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立體倉庫模擬裝裝置及控制系統(tǒng) 1立體倉庫設(shè)計(jì)自動化立體倉庫 自動化立體倉庫一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。 立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50 年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫；50 年代末 60 年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫；1963 年美國率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60 年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。 我國對立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，1963 年研制成第一臺橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所） ，1973 年開始研制我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動化立體倉庫（高 15 米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)） ，該庫 1980 年投入運(yùn)行。到目前為止，我國每年新建自動化立體倉庫數(shù)量大約在 100 座左右。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。自動化高架倉庫應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國，自動化高架倉庫應(yīng)用的行業(yè)主要有機(jī)械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機(jī)場、港口等。 自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分, 它具有節(jié)約用地、減輕勞動強(qiáng)度、消除差錯、提高倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲運(yùn)損耗、有效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。與廠級計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以及與生產(chǎn)線緊密相連的自動化立體倉庫更是當(dāng)今 CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))及 FMS(柔性制造系統(tǒng))必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。自動化立體倉庫的構(gòu)成 自動化立體倉庫主要由三大類設(shè)施組成： (一) 土建及公用工程設(shè)施 1．庫房。庫存容量和貨架規(guī)格是庫房設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。 2．消防系統(tǒng)。對于自動化立體倉庫而言，由于庫房規(guī)模大，存儲的貨物和設(shè)備較多且密度大，而倉庫的管理和操作人員較少，所以倉庫內(nèi)一般都采用自動消防系統(tǒng)。要看防火等級，防火等級高的，必要要設(shè)置自動噴淋系統(tǒng)。 立體倉庫模擬裝裝置及控制系統(tǒng) 23．照明系統(tǒng)。 4．動力系統(tǒng)。 5．通風(fēng)及采暖系統(tǒng)。 6．其他設(shè)施。如排水設(shè)施、避雷接地設(shè)施和環(huán)境保護(hù)設(shè)施等。 (二) 機(jī)械設(shè)備 1．貨架。貨架的材料一般選用鋼材，鋼貨架的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)件尺寸小，制作方便，安裝建設(shè)周期短，而且可以提高倉庫的庫容利用率。自動化立體倉庫的貨架一般都分隔成一個個的單元格，單元格是用于存放托盤或直接存放貨物的。 2．貨箱與托盤。貨箱和托盤的基本功能是裝小件的貨物，以便于叉車和堆垛機(jī)的叉取和存放。采用貨箱和托盤存放貨物可以提高貨物裝卸和存取的效率。 3．堆垛機(jī)。堆垛機(jī)是自動化立體倉庫中最重要的設(shè)備，它是隨自動化立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機(jī)。巷道機(jī)可在高層貨架間的巷道內(nèi)來回運(yùn)動，其升降平臺可作上下運(yùn)動，升降平臺上的貨物存取裝置可將貨物存入貨格或從貨格中取出。 4．周邊搬運(yùn)設(shè)備。搬運(yùn)設(shè)備一般是由電力來驅(qū)動，由自動或手動控制，把貨物從一處移到另一處。這類設(shè)備包括輸送機(jī)、自動導(dǎo)向車等，設(shè)備形式可以是單機(jī)、雙軌、地面的、空中的、一維運(yùn)行(即沿水平直線或垂直直線運(yùn)行 )、二維運(yùn)行、三維運(yùn)行等。其作用是配合巷道機(jī)完成貨物的輸送、轉(zhuǎn)移、分揀等作業(yè)。在倉庫內(nèi)的主要搬運(yùn)系統(tǒng)因故停止工作時，周邊設(shè)備還可以發(fā)揮其作用，使作業(yè)繼續(xù)進(jìn)行。 (三) 電氣與電子設(shè)備 1．檢測裝置。檢測裝置是用于檢測各種作業(yè)設(shè)備的物理參數(shù)和相應(yīng)的化學(xué)參數(shù)，通過對檢測數(shù)據(jù)的判斷和處理可為系統(tǒng)決策提供最佳依據(jù)，以保證系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。 2．信息識別設(shè)備。在自動化立體倉庫中，這種設(shè)備必不可少，它是用于采集貨物的品名、類別、貨號、數(shù)量、等級、目的地、生產(chǎn)廠、貨物地址等物流信息。這類設(shè)備通常采用條形碼、磁條、光學(xué)字符和射頻等識別技術(shù)。 3．控制裝置。自動化立體倉庫內(nèi)所配備的各種存取設(shè)備和輸送設(shè)備必須具有控制裝置，以實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)轉(zhuǎn)。這類控制裝置包括普通開關(guān)、繼電器、微處理器、單片機(jī)和可編程序控制器等等。 4．監(jiān)控及調(diào)度設(shè)備。監(jiān)控及調(diào)度設(shè)備主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部分的運(yùn)行，它是自動化立體倉庫的信息樞紐，在整個系統(tǒng)中舉足輕重。 5．計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)用于進(jìn)行倉庫的賬目管理和作業(yè)管理，并可與企立體倉庫模擬裝裝置及控制系統(tǒng) 3業(yè)的管理系統(tǒng)交換信息。 6．?dāng)?shù)據(jù)通信設(shè)備。自動化立體倉庫是一個構(gòu)造復(fù)雜的自動化系統(tǒng)，它由眾多的子系統(tǒng)組成。各系統(tǒng)、各設(shè)備之間需要進(jìn)行大量的信息交換以完成規(guī)定的任務(wù)，因此需要大量的數(shù)據(jù)通信設(shè)備作為信息傳遞的媒介，這類設(shè)備包括電纜、遠(yuǎn)紅外光、光纖和電磁波等。 7．大屏幕顯示器。這是為了倉庫內(nèi)的工作人員操作方便，便于觀察設(shè)備情況而設(shè)置的自動化立體倉庫的分類自動化立體倉庫是一個復(fù)雜的綜合自動化系統(tǒng)，作為一種特定的倉庫形式，一般有以下幾種分類方式： 1.按照建筑物形式分類 按建筑形式可分為整體式和分離式兩種。 （1）整體式：是指貨架除了存儲貨物以外，還作為建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，構(gòu)成建筑物的一部分，即庫房貨架一體化結(jié)構(gòu)，一般整體式高度在 12 米以上。這種倉庫結(jié)構(gòu)重量輕，整體性好，抗震好。 （2）分離式：分離式中存貨物的貨架在建筑物內(nèi)部獨(dú)立存在。分離式高度在 12 米以下，但也有 15 米至 20 米的。適用于利用原有建筑物作庫房，或在廠房和倉庫內(nèi)單建一個高貨架的場所。 2.按照貨物存取形式分類 按照貨物存取形式分為單元貨架式、移動貨架式和揀選貨架式。 （1）單元貨架式：單元貨架式是常見的倉庫形式。貨物先放在托盤或集裝箱內(nèi)，再裝入單元貨架的貨位上。 （2）移動貨架式：移動貨架式由電動貨架組成，貨架可以在軌道上行走，由控制裝置控制貨架合攏和分離。作業(yè)時貨架分開，在巷道中可進(jìn)行作業(yè)；不作業(yè)時可將貨架合攏，只留一條作業(yè)巷道，從而提高空間的利用率。 （3）揀選貨架式：揀選貨架式中分揀機(jī)構(gòu)是其核心部分，分為巷道內(nèi)分揀和巷道外分揀兩種方式。 “人到貨前揀選”是揀選人員乘揀選式堆垛機(jī)到貨格前，從貨格中揀選所需數(shù)量的貨物出庫。 “貨到人處揀選”是將存有所需貨物的托盤或貨箱由堆垛機(jī)至揀選區(qū)，揀選人員按提貨單的要求揀出所需貨物，再將剩余的貨物送回原地。 3.按照貨架構(gòu)造形式分類 可分為單元貨格式、貫通式、水平旋轉(zhuǎn)式和垂直旋轉(zhuǎn)式。 （1）單元貨格式倉庫：類似單元貨架式，巷道占去了三分之一左右的面積。 （2）貫通式：為了提高倉庫利用率，可以取消位于各排貨架之間的巷道，將個體貨架合并在一起，使每一層、同一列的貨物互相貫通，形成能一次存放多貨物單元的通道，而立體倉庫模擬裝裝置及控制系統(tǒng) 4在另一端由出庫起重機(jī)取貨，成為貫通式倉庫。根據(jù)貨物單元在通道內(nèi)的移動方式，貫通式倉庫又可分為重力式貨架倉庫和穿梭小車式貨架倉庫。重力式貨架倉庫每個存貨通道只能存放同一種貨物，所以它適用于貨物品種不太多而數(shù)量又相對較大的倉庫。梭式小車可以由起重機(jī)從一個存貨通道搬運(yùn)到另一通道。 （3）水平旋轉(zhuǎn)式倉庫的貨架：這類倉庫本身可以在水平面內(nèi)沿環(huán)形路線來回運(yùn)行。每組貨架由若干獨(dú)立的貨柜組成，用一臺鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)將這些貨柜串連起來。每個貨柜下方有支撐滾輪，上部有導(dǎo)向滾輪。傳送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，貨柜便相應(yīng)運(yùn)動。需要提取某種貨物時，只需在操作臺上給予出庫指令。當(dāng)裝有所需貨物的貨柜轉(zhuǎn)到出貨口時，貨架停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這種貨架對于小件物品的揀選作業(yè)十分合適。它簡便實(shí)用，充分利用空間，適用于作業(yè)頻率要求不太高的場合。 （4）垂直旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫：與水平旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫相似，只是把水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)改為垂直面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。這種貨架特別適用于存放長卷狀貨物，如地毯、地板革、膠片卷、電纜卷等。自動化立體倉庫的設(shè)計(jì)每個自動化立體倉庫的設(shè)計(jì)都分幾個主要的階段，每個階段都有其要達(dá)到的目標(biāo)。(一) 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作需求分析(準(zhǔn)備階段)是第一階段，在這一階段里要提出問題，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，并確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。要通過調(diào)研搜集設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，找出各種制約條件，并對其進(jìn)行細(xì)致的分析。設(shè)計(jì)主要包括以幾個方面：1．要了解建庫的現(xiàn)場條件，包括氣象、地形、地質(zhì)條件、地面承載能力、風(fēng)及雪載荷、地震情況以及其他環(huán)境的影響。2．在自動化立體倉庫的總體設(shè)計(jì)中，機(jī)械、結(jié)構(gòu)、電氣、土建等多專業(yè)相互交叉、相互制約，這就要求第三方物流企業(yè)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時必須考慮到各專業(yè)的需要。例如，機(jī)械的運(yùn)動精度要根據(jù)結(jié)構(gòu)制作的精度和土建的沉降精度而選定。3．要制定出第三方物流企業(yè)對倉儲系統(tǒng)的投資、人員配置等計(jì)劃，以此來確定倉儲系統(tǒng)的規(guī)模和機(jī)械化、自動化的程度。4．要對與第三方物流企業(yè)倉儲系統(tǒng)有關(guān)的其他方面的條件進(jìn)行調(diào)查了解，例如，貨物的來源，連結(jié)庫場的交通情況，貨物的包裝，搬運(yùn)貨物的方法，貨物的最終去向和運(yùn)輸工具等等。(二) 庫場的選擇與規(guī)劃庫場的選擇和布置對于倉儲系統(tǒng)的基建投資、物流費(fèi)用、勞動條件等都有重要的意義?？紤]到城市規(guī)劃、第三方物流企業(yè)的整體運(yùn)作，自動化立體倉庫最好選在靠近港口、碼頭、貨運(yùn)站等交通樞紐，或靠近生產(chǎn)地或原材料產(chǎn)地，或靠近主要的銷售市場，這樣可以大大地降低第三方物流企業(yè)的費(fèi)用。庫場地址是否合理對于環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃等也有一定的影響。例如，選擇在受到交通限制的商業(yè)區(qū)建立自動化立體倉庫，一方面與繁華的商業(yè)環(huán)境不協(xié)調(diào)，另一方面要花高價購買地皮。最重要的是，由于受到交通限制，只能每天半夜來運(yùn)送貨物，這顯然是極不合理的。(三) 確定倉庫形式、作業(yè)方式和機(jī)械設(shè)備參數(shù)倉庫的形式需要在調(diào)查入庫貨物品種的基礎(chǔ)上確定。一般都采用單元貨格式倉庫，如果存儲的貨物品種單一或很少，而且貨物批量較大，可以采用重力式貨架或者其他形式的立體倉庫模擬裝裝置及控制系統(tǒng) 5貫通式倉庫。根據(jù)出入庫的工藝要求(整單元或零散出入庫) 來決定是否需要堆垛揀選作業(yè)，如果需要揀選作業(yè)，再確定揀選作業(yè)的方式。為了提高出入庫搬運(yùn)效率，應(yīng)盡量減少單作業(yè)方式(即單人庫或單出庫) ，要盡量采用復(fù)合式作業(yè)方式(即迂回或回程也進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè) )。或者采用一次搬運(yùn)兩個單元格貨物的作業(yè)方式，具體做法是：在堆垛機(jī)的臺上設(shè)置兩副貨叉，它們可以分別伸縮，也可以同時伸縮，以存取兩個單元格的貨物。還有一種方法就是把貨架的深度加大，設(shè)計(jì)成兩個貨物單元大小，相應(yīng)的也要把堆垛機(jī)的貨臺增寬一倍，貨叉要增長一倍，這樣要叉取一個貨物單元時，貨叉只要伸出一半就可以了，如果要同時叉取兩個貨物單元時，只要把貨叉全部伸出就可以了。在自動化立體倉庫中還有一種作業(yè)方式常被采用，這就是所謂的"自由貨位"方式，即貨物可以就近入庫，特別是對于出入庫頻繁和超長、超重的貨物，應(yīng)當(dāng)盡量在到貨和發(fā)貨的地點(diǎn)附近作業(yè)，這樣做不但可以縮短出入庫時間，還節(jié)省了搬運(yùn)費(fèi)用。自動化立體倉庫所使用的機(jī)械設(shè)備有很多種，一般都包括巷道堆垛機(jī)、連續(xù)輸送機(jī)、高層貨架，自動化程度高的還有自動導(dǎo)向車。在進(jìn)行倉庫的總體設(shè)計(jì)時，要根據(jù)倉庫的規(guī)模、貨物的品種、出入庫頻率等選擇最適合的機(jī)械設(shè)備，并確定這些設(shè)備的主要參數(shù)。(四) 確定貨物單元形式及規(guī)格由于自動化立體倉庫的前提是單元化的搬運(yùn)，所以確定貨物單元的形式、尺寸和重量是一個非常重要的問題。它會影響到第三方物流企業(yè)對倉庫的投資，而且會影響到整個倉儲系統(tǒng)的配備、設(shè)施等問題。因此，為了合理確定貨物單元的形式、尺寸和重量，應(yīng)根據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，列出所有可能的貨物單元形式和規(guī)格，并做出合理的選擇。對于那些形狀和尺寸比較特殊或者很重的貨物，可以單獨(dú)處理。在貨物單元形式和規(guī)格都確定后，還應(yīng)確定貨格的尺寸，貨格尺寸取決于貨物單元四周留出的凈尺寸和貨架構(gòu)件的有關(guān)尺寸。一般來說這些凈尺寸都是根據(jù)實(shí)際情況和有關(guān)經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)來確定的。(五) 確定庫容量( 包括緩存區(qū))庫容量是指在同一時間倉庫可容納的貨物單元數(shù)，這對自動化立體倉庫來說是一個非常重要的參數(shù)。由于在庫存周期會受到許多預(yù)料之外因素的影響，因此庫存量的波峰值有時會大大超出自動化立體倉庫的實(shí)際庫容量。除此之外，有的自動化立體倉庫僅僅考慮了貨架區(qū)的容量，而忽視了緩存區(qū)的面積，結(jié)果造成緩存區(qū)的面積不足，使得貨架區(qū)的貨物出不來，庫房外的貨物進(jìn)不去。(六) 庫房面積與其他面積的分配由于總面積是一定的，而許多第三方物流企業(yè)在建造自動化立體倉庫時只重視辦公、實(shí)驗(yàn)(包括研發(fā))的面積，卻忽視了庫房面積，因此造成了這種局面，即為了滿足庫容量的需要，只好通過向空間發(fā)展來達(dá)到要求。但是貨架越高，機(jī)械設(shè)備的采購成本和運(yùn)行成本也就越高。除此之外，由于自動化立體倉庫內(nèi)最優(yōu)的物流路線是直線形的，但在倉庫設(shè)計(jì)時往往會受到平面面積的限制，造成本身物流路線的迂回(往往是 s 形，甚至是網(wǎng)狀) ，這會增加許多不必要的投入和麻煩。(七) 人員與設(shè)備的匹配不管自動化立體倉庫的自動化程度有多高，具體運(yùn)作時仍需要一定的人工勞動，因此工作人員的數(shù)量要合適。人員不足會降低倉庫的效率，太多又會造成浪費(fèi)。自動化立體倉庫采用了大量先進(jìn)的設(shè)備，因此對人員的素質(zhì)要求比較高，人員素質(zhì)跟不上，同樣會降低倉庫的吞吐能力。第三方物流企業(yè)需要招聘專門的人才，并對其進(jìn)行專門的培訓(xùn)。(八) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸由于數(shù)據(jù)傳輸路徑不通暢或數(shù)據(jù)冗余等原因，會造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度慢，甚至無法傳輸?shù)默F(xiàn)象，因此要考慮自動化立體倉庫內(nèi)部以及與第三方物流企業(yè)上下級管理系統(tǒng)間的立體倉庫模擬裝裝置及控制系統(tǒng) 6信息傳遞的問題。(九) 整體運(yùn)作能力自動化立體倉庫的上游、下游及其內(nèi)部各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，有一個木桶效應(yīng)的問題，即最短的那一塊木板決定了木桶的容量。有的倉庫采用了很多的高科技產(chǎn)品，各種設(shè)施設(shè)備也非常齊全，但是由于各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性、兼容性不好，造成整體運(yùn)作能力比預(yù)期差很多。