在物流系統設計中，安全系數的設定是一個經常困擾大家的問題，不僅對于新的設計人員，也有很多老的工程師為此感到困惑。今天就幾個常見的安全系數問題，談談我的認知，并與大家一起探討。對與不對，還得讀者自己去揣摩體會。

        1 用電負荷問題

        用電負荷是自動化物流系統經常遇到的問題，也是一個比較難的問題，一般來說，總用電負荷是將全部設備負荷累計后，乘以一個“同時系數”。所謂“同時系數”，就是設備可能同時啟動的概率，這一系數要小于等于1，但到底取值多少，非常復雜，尤其在比較復雜的系統中，更是難以準確計算。以下就幾個典型工況進行分析。

        立體庫堆垛機系統：堆垛機的電機一般由起升、運行、貨叉幾部分組成，起升與運行一般會同時啟動，但貨叉不會，所以，計算堆垛機的用電負荷時，只要計算起升+運行電機的負荷即可。如果一個系統有多臺堆垛機，存在同時工作的概率是很高的（分區工作的情形有例外），因此，一般情況下，堆垛機的用電負荷是每臺堆垛機的起升+運行電機，乘以臺數。

        托盤輸送機系統：托盤輸送機是自動化立體庫不可缺少的外圍設備。要計算托盤輸送機系統的“同時系數”就比較困難。一般來說，輸送機由于控制的方式不同，同時系數的取值也不同。絕大部分的系統，同時系數都會小于0.5，有些流量不高的系統，同時系數更低。

        箱式輸送機系統：與托盤輸送機不同，箱式輸送機的同時系數會高一些，特別是箱式輸送機由于分段問題、控制問題等千差萬別，往往會對“同時系數”產生較大影響。一般情況下，箱式輸送機的“同時系數”不會大于0.7。

        要注意的是，物流系統中的一些單機設備。如提升機、電梯、分揀機等，以及AGV、叉車的充電樁，往往功率比較大。需要單獨計算，其同時系數往往取值要高一些，一般為了簡化，取值為1是比較常見的。

        2 基礎承載問題

        基礎承載也是一個常見問題。人們對于物流系統的基礎承載往往存在一些不正確的認識，往往是對實際的工況不了解或對載荷的性質不清楚所導致的。

        平均荷載：所謂平均荷載，即一個區域內的所有載荷除以區域面積所得的值。平均荷載包括最大可能的貨物重量，結構自重，以及隨機的移動載荷等，其實要精確計算也是比較困難的。很多時候，我們會取一個上限作為設計依據。平均荷載作為建筑物基礎，對梁、柱，尤其是樁基的設計非常重要，是關鍵指標之一。貨物總重量其實是一個變量，無論是平庫還是立體庫，我們在絕大多數情況下幾乎不可能填滿整個空間。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，在計算平均荷載時，其安全系數可以根據產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生。如立體庫的基礎平均荷載，就是貨架區域內所有貨位放滿貨物后，加上貨架本身自重，以及設備自重等，除以面積得來。其安全系數取值一般會低于1。如存放比較單一的標準產品，如酒水、牛奶、紙一類的產品，系數會高一些。如果存放綜合類產品，如日用品、藥品之類，則系數可以低一些。對于平庫也是如此。但平庫是人工操作，往往會存在違規操作問題，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。比如一個托盤、一輛叉車、一個柱腳的集中荷載等，或者是一個區域中某個小區域的荷載，如一座辦公樓中的機房，保險柜室。一般情形下，集中荷載是對于平均荷載而言的。集中荷載往往會遠遠的大于平均荷載。比如平面倉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計，有些設計，只要將局部荷載可能出現的區域進行加強，以降低建筑的成本。局部荷載的安全系數要計算清楚，一般情況下，對于不清楚的可能工況，要取一個大于1的安全系數，這是非常必要的。

        3 抗震等級問題

        我國的物流建筑設計，對抗震要求有嚴格的規定。抗震等級既與是否位于地震帶即地區有關，也與建筑物的重要性和所在城市的重要性有關。如北京，建筑的設防等級是8級，這是一個比較高的等級了。

        對物流系統而言，分為物流建筑和物流設備。物流建筑應嚴格按照建筑設計規范進行，但物流設備的設計，卻沒有硬性的規定。如按照建筑物的設計等級來設計，則可能存在很大的困難。如對立體庫貨架來說，按照8級烈度設防，由于貨架結構的限制，幾乎就無法達到，或代價是7級烈度的幾倍。對于這一情況，我個人的意見還是要看實際情況。一般用途的自動化立體庫，托盤是存放在橫梁上的，并沒有特殊的固定裝置，一旦發生地震，貨架發生晃動，托盤就會跌落，這時往往不是貨架在地震力下發生垮塌，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移動的話，貨架強度即使按照8級烈度設防，也會發生貨物跌落，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級設防的。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措施，如增加防止托盤貨物跌落的安全裝置等，才能起到應有的作用。另一方面，從地震設防的原則分析，主要是防止建筑的整體垮塌，造成重大人員傷亡，或對逃生造成重大影響。好在立體庫一般是全自動無人操作的，不會造成重大人員傷亡，因此，采用7級烈度設防是可以接受的。

        分析垮塌的立體庫事故，一個共同的特點是貨架的垂直拉桿設計缺陷或并不符合要求。因此，對于處于地震帶和重要城市的立體庫設計，加強垂直斜拉桿的設計，如增加拉桿的強度，或增加拉桿的組數，都會有很好的效果。有些普通高層貨架，也應該增加斜拉桿，以避免局部失穩后發生整體垮塌。當然，進行詳細的力學分析是必不可少的。

        另一方面，無論從成本還是安全性考慮，對于需要8級烈度設防的立體庫而言，降低高度是必要的。例如，貨架高度降低到10米以下，其抗震性能就會好很多，而且出現垮塌的風險也會小很多。

        4 貨架承載問題

        貨架承載問題也是一個容易被忽視的問題。我國發生過多次貨架垮塌事故，有些是操作問題，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，他們憑借的是所謂的經驗，以及無知無畏，直到造成無可挽回的損失才后悔莫及。

        貨架結構簡單，但計算并不簡單。其中既有結構簡化問題，也有載荷簡化問題，要完成貨架的力學分析，需要具備完備的力學知識。有時，有針對的力學試驗對于確定計算模型和修正分析結果是必要的。值得一提的是，力學是一門非常復雜的學科，并非通過幾周的突擊學習就可以掌握。因此，貨架的設計單位或生產單位，應重視力學分析的重要性，并為此花費必要的成本。

        貨架設計的關鍵不只是立柱斷面的型式，整個結構型式也非常重要。此外，同樣重要的還有橫梁、拉桿的設計，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度，影響立柱強度，很多企業僅僅是為了區分貨架是自己產的，而隨意改變掛孔形狀，其實是非常危險的。

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

        影響貨架安全系數的，還有應用的場合，如比較均衡的重載場合，安全系數應高一些，反之，則可以取低一些。但不管怎樣，安全系數度不應低于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

        很多倉庫設計完成后，在上線運行時往往出現貨位數不夠用的問題。這是沒有充分考慮庫存貨位安全性引起的。

        設計中庫存貨位的安全系數，是指庫存貨位與庫存量的一個換算關系。一般來說，貨位的理想儲存能力與實際儲存能力之間是有較大差異的。主要有兩個方面的因素：

        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，也與零頭的數量有關。一個標準托盤，當面對不同的貨物時，其裝載率是不同的，其差異會在0.5~0.9之間，即最不利情況可能只有50%的裝載率，最大的可能則能達到90%左右。一般情況是：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，這時的裝載率達到最高。因此，在計算裝載率時，應根據具體情況確定合適的平均裝載率，才能使設計滿足實際的要求。

        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，這是可以想象得到的。理論上講，如果批次達到10000個，零頭托盤差不多就會有10000個，這對庫存的影響是不容忽視的。

        綜合以上，貨位數的設計應該是理論庫存除以平均裝載率。此外，還應考慮一定的冗余數，已備不時之需。

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

        6 設備能力問題

        人們經常感到困惑的問題是，系統設計能力與實際運行能力差異甚大。如立體庫的出入庫能力，分揀機的分揀能力，穿梭車、AGV的作業能力，提升機的作業能力等等。究其原因，也是對設備能力的分析不足所導致的。

        設備能力的安全系數，即理論值與實際值的比值。從根本上講，這不應被視為一種安全系數，因為理論值與實際值之間本身就存在差異。

        以自動化立體庫為例，通過理論計算，我們可以獲知堆垛機的作業能力和輸送機的作業能力，從而確定立體庫的綜合作業能力N，但這只是理論值。實際作業中，由于作業幾乎不能達到滿負荷狀態，如輸送機并不能達到一個托盤連接一個托盤的作業量，堆垛機并不能一次作業連接另一次作業，或完全執行復合作業。因此，實際測試所能達到的能力比理論值會有一個差異，有時這個差異還會比較大。此外，再加上調度問題，設備及軟件故障問題，系統工作能力還會打折扣，所以，立體庫系統最終的實際能力可能只有理論值的80%左右。

        在系統能力設計方面，有一個現象是物流系統中容易被忽視的，就是作業的不均衡性。作業不均衡是客觀存在的，一天之中，往往只有少數時間系統達到飽和作業狀態，大部分時間都處于作業不飽和狀態。特別是一個波次的結束或一天作業的結束階段，系統任務會因為在各環節之間的不均衡，而使得實際作業時間比預期的要長很多。比如立體庫作業，如果一個波次中某一個巷道的任務特別的多，那么整個波次完成時間會因為這個巷道的作業時間而延長。這在設計中是要特別注意規避的。

        除了以上列出的6個方面的問題外，在實際設計中，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、工作時間問題等，都涉及到安全系數方面的問題，本文限于篇幅不一一例舉。總之，設計中的安全系數選擇是一個關鍵問題，也是一個常見的復雜問題，甚至關系到設計的成敗，所以每一個設計人員應花大力氣予以重視，做到靈活運用。