（机械电子工程专业论文）自动化立体仓库总体工艺布置的计算机辅助设计.pdf

p m石 必犬4 twl 士学世灵 中文摘要 摘要 自 动化立体仓库 ( a u t o m a t e d s t o r a g e a n d r e t r i e v a l s y s t e m , a s / r s ) 是现代 物流系统的一个重要组成部分，广泛运用于各行各业中。目前，它已经成为了 企业生产自 动化和管理信息化的标志之一，其总体方案设计的水平和效率将直 接影响物流企业在市场中的竞争力。因此，开发自 动化立体仓库计算机辅助设 计软件具有很重要的现实意义。 本文以物流系统总体工艺布置理论为依据， 通过使用高级命令对a u t o c a d 进行定制以 及用v b a对a u t o c a d进行二次开发等方法， 实现了自 动化立体仓 库总体工艺布置的计算机辅助设计。 论文主要包括以下内容: 1 、对物流系统规划的有关理论作了介绍; 2 、开发了计算机辅助设计软件，在软件开发中主要解决了以下技术问 题: a ) 根据昆 船物流公司的工程标准建立了 完备的设备图 形库及设备 参数数据库， b ) 通过v b a对a u t o c a d进行二次开发， 实现了 各种 设备的参数化设计并可以完成自 动修改。 3 、实现a u t o c a d与a c c e s s 数据库及e x c e l 电子表格的接口问题， 使软 件在完成自 动化立体仓库总体工艺布置之后可以进行后续开发。 本文所开发的软件己 交付昆 船公司使用， 经应用证明该软件功能满足自 动 化立体仓库总体规划的设计要求，为设计人员提供了全新的设计思路和设计方 法，提高了设计效率和项目管理效率，增强了企业的市场竞争力。 关键词: 物流系统自 动化立体仓库 参数化设计 模板 v b a a u t o c a d 二次开发数据库 第 i页 互 c rvi l 大事硕星笋丈 童 子 9 戈.英文摘要 abs t rac t a u t o m a t e d s t o r a g e a n d r e t r i e v a l s y s t e m ( a s / r s ) i s a m a in l y c o n s t i t u e n t o f t h e m o d e m ma t e r i a l s h a n d l i n g s y s t e m s , a n d h a s b e e n u s e d i n e v e r y w a l k o f l if e . n o w , it h as b e e n a n i m p o r t a n t s i g n o f c o r p o r a t i o n s p r o d u c t a u t o m a t i z a t i o n a n d m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n . t h e l e v e l a n d e f fi c i e n c y o f t h e d e s i g n w i l l a f f e c t m a r k e t a b l e c o m p e ti t io n o f t h e l o g i s t i c s e n t e r p r i s e . s o i t i s i m p o r ta n t t o d e v e l o p t h e s o ft w a r e o f t h e c o m p u t e r a i d e d d e s i g n t o t h e a s / r s t h i s p a p e r a c h i e v e s t h e c a d o f a s / r s , b y c u s t o m i z i n g t h e a u t o c a d u s in g s o m e a d v a n c e d c o m m a n d s a n d d e v e l o p i n g a u t o c a d b y v b a , b a s e d o n t h e t h e o r y o f t h e c o l l e c t i v i t y c r a ft w o r k d i s p o s a l o f t h e a s / r s t h e p a p e r i n v o l v e d f o l l o w c o n t e n t s : a . i n t r o d u c e d t h e b a s i c t h e o r y o f s o m e b a s i s t h e o r i e s a b o u t t h e l a y o u t t o ma t e r i a l s h a n d l i n g s y s t e m s ; b . d e v e l o p e d a c a d s o f t w a r e , i n t h e d e v e l o p m e n t , t h e f o l l o w t e c h n ic a l p r o b l e m : 1 ) p o u n d t h e s e l f - c o n t a i n e d g r a p h i c a n d p a r a m e t e r a g g r e g a t e o f th e e q u i p m e n t a c c o r d i n g t o t h e w o r k s y s t e m o f k s e c ; 2 ) r e a l i z e d t h e p a r a m e t r i c d e s i g n i n g a n d c h a n g i n g o f t h e mh s e q u ip m e n t b y d e v e l o p i n g a u t o c a d u s i n g t h e v b a a s t h e t o o l ; c . r e a l i z e d t h e l i n k o f a u t o c a d a n d a c c e s s a n d e x c e l , t h e n t h e s o ft w a r e c a n b e d e v e lo p e d l a t e r . t h e s o f t w a r e d e v e l o p e d i n t h i s t h e s is h a s b e e n d e l i v e r e d t o t h e k s e c t o u s e . t h e s o ft w a r e h a s b e e n p r o v e d s a t i s f i e d t h e w h o l e d e s i g n w o r k i n g . i t s u s e o ff e r e d a n e w d e s i g n m e t h o d , a d v a n c e d d e s i g n a n d m a n a g e m e n t r a t e , b u i l d u p t h e c o m p e t i t i o n a b i l i t y o f c o r p o r a t i o n k e y wo r d s : m a te r i a ls h a n d l i n g s y s t e m s ( m h s ) ; a s / r s ; p a r a m e t r ic d e s i g n ; t e m p l a t e ; v b a ; a u t o c a d ; d e v e l o p m e n t ; d a t a b a s e 西i t - t a才笋6 c, 活笋世 a d 丈第一章 绪论 第一章 绪论 课题来源及研究的目的意义 课题来源: 本课题来源于西北工业大学与昆船公司签订的“ 自 动化物流系统总体规划 :l 设计”研究合同，该合同的主要任务是开发集自 动化物流系统总体参数计算、 总体工艺布置图的自 动生成模块、设备明细表与报价表自 动生成模块的计算机 辅助设计软件。 1 . 1 .2研究的目的意义 昆船集团物流公司是一家以开发设计物流系统为主的综合性物流公司， 但 是目前公司设计开发物流系统的工作流程非常繁琐。通常，设计一个物流系统 需要先根据用户基本要求计算总体参数: 然后以 参数为基础进行总体工艺设计、 绘制总体工艺布置图;再根据总体工艺布置图进行现场安装调试。这种设计方 法一般都要到现场安装调试的时候才能发现一些重大问题，一旦发现问题就需 要重新进行参数计算、总体工艺设计，具体设计过程如图 1 . 1 e 图1 . 1 物流系统传统设计方法 由于所设计的物流系统一般都是相似的， 而昆 船物流公司在绘制总体工艺 布置图时没有专门的软件可以使用，这样就经常造成重复工作， 效率非常低， 而且在标明平面号时由于需要逐个标明，经常发生错误，在发生错误时，由于 要修改错误平面号之后的所有设备平面号，所以 修改也是非常麻烦的。在统计 使用设备及其参数时，昆 船目 前的工作方法是对照总体工艺布置图以 手工统计 这些设备及技术参数。这样，不仅效率非常低，还经常造成统计错误。这些工 作方式的 缺点经常使物流公司在竞标时由 于效率低下而失去一些商 机。 为了改进目 前工作方式的缺陷， 使昆 船物流在商场上反应更快捷， 使企业 更具竞争力，昆 船物流公司与我教研室合作研究开发“ 自 动化物流系统总体规 划设计”软件的课题。该课题的研究目 的是使昆船物流公司在今后的立体仓库 西 e . r -9试学颐丫学泣老之 第一章 绪 论 总体设计工作中能够实现计算机辅助设计，缩短设计周期，减少研制经费，使 设计更具有科学性。 “ 自 动化立体仓库总体工艺布置的计算机辅助设计” 是该课题中的重要组 成部分。该课题的研究具有一定的理论意义及实用价值: .为昆船物流公司提供一套比较合理的企业标准。 目 前物流行业在全国都 没有一个比较权威的统一标准，每个企业自己内部的标准也都不完全 一样。自 动化物流系统计算机辅助设计软件的开发，将会提供一套包 括完备的设备简图、设备数据库，设备明细表、及统一绘图标准的标 准模板，使设计人员能最大限度的遵循统一的企业标准。 .提高昆船物流公司的设计水平和市场竞争力。 该课题的研究， 大大缩短 了立体仓库的设计周期，使昆船物流公司将能在很短的时间内提出一 个很合理的立体仓库设计方案，并可以使竞标人员在最短时间内得到 适合该方案的各种设备配置并估算出项目价格。计算机辅助设计软件 的开发，使昆船物流公司的设计水平上了一个新台阶，提出的设计方 案更具科学性、实用性，也更有市场竞争力。 .节约资金。 自 动化立体仓库计算机辅助设计软件的开发减少了大量设计 工作中不必要的中间环节，整套设计方案由软件自动生成，这样就会 节约大部分经费的开支。再者，由于目 前这类软件国内还没有，如从 国外进口的话，价格将十分昂贵，对该软件的自 主开发大大节约了企 业的后期投入。同时， 科学的优化设计也为用户节约了不必要的投入。 .该软件的开发和使用可以推动和其配套的设计工作逐步实现计算 机辅助设计。由于物流是一个非常复杂的系统，每一个物流项目都有 大量的设计工作要做，某一个设计阶段采用了软件设计后必将带动其 他的设计工作也走向计算机辅助设计阶段，从而使整体的设计能力得 到提高。另外在同类设计工作中也具有很大的推广价值。 .为企业的信息化技术打下了坚实的基础。 该软件在进行自 动化立体 仓库总体规划布局的同时把每一台设备的各项参数都存入设备数据库 中，这样可以为企业进行设备管理等信息化技术打下基础。 1 .2国内外研究现状 物流系统的设计需要遵循一些基本的设计原则， 还要采用系统化的设计工 具，实现快速物流系统设计。物流系统的计算机辅助设计其宗旨 就是在系统安 装前，通过对系统设计结果的分析，及时调整系统各部分参数，以求设计的系 第 z 页 u-/ t t a式 4 w, 去 应居 第一章 绪论 统更合理、更可靠。 目 前，就单独的一些系统，如 a s / r s系统，运输系统以及它们的设备如 堆垛机、 a g v等，国外开发了一些计算机辅助设计软件。比如r e p l a s 软件， 不仅考虑到立体仓库的存储功能的设计，更主要的是注重其动态性能的设计， 即立体仓库的规模极其出/ 入库能力。 此外r e p l a s 系统还可以根据设计出的各 项参数，给出立体仓库的初始布局，同时，它提供与 a u t o c a d软件的接口， 进一步的布局，可以在 a u t o c a d环境下继续更改。 国内， 物流系统的研究开发起步较晚， 目 前能开发物流设备的单位还不多， 其中，云南昆船设计研究院，机械部北京自 动化所，苏州起重机械厂等单位具 有设计生产能力，开发了用于自己设计和生产的立体仓库、货架、堆垛机及周 边设备的计算机辅助设计软件。机械部机械设计总院开发的物流系统仿真软件 由于建模的描述能力不强，因此，仿真的实用性不够。 在物流系统布局方面， 机械部杭州第二设计研究院，基于 m u t h e r 的系统 化平面设施规划方法。采用计算机辅助设计，由于工厂设施的种类繁多，涉及 面广等因素，经过计算机优化后，其可行方案仍有数十种，因此，正在进行进 一步优化工作。 通过以上分析看出， 随着计算机软硬件技术的不断发展，以 及现代化物流 设备的不断出 现，对物流系统计算机辅助设计的研究和开发日 益深入。 但是， 目 前国内还没有一套系统化总体规划设计软件。 1 .3论文主要研究内容 “ 自 动化物流系统总体规划设计” 课题的主要内容是根据昆船物流公司开 发物流系统的工作流程， 使用v b a对a u t o c a d 2 0 0 0 / 2 0 0 2 和。 ff i c e 2 0 0 0 进行二 次开发从而实现自 动化物流系统总体规划的计算机辅助设计。该课题主要由三 大模块组成:总体规划设计模块、总体工艺布置模块和设备明细表及报价表模 块，它们之间通过后台的a c c e s s 数据库进行连接。 总体规划设计模块主要实现以下功能: 根据用户的需求，以堆垛机的效率 最高为目标，采用有空间限制设计和无空间限制设计两种方案路线，解算出最 合理的仓库总体规划参数。这些参数包括货架的排数、列数、层数、货架区总 长、货架区总宽、货架区总高、堆垛机的台数、堆垛机的效率、堆垛机的走行 距离、堆垛机的升降距离等。该模块计算得到得参数会保存到后台数据库中， 同时还可以保存为便于修改和查阅的wo r d 文档。 第 3页 西 t s 必大 *硕亡笋世4e k 第一章 绪 论 总体工艺布置模块的主要功能是依据总体规划模块生成的数据或临时数 据生成物流系统总体工艺布置图。 该模块主要实现以下几个功能: 1 ) 参数化绘 图， 可以 根据用户选择的参数自 动生成仓库土建图、 货架平面图、 货架立面图、 侧面图、货格详图等，并可根据设计人员的需要， 选择适当的设备布置输送系 统、a g v系统、计算机控制系统及其他设备。2 )总体工艺修改的功能，可以 对货架的排数、列数、层数进行修改，还可以对输送机、流向箭头、平面号等 进行成批修改。 3 ) 干涉检验， 具有仓库立柱和货架系统干涉检验功能和平面号 的唯一性检验功能。 4 ) 预留二次开发系统接口。 该模块所完成的图形及在平面 布置中有关参数将被保存到数据库中，以备下一模块调用。 设备明细表及报价表模块的主要功能是处理总体工艺布置方案的数据， 它 的数据来源于 “ 总体工艺布置模块”生成的后台数据库，该模块主要是为了设 计人员统计工艺布置所使用的设备及其参数，对这些设备进行分类，使整个工 程的管理、报价都更加方便。该模块的使用环境是e x c e l 应用程序，设计 人员 可以在e x c e l 环境中独立编辑数据 ( 添加记录、 删除记录、修改记录) ，并可设 置明细栏，给工作表添加表头和表尾，以便实现保存、分类、打印等操作。 本论文主要是研究该课题的第二部分 一 一一 总体工艺布置模块， 本论文的主 要内容有: 1 、物流及立体仓库总体的基础理论 2 、开发计算机辅助总体工艺布置设计的软件，主要有以下一些工作: ( t ) 结合昆船物流公司现有的工作机制，建立物流系统自 动化立体仓 库标准模板，建立常用的物流设备图形库以及各设备参数存储系 统 ( 2 ) 以昆 船物流公司的设备明细表的规格为基础，建立自 动化立体仓 库设备数据库 ( 3 ) 按实际工艺平面布置的需要建立物流系统操作菜单及工具条等界 面。 ( 4 )通过a u t o c a d的v b a开发工具与数据库建立系统 接口，自 动读 取总体参数数据库中的数据。 ( 5 )通过对a u t o c a d进行二次 开发， 实 现自 动化立体仓 库系统的 参数 化设计 ( 6 ) 通过编程实现各种设备布置过程中的干涉检验 ( 7 ) 预留添加新设备的二次开发系统接口 ( 8 ) 实现自 动化立体仓库系统总体修改 第 a页 na g工几 企又笋面 季 t笋夕讼戈第一章 结沦 3 、 通过a u t o c a d和m i c r o s o ft o f f i c e 的通用开发语言v b a实现设备数 据库( a c c e s s ) 与设备明细表( e x c e l ) 的接口 技术。 1 .4关键技术 在论文完成过程中，主要解决了以 下一些关键技术: 1 、设备参数在图形中的 存储、修改以 及与设备图 块唯一对应性问 题 在自 动化立体仓库总体 工艺布 置图 中， 设备参 数的 存 储、 修改以 及与图 块 的 对 应问 题 一 直是 一 个 很 难 解 决的问 题。 在 编 制程 序时， 主 要 探 讨了 几 种 方 法 加以解决。 利用v b a中的m o d i f i e d 事件实时 操作数据库 这种 方法是通 过编制 程序， 在插入一 个设备图 块时， 直接操作数据库， 将 该 设 备的 相 关参 数 存入 数 据 库， 当 修 改 设 备图 块时， 再 利 用m o d if ie d 事 件实 时 操作数据库，修改该设备的参数。 在v b a中， a p p l ic a t i o n 对 象对 应的m o d i f ie d 事 件是 一种 可以 对图 形 文 件 实 时 操作 的 事 件， 其 特点 是如 果 模型 空 间中 的 一 个图 元 被 修改 ， 这 时就 会 触发 m o d i fi e d 事件。 一般的图 形对象都包含有m o d i f i e d 事件， 所以， 通过m o d i f i e d 事件 可以 在图 形文 件发生 变化的时 候很方 便的实 现对数据库的实时 操作。 由 于在一个图形文件中， 每个图元的句柄是唯一的， 所以 在对数据库进行 实 时 操作 时， 可以 用 插入 图 形的 设 备图 块的图 元句 柄 作为 检 索字 段。 但是， 如 果对图 元 进行修改 是“ 删除” ，由 于m o d i fi e d 事件是 在完成 修改 后才触发的， 而此时图元已 经不存在了， 其句柄也就不存在了， 所以 再使用m o d i fi e d 事件就 会出 错。 解决这个问 题的 方法是 使用图 块名作为检索字 段， 但是 这需要 在插入 设备时， 重 新给图 块命名， 使插入图 形的 每个图 块都不重名， 会 加大程 序代码 量。而且， 这种方法但是这种方法由于在每插入一台 设备时就要操作一 次数据 库， 使系统资 源占 用非常 严重， 严重影响了 程序运行 速度。同 时， 如果由 于一 些 意 外 情 况 造 成图 形 未 保 存， 而 数 据 库中的 数 据已 经 写 好了 ， 就 会 造成 数 据错 误 。 由 于以 上 一 些 缺点， 我 们 最 后 放弃了 这种 方法 ， 重 新 寻找 别 的 解决 方 案。 使 用 块 属 性 存 储 设 备 参 数， 在 保 存图 形时 ， 同 时 保 存 数 据 到 数 据 库 这 种 方 法 是 ， 在 模 板 建 立 各 种 物 流 设 备 的 设 备图 块， 并 使 用a u t o c a d 本身 提 供 的 块 属 性 工 具 为 这 些 图 块 建 立 属 性 ， 在 将 这 些 设 备 图 块 时 给 这 些 属 性 重新 赋 值， 以 保 存 设 备 属 性 每 次 在 保 存 图 形 文 件 时 ， 通 过 编 制 的 程 序 将 这 些图 块 - - - 一一 一 一 藻 万 fi 一一一 一 西 t r必大弓 断 劫 述 学世谐灵第一章 绪论 及其属性加以统计并提取至数据库中。 这种方法不易造成数据丢失或错误，但是如果在没有完成图形时保存图 形，在将来再次保存图形时，必须将数据库中的数据清空，重新保存，这样就 会造成重复操作数据库，造成一定的资源浪费。 编制专门的提取数据命令，在完成图形后统计使用设备，并提取设备 属性 为了以最高的效率实现数据的保存， 最后我们专门编制了提取设备属性的 命令，在完成图形文件后，通过操作人员执行此命令而提取设备属性。这种方 法在执行提取设备属性命令的时候，会清空设备属性数据库中的所有数据，检 索图形文件中所有的设备图块，顺序提取块属性中所记录的设备属性。不会出 现数据错误，并且，由于此命令是在完成图形后执行的，可以只操作一次数据 库，这样就节省了系统资源。 2 、对物流系统各主要设备进行参数化设计 参数化设计需要按提供的设备参数绘制设备图形， 如果每次需要绘制设备 图形时都利用程序生成图形，工作量非常巨大。在总体工艺布置图中，由于使 用的物流设备一般都是固定的，所以我在定制模板时，将这些物流设备以图块 的形式定制在模板中， 各种设备图块的原始尺寸都设置成 i x l m m ， 这样以 设 备尺寸驱动图形时，只要修改图块插入时的比例就可以实现了。 3 、物流系统总体工艺布置中的干涉检验 在物流系统中最主要干涉有货架系统与仓库立柱的干涉及平面号唯一性 干涉。 由 于总体工艺布置图中，货架系统与仓库立柱都是以图块形式插入图 形的， 无法使用 a u t o c a d本身的实体干涉命令，而实际工作中，经常遇到货 架与立柱的干涉问题，这就需要自己编制程序，通过比较货架系统和立柱在图 形中所占面积是否互相干涉加以判断。 在程序中，因为图块本身没有长度宽度等参数， 只好以附加块属性的方法 记录图块的几何尺寸，通过图 块的插入点以及所记录的块属性计算货架及立杜 的实际位置，通过计算判断是否干涉，如果干涉，则移动货架插入点，重新计 算。 在总体工艺布置图中，设备的平面号是唯一的，所以要对插入图形的 设备平面号进行唯一性干涉检验。 在插入设备图 块时可以 通过检索已 经插入图 形的设备平面号以 避免重复， 但是在修改平面号时由于要进行的是批量修改，如果检测所有的平面号就会引 第 6页 西i t t a才4 li m 7 f * 企ig灵 第一章 绪论 起死循环，所以只需检验不需要修改的平面号。 在检测平面号时， 程序中采用了使用选择集的方法， 修改平面号时可以 建 立两个选择集，一个存放需要修改的平面号，一个存放不需要修改的平面号， 检验平面号唯一性时，将修改后的平面号与不需要修改的平面号进行比较就可 以检验其修改后的唯一性了。 4 、预留二次开发系统接口 由于物流系统所使用的各种设备总是在不停的更新， 为了适应以后发展的 需要，设立模板时需要预留二次开发系统接口，以便设计人员根据需要不断完 善图形库。 设计人员可以通过在模板文件中自己定义设备简图图块来实现添加新设 备的目 的，但要保证新设备可以使用计算机辅助设计软件插入图 块并提取其属 性是很困难的。 为了 保证设计人员添加的设备图块可以提取其设备基本属性， 在计算机辅 助设计软件中，用户可以通过 “ 添加新设备”命令给新设备图块添加块属性; 为了解决新设备在计算机辅助设计软件中的智能识别问 题，要求设计人员在为 新设备图块命名时，使用特定的字符开头，然后 “ 使用新设备” 命令就可以在 模板中找到这些新设备，并插入图形中。 1 . 5研究成果及应用情况 “ 自 动化物流系统总体规划设计”课题目前已 经完成， 总体规划设计软件 己经交付昆船物流公司使用，自 动化立体仓库总体工艺布置图的计算机辅助设 计作为其中的一部分也得到了好评。 由于计算机辅助设计软件提供了 物流绘图模板， 使其企业标准有了一个实 体依托，使设计人员在绘制总体工艺布置图时更好的执行企业标准，其中的图 形库使图形绘制减少了许多重复性工作;软件具有参数化绘图功能，只要输入 相关参数，软件就可以根据这些参数自 动生成设备图形，使总体工艺布置图的 绘制更加简便，设计周期大大缩短;另外，软件提供的设备属性提取功能，取 代了传统绘图工作时，必须按照总体工艺布置图人工统计物流设备及其参数的 工作流程， 使得参数统计工作快速、准确，这是在物流系统计算机辅助设计领 域的一个新突破;软件提取的设备数据存入数据库，可以为以 后进行仿真软件 开发等工作做好准备，也是本软件一大特点之一。 目前，该软件在昆船物流公司已经全面使用，关于软件的功能、界而友好 第 7页 xjja t,岸晒 乙 4*应 . 9 七 交 度等都有一个很好的评价。 第一章 m论 *本章小结 本章简要介绍了本论文的题目 来源、研究日的及意义;论文内容、所解决 的关键技术等。是本论文一个简单介绍。 一ms 31 下一一 一一 西 悲 ta p 大*须 l - l尼吮 q第二童 物流系统及自 动化立体仓库 第二章 物流系统及自动化立体仓库 2 . 1物流系统概述 随着现代科学生产力的进一步发展， 人们逐步发现以原有的传统思想、 传 统做法 ( 如减少原材料消耗率、 提高劳动效率等) 从生产中取得较高的经济效 益己经越来越力不从心、其获利程度也越来越小。而另一方面， 长期被人们忽 视的流通领域却越来越大地起着决定一个企业经营好坏的关键性作用， 其在一 件成品中所占用的成本比重也越来越大。据统计，现在一件普通的商品其物流 费用大都保持在最后成本价的3 0 %- 5 0 %， 更有一些对时间、 空间要求苛刻的商 品， 物流费用己经占到其成本价的7 0 %- 9 0 %。 因此物流越来越成为企业竞相追 逐的 “ 第三利润源泉气 物流在企业取得竞争优势中的关键作用体现在以下几个方面: 1 、时间与速度 这己 被作为竞争优势的主要来源。 公司仅重视产品的设计和制造的时间与 速度，以减少新产品系列的推出时间，这己远远不够。快速、可靠的运输送货 可以使公司减少备货时间或周转时间，从而减少存货和堆存成本。在减少存货 水平、 “ 零库存” 、 m r p 、配送需求计划中， 物流将在满足 “ 快速反应” 要求的 系统中起到越来越重要的作用。 2 、质量 公司重视的质量问题不仅仅是指产品的质量， 也包括公司的所有领域的质 量。 在这些质量问题中， 客户所感受到的服务质量最为重要， 如客户期望准时、 高质量、反应快速、更精确的提货和送货服务，这些要求都可以 通过对物流的 管理来实现。 3 、资产生产率 由 于存货投资是资产占 用的一大方面， 改进资 产生产率就要重视存货水平 的 减少 和 存 货周 转的 加快。 加强 物 流管 理， 强 调与 客 户 合作共享 数 据， 更 可以 减少整个物流管道的存货。 - - 一 一- 一 - 一 一m 9矿一一一一一 一 西北工业 ( 笋斌 叹二 笋 经子 甘 关 第_章 物流系统及自 动化1 1 . 体仓库 2 . 1 . 1 物流系统及其发展历程 从广义上讲， 物流泛指物质实体及其载体的场所 ( 或位置) 的转移和时间 占用，即指物质实体的物理流动过程。它是在生产和消费从时间和空间上被分 离并日 益扩大的形势下为有机地衔接“ 供” 和“ 需” ， 保证社会生产顺利地进行， 并取得良 好的经济效益而发展起来的一门科学。 物流所要解决的问题是物流活 动的机械化、自 动化和合理化，以实现物流系统的时间和空间效益。 物流系统是指在一定的时间和空间里，由所需输送的物料和包括有关设 备、输送工具、仓储设备、人员以及通信联系等若干相互制约的动态要素构成 的具有特定功能的有机整体。随着计算机科学和自 动化技术的发展， 物流管理 系统也从简单的方式迅速向自 动化管理演变，其主要标志是自 动物流设备， 如 自 动导引车 ( a g v - a u t o m a t e d g u i d e d v e h i c l e ) 、自 动存储、提取系统 ( a s / r s - a u t o m a te d s t o r a g e / re t r i e v e s y s t e m ) 、空中单轨 自动车 ( s k y r a v - r a i l a u t o m a t e d v e h i c l e ) 、堆垛机 ( s t a c k e r c r a n e ) 等的出现。 发展至今， 物流系统己经成为典型的现代机械电子相结合的系统。 现代物 流系统由半自 动化、自 动化以至具有一定智能的物流设备和计算机物流管理和 控制系统组成。任何一种物流设备都必须接受物流系统计算机的管理控制， 接 受计算机发出的指令， 完成其规定的动作， 反馈动作执行的情况或当前所处的 状况。 现代物流设备是在计算机科学和电 子技术的 基础上， 结合传统的 机械学 科发展来的机电一体化的设备， 具有一定的自 主性， 能更好地识别路径和环境， 本身带有一定的数据处理功能。 从物流系统的管理和控制来看，计算机网络和 数据库技术的采用是整个系统得以正常运行的前提。仿真技术的应用使物流系 统设计处于更高的水平。物流已经成为并行工程的基础和c i ms 的组成部分。 回顾物流技术的发展历史，大致可以分为五个阶段: 第一代物流是人工物流。 人类自 有文明以来， 物流一直是世界的一个重要 组成部分，初始的物流是从人们的举、拉、推和记数等人工操作开始的，虽然 第一代物流是人工的，但即使在今天，人工物流仍存在于几乎所有的系统中。 第二代物流是机械物流。 由于机械结构和机构的引入， 人类的能力和活动 范围都扩大了。现代化设备能让人们举起、 移动和放下更重的物体， 速度也更 j决， 机器延伸了人们的活动范围。 从 1 4 世纪中叶到2 0 世纪中叶的一个世纪中， 这种机械系统一直起着主导作用，同时它在今天的许多物流系统中也仍然是主 第 1 0页 西7 业 才李柳亡v企4 戈第二章 物流系统及自 动化立体仓库 要的组成部分。 第三代物流是自动化物流。自 动存储系统( a s / r s ) 、自 动导引车 ( a g v 7 , 电子扫描器和条形码是自 动化系统的主要组成部分。同时，自 动化物流也普遍 采用机器人堆垛物料和包装、监视物流过程及执行某些过程。自动输送机系统 提供物料和工具的搬运，加快了 运输的速度，使物流的效率大大的提高了。 第四代物流是集成物流。 它强调在中央控制下各个自 动化物流设备的协同 性，中央控制通常由主计算机实现。这种物流系统是在自动化物流的基础上进 一步将物流系统的信息集成起来，使得从物流计划、物流调度直到将物料运输 到达生产的各个过程的信息， 通过计算机网络相互沟通。它不仅使物流系统各 单元间达到协调，而且使生产与物流之间达到协调。 第五代物流是智能型物流。 在生产计划作出后， 自 动生成物料和人力需求; 查看存货单， 规划并完成物流。 这种物流系统将人工智能集成到了物流系统中。 2 . 1 .2 现代物流系统的应用现状及前景 我国的物流业在改革开放以来尤其是近几年有了较大的发展。我国于 2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初开始重视、引进和消化吸收国外的先进物流系统技术 与物流技术设备，目 前己经广泛地应用于各行各业，如烟厂、 航空、医药、 食 品、家电、汽车等，并在 1 9 9 4 年和 1 9 9 7 年先后召开了两届物流技术与装备国 际会议，1 9 9 9 年 1 0月再次召开了物流技术与装备国际会议。 通过这几次会议 的召开，使国内许多企业和学者认识到物流系统的重要性。 近年来， 随着市场竞争的加剧，国际分工协作进一步完善，以及计算机网 络技术的不断发展， 使现代物流系统技术的研究和开发出 现了以下几个新趋势。 . 集成化物流系统技术的开发与应用加速 在国内，随着立体仓库数量的增加，立体仓库技术的普及， 很多企业已经 开始考虑如何使自 动存储系统与整个企业的生产系统集成在一起，形成企业完 整的合理化物流体系。国外这种集成的趋势表现在将企业内部的物流系统向前 与供应商的物流系统连接， 向后与销售体系的物流集成在一起， 使社会物流( 宏 观物流)与生产物流 ( 微观物流)融合在一起。 . 物流系统更加柔性化 随着市场变化的加速， 产品寿命周期正在逐步缩短， 小批量多品种的生产 一 mi i矛一一一一一 av e r a才学硕去学应孟 甘 戈 第二章 物流系统及自 动化立 体仓库 己经成为企业生存的关键。目前，国外许多适用于大批量制造的刚性生产线王 在逐步改造为小批量多品种的柔性生产线。 . 物流系统软件的开发与研究成为新的热点 从典型的制造执行系统可以看出， 企业对储运系统与生产系统的集成的要 求越来越高，由于两个系统的集成主要取决于软件系统的完善与发展，因此， 目前物流系统软件的开发与研究有以下几个趋势。 ( 1 ) 集成化物流系统软件向 深度和广度发展; ( 2 ) 物流仿真系统软件已 经成为虚拟制造系统的重要组成部 分:( 3) 制造执行系统软件与物流系统软件合二为一，并与e p r系统集成。 . 虚拟物流系统走向应用 随着全球卫星定位系统 ( g p s )的应用，社会大物流系统的动态调度、动 态储存和动态运输将逐步代替企业的静态固定仓库。而物流系统的优化目的是 减少库存直到零库存，这种动态仓储运输体系借助全球卫星定位系统，充分体 现了未来物流系统的发展趋势;随着虚拟企业、 虚拟制造技术不断深入， 虚拟 物流系统己经成为企业内部虚拟制造系统一个重要的组成部分。 . 绿色物流 随着环境资源恶化程度的加深， 人们对资源的利用和环境的保护越来越重 视，对于物流系统中的托盘、包装箱、货架等资源消耗大的环节出现了以下几 个方面的趋势。( 1 )包装箱材料采用可降解材料;( 2 )托盘的标准化使得可重 用性提高; ( 3 ) 供应链管理的不断完善大大地降 低了 托盘和包装箱的 使用。 现代物流技术己经是一个包括机械学、 计算机科学、 管理工程学和自 动控 制技术等的多学科综合科学。 在降低制造成本的同时， 人们对降低物流成本( 生 产第二利润源泉)更加重视，目 前物流技术的研究和发展在国内正处于方兴未 艾的阶段，国际上现代物流技术更加走向集成化、虚拟化、绿色化、柔性化和 标准化。 2 .2自 动化立体仓库概述 自动化仓库系统是物流系统的重要组成部分。自动化仓库系统 ( a s / r s - a u t o m a t e d s t o r a g e a n d r e t r i e v a l s y s t e m ) 是在不直接进行人i处理的 情况下能自 动地存储和取出物料的系统。通常所说的 “ 自动化仓库系统” 是指 第1 2贡 西北 s a才学hfl笋 应a e 戈第-章 物流系统及自 动化立体仓库 使用多层货架、能在巷道内的任何货位存储和取出货物的搬运车以及计算机控 制和通信系统所组成的系统，它可以直接与其他生产系统相连。 2 . 2 . 1自 动化立体仓库的分类 自动化立体仓库是一个复杂的综合自动化系统，作为一种特定的仓库形 式，一般有以下几种分类方式。 1按建筑形式可以分为整体式和分离式。 整体式是指货架除了 储存货物外， 还可以 作为建筑物的支撑结构， 就像是 建筑物的一部分，即库房与货架形成一体化结构。分离式是指储存货物的货架 独立存在，建在建筑物内部。 2按货物存取形式可以 分为单元货架式、移动货架式和拣选货架式。 单元货架式是一种最常见的结构。 货物先放在托盘或集装箱内， 再装如单 元货架式仓库货架的货格中。移动货架式是由电动货架组成。货架可以在轨道 上行走，由控制装置控制货架的合拢和分离。作业时货架分开，在巷道中可进 行作业，不作业时可将货架合拢，只留一条作业巷道，从而接生仓库面积，提 高空间的利用率。 拣选货架式仓库的分拣机构是这种仓库的核心组成部分。 它有巷道内 分拣 和巷道外分拣两种方式。两种分拣方式又分为人工分拣和自 动分拣。 3按货架构造方式可以分为单元货格式、 贯通式、 水平循环式和垂直循环 式仓库。 单元货格式是使用最广、 适用性较强的一种仓库形式。 其特点是货架沿仓 库的宽度方向分成若干排， 每两排货架为一组，其间有一条巷道供堆垛起重机 或其他起重机作业。 在单元货格式仓库中， 为了 提高 仓库面积利用率， 有时可以 取消巷道， 将 货架合并在一起， 使同一层、同一列的货物相互贯通， 形成能依次 存放多货物 单元的 通道。 在通道的一端，由一台入库起重机将货物单元装入通道，而在另 一端由出库起重机取货，这就是贯通式仓库。 水平循环货架仓库的货架本身可以 在水平面内沿环形路线来回运行。 这种 仓库简便实用，能够充分利用建筑空间，对于小件物品的拣选作业十分合适。 垂直循环式货架仓库与水平循环货架仓库相似， 只是把水平面内的环形旋 转改为垂直面内的旋转。 第1 3页 西 i 业大学硬去 学应 r e 第二章 物流系统及自动化立体仓库 装置、安全保护以及各种移载功能的运输小车，已经成为了现代物流系统的关 键装备。它是以电池为动力，装有非接触导向装置，独立寻址系统的无人驾驶 自动运输车口 目前的a g v小车导引方式主要有:电磁导航、光学导航、视觉导航、惯 j胜导航、g p s 导航等，最常用的是电磁导航和激光导航。 2 . 2 . 3自 动化立体仓库总体工艺布置 在物流系统的设计中， 总体工艺布置的设计是重要的一环， 其目的是使各 种生产及其相关设备分配在一个合理的位置，使得各种在制品和零部件以最高 的效率在工厂车间里流动，以减少流动资金占用，缩短制造周期，降低产品成 本。 总体工艺布置设计是在生产纲领、 工艺路线己 确定的条件下， 在规定的空 间范围内，将与生产全过程有关的物流流向、设备、运输通道、物料堆放地和 人员活动空间等作最适当的分配和有效的组合，以获得最大的技术经济效益。 下面给出设施布置设计的一些基本原则: ( 1 ) 整体综合原则: 设计时应将对设施布置有影响的所有因素综合考虑 ， 以获得优化方案。 ( 2 ) 移动距离最小原则: 产品搬运距离的大小 ， 不仅反映搬运费用的高低 ， 也反映物料流动的 通畅 程度 ， 因此 ， 应以 搬运距离最小为目 标选择最佳方案。 ( 3 ) 流动性原则: 良 好的设施布置应使在制品 在生产过程中流动顺畅 ， 消除 无谓停滞 ， 力求生产流程连续化。 ( 4 ) 空间利用原则: 充分有效地利用作为生产区 域或储存区域的空间。 ( 5 ) 柔性原则: 在进行厂房设施规划布置前 ，应考虑各种因素变化可能带来 的布置变更 ， 以便于以后扩展和调整。 ( 6 ) 安全原则:应考虑使作业人员有安全感 ， 方便、 舒适。 整体工艺布置设计完成之后， 需要用工艺布置图来表现整个设计， 一个完 整的工艺布置图包括以下内 容: 仓库土建图:包括墙壁、柱子以及柱子间距之间的标注。 货架系统:包括货架平面图、立面图、侧面图、货格详图， 这些视图中需 要标明布置尺寸及各货格工位号，即平面号。 巷道堆垛机: 巷道堆垛机是整个布局图的重点， 整个方案用几台堆垛机是 第 1 7页 西 龙 t a 犬劳动 袋 学企刁 旨之第_章 物流系统及自 动化立体仓库 整个预算的重点。 出入库模块:出入库模块是由 输送机组成的， 一般包括辊道输送机、 链式 输送机、升降输送机、外形检测站等输送设备，每台设备都需要标明平面号， 还需要在设备上绘制出流向箭头，以确定货物的流向。 a g v系统:主要包括a g v站台、充电站台、a g v小车等。 输送系统:出入库模块与 a g v站台之间需要输送系统连接，输送系统都 是由各种输送机组成的。每台设备也需要标明平面号。 参数表:主要用来表现总体工艺布置图中的主要项目 参数。 图符说明:用来说明各种图形符号代表的设备。 明细栏:说明该总体工艺布置图的名称、设计单位等。 2 .3自 动化立体仓库计算机辅助设计的迫切性 一个复杂的自 动化立体仓库系统，是由货架系统、 a g v系统、缓冲站等组 成。在进行工艺平面布置时经常会碰到如何规划物流设备的总体布局、如何合 理的配置设备、如何设计 a g v的运送路线等问题。一个良好的仓库平面布置 和合理的设备配置可以使企业物流更加合理化，避免内部运输迁回重复。立体 仓库的物料流程和工艺布置规划必须遵循一定的原则， 通过对客户需求的分析