本文是一篇物流论文，文章通过提出一种新型可换货叉的堆垛机与组合式多规格货架相结合，可使一台堆垛机自动化存取多种规格的货物，这样在满足企业出入库流量的前提下可以为企业节约大量的设备成本、降低设备闲置率等。
第一章绪论
第一节研究背景及意义
一、选题背景
自动化仓储系统是现代物流系统的核心和支柱，不仅能够提高工作效率还可为企业创收。过去，为了提高响应能力，许多企业都会将产品设计成标准化和统一化，以便于大规模生产。随着消费者对个性化服务的需求日益增长，产品种类和规格逐渐变得多样和复杂，企业也不再满足于传统的单一品种或大规模的生产模式，而是开始采用更灵活、更具创新和更具竞争力的多品种、多规格及小批量生产模式（Lin et al，2022）[1]。然而，生产模式的改变对原有的生产系统提出了更高的要求，若原系统与当前生产模式不兼容，则将对企业现有的生产效率和效益造成损害，从而阻碍制造业实现高质量发展（李涛，2021）[2]。因为其产品规格的变化同样对企业原有的仓储系统适应性提出了挑战，即传统单一规格的库存管理系统是否能满足当前多品种、多规格及小流量的仓储需求（郑建国，2018）[3]。
尽管自动化立体仓库已在推广使用，但标准化的自动化立体仓储系统柔性差，很难对产品规格的变化做出有效反应，这导致部分中小企业有关多品种、多规格及小流量的自动化仓储需求并未被满足。由于企业货物存储量需求大，使用自动化立体仓储会更加经济，而如何解决产品多样化的自动化仓储问题成了关键。例如经营日常消费品的大型百货商店，正在面临着自动化仓储的柔性挑战。因此，为了更好地适应当今的生产方式和市场需求，改善现有的仓储管理成为当务之急。
常用的巷道式标准化立体仓库可以解决总存储量大的问题，但无法有效解决多规格物料的自动化搬运及存储；箱式堆垛机可以解决部分多规格的存储问题，但其层高和箱式容量也限制了存储量和物料规格。此外，产品种类繁多且需求量和需求时间的不确定性，导致单个巷道配备一台堆垛机的自动化立体仓库缺乏适用性。
第二节国内外研究现状
一、堆垛机研究现状
堆垛机是常见的自动化立体仓库货物出入库搬运设备，其结构主要由机架、运行机构、起升机构、载货台、货叉、电器设备及安全保护装置组成（郭环，2002）[6]，而杨宏等（2004）[7]和Baryshnikova（2021）[8]详细介绍了堆垛机结构的设计思路和要点。其中，堆垛机的研究和设计因具体的作业需要而各有不同，但总体而言主要是从堆垛机的作业调度、安全保护、内部结构及参数等方面进行优化，根据本文的设备设计需要，因而对堆垛机的文献查阅主要从其调度优化和构成设计等方面进行。
首先，堆垛机的调度优化常见的研究方法有建立目标模型和仿真，例如基于任务分配优化模型（Salah，2021）[9]、堆垛机命令调度优化（Qiu，2020）[10]、基于复合式拣选方式建立模型优化堆垛机的任务顺序（杨小明等，2021）[11]，郑振宇等（2019）[12]建立了基于离散事件的动态系统仿真模型，通过调整参数值去实现调度的优化。此外，在路径优化方面，李媛媛等（2019）[13]以堆垛机运行时间最短为基础进行出入库路径优化，Li et al（2021）[14]基于改进的贪心算法划求解出堆垛机作业的最优路径，而Shanshan et al（2019）[15]对堆垛机选择路径建立了模型进行优化。以上属于外部型优化，对于本文所设计的堆垛机后期仿真具有一定的参考价值，例如复合拣选方式加上最短路径的总体调度设计。
其次是对堆垛机的设备构成进行新的设计或改造。JIANG et al（2021）[16]以最大化刚度为优化目标，优化了龙门柱和三层货叉结构，而Luet al（2020）[17]则通过改变堆垛机的关键结构，设计了新型轻型高速堆垛机。此外，于彩敏等（2014）[18]提出采取四级双伸位货叉，增大堆垛机的一次取货量，从而提高堆垛机的效率。除对整体进行设计外，还有部分研究学者选择对货叉进行研究，例如刘传奇（2020）[19]提出一种容易更换新货叉的结构，而黄红军（2021）[20]设计了一种可以柔性伸缩的货叉，徐其航等（2022）[21]也在此领域中通过研究确定了堆垛机和货叉的性能参数和结构形式，对其提出了优化设计方案。汲取以上研究的优势之处，根据本文研究对象需要设计了新型堆垛机。
第二章柔性仓储系统理论研究基础
第一节柔性理论研究概述
一、柔性理论研究概述
目前，全球的制造趋势因客户的个性化需求而发生改变，产品从以往的单一规格逐渐变为多规格和多品种，而提升系统的柔性可以提高整体快速响应客户需求的能力，进而使得柔性成为一种解决方案（Slack，1987）[51]。柔性被定义为一个系统应对不断变化的环境的能力，且系统的柔性体现了企业的竞争价值（Gupta et al，1989）[52]。因为对需求不确定性作出适当反应的能力将决定企业的稳定性和盈利能力，而柔性的竞争价值就在于它能够中和需求不确定性的影响（Swamidass，1985）[53]。
柔性取决于其范围和适应的易用性，即定义柔性程度的两个主要参数是改变的范围和改变特性的难易程度，例如自动化物流的柔性是指在生产过程中从一种产品类型转换到另一种产品类型的能力，可以通过给定的设备组合进行转换，或设备变更或变化的形式（Vos，2001）[54]。因而柔性也被描述为可处理各种类型部件，快速进行模型转换，对零件变更进行快速响应（Rosati，2013）[55]。根据进一步的研究，柔性被定义为用于描述系统对数量要求、产品组合要求、机器状态和处理能力的变化做出经济有效的响应能力（Custodio et al，2020）[56]。
为了达到制造业的高响应性，企业需要不同类型的柔性。因而柔性的提升可以是多方面的，Browne et al（1984）[57]将柔性分类为设备、工艺流程、产品、工艺路线、容积、扩展、经营和生产，还包括企业文化、市场、库存、企业战略等其他方面（Johansen，2014）[58]。
第二节柔性仓储理论研究概述
一、柔性仓储系统理论研究概述
为满足生产需求和提升制造系统的灵活性，制造业率先引入了柔性自动化打造柔性制造系统（FMS）（Ojstersek et al，2020）[65]，该系统旨在用于多类型、产模式的大量兴起，仓储作为供应链的核心组成部分，也在逐渐从以往的自动化仓储逐渐转为自动化柔性仓储。柔性自动化技术在仓储行业的发展路程如下：
早期阶段：传统的手工仓储管理，使用人工劳动力进行仓库操作和管理。2.自动化仓储阶段：随着自动化技术的发展，仓储行业开始引入自动化设备，如自动输送线、自动叉车等，提高了仓库的效率和准确性。
3.智能化仓储阶段：随着物联网、云计算、大数据等技术的发展，仓储行业开始引入智能化技术，如智能仓储系统、机器人等，提高了仓库的自动化程度和智能化水平。
4.柔性自动化阶段：随着人工智能、机器学习、自然语言处理等技术的发展，仓储行业开始引入柔性自动化技术，如自适应机器人、智能调度系统等，使仓库的自动化程度更加灵活和智能化。
未来，随着技术的不断进步和应用的不断深入，柔性自动化技术将在仓储行业发挥越来越重要的作用，提高仓库的效率和准确性，为仓储行业带来更多的发展机遇。
第三章 自动化柔性立体仓储系统模型研究 ......................... 19
第一节 柔性仓储系统基本概念介绍 ............................. 19
一、柔性仓储单元基本概念及设备组成 .......................... 19
二、柔性仓储系统的概念设备模型研究 ........................... 19
第四章 某家电企业柔性仓储系统应用分析 ........................................ 34
第一节 自动化柔性仓储系统应用案例方案 ..................................... 34
一、案列基本介绍 .................................. 34
二、柔性物料单元模组化规格设计 ............................. 35
第五章 结论与展望 ....................................... 69
第一节 结论 ...................................... 69
第二节 展望 ................................... 70
第四章某家电企业柔性仓储系统应用分析
第一节自动化柔性仓储系统应用案例方案
一、案列基本介绍
某X家电企业因产品定位不明确导致库存问题状况百出，周卫标等（2018）利用ABC分类法并结合出库频率、销售额及产品缺货风险等3重指标优化库存管理方法。为提升管理全面性，该方法考虑了其他影响库存的因素，进而采取多指标分类。本文拟根据ABC分类法得出的产品分类作为权重，对后续不同大小的物料规格进行加权平均，以提升仓储设计的合理性。结合本文的研究需要，将直接引用周卫标等（2018）[78]研究中的X家电企业的产品分类数据，为方便后续的权重统计，本文对分类结果A、B、C分别按照7、5、3的分数进行综合得分及其占比的计算，占比结果即为权重，具体如表4.1所示。
第五章结论与展望
第一节结论
近年来，中国在《中国制造2025》的推进下，已经从一个制造大国逐渐发展成为一个制造强国。这一过程中，传统的粗放型、低效率的生产模式已经被信息化、精益化、智能化所取代。同时，随着人们对于服务的日益重视，许多商品的生产模式已经从传统的大规模、流水线型转变为更加灵活的个性化定制。这种生产模式的转变导致产品从标准化逐渐发散为非标准化，对原有的自动化仓储系统提出了柔性要求——即原来的仓储系统是否适应新的产品规格的仓储需求。“柔性化”是一种全新的解决方案，它可以帮助企业更好地适应当前的生产制造模式，并且将成为中国制造业未来的重要发展方向。
当今中小企业正面临着多品种、多规格及小流量的自动化存储难题，标准化的自动化仓储系统对物料规格的改变缺乏柔性和适应性，因而柔性自动化技术需要拓展专业技术的应用领域，帮助我国中小企业适应现代化的变革需要。针对多品种、多规格及小流量的自动化存储问题，本文根据加工中心换刀具的思想以及柔性化技术的发展现状提出一种新型的自动化柔性仓储模式，其中主要技术性设备包括新型的换叉式堆垛机和组合式多规格货架。
文章通过提出一种新型可换货叉的堆垛机与组合式多规格货架相结合，可使一台堆垛机自动化存取多种规格的货物，这样在满足企业出入库流量的前提下可以为企业节约大量的设备成本、降低设备闲置率等。因而本文的主要研究内容及成果包括以下几点：
一是根据多规格的存储需求提出了一种组合式多规格立体货架。根据性价比的优势，将多规格货架的原型定位为横梁式货架，再根据不同货架单元及不同的组合方式，提出单排统一规格和单排混合规格的两种组合方式，为后续的自动化存储奠定基础。
二是提出可换货叉的堆垛机理论模型。根据柔性自动化技术在生产系统的发展，结合加工中心更换刀具的思想，考虑用一台设备搬运货物以解决高层货架中规格限制和流量不均的问题。可换货叉的堆垛机包括堆垛机主体、符合货物规格的货叉单元以及放置货叉的货叉库单元。
参考文献（略）