自動化立體倉庫概述

自動化立體倉庫1、類型、特點及發(fā)展過程2、總體構(gòu)成3、規(guī)劃設(shè)計?1概述1.1基本概念倉庫(warehouse)是保管、儲存物品的建筑物和場所的總稱。自動化倉庫（automaticwarehouse）是由電子計算機進行管理和控制的，不需要人工搬運作業(yè)而實現(xiàn)收發(fā)作業(yè)的倉庫。立體倉庫（stereoscopicwarehouse）是指采用高層貨架配以貨箱或托盤儲存貨物，用巷道堆垛起重機及其他機械進行作業(yè)的倉庫。自動化立體倉庫是自動化倉庫與立體倉庫的有機結(jié)合，實現(xiàn)倉儲過程自動化的自動倉儲系統(tǒng)。?1.1基本概念自動化立體倉庫：又稱自動存儲取貨系統(tǒng)automatedstorage&retrievalsystem(AS/RS)借助機械設(shè)施與計算機管理控制系統(tǒng)實現(xiàn)存入和取出物料的系統(tǒng)。（—2007國家標準）高層貨架，巷道堆垛機、自動分揀系統(tǒng)、入出庫自動輸送系統(tǒng)、周邊設(shè)施設(shè)備等控制系統(tǒng)+上位管理系統(tǒng)?1.2自動化立體倉庫的發(fā)展狀況1.2.1國外發(fā)展情況美國于1959年開發(fā)了世界上第一座自動化立體倉庫，并在1963年率先使用計算機進行自動化立體倉庫的控制管理。此后，自動化倉庫在歐美一些發(fā)達國家和日本迅速發(fā)展起來。70后代以來，發(fā)達國家大力推廣商品物流自動化、高速化、信息化，在各大城市紛紛建立了大型自動化立體倉庫。進入80年代，自動化立體倉庫在世界各國發(fā)展迅速，使用范圍涉及幾乎所有行業(yè)。隨著科技的不斷發(fā)展，先進的技術(shù)手段在自動化倉庫中及時得以應用：實現(xiàn)了信息自動采集、物品自動分揀、自動輸送、自動存取，庫存控制實現(xiàn)了智能化，自動導引車得到廣泛應用，大大提高了倉儲作業(yè)效率，一座大型自動化立體倉庫每小時可完成500～800次出入庫作業(yè)。?1.2.2我國自動化立體倉庫的發(fā)展概況相對國外發(fā)達國家而言，我國的自動化倉庫的發(fā)展起步較晚，自1974年在鄭州紡織機械廠建成我國第一座自動化立體倉庫以來，我國自動化倉庫領(lǐng)域的發(fā)展速度比較緩慢。至1980年我國已經(jīng)建成和正在施工建設(shè)的自動化立體倉庫達到21座。我國的自動化倉庫大部分是簡易的中低層小型分離式倉庫。貨架只有單元貨架和重力貨架兩種。作業(yè)方式幾乎都是巷道堆垛機配以小車、叉車或輸送機等周邊設(shè)備。這些倉庫主要分布在機械制造業(yè)，其次是商業(yè)、電氣行業(yè)。倉庫的控制以手動控制為主，能夠單機自動遠距離控制的目前只有北京汽車制造廠零件庫、長沙火車站庫和天津儲運公司庫。?1.2.3自動倉庫的發(fā)展過程按自動化的程度分為五個階段:人工倉儲階段、機械化倉儲階段、自動化倉儲階段、集成自動化倉儲階段和智能自動化倉儲階段。1)

人工倉儲技術(shù)階段在這一階段，倉儲過程各環(huán)節(jié)的作業(yè)（包括物品的輸送、存儲、管理和控制等）主要靠人工來完成。這一階段的優(yōu)點是可以面對面地接觸倉儲全過程，初期的設(shè)施設(shè)備投資少。?2)機械化倉儲技術(shù)階段這一階段的作業(yè)特點是作業(yè)人員通過操縱機械設(shè)備來實現(xiàn)物品的裝卸搬運和儲存等作業(yè)活動。如通過傳送帶、工業(yè)搬運車輛、堆垛機等來移動和搬運物料，采用各種貨架、托盤等來存儲物料。機械化程度的提高大大提高了勞動生產(chǎn)率，提高了裝卸搬運的工作質(zhì)量，改善了作業(yè)人員的勞動條件，且由于采用了貨架來儲存貨物，避免了貨品之間的相互擠壓，改善了貨品的儲存保管條件，另外，使儲存空間向立體方向發(fā)展，大大提高了存儲空間的利用率。然而這一階段倉儲機械設(shè)備需要投入大量的資金，且還必須投入一定的費用來科學地管理和維護這些機械設(shè)備，以保證設(shè)備的合理使用。?3)自動化倉儲技術(shù)階段這一階段在倉儲系統(tǒng)中采用了自動輸送機械、自動導引小車(AGV)、貨品自動識別系統(tǒng)、自動分揀系統(tǒng)、巷道式堆垛機等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，信息自動化技術(shù)逐漸成為自動倉儲系統(tǒng)的核心技術(shù)，在計算機之間、數(shù)據(jù)采集點之間、機械設(shè)備的控制器之間以及它們與主計算機之間的通信可以及時地進行信息匯總，倉庫計算機可以及時地記錄訂貨和到貨時間，可隨時顯示庫存量，計劃人員可以方便地作出供貨計劃，管理人員可隨時掌握貨源及需求情況，在這一階段，信息技木的應用已成為倉儲技術(shù)的重要內(nèi)容。?4)集成自動化倉儲技術(shù)階段將倉儲過程各環(huán)節(jié)的作業(yè)系統(tǒng)集成為一個有機結(jié)合的綜合系統(tǒng)，稱為倉儲管理系統(tǒng)，在倉儲管理系統(tǒng)的統(tǒng)一控制指揮下，各子系統(tǒng)密切配合，有機協(xié)作，使整個倉儲系統(tǒng)的總體效益大大超過了各子系統(tǒng)獨立工作的效益總和。在這一階段，貨品的倉儲過程幾乎可以不需要人的參與，完全實現(xiàn)倉儲的自動化。?5)智能自動化倉儲技術(shù)階段人工智能技術(shù)的發(fā)展推動了自動化倉儲技術(shù)向智能化方向發(fā)展。在這一階段，系統(tǒng)可以完全自動的運行，并根據(jù)實際運行情況，自動地向人們提供許多有價值的參考信息，如對市場前景作出科學的預測；根據(jù)貨品的需求情況對倉儲資源的有效利用提出合理化的建議；對系統(tǒng)運行的效果提供科學的評價；根據(jù)多個客戶的地理位置，提供最優(yōu)化的運輸路線等?？傊?，目前智能化倉儲技術(shù)階段還處于初級發(fā)展階段，在這一技術(shù)領(lǐng)域還有大量的工作需要人們?nèi)プ?，具有廣闊的發(fā)展空間。?1.3自動化立體倉庫的特點優(yōu)點1)大大提高了倉庫的單位面積利用率；2)提高了勞動生產(chǎn)率，降低了勞動強度;3)減少了貨物處理和信息處理過程的差錯;4)合理有效地進行庫存控制;5)能較好地滿足特殊倉儲環(huán)境的需要;6)提高了作業(yè)質(zhì)量，保證貨品在整個倉儲過程的安全運行;7)便于實現(xiàn)系統(tǒng)的整體優(yōu)化.?1.3.2缺點1)結(jié)構(gòu)復雜，配套設(shè)備多，需要的基建和設(shè)備投資很大；2)貨架安裝精度要求高，施工比較困難，而且施工周期長；3)儲存貨品的品種受到一定的限制，不同類型的貨架僅適合于不同的儲存物品，因此，自動化倉庫一旦建成，系統(tǒng)的更新改造比較困難。?1.4自動化倉庫的適用條件1)貨品的出入庫頻率較大，且貨物流動比較穩(wěn)定2)需要有較大的資金投入3)需要配備一支高素質(zhì)的專業(yè)技術(shù)隊伍4)對貨品包裝要求嚴格5)倉庫的建筑地面應有足夠的承載能力?1.5自動化立體倉庫的類型按照高層貨架與建筑物之間的關(guān)系1）整體式貨架除了儲存貨物以外，還作為庫房建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，是庫房建筑的一個組成部分，即貨架與建筑物形成一個整體。這種形式的倉庫建筑費用低，抗震，尤其適用于15米以上的大型自動倉庫。2）分離式貨架與建筑物相互獨立。適用于車間倉庫、舊庫技術(shù)改造和中小型自動倉庫。??1.5.2按貨架的結(jié)構(gòu)形式1)單元貨格式自動化倉庫圖3-1單元貨格式自動化倉庫結(jié)構(gòu)示意圖?2)貫通式自動化立體倉庫圖3-2重力貨架式自動倉庫結(jié)構(gòu)組成示意圖?梭式小車貨物搬出搬入通道圖3-3梭式小車式貨架結(jié)構(gòu)示意圖?3)移動貨架式自動化倉庫?4)旋轉(zhuǎn)式自動化立體倉庫圖3－4水平旋轉(zhuǎn)式貨架倉庫結(jié)構(gòu)示意圖?1.5.3按倉庫所提供儲存條件分類1)常溫自動化立體倉庫一般控制在5℃～40℃，相對濕度控制在90％以下。2)低溫自動化立體倉庫低溫自動化立體倉庫又包括恒溫、冷藏和冷凍自動化倉庫等。恒溫倉庫:根據(jù)物品特性，自動調(diào)節(jié)儲存溫度和濕度。冷藏倉庫:溫度一般控制在0℃～5℃之間，主要用于蔬菜和水果的儲存，要求有較高的濕度。冷凍倉庫:溫度一般控制在－2℃～－35℃之間。3)防爆型自動化立體倉庫主要以存放易燃易爆等危險貨物為主，系統(tǒng)設(shè)計時應嚴格按照防爆的要求進行。?2自動化立體倉庫的總體構(gòu)成土建工程及輔助設(shè)施自動輸送系統(tǒng)自動存取系統(tǒng)自動分揀系統(tǒng)自動監(jiān)控系統(tǒng)倉儲管理信息系統(tǒng)自動化立體倉庫?2.1土建工程及輔助設(shè)施2.1.1土建工程土建工程應根據(jù)倉庫的規(guī)模，倉儲系統(tǒng)的功能要求，由建筑設(shè)計師根據(jù)地質(zhì)概貌情況，按照國家有關(guān)標準規(guī)定進行設(shè)計。2.1.2消防系統(tǒng)依據(jù)我國的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》進行設(shè)計，再根據(jù)所存物品的性質(zhì)確定具體的消防方案和措施。自動化倉庫的消防系統(tǒng)大都采用自動消防系統(tǒng)。自動消防控制系統(tǒng)根據(jù)其結(jié)拓撲結(jié)構(gòu)的不同，可分為直接控制式和分布控制式兩種類型，基本組成及工作原理如下：?傳感器監(jiān)控中心控制器消防器材?2.1.3照明裝置為了使倉庫內(nèi)的管理、操作和維護人員能正常地進行生產(chǎn)活動，必須有一套較好的照明系統(tǒng)，尤其是在外圍的工作區(qū)和輔助區(qū)。自動化倉庫的照明系統(tǒng)應有日常照明、維修照明和應急照明三部分組成。對存儲感光材料的黑暗庫來說，由于不允許儲存物品見光，因此照明系統(tǒng)應特殊考慮。?2.1.4通風及采暖裝置通風和采暖的要求是根據(jù)所存物品的條件提出的。自動化倉庫內(nèi)部的環(huán)境溫度一般在－5℃～45℃即可。通常由廠房屋頂及側(cè)面的風機、頂部和側(cè)面的通風窗、中央空調(diào)、暖氣等來措施來實現(xiàn)。對儲存散發(fā)有害氣體物品的倉庫要考慮環(huán)保要求，對有害氣體進行適當處理后再排入室外。?2.1.6其他設(shè)施其他設(shè)施包括給排水設(shè)施、避雷接地設(shè)施和環(huán)境保護設(shè)施等，這都是一個綜合建筑系統(tǒng)中要考慮的。1)給水設(shè)施：包括消防用水和工作用水兩部分。2)排水設(shè)施：是指將工作廢水及雨水及時排出倉庫外部的系統(tǒng)。3）避雷設(shè)施：立體倉庫屬于高層建筑，應設(shè)置避雷設(shè)施以防止雷擊。總之，在設(shè)計和施工時，以上各部分必須統(tǒng)籌考慮，以達到較好的施工效果。?2.2自動輸送系統(tǒng)垂直升降機被輸送的貨品自動輸送線圖3－18垂直升降輸送機?圖3－17螺旋滑槽式垂直輸送機?自動導引車系統(tǒng)自動導引車（簡稱AGV：ＡutomaticＧuidedＶehicle）是指能夠自動行駛到指定地點的無軌搬運車輛。多個AGV在控制系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下，分別按照系統(tǒng)規(guī)劃的路徑行駛，從而完成貨物的自動輸送任務(wù)，這樣就構(gòu)成了一個自動導引車系統(tǒng)(簡稱AGVS:AutomaticGuidedVehicleSystem)。?2.3貨架自動存取系統(tǒng)圖3-1單元貨格式自動化倉庫結(jié)構(gòu)示意圖?2.4自動分揀系統(tǒng)主輸送線分流輸送線圖3－32氣缸側(cè)推式分類機構(gòu)?主輸送線分流輸送線圖3－33旋轉(zhuǎn)擋臂式分類機構(gòu)?圖3－34輪子浮動式分類機構(gòu)?自動分揀系統(tǒng)的組成1)控制裝置作用：識別、接收和處理分揀信號2)分類裝置作用：執(zhí)行控制系統(tǒng)發(fā)來的分揀指令，使商品進入相應的分揀道口。3)輸送裝置作用：將已分揀好的商品輸送到相應的分揀道口，以便進行后續(xù)作業(yè)。4)分揀道口將商品脫離輸送裝置并進入相應集貨區(qū)域的通道。?2.5自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)是自動化立體倉庫能否正常運行的核心系統(tǒng)。為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)，自動化倉庫內(nèi)所用的各種存取設(shè)備和輸送設(shè)備等都需要配備相應的控制裝置，用于接受控制系統(tǒng)的指令，實現(xiàn)各自的控制功能。2.5.1控制管理系統(tǒng)的類型1)集中控制系統(tǒng)在自動化立體倉庫內(nèi)使用一臺計算機控制器對所有的自動化機械和設(shè)備運行統(tǒng)一控制的系統(tǒng)?圖3－35集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖?①入出庫作業(yè)管理功能②業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理功能③網(wǎng)絡(luò)通信功能④庫存分析功能2.5.2分層分布式控制系統(tǒng)

三級控制系統(tǒng)是由管理級計算機系統(tǒng)、中央控制級計算機系統(tǒng)和直接控制器組成的一個整體聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),進行聯(lián)網(wǎng)控制。1)管理級計算機系統(tǒng)管理計算機可對整個倉庫的所有作業(yè)和設(shè)備進行在線及離線管理，它是整個自動化立體倉庫的管理核心，其主要功能是儲位管理和庫存動態(tài)管理，并具有實時輸入、打印和顯示功能以及各種查詢功能。管理級中央控制級直接控制級?2)中央控制級計算機系統(tǒng)是整個自動化立體倉庫實現(xiàn)自動控制的中心，控制和監(jiān)視整個自動化立體倉庫的運行。①接收并執(zhí)行上位管理系統(tǒng)的指令；②監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備及各項業(yè)務(wù)的運行情況；③完成管理級計算機系統(tǒng)、各種自動化設(shè)備（如堆垛機、輸送機、分揀機等）之間的通訊；④對設(shè)備進行故障檢測及處理。?3)直接控制器直接控制器由ＰＬＣ(可編程序控制器)對各設(shè)備進行單機自動控制,直接控制堆垛機或輸送機等設(shè)備的狀態(tài)，完成單機的自動控制以及與中控級的通訊聯(lián)系功能。?圖3－36分布式控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖?2.6管理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)編碼與條碼生成打印系統(tǒng)入庫管理系統(tǒng)出庫管理系統(tǒng)庫存控制系統(tǒng)庫位管理系統(tǒng)單證及報表打印系統(tǒng)績效考核系統(tǒng)信息自動采集系統(tǒng)倉儲管理信息系統(tǒng)功能模塊圖客戶服務(wù)管理系統(tǒng)財務(wù)管理系統(tǒng)訂貨業(yè)務(wù)系統(tǒng)倉儲信息管理系統(tǒng)統(tǒng)計查詢系統(tǒng)?管理員PC查詢PC報表單證打印機數(shù)據(jù)庫服務(wù)器庫房PC條碼標簽打印機圖3－38型的倉儲管理系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)Internet無線手持數(shù)據(jù)終端車載終端管理信息系統(tǒng)的硬件組成?3

自動化立體倉庫的總體設(shè)計收集分析原始資料確定倉庫的主要功能參數(shù)確定倉庫類型及貨架方案選擇機械設(shè)備配套方案計算所需機械設(shè)備數(shù)量物流動線規(guī)劃自動化倉庫的設(shè)計順序倉庫的平面布置一、一般設(shè)計程序?3.1設(shè)計的主要內(nèi)容3.1.1需求分析1）了解物流系統(tǒng)的總體規(guī)劃，如投資、人員配置、基本指標，以確定倉儲系統(tǒng)的規(guī)模和機械化、自動化的程度；2）調(diào)查庫存貨物基本情況，如貨物的種類、基本特性、外形及尺寸、包裝情況、平均庫存量、每日入出庫數(shù)量、出入庫頻率等，以便確定倉庫的類型、規(guī)模和庫容量等。3）了解建庫現(xiàn)場條件，包括氣象、地形、地質(zhì)條件、地面承載能力以及其它環(huán)境因素等。?

3.1.2確定貨物儲存單元的形式和規(guī)格；3.1.3確定倉庫的類型、作業(yè)方式3.1.4確定倉儲作業(yè)設(shè)備類型、主要性能參數(shù)及所需數(shù)量3.1.5確定貨架的總體尺寸1）貨格尺寸的確定單元貨格式自動化倉庫的布置簡圖

貨格尺寸示意圖)?2）貨架總體尺寸的確定貨格尺寸確定后，只要知道貨架的排數(shù)、列數(shù)、層數(shù)和巷道寬度，即可計算其總體尺寸:

貨架的總長度：L＝貨格長度×列數(shù)；

貨架的總寬度：B=貨格寬度×排數(shù)+巷道寬度×巷道數(shù)；

貨架的總高度：各層高度之和。

?動態(tài)法若已知庫容量為Q，出入庫頻率要求達到Ｐ0，貨架的最大高度為H(或?qū)訑?shù)ＮＨ)，貨格尺寸和堆垛機速度參數(shù)（V運、V起、V叉），設(shè)堆垛機作業(yè)所需的巷道寬度尺寸為ＢＳ。試確定貨架的最佳布置和尺寸。最佳的布置方案：滿足出入庫頻率要求,且巷道數(shù)最少步驟：（1）設(shè)巷道數(shù)ＮＢ=l，則貨架列數(shù)NL=Q/（2NBNH）（2）根據(jù)層數(shù)NH和列數(shù)NL以及堆垛機的速度參數(shù)，計算每臺堆垛機的平均作業(yè)周期tm。（3)計算整個倉庫的出入庫能力，（4)比較p和P0

?若p

po，說明所設(shè)計貨架達不到出入庫頻率要求，試算NＢ=2的情況，重復步驟（1）～（4）的計算，直到P

P0為止，此時的巷道數(shù)為最佳巷道數(shù)NB。最佳巷道數(shù)確定后，貨架的總體寬度Ｂ：按貨架總高為NH層，則貨架的列數(shù)為：貨架的總長度為：?3.1.6物流路線和區(qū)域平面布置的規(guī)劃設(shè)計1）物流路線及設(shè)備布置的規(guī)劃原則:◆最小移動距離原則。倉庫內(nèi)各項操作之間的距離越小,物料和人員流動所需的時間就越少，物流費用就越小?！糁本€前進原則。按操作流程的要求，布置物流作業(yè)區(qū)，使物料的流動按自然順序逐步進行，避免迂回、倒流?！舫浞掷每臻g、場地的原則?！羯a(chǎn)力均衡原則。保證整個倉庫的各個環(huán)節(jié)都能維持一個合理的運行速度?！糇罴蚜鞒淘瓌t。保持各物流環(huán)節(jié)順利進行，而無阻滯現(xiàn)象發(fā)生?！魪椥栽瓌t。是指物流路線和物流設(shè)備在業(yè)務(wù)發(fā)生變化時應能進行適當?shù)恼{(diào)整。?2）堆垛機的布置方式及運行路線轉(zhuǎn)巷道車堆垛機的布置方式(a)(b)(c)?3）貨架區(qū)和作業(yè)區(qū)的銜接方式（1）叉車――出入庫臺方式（2)自動搬運車――出入庫臺方式（3）自動搬運車――輸送機方式（4）叉車――連續(xù)輸送機方式?4）出入庫能力計算（1）平均單一作業(yè)周期的計算堆垛機完成一次單入庫或單出庫作業(yè)所需要的時間。單一作業(yè)模式?j:層數(shù)，j＝1～m；k:列數(shù)，k=1～n；tjk：第j層第k列所對應的貨位到出入庫臺的運行時間（Ｓ）；tf：堆垛機叉貨作業(yè)時間（Ｓ）；ta：堆垛機作業(yè)的附加時間，停機時間、控制延遲時間等。?（2）平均復合作業(yè)周期的計算?（2）平均復合作業(yè)周期的計算?（2）平均復合作業(yè)周期的計算?

j—貨架列數(shù)，1～m；k—貨架層數(shù)，1～n；tjk—單程移動時間（s），從該入庫站開始到j(luò)列、k層單程移動時間；tf—叉貨時間（s），在出入庫站或貨格處，貨物移動時間；tt—平均貨格間移動時間（s），隨機確定入庫貨格和出庫貨格，作適當次數(shù)貨格間移動求得所需時間的平均值；ts—出入庫站間移動時間（s），入庫站和出庫站位置不同時的站間移動時間（s）；ta—停機時間（s），控制延遲時間等。?出入庫能力計算每小時單一作業(yè)模式完成的出入庫次數(shù)每小時復合作業(yè)模式完成的出入庫次數(shù)?復習思考題1、簡述自動化立體倉庫的總體結(jié)構(gòu)組成。2、自動分揀系統(tǒng)由哪些部分構(gòu)成？各組成部分的作用是什么？3、自動控制系統(tǒng)的類型有哪些？分別說明之。4