XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Механизированная прокрутка роликов гравитационных стеллажей
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Складское хозяйство охватывает множество разнообразных компонентов логистической системы и по этой причине не попадает под строгие классификационные схемы, применяемые к таким видам деятельности, как обработка заказов, управление запасами или транспортировка. Обычно склад рассматривают как место хранения запасов. На складах выполняются погрузочно-разгрузочные, сортировочные, комплектовочные и некоторые специфические технологические операции. Однако во многих логистических системах роль его заключается не столько в хранении, сколько в распределении продуктов, обеспечивая тем самым демпфирование (сглаживание) несоответствий на различного рода стыках между темпом и характером поступления этих продуктов, с одной стороны, и потребления - с другой.
Одной из таких задач является исключение излишне длительного хранения товара на складе, так как это ведёт к дополнительным финансовым издержкам предприятия. Весь товар хранящийся на складе должен быть своевременно и в порядке установленной очерёдности отгружен.
В данной работе будет рассмотрен метод FIFO в складском учёте и один из способов его реализации с помощью системы гравитационных стелажей. А также будет предложена модернизация стеллажной системы для обеспечения более стабильной работы.
Цель исследования: создание модели «Гравитационная стеллажная система с механизированной прокруткой роликов» с помощью конструктора Lego Wedo 2.0, которая продемонстрирует возможность решения проблемы застревания грузов на гравитационных стеллажах.
Задачи исследования:
Подробно изучить цели и задачи метода FIFO в складском учёте.
Подробно изучить гравитационные стеллажные системы и трудности возникающие в процессе их эксплуатации.
Создать модель «Гравитационные стеллажи с механизированной прокруткой роликов» с помощью конструктора Lego Wedo 2.0.
Создать программу, которая позволит наглядно продемонстрировать работу модернезированной гравитационной стеллажной системы.
Проанализировать результат проделанной работы.
При оформлении проекта и создании программы мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике.
Глава 1. Традиционные системы хранения на складах, их плюсы и недостатки.
Общие сведения.
Процесс хранения товаров начинается с размещения их на складе. Метод размещения выбирают в зависимости от задач, назначения грузов, выбранного способа хранения, необходимости максимального использования объема склада при рациональном расположении секций, предохранения товаров от повреждений, доступности любой ячейки склада для механизмов на крупных складах, быстрого нахождения необходимых товаров.
Различают следующие методы размещения и хранения товаров:
сортовой - товары различных видов и сортов размещаются отдельно друг от друга;
партионный - каждая партия товара, поступившая на склад, хранится отдельно, при этом в состав партии товаров могут входить товары различных видов и наименований;
партионно-сортовой - каждая партия поступивших на склад товаров хранится обособленно, при этом внутри партии товары разбираются по видам и сортам и также размещаются отдельно;
по наименованиям - товары каждого наименования хранятся отдельно.
Для быстрого размещения и отбора, обеспечения требуемых режимов хранения разрабатывают схемы размещения товаров, предусматривая постоянные места хранения, возможность наблюдения за сохранностью и ухода за ними. При разработке схем принимаются во внимание периодичность и объемы поступления и отгрузки товаров, оптимальные способы укладки, условия их отгрузок, а для некоторых видов товаров - и «правильное соседство». В отдельных случаях, если нужна свобода маневра, применяют переменные места хранения товаров.
При размещении товаров следует придерживаться принципа «чаще спрос - ближе к проезду (проходу)». Товары ежедневного спроса хранятся в непосредственной близости от зоны отгрузки или выдачи.
На крупных складах с большим объемом товарооборота каждую ячейку делают таких размеров, которые позволяют разместить в ней партию товара вместе с поддоном или в ящике, в котором он прибыл, причем проезды между стеллажами должны быть достаточны для работы погрузчиков с боковым перемещением вил.
На складах для мелкооптовой и розничной торговли товары чаще всего размещают в соответствии с группировкой по размерам. На складах имеются секции для крупных и мелких товаров. Для разных товаров нужны различные соотношения количеств мелких, средних и больших ячеек на складе, различные размеры ячеек по глубине. Фирмы, специализирующиеся на изготовлении складского оборудования, разрабатывают типовые схемы и модели разборных стеллажей для разных товаров, поэтому дешевле купить готовые разборные стеллажи с переменной высотой ячеек, чем изготавливать их по собственным эскизам, а впоследствии либо их переделывать, либо мириться с неэкономичным размещением товаров на складе.
Для увеличения количества ячеек, улучшения метода хранения, ускорения отбора товаров специфической формы на свободных участках стен, на колоннах и торцах стеллажей устанавливают стенды со штырями. Стенды используют для размещения в подвешенном состоянии гибких товаров - шлангов, тросов, т.е. товаров, хранение которых в лежачем положении не позволяет из-за их формы экономично использовать объемы ячеек и неудобно для отбора.
Независимо от того, крупный склад или небольшой, обязательно следует вести единую адресную систему размещения товаров, иначе неизбежны потери товаров, пересортица и убытки. Это важно для обеспечения увеличения оборота, исключения ошибок в размещении товаров и быстрого нахождения их даже новыми сотрудниками после короткого инструктажа.
Основные способы хранения.
Наиболее распространёнными являются штабельный и стеллажный способы хранения.
При штабельном хранении товары размещаются в несколько рядов. При этом какое-либо специальное оборудование для этого не используется. Такой метод актуален для складирования однородной продукции, которая упаковывается в картонные коробки, ставится на поддоны, мешки, бочки, ящики и прочие виды тары.
Штабельное хранение товаров, уложенных на стоечные и ящичные поддоны, позволяет рациональнее использовать помещения и применять механизмы.
Главными преимуществами штабельной укладки товаров являются:
дешевизна;
простота учета и инвентаризации;
максимальное использование высоты низких складов.
Недостатками же этого способа складирования являются:
ограниченность размещаемого ассортимента;
сложность использования техники при погрузочно-разгрузочных работах;
невозможность достать товар из глубины;
неэффективное использование площади складов с высокими потолками;
сложность автоматизации склада.
При стеллажном способе хранения товары на поддонах, распакованные, а также товары в индивидуальной упаковке укладывают в ячейки стеллажей.
Стеллажное хранение товаров на поддонах удобно, так как при помощи штабелеров поддоны укладывают на полках, расположенных на любой доступной механизмам высоте. На нижних полках можно хранить товары, отбор которых выполняют вручную, на верхних - товары, отгружаемые целиком на поддоне.
Стеллажное хранение имеет ряд преимуществ по сравнению с другими формами складирования.
Основные из них:
более полное использование объема склада за счет увеличения высоты складирования,
строгое фиксирование грузов в зоне хранения,
порядок и организацию на складе, уменьшение временных затрат на подбор заказов,
возможность автоматизирования склада,
большая безопасность складских работ из-за устойчивого складирования грузов.
К недостаткам стеллажного хранения, можно отнести:
сложность переоборудования склада при стационарной установке стеллажей.
стоимость стеллажных конструкций.
необходимость проведения ТО стеллажных конструкций.
ограниченность размещаемого ассортимента
сложность использования техники при погрузочно-разгрузочных работах
Однако, как можно заметить, эти недостатки столь незначительны и экономически обоснованы, что выбор между стеллажным хранением и альтернативным почти всегда решается в пользу первого.
Глава 2. Метод FIFO и условия его реализации в складской логистике.
Актуальность применения метода FIFO.
Отлаженная складская логистика — важное конкурентное преимущество для бизнеса, который занимается производством или реализацией продукции. От того, как товары движутся через склад, как организован учет, какой метод учета используется, зависит эффективность складских процессов. Цифровизация логистики привела к изменениям в работе складов и логистических центров. Сейчас для учета товаров используют системы управления складом (Warehouse Management System, сокращенно WMS), которые позволяют вести точный учет товаров, контролировать сроки хранения, содержат информацию об их расположении, оптимизируют использование складского пространства. Больше информации о том, что такое WMS, вы можете узнать в другой нашей статье.
Однако упорядоченной структуры на складе недостаточно. Чтобы эффективно работать с системами управления складом, необходимо определиться с принципами обработки товара. Для этого в складской логистике используют 3 стратегии — FIFO, FEFO и LIFO. В этой работе мы подробно рассмотрим метод FIFO.
Принцип FIFO в складской логистике.
FIFO это акроним от англоязычных понятий. FIFO расшифровывается как «First In, First Out» («первым пришел — первым ушел»). Принцип FIFO на складе подразумевает отгрузку в первую очередь товара, который поступил на склад раньше всего, затем грузов, которые поступили на хранение вторыми и т.д. Например, на склад поступили две партии консерв. Одна — в первых числах месяца, вторая — в последних. Согласно принципу FIFO, когда поступит заказ, первыми будут отгружать консервы, которые поступили на склад в первых числах месяца ( Рисунок 2.2.1 Приложения).
Главные примущества стратегии FIFO:
Сокращение устаревших запасов. Если продукт устаревает и теряет свою привлекательность для потребителей, бизнес может понести серьезные убытки. Подход FIFO снижает вероятность того, что товар не будет продан до истечения срока годности и потери актуальности на рынке.
Снижение затрат на складскую логистику. Если товар не будет долго находиться на складе, стоимость его хранения будет соответственно ниже.
Повышение уровня удовлетворенности клиентов. Поскольку оборачиваемость запасов на складе высокая, клиенты с меньшей вероятностью получат просроченную или некачественную продукцию. Это повышает уровень доверия потребителей.
Снижение влияния инфляции на бизнес. Инфляция — постоянный процесс. Стоимость производства растет, а отправка запасов, которые были произведены раньше и чья себестоимость ниже, способствует повышению прибыльности бизнеса.
Недостатки стратегии FIFO:
Необходим точный учет товаров. Внедрение FIFO означает целенаправленное отслеживание складских запасов. Нужна грамотная система отслеживания всех товаров которые поступают и отгружаются со склада.
Необходимо правильно организовать складское пространство. Чтобы эффективно реализовать стратегии FIFO и FEFO, склад должен быть тщательно организован. Продукцию, которая давно поступила на склад, необходимо размещать рядом с зоной отгрузки. Для этого нужно иметь достаточно складских площадей и специализированное погрузочно-разгрузочное и стеллажное оборудование.
Условия реализации стратегии FIFO.
Для реализации стратегии FIFO, прежде всего необходимо правильно разместить товар на складе. FIFO предполагает размещения грузов, которые поступили на склад раньше остальных, рядом с зоной отгрузки. Это требует больших складских пространств и грамотной их организации.
Чтобы складские процессы осуществлялись эффективно, бизнесу необходимо приобрести специальное оборудование. Для метода FIFO используют стеллажи гравитационного типа. Под действием силы тяжести грузы перемещают от места разгрузки до места выгрузки. Это позволяет оптимизировать использование грузоподъемной техники. Также это позволяет эффективно отслеживать сроки поступления товара на склад без дополнительного обращения к данным WMS. Ведь в зону выгрузки стеллажа в любом случае первым поступит тот товар, который поступил на склад раньше, а следовательно был загружен на стеллаж в первую очередь.
Глава 3. Гравитационные стеллажи, проблемы эксплуатации и способы их решения
3.1. Конструктивные особеннности гравитационых стеллажей, их основное предназначение.
По устройству несущих конструкций гравитационные стеллажи, очень напоминают описанные ранее набивные системы хранения. Принципиальное отличие состоит в том, что вместо неподвижных горизонтальных направляющих у них имеются установленные под углом 3...5% наклонные роликовые дорожки, по которым паллеты с грузом перемещаются от зоны загрузки к зоне выгрузки. Длина роликовых дорожек может быть разной и достигать 30 м (Рисунок 3.1.1 Приложения), а высота конструкции в принципе не ограничена, но редко превышает 6...8 м. Роликовые дорожки являются сложным устройством с системой стопоров и подтормаживающих механизмов, поэтому стоимость таких стеллажей в 5...10 раз выше, чем фронтальных. Вследствие высокой цены в нашей стране эту систему применяют не часто. Основное ее предназначение – обеспечивать интенсивный грузооборот с соблюдением принципа FIFO (первым пришел – первым ушел), очень важного для работы с товаром ограниченного срока хранения.
Помимо этого такие конструкции решают ряд других задач, а именно:
обеспечивают большой объем хранения на ограниченных складских площадях (стеллажи занимают до 60...70% общей площади склада);
являясь динамической системой, позволяют автоматически перемещать грузы, сокращая пробег техники (груз сам движется от точки загрузки к месту выгрузки);
позволяют разделить зоны загрузки (Рисунок 3.1.2 Приложения) и выгрузки (Рисунок 3.1.3 Приложения), что исключает взаимные помехи, возможные при движении грузоподъемной техники.
Во-вторых, практическое использование имеющихся на стеллаже мест хранения обычно составляет лишь 70% общего возможного числа мест.
Типичным вариантом применения гравитационных стеллажей является накопительно-распределительный склад предприятия, производящего большие объемы продукции с ограниченным сроком хранения (Рисунок 3.1.4 Приложения).
В этом случае приоритетом является отгрузка в соответствии с принципом FIFO. Другой возможный вариант – распределительный центр с большим грузооборотом. Здесь система обеспечивает бесперебойную «подпитку» нужным товаром компактной зоны комплектации. За счет небольшого пробега комплектовщика по фронту стеллажей достигается экономия времени до 30...50%. Для обслуживания гравитационных стеллажей используют любые погрузчики или штабелёры с требуемой высотой подъема.
3.2. Достоинства гравитационных стеллажных систем.
Гравитационные стеллажные системы имеют множество достоинств, среди которых следует отметить следующие:
снижение количества персонала для обслуживания;
сокращение количества используемой погрузочно-разгрузочной техники. Благодаря этому снижается расход энергоресурсов;
увеличение полезной площади склада;
существенный рост грузооборота;
облегчения контроля сроков годности и реализации продукции. При эксплуатации гравитационных стеллажей работает принцип FIFO – первым загружен, первым выгружен;
движение грузовой техники осуществляется только по стеллажному периметру. Это способствует снижению времени работы техники приблизительно на 20%;
хороший обзор грузов, размещённых на стеллаже;
повышается скорость работы в комплектовочных зонах, поскольку снижается вероятность ошибки оператора при сборке заказа.
При использовании в работе склада таких систем для хранения, возможно внедрение автоматизированной системы управления. Такая система облегчит и ускорит поиск груза, контроль за скоропортящимися товарами.
При эксплуатации гравитационных стеллажей предъявляются особые требования к размерам и форме паллет и коробов, что также влечёт за собой определённые неудобства при их использовании.
3.3. Недостатки гравитационных стеллажных систем.
С технической точки зрения паллетные гравитационные стеллажи являются самыми сложными из немеханизированных (неприводных) систем хранения. Наличие в конструкции большого количества подвижных элементов (роликов, тормозных барабанов, сепараторов паллет на стороне выгрузки) приводит к периодическим сбоям в работе. Поэтому за этими стеллажами нужно тщательно следить. В частности, очень важно регулярно настраивать подтормаживающую систему на роликовых дорожках( Рисунок 3.3.1 Приложения).
Основной технической проблемой возникающей в процессе эксплуатации гравитационных стеллажных систем является застревание груза в середине стеллажа, то есть товар не доходит до зоны выгрузки. Это влечёт за собой временные потери и необходимость проталкивания груза вручную, что не безопасно.
Глава 4. Создание модели «Гравитационная стеллажная система с механизированной прокруткой роликов» на базе конструктора Lego Wedo 2.0
4.1 Конструкция и функции модели «Гравитационная стеллажная система с механизированной прокруткой роликов»
Гравитационная стеллажная система на базе конструктора WEDO 2.0 расположена на небольших пластинах Lego.
Всего мы выделили и сконструировали (Рисунок 4.1.1 Приложения) 2 части модели, которые потом соединили в единую систему склада (Рисунок 4.1.2 Приложения).
1 часть- Сортировочный центр [1] . В этой части товар при помощи сортировочного центра распределяется по сортам для дальнейшей транспортировки к месту хранения. Центр запускается напрямую от мотора 1.
2 часть- гравитационная стеллажная система с механизированной прокруткой роликов[2]. Система работает напрямую от мотора 2, который запускает червячную передачу[3] (Рисунок 4.1.3 Приложения), где прямозубая шестерня с помощью зубчатой передачи передает движение на ось, ось вращается и приводит в движение малый шкив (Рисунок 4.1.4 Приложения), с которой начинается система ременных передач (Рисунок 4.1.5 Приложения), вращающих ролики(оси) гравитационного стеллажа. Механизированная прокрутка роликов включается только в момент застревания груза, в остальное время груз самостоятельно под действием силы тяжести перемещается в зону выгрузки товара.
4.2 Программа для запуска модели
Программа для запуска подвижных частей модели состоит из четырех подпрограмм (Рисунок 4.2.1 Приложения): для первого мотора 2 подпрограммы, для второго мотора 2 подпрограммы, начинающиеся с нажатия клавиш с цифрами. У каждого мотора свой индекс. Программы содержат как линейный код, так и циклический.
4.3 Демонстрация работы гравитационной стеллажной системы с механизированной прокруткой роликов
Презентация проекта представлена в виде фотографий на рисунках Приложения. А так же видео, находящегося по ссылке https://disk.yandex.ru/i/7Kn2Yenp3ZNJWw . В нашей модели 2 мотора и 1 коммутатор, который подключен к 1 компьютеру.
При поступлении товара на склад, его тут же отправляют в сортировочный центр, где распределяют по сортам. Затем рассортированному товару присваивается определенный артикул. Товары с одинаковым артикулом транспортируются в одну из ячеек гравитационного стеллажа, где они под действием собственной силы тяжести спускаются в зону выгрузки. В случае застревания товара включается принудительная прокрутка роликов гравитационного стеллажа, что позволяет грузу снова начать движение в зону выгрузки, в которой товар ожидает дальнейшей транспортировки или выдачи клиенту.
Заключение
Рассмотрев основные задачи складской логистки, мы определили, что склад выполняет не только функцию хранения товаров. Это еще и ключевой элемент в цепи распределения. Для того, что бы задача распределения решалась, на складах необходима реализация систем FIFO, которая позволяет своевременно и в порядке установленной очерёдности выдавать товар со склада в производство или для доставки заказчику.
Для реализации системы FIFO на предприятии необходимо внедрение различных технических средств, одним из которых являются гравитационные стеллажные системы. Однако, при подавляющем количестве преимуществ использования гравитационных стеллажных систем, в процессе эксплуатации замечен ряд недостатков. Самым значительным из недостатков, приводящим к непродуктивному рабочему времени и возникновению опасности для жизни и здоровья сотрудников, является проблема застревания паллет в середине транспортировочного канала.
В данной работе мы провели модернизацию стеллажного оборудования, а именно добавили механизированную прокрутку роликов стеллажа на примере модели на базе конструктора Lego Wedo 2.0. Модель запускается от 1 компьютера, имеет 2 мотора и 1 коммутатор. Сложные механические передачи запускают подвижные части модели и демонстрируют наш вариант решения существующей проблемы. Механизированная прокрутка роликов позволяет при необходимости сдвинуть паллет и не привлекать сотрудника для ручного проталкивания груза по транспортировочному каналу стеллажа. Необходимо заметить, что паллеты с товаром движутся по транспортировочному каналу под действием силы тяжести, механизированная прокрутка роликов используется только в случае застревания паллеты.
Данный проект может использован для идеи решения проблемы застревания паллет на гравитационных стеллажах на крупных складах, а так же на занятия по робототехнике для изучения механических передач.
Список используемой литературы:
1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
2. LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;
3. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей, - СПб.: Наука, 2013. 319с;
Интернет источники:
https://www.metalcity.ru/info/articles/storage_systems/kinds/gravitational_racks/
https://stellmart.ru/poleznoe/obshhie-polozheniya/preimushhestva-i-nedostatki-gravitatsionnyh-stellazhej/
https://www.vekosystems.ru/publikations/prichiny-padeniya-skladskikh-stellazhey-i-metody-predotvrashcheniya-problemy/
https://sklad-servise.ru/articles/informatciia-o-stellazhakh/neavtomatizirovannye-i-avtomatizirovannye-stellazhnye-sistemy/
https://www.myunivercity.ru/Маркетинг/Хранение_товаров_на_складе/61162_1366529_страница1.html
https://wareteka.com.ua/blog/strategii-otbora-tovarov-na-sklade/
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рисунок 2.2.1. Принцип работы системы FIFO.
Рисунок 3.1.1. Роликовый гравитационных стеллаж
Рисунок 3.1.2. Зона загрузки Рисунок 3.1.3. Зона выгрузки
гравитационного стеллажа гравитационного стеллажа
Рисунок 3.1.4. Гравитационный стеллаж Рисунок 3.3.1. Поломки
Рисунок 4.1.1. Творческий процесс создания проекта
Рисунок 4.1.2. Проект Рисунок 4.1.3
Рисунок 4.1.4
Рисунок 4.1.5
Рисунок 4.2.1 Программа