自动化立体仓库概述

自动化立体仓库1、类型、特点及发展过程2、总体构成3、规划设计​1概述1.1基本概念仓库(warehouse)是保管、储存物品的建筑物和场所的总称。自动化仓库（automaticwarehouse）是由电子计算机进行管理和控制的，不需要人工搬运作业而实现收发作业的仓库。立体仓库（stereoscopicwarehouse）是指采用高层货架配以货箱或托盘储存货物，用巷道堆垛起重机及其他机械进行作业的仓库。自动化立体仓库是自动化仓库与立体仓库的有机结合，实现仓储过程自动化的自动仓储系统。​1.1基本概念自动化立体仓库：又称自动存储取货系统automatedstorage&retrievalsystem(AS/RS)借助机械设施与计算机管理控制系统实现存入和取出物料的系统。（—2007国家标准）高层货架，巷道堆垛机、自动分拣系统、入出库自动输送系统、周边设施设备等控制系统+上位管理系统​1.2自动化立体仓库的发展状况1.2.1国外发展情况美国于1959年开发了世界上第一座自动化立体仓库，并在1963年率先使用计算机进行自动化立体仓库的控制管理。此后，自动化仓库在欧美一些发达国家和日本迅速发展起来。70后代以来，发达国家大力推广商品物流自动化、高速化、信息化，在各大城市纷纷建立了大型自动化立体仓库。进入80年代，自动化立体仓库在世界各国发展迅速，使用范围涉及几乎所有行业。随着科技的不断发展，先进的技术手段在自动化仓库中及时得以应用：实现了信息自动采集、物品自动分拣、自动输送、自动存取，库存控制实现了智能化，自动导引车得到广泛应用，大大提高了仓储作业效率，一座大型自动化立体仓库每小时可完成500～800次出入库作业。​1.2.2我国自动化立体仓库的发展概况相对国外发达国家而言，我国的自动化仓库的发展起步较晚，自1974年在郑州纺织机械厂建成我国第一座自动化立体仓库以来，我国自动化仓库领域的发展速度比较缓慢。至1980年我国已经建成和正在施工建设的自动化立体仓库达到21座。我国的自动化仓库大部分是简易的中低层小型分离式仓库。货架只有单元货架和重力货架两种。作业方式几乎都是巷道堆垛机配以小车、叉车或输送机等周边设备。这些仓库主要分布在机械制造业，其次是商业、电气行业。仓库的控制以手动控制为主，能够单机自动远距离控制的目前只有北京汽车制造厂零件库、长沙火车站库和天津储运公司库。​1.2.3自动仓库的发展过程按自动化的程度分为五个阶段:人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成自动化仓储阶段和智能自动化仓储阶段。1)

人工仓储技术阶段在这一阶段，仓储过程各环节的作业（包括物品的输送、存储、管理和控制等）主要靠人工来完成。这一阶段的优点是可以面对面地接触仓储全过程，初期的设施设备投资少。​2)机械化仓储技术阶段这一阶段的作业特点是作业人员通过操纵机械设备来实现物品的装卸搬运和储存等作业活动。如通过传送带、工业搬运车辆、堆垛机等来移动和搬运物料，采用各种货架、托盘等来存储物料。机械化程度的提高大大提高了劳动生产率，提高了装卸搬运的工作质量，改善了作业人员的劳动条件，且由于采用了货架来储存货物，避免了货品之间的相互挤压，改善了货品的储存保管条件，另外，使储存空间向立体方向发展，大大提高了存储空间的利用率。然而这一阶段仓储机械设备需要投入大量的资金，且还必须投入一定的费用来科学地管理和维护这些机械设备，以保证设备的合理使用。​3)自动化仓储技术阶段这一阶段在仓储系统中采用了自动输送机械、自动导引小车(AGV)、货品自动识别系统、自动分拣系统、巷道式堆垛机等。随着计算机技术的发展，信息自动化技术逐渐成为自动仓储系统的核心技术，在计算机之间、数据采集点之间、机械设备的控制器之间以及它们与主计算机之间的通信可以及时地进行信息汇总，仓库计算机可以及时地记录订货和到货时间，可随时显示库存量，计划人员可以方便地作出供货计划，管理人员可随时掌握货源及需求情况，在这一阶段，信息技木的应用已成为仓储技术的重要内容。​4)集成自动化仓储技术阶段将仓储过程各环节的作业系统集成为一个有机结合的综合系统，称为仓储管理系统，在仓储管理系统的统一控制指挥下，各子系统密切配合，有机协作，使整个仓储系统的总体效益大大超过了各子系统独立工作的效益总和。在这一阶段，货品的仓储过程几乎可以不需要人的参与，完全实现仓储的自动化。​5)智能自动化仓储技术阶段人工智能技术的发展推动了自动化仓储技术向智能化方向发展。在这一阶段，系统可以完全自动的运行，并根据实际运行情况，自动地向人们提供许多有价值的参考信息，如对市场前景作出科学的预测；根据货品的需求情况对仓储资源的有效利用提出合理化的建议；对系统运行的效果提供科学的评价；根据多个客户的地理位置，提供最优化的运输路线等。总之，目前智能化仓储技术阶段还处于初级发展阶段，在这一技术领域还有大量的工作需要人们去做，具有广阔的发展空间。​1.3自动化立体仓库的特点优点1)大大提高了仓库的单位面积利用率；2)提高了劳动生产率，降低了劳动强度;3)减少了货物处理和信息处理过程的差错;4)合理有效地进行库存控制;5)能较好地满足特殊仓储环境的需要;6)提高了作业质量，保证货品在整个仓储过程的安全运行;7)便于实现系统的整体优化.​1.3.2缺点1)结构复杂，配套设备多，需要的基建和设备投资很大；2)货架安装精度要求高，施工比较困难，而且施工周期长；3)储存货品的品种受到一定的限制，不同类型的货架仅适合于不同的储存物品，因此，自动化仓库一旦建成，系统的更新改造比较困难。​1.4自动化仓库的适用条件1)货品的出入库频率较大，且货物流动比较稳定2)需要有较大的资金投入3)需要配备一支高素质的专业技术队伍4)对货品包装要求严格5)仓库的建筑地面应有足够的承载能力​1.5自动化立体仓库的类型按照高层货架与建筑物之间的关系1）整体式货架除了储存货物以外，还作为库房建筑物的支撑结构，是库房建筑的一个组成部分，即货架与建筑物形成一个整体。这种形式的仓库建筑费用低，抗震，尤其适用于15米以上的大型自动仓库。2）分离式货架与建筑物相互独立。适用于车间仓库、旧库技术改造和中小型自动仓库。​​1.5.2按货架的结构形式1)单元货格式自动化仓库图3-1单元货格式自动化仓库结构示意图​2)贯通式自动化立体仓库图3-2重力货架式自动仓库结构组成示意图​梭式小车货物搬出搬入通道图3-3梭式小车式货架结构示意图​3)移动货架式自动化仓库​4)旋转式自动化立体仓库图3－4水平旋转式货架仓库结构示意图​1.5.3按仓库所提供储存条件分类1)常温自动化立体仓库一般控制在5℃～40℃，相对湿度控制在90％以下。2)低温自动化立体仓库低温自动化立体仓库又包括恒温、冷藏和冷冻自动化仓库等。恒温仓库:根据物品特性，自动调节储存温度和湿度。冷藏仓库:温度一般控制在0℃～5℃之间，主要用于蔬菜和水果的储存，要求有较高的湿度。冷冻仓库:温度一般控制在－2℃～－35℃之间。3)防爆型自动化立体仓库主要以存放易燃易爆等危险货物为主，系统设计时应严格按照防爆的要求进行。​2自动化立体仓库的总体构成土建工程及辅助设施自动输送系统自动存取系统自动分拣系统自动监控系统仓储管理信息系统自动化立体仓库​2.1土建工程及辅助设施2.1.1土建工程土建工程应根据仓库的规模，仓储系统的功能要求，由建筑设计师根据地质概貌情况，按照国家有关标准规定进行设计。2.1.2消防系统依据我国的《建筑设计防火规范》进行设计，再根据所存物品的性质确定具体的消防方案和措施。自动化仓库的消防系统大都采用自动消防系统。自动消防控制系统根据其结拓扑结构的不同，可分为直接控制式和分布控制式两种类型，基本组成及工作原理如下：​传感器监控中心控制器消防器材​2.1.3照明装置为了使仓库内的管理、操作和维护人员能正常地进行生产活动，必须有一套较好的照明系统，尤其是在外围的工作区和辅助区。自动化仓库的照明系统应有日常照明、维修照明和应急照明三部分组成。对存储感光材料的黑暗库来说，由于不允许储存物品见光，因此照明系统应特殊考虑。​2.1.4通风及采暖装置通风和采暖的要求是根据所存物品的条件提出的。自动化仓库内部的环境温度一般在－5℃～45℃即可。通常由厂房屋顶及侧面的风机、顶部和侧面的通风窗、中央空调、暖气等来措施来实现。对储存散发有害气体物品的仓库要考虑环保要求，对有害气体进行适当处理后再排入室外。​2.1.6其他设施其他设施包括给排水设施、避雷接地设施和环境保护设施等，这都是一个综合建筑系统中要考虑的。1)给水设施：包括消防用水和工作用水两部分。2)排水设施：是指将工作废水及雨水及时排出仓库外部的系统。3）避雷设施：立体仓库属于高层建筑，应设置避雷设施以防止雷击。总之，在设计和施工时，以上各部分必须统筹考虑，以达到较好的施工效果。​2.2自动输送系统垂直升降机被输送的货品自动输送线图3－18垂直升降输送机​图3－17螺旋滑槽式垂直输送机​自动导引车系统自动导引车（简称AGV：ＡutomaticＧuidedＶehicle）是指能够自动行驶到指定地点的无轨搬运车辆。多个AGV在控制系统的统一指挥下，分别按照系统规划的路径行驶，从而完成货物的自动输送任务，这样就构成了一个自动导引车系统(简称AGVS:AutomaticGuidedVehicleSystem)。​2.3货架自动存取系统图3-1单元货格式自动化仓库结构示意图​2.4自动分拣系统主输送线分流输送线图3－32气缸侧推式分类机构​主输送线分流输送线图3－33旋转挡臂式分类机构​图3－34轮子浮动式分类机构​自动分拣系统的组成1)控制装置作用：识别、接收和处理分拣信号2)分类装置作用：执行控制系统发来的分拣指令，使商品进入相应的分拣道口。3)输送装置作用：将已分拣好的商品输送到相应的分拣道口，以便进行后续作业。4)分拣道口将商品脱离输送装置并进入相应集货区域的通道。​2.5自动控制系统自动控制系统是自动化立体仓库能否正常运行的核心系统。为了实现整个系统的高效运转，自动化仓库内所用的各种存取设备和输送设备等都需要配备相应的控制装置，用于接受控制系统的指令，实现各自的控制功能。2.5.1控制管理系统的类型1)集中控制系统在自动化立体仓库内使用一台计算机控制器对所有的自动化机械和设备运行统一控制的系统​图3－35集中控制系统结构示意图​①入出库作业管理功能②业务数据的管理功能③网络通信功能④库存分析功能2.5.2分层分布式控制系统

三级控制系统是由管理级计算机系统、中央控制级计算机系统和直接控制器组成的一个整体联网系统,进行联网控制。1)管理级计算机系统管理计算机可对整个仓库的所有作业和设备进行在线及离线管理，它是整个自动化立体仓库的管理核心，其主要功能是储位管理和库存动态管理，并具有实时输入、打印和显示功能以及各种查询功能。管理级中央控制级直接控制级​2)中央控制级计算机系统是整个自动化立体仓库实现自动控制的中心，控制和监视整个自动化立体仓库的运行。①接收并执行上位管理系统的指令；②监视现场设备及各项业务的运行情况；③完成管理级计算机系统、各种自动化设备（如堆垛机、输送机、分拣机等）之间的通讯；④对设备进行故障检测及处理。​3)直接控制器直接控制器由ＰＬＣ(可编程序控制器)对各设备进行单机自动控制,直接控制堆垛机或输送机等设备的状态，完成单机的自动控制以及与中控级的通讯联系功能。​图3－36分布式控制系统组成结构示意图​2.6管理信息系统基础编码与条码生成打印系统入库管理系统出库管理系统库存控制系统库位管理系统单证及报表打印系统绩效考核系统信息自动采集系统仓储管理信息系统功能模块图客户服务管理系统财务管理系统订货业务系统仓储信息管理系统统计查询系统​管理员PC查询PC报表单证打印机数据库服务器库房PC条码标签打印机图3－38型的仓储管理系统拓扑结构Internet无线手持数据终端车载终端管理信息系统的硬件组成​3

自动化立体仓库的总体设计收集分析原始资料确定仓库的主要功能参数确定仓库类型及货架方案选择机械设备配套方案计算所需机械设备数量物流动线规划自动化仓库的设计顺序仓库的平面布置一、一般设计程序​3.1设计的主要内容3.1.1需求分析1）了解物流系统的总体规划，如投资、人员配置、基本指标，以确定仓储系统的规模和机械化、自动化的程度；2）调查库存货物基本情况，如货物的种类、基本特性、外形及尺寸、包装情况、平均库存量、每日入出库数量、出入库频率等，以便确定仓库的类型、规模和库容量等。3）了解建库现场条件，包括气象、地形、地质条件、地面承载能力以及其它环境因素等。​

3.1.2确定货物储存单元的形式和规格；3.1.3确定仓库的类型、作业方式3.1.4确定仓储作业设备类型、主要性能参数及所需数量3.1.5确定货架的总体尺寸1）货格尺寸的确定单元货格式自动化仓库的布置简图

货格尺寸示意图)​2）货架总体尺寸的确定货格尺寸确定后，只要知道货架的排数、列数、层数和巷道宽度，即可计算其总体尺寸:

货架的总长度：L＝货格长度×列数；

货架的总宽度：B=货格宽度×排数+巷道宽度×巷道数；

货架的总高度：各层高度之和。

​动态法若已知库容量为Q，出入库频率要求达到Ｐ0，货架的最大高度为H(或层数ＮＨ)，货格尺寸和堆垛机速度参数（V运、V起、V叉），设堆垛机作业所需的巷道宽度尺寸为ＢＳ。试确定货架的最佳布置和尺寸。最佳的布置方案：满足出入库频率要求,且巷道数最少步骤：（1）设巷道数ＮＢ=l，则货架列数NL=Q/（2NBNH）（2）根据层数NH和列数NL以及堆垛机的速度参数，计算每台堆垛机的平均作业周期tm。（3)计算整个仓库的出入库能力，（4)比较p和P0

​若p

po，说明所设计货架达不到出入库频率要求，试算NＢ=2的情况，重复步骤（1）～（4）的计算，直到P

P0为止，此时的巷道数为最佳巷道数NB。最佳巷道数确定后，货架的总体宽度Ｂ：按货架总高为NH层，则货架的列数为：货架的总长度为：​3.1.6物流路线和区域平面布置的规划设计1）物流路线及设备布置的规划原则:◆最小移动距离原则。仓库内各项操作之间的距离越小,物料和人员流动所需的时间就越少，物流费用就越小。◆直线前进原则。按操作流程的要求，布置物流作业区，使物料的流动按自然顺序逐步进行，避免迂回、倒流。◆充分利用空间、场地的原则。◆生产力均衡原则。保证整个仓库的各个环节都能维持一个合理的运行速度。◆最佳流程原则。保持各物流环节顺利进行，而无阻滞现象发生。◆弹性原则。是指物流路线和物流设备在业务发生变化时应能进行适当的调整。​2）堆垛机的布置方式及运行路线转巷道车堆垛机的布置方式(a)(b)(c)​3）货架区和作业区的衔接方式（1）叉车――出入库台方式（2)自动搬运车――出入库台方式（3）自动搬运车――输送机方式（4）叉车――连续输送机方式​4）出入库能力计算（1）平均单一作业周期的计算堆垛机完成一次单入库或单出库作业所需要的时间。单一作业模式​j:层数，j＝1～m；k:列数，k=1～n；tjk：第j层第k列所对应的货位到出入库台的运行时间（Ｓ）；tf：堆垛机叉货作业时间（Ｓ）；ta：堆垛机作业的附加时间，停机时间、控制延迟时间等。​（2）平均复合作业周期的计算​（2）平均复合作业周期的计算​（2）平均复合作业周期的计算​

j—货架列数，1～m；k—货架层数，1～n；tjk—单程移动时间（s），从该入库站开始到j列、k层单程移动时间；tf—叉货时间（s），在出入库站或货格处，货物移动时间；tt—平均货格间移动时间（s），随机确定入库货格和出库货格，作适当次数货格间移动求得所需时间的平均值；ts—出入库站间移动时间（s），入库站和出库站位置不同时的站间移动时间（s）；ta—停机时间（s），控制延迟时间等。​出入库能力计算每小时单一作业模式完成的出入库次数每小时复合作业模式完成的出入库次数​复习思考题1、简述自动化立体仓库的总体结构组成。2、自动分拣系统由哪些部分构成？各组成部分的作用是什么？3、自动控制系统的类型有哪些？分别说明之。4