改變挂孔形狀，其實是非常危險的(de)。

        由于貨物(wù)擺放的(de)随意性，所以貨架的(de)設計是按照(zhào)最不利情況考慮的(de)，并考慮一定的(de)安全系數。橫梁應按照(zhào)最大(dà)荷載考慮，立柱也(yě)是。有的(de)貨架很高(gāo)，可(kě)以采用(yòng)變截面以節省材料，這(zhè)是比較常見的(de)策略。

        影(yǐng)響貨架安全系數的(de)，還(hái)有應用(yòng)的(de)場(chǎng)合，如比較均衡的(de)重載場(chǎng)合，安全系數應高(gāo)一些，反之，則可(kě)以取低一些。但不管怎樣，安全系數度不應低于1.2~1.4，這(zhè)是考慮了(le)材料及加工缺陷以及防範意外荷載所必須的(de)。

        5 庫存貨位問題

        很多(duō)倉庫設計完成後，在上線運行時(shí)往往出現貨位數不夠用(yòng)的(de)問題。這(zhè)是沒有充分(fēn)考慮庫存貨位安全性引起的(de)。

        設計中庫存貨位的(de)安全系數，是指庫存貨位與庫存量的(de)一個(gè)換算(suàn)關系。一般來(lái)說，貨位的(de)理(lǐ)想儲存能力與實際儲存能力之間是有較大(dà)差異的(de)。主要有兩個(gè)方面的(de)因素：

        一是托盤的(de)平均裝載率問題。我們知道，托盤裝載率與貨物(wù)的(de)包裝尺寸有關，也(yě)與零頭的(de)數量有關。一個(gè)标準托盤，當面對(duì)不同的(de)貨物(wù)時(shí)，其裝載率是不同的(de)，其差異會在0.5~0.9之間，即最不利情況可(kě)能隻有50%的(de)裝載率，最大(dà)的(de)可(kě)能則能達到90%左右。一般情況是：貨物(wù)包裝尺寸越小，裝載率會越高(gāo)，但也(yě)有例外，即貨物(wù)包裝尺寸與托盤尺寸正好形成倍數關系，這(zhè)時(shí)的(de)裝載率達到最高(gāo)。因此，在計算(suàn)裝載率時(shí)，應根據具體情況确定合适的(de)平均裝載率，才能使設計滿足實際的(de)要求。

        二是零頭托盤，零頭托盤即每次收貨後的(de)不滿托盤，也(yě)會影(yǐng)響整體裝載率。庫存SKU越多(duō)，批次越多(duō)，零頭托盤就會越多(duō)，這(zhè)是可(kě)以想象得(de)到的(de)。理(lǐ)論上講，如果批次達到10000個(gè)，零頭托盤差不多(duō)就會有10000個(gè)，這(zhè)對(duì)庫存的(de)影(yǐng)響是不容忽視的(de)。

        綜合以上，貨位數的(de)設計應該是理(lǐ)論庫存除以平均裝載率。此外，還(hái)應考慮一定的(de)冗餘數，已備不時(shí)之需。

        以上主要講了(le)托盤貨位數，其它形式的(de)貨位數，如箱貨位也(yě)是如此。這(zhè)裏不再贅述。

        6 設備能力問題

        人(rén)們經常感到困惑的(de)問題是，系統設計能力與實際運行能力差異甚大(dà)。如立體庫的(de)出入庫能力，分(fēn)揀機的(de)分(fēn)揀能力，穿梭車、AGV的(de)作業能力，提升機的(de)作業能力等等。究其原因，也(yě)是對(duì)設備能力的(de)分(fēn)析不足所導緻的(de)。

        設備能力的(de)安全系數，即理(lǐ)論值與實際值的(de)比值。從根本上講，這(zhè)不應被視爲一種安全系數，因爲理(lǐ)論值與實際值之間本身就存在差異。

        以自動化(huà)立體庫爲例，通(tōng)過理(lǐ)論計算(suàn)，我們可(kě)以獲知堆垛機的(de)作業能力和(hé)輸送機的(de)作業能力，從而确定立體庫的(de)綜合作業能力N，但這(zhè)隻是理(lǐ)論值。實際作業中，由于作業幾乎不能達到滿負荷狀态，如輸送機并不能達到一個(gè)托盤連接一個(gè)托盤的(de)作業量，堆垛機并不能一次作業連接另一次作業，或完全執行複合作業。因此，實際測試所能達到的(de)能力比理(lǐ)論值會有一個(gè)差異，有時(shí)這(zhè)個(gè)差異還(hái)會比較大(dà)。此外，再加上調度問題，設備及軟件故障問題，系統工作能力還(hái)會打折扣，所以，立體庫系統最終的(de)實際能力可(kě)能隻有理(lǐ)論值的(de)80%左右。

        在系統能力設計方面，有一個(gè)現象是物(wù)流系統中容易被忽視的(de)，就是作業的(de)不均衡性。作業不均衡是客觀存在的(de)，一天之中，往往隻有少數時(shí)間系統達到飽和(hé)作業狀态，大(dà)部分(fēn)時(shí)間都處于作業不飽和(hé)狀态。特别是一個(gè)波次的(de)結束或一天作業的(de)結束階段，系統任務會因爲在各環節之間的(de)不均衡，而使得(de)實際作業時(shí)間比預期的(de)要長(cháng)很多(duō)。比如立體庫作業，如果一個(gè)波次中某一個(gè)巷道的(de)任務特别的(de)多(duō)，那麽整個(gè)波次完成時(shí)間會因爲這(zhè)個(gè)巷道的(de)作業時(shí)間而延長(cháng)。這(zhè)在設計中是要特别注意規避的(de)。

        除了(le)以上列出的(de)6個(gè)方面的(de)問題外，在實際設計中，還(hái)有很多(duō)類似問題，如疲勞問題、可(kě)靠性問題、設備工況問題、材料選型問題、工作時(shí)間問題等，都涉及到安全系數方面的(de)問題，本文限于篇幅不一一例舉。總之，設計中的(de)安全系數選擇是一個(gè)關鍵問題，也(yě)是一個(gè)常見的(de)複雜(zá)問題，甚至關系到設計的(de)成敗，所以每一個(gè)設計人(rén)員(yuán)應花大(dà)力氣予以重視，做(zuò)到靈活運用(yòng)。