物流工程技術(shù)學(xué)：現(xiàn)代倉儲設(shè)施設(shè)備與技術(shù) 自動化立體倉庫

1ch3現(xiàn)代倉儲設(shè)施設(shè)備與技術(shù)

（3）2自動化立體倉庫主要內(nèi)容1、含義2、產(chǎn)生3、組成4、特點5、分類6、案例7、設(shè)計8、發(fā)展趨勢34日本Muratec公司AS.RS系統(tǒng)5日本Muratec公司現(xiàn)代物流系統(tǒng)6SAMSUNG航空AS.RS系統(tǒng)7SAMSUNG航空AS.RS系統(tǒng)8SAMSUNG航空自動化物流系統(tǒng)9左圖：立體倉庫右圖：傳統(tǒng)倉庫自動立體倉庫VS傳統(tǒng)倉庫10自動立體倉庫VS傳統(tǒng)倉庫以庫存11000托盤、月吞吐10000托盤的冷庫為例，自動化立體倉庫與普通倉庫比較情況為：用地面積為13%、工作人員為21.9%、吞吐成本為55.7%。自動倉庫的單位面積儲存量為普通倉庫的4~7倍。11立體倉庫的建筑高度一般在5米以上，最高的可達(dá)40米，常用的立體倉庫高度在7—25米之間。高層貨架每兩排合成一組，每兩組貨架中間設(shè)有一條巷道，供巷道堆垛起重機(jī)和叉車行使作業(yè)。每排貨架分為若干縱列和橫排，構(gòu)成貨架或存貨位，用于存放托盤或貨箱。巷道堆垛起重機(jī)自動對準(zhǔn)貨位存取貨物，通過周圍出庫、入庫的搬運系統(tǒng)完成自動存取作業(yè)。12概念《中華人民共和國物流術(shù)語》立體倉庫：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(jī)及其他機(jī)械進(jìn)行作業(yè)的倉庫。自動化倉庫：由電子計算機(jī)進(jìn)行管理和控制的，不需要借用人工進(jìn)行搬運實現(xiàn)收發(fā)作業(yè)的倉庫。自動化立體倉庫131概念——自動化立體倉庫是一種利用高層立體貨架（托盤系統(tǒng)）儲存物資，用電子計算機(jī)控制管理和用自動控制堆垛運輸車進(jìn)行存取作業(yè)的倉庫?！狝S/RS(AutomaticStorage&RetrievalSystem)142產(chǎn)生生產(chǎn)力高度發(fā)展的結(jié)果土地緊張、價格上漲的原因巷道堆垛機(jī)的發(fā)展電子計算機(jī)的使用15國外發(fā)展美國自動化倉庫的發(fā)展現(xiàn)狀：1963年，第一個自動化倉庫的產(chǎn)生；最大最高的自動化倉庫都在美國；日本自動化倉庫的發(fā)展現(xiàn)狀：可以分為三個層次：小型倉庫占62.6%，中型倉庫25.2%，大型倉庫12.2%。16

巷道堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1-上梁；2-天軌；3-立柱；4-載貨臺；5-存取貨機(jī)構(gòu)；6-運行機(jī)構(gòu)；7-車輪；8-下梁；9-地軌；10-起升機(jī)構(gòu)181、組成：行走部分（車體），升降部分（載貨臺及起重裝置），取貨部分（貨叉），支撐導(dǎo)向部分（立柱導(dǎo)軌），電控與通訊系統(tǒng)，安全裝置。2、主要技術(shù)參數(shù)額定起重量Gn——堆垛機(jī)允許起升的貨物和托盤（貨箱）的總質(zhì)量，；總起重量Gt——堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)實際起升的質(zhì)量總和；堆垛機(jī)總質(zhì)量G0——堆垛機(jī)各部分質(zhì)量的總和；額定速度——堆垛機(jī)各工作機(jī)構(gòu)最大的運行速度，m/min，主要有水平行走速度Vx、起升速度Vz、貨叉伸縮速度Vy；行程、起升高度、載貨臺尺寸——根據(jù)立庫的尺寸確定。堆垛機(jī)運行特性曲線——在堆垛機(jī)運行中，各工作機(jī)構(gòu)運行速度的變化曲線。193、堆垛機(jī)的作業(yè)能力堆垛機(jī)的作業(yè)能力用完成一個作業(yè)循環(huán)所用的時間（作業(yè)周期）來衡量。作業(yè)周期越短，出入庫頻率越高，說明作業(yè)能力越強(qiáng)。堆垛機(jī)的出、入庫作業(yè)方式分為單一作業(yè)方式和復(fù)合作業(yè)方式兩種。從出入庫平臺出發(fā)到指定貨位完成一次取貨或存貨后重新回到出入庫平臺為一個單一作業(yè)循環(huán)；從出入庫平臺出發(fā)到某指定貨位完成一次存貨之后，又到另一指定貨位完成一次取貨，然后返回出入庫平臺為一個復(fù)合作業(yè)循環(huán)。完成一個單一作業(yè)循環(huán)所用的時間為單一作業(yè)循環(huán)作業(yè)周期，簡稱單作業(yè)周期；完成一個復(fù)合作業(yè)循環(huán)所用的時間為復(fù)合作業(yè)循環(huán)作業(yè)周期，簡稱復(fù)合作業(yè)周期。204、控制方式(1)手動控制作業(yè)人員直接在堆垛機(jī)的鍵盤上操作，控制堆垛機(jī)完成所需的作業(yè)，用于調(diào)試設(shè)備的場合。(2)半自動控制從設(shè)置在巷道端部的操作臺的鍵盤上將作業(yè)指令輸入，并按下執(zhí)行開關(guān)后，堆垛機(jī)即按照指令自動執(zhí)行作業(yè)。用于單臺堆垛機(jī)的臨時作業(yè)控制。(3)全自動堆垛機(jī)控制器與監(jiān)控計算機(jī)自動進(jìn)行數(shù)據(jù)、信息交換，從網(wǎng)絡(luò)中各工作站送出的信號，通過接口裝置傳至倉儲設(shè)備控制裝置后指揮堆垛機(jī)，而堆垛機(jī)的控制器應(yīng)立即按指令執(zhí)行，使堆垛機(jī)按程序動作。堆垛機(jī)正常工作時的控制模式。

一般要求堆垛機(jī)應(yīng)同時具備這三種控制方式。213組成貨物儲存系統(tǒng)由立體貨架的貨格（托盤或貨箱）組成。貨架按照排、列、層組合構(gòu)成立體倉庫儲存系統(tǒng)。貨物存取和傳送系統(tǒng)承擔(dān)貨物存取、出入倉庫的功能，由有軌或無軌堆垛機(jī)、出入庫輸送機(jī)、裝卸機(jī)械等組成?？刂婆c管理系統(tǒng)由管理計算機(jī)、中央控制計算機(jī)對堆垛機(jī)、出入庫輸送機(jī)等直接控制組成控制系統(tǒng)。其它配套系統(tǒng)22計算機(jī)管理系統(tǒng)檢測裝置信息識別監(jiān)控與調(diào)度數(shù)據(jù)通信大屏幕顯示圖像監(jiān)視系統(tǒng)自動化立體控制系統(tǒng)自動化立體倉庫的組成操作面板無線射頻識別系統(tǒng)（RFID）輸送機(jī)構(gòu)移載機(jī)器人立體貨架控制系統(tǒng)上位機(jī)上位機(jī)立體貨架操作面板控制系統(tǒng)RFID自動識別系統(tǒng)輸送機(jī)構(gòu)移載機(jī)器人輸送機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)上位機(jī)控制軟件26現(xiàn)場設(shè)施控制網(wǎng)絡(luò)巷道堆垛機(jī)觸摸屏主界面巷道堆垛機(jī)觸屏主界面巷道堆垛機(jī)觸屏主界面30自動尋址技術(shù)堆垛機(jī)自動辨認(rèn)相對地址從而停止在目的貨位的功能。自動倉庫的認(rèn)址檢測系統(tǒng)有兩項任務(wù):一是實現(xiàn)自動尋址，使堆垛機(jī)自動找到被指定到達(dá)的位置;二是自動準(zhǔn)確停位，即堆垛機(jī)找到指定位置后，停在規(guī)定的精度內(nèi)。31自動尋址技術(shù)貨位坐標(biāo):X-Y-Z，即排一列一層。排:指堆垛機(jī)左右的兩排貨架，操作者面向前進(jìn)位置坐標(biāo)的方向時，倉庫左邊的排號為Xl排，右邊的排號為X2排。列:指沿運動方向的位置，堆垛機(jī)起始位置出入貨臺處為0列(也稱列原位)，沿前進(jìn)方向每過一列，貨格貨位地址列數(shù)加1。層:指沿起升方向的位置，堆垛機(jī)最底層的貨位層數(shù)為1層(也稱層原位)，沿起升方向每過一層貨格，格貨位地址層數(shù)加1.貨位地址的確定32自動尋址技術(shù)當(dāng)自動倉庫接受到上級管理機(jī)的存取指令和存取地址后,即向指定貨位的方向運行.運行過程中,安裝在堆垛機(jī)上的傳感器不斷檢測位置信息,計算判斷是否到位.尋址方式33（1）．優(yōu)點●倉庫作業(yè)全部實現(xiàn)機(jī)械化和自動化●采用高層貨架、立體儲存，能有效地利用空間，減少占地面積，降低土地購置費用●采用托盤或貨箱儲存貨物，貨物的破損率顯著降低?！褙浳患校阌诳刂婆c管理，特別是使用電子計算機(jī)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)過程的自動控制，而且能夠進(jìn)行信息處理4特點34（2）．缺點●結(jié)構(gòu)復(fù)雜,配套設(shè)備多,需要的基建和設(shè)備投資高?！駜Υ尕浳锏钠贩N受到一定限制,對長大笨重貨物以及要求特殊保管條件的貨物,必須單獨設(shè)立儲存系統(tǒng)●對倉庫管理和技術(shù)人員要求較高,必須經(jīng)過專門培訓(xùn)才能勝任●必須注意設(shè)備的保管保養(yǎng)●自動化倉庫要充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益,必須與采購管理系統(tǒng)、配送管理系統(tǒng)、銷售管理系統(tǒng)等管理咨詢系統(tǒng)相結(jié)合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。35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(yán)格；5)倉庫的建筑地面應(yīng)有足夠的承載能力。365自動化立體倉庫的類型1)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。372)按貨架的結(jié)構(gòu)形式(1)單元貨格式自動化倉庫38(2)貫通式自動化立體倉庫重力貨架式自動倉庫結(jié)構(gòu)組成示意圖39(3)移動貨架式自動化倉庫40(4)旋轉(zhuǎn)式自動化立體倉庫水平旋轉(zhuǎn)式貨架倉庫結(jié)構(gòu)示意圖41416案例1:海爾物流和立體庫海爾集團(tuán)公司分析發(fā)現(xiàn)在整個生產(chǎn)過程中，最受制約的就是倉儲，就是原材料和零部件的倉儲和配送，所以海爾選擇了這個突破口。在青島海爾信息園里面建了一座機(jī)械化的立體庫，在黃島開發(fā)區(qū)建了一座全自動的立體庫。在國內(nèi)人們因為人工成本便宜，地皮又大而質(zhì)疑立體庫的效果。但海爾的事實是，黃島立體庫長120米、寬60米，倉儲面積5400m2，立體庫有9168個標(biāo)準(zhǔn)托盤位，托盤是1.2×1米的；立體庫的建筑高度是16米，放貨的高度可到12.8米，每天進(jìn)出的托盤達(dá)到1200個，實際能力是1600個。5400m2取代了原來65000m2的外租庫，而且由于使用了計算機(jī)系統(tǒng)，管理人員從原來的300多人降為48人。通過減少外租庫的租金，外租庫到車間的來回費用，節(jié)省工人工資加起來一年是1200萬。第二個作用是降低了物料的庫存。因為海爾在計算機(jī)系統(tǒng)里都設(shè)定了，比如說只允許放7天的料，超過7天不讓進(jìn)，相對來說使整個庫存量下降。庫存量下降當(dāng)時空調(diào)事業(yè)部就是一個典型的例子，大約3個月，從9月到12月降了1.4億。4242案例:海爾物流和立體庫第三個作用是深化了企業(yè)物流系統(tǒng)的規(guī)劃。因為立體庫使用后是兩翼推動，一是海爾要求所有的分供方按照照標(biāo)準(zhǔn)化的模式送貨，所有的都是標(biāo)準(zhǔn)化的托盤，標(biāo)準(zhǔn)的周轉(zhuǎn)箱。以往都是紙箱，紙箱的壞處在于，產(chǎn)品的零部件容易壓壞，上線的時候還要倒箱，多次倒箱增加了人工揀選，保證不了產(chǎn)品的質(zhì)量?，F(xiàn)在我們采用統(tǒng)一的產(chǎn)品包裝，從分供方的廠里到海爾的生產(chǎn)線整個過程不用倒箱。對車間也是一樣，以往我們車間的效果也是臟、亂、差，使用標(biāo)準(zhǔn)箱之后，全部是叉車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。立體庫對兩方都產(chǎn)生了有利的作用，對分供方也好，對海爾內(nèi)部的整個物流推進(jìn)也是很重要的。4343案例:海爾物流和立體庫二是，立體庫具有靈活性和擴(kuò)展性，剛開始設(shè)計立體庫想的只是放空調(diào)的東西，但是通過計算機(jī)系統(tǒng)管理以后，只占很少的庫容，公司馬上把冰箱、洗衣機(jī)、電腦全部放進(jìn)去，一下減少了這些廠的外租庫，整個效果非常明顯。立體庫就有這么多好處。并不一定非要建立體庫，在車間旁邊也可以搭立體貨架，這樣就節(jié)約了車間里面寶貴的生產(chǎn)面積，每一寸土地都得到充分的利用。（改編自“周行.海爾物流與創(chuàng)新.商品儲運與養(yǎng)護(hù),2000.8:12-18.”作者周行就職于海爾集團(tuán)物流本部。）44海爾國際物流中心自動立體倉庫45海爾國際物流中心海爾國際物流中心于2001年3月31日正式啟用原材料自動化倉庫。存儲物料為采購的零部件等原材料；單元貨物尺寸為1200×1000×1560（mm）；單元重量為1500kg；貨位數(shù)量為12（排）×74（列）×11（層）=9768個；高度為20m。成品件自動倉庫。存儲物料為冰箱、空調(diào)、小家電等制成品；單元貨物尺寸為2100×1200×2000（mm）；貨位數(shù)量為16（排）×74（列）×8（層）=9472個。6案例2：蒙牛乳業(yè)的AS/RS4647484950517自動化倉庫系統(tǒng)的設(shè)計倉庫是一個綜合系統(tǒng)，其設(shè)計過程一般包括以下幾個階段：1）需求分析（準(zhǔn)備階段）2）確定貨物單元形式及規(guī)格3）確定自動化倉庫的形式、作業(yè)方式和機(jī)械設(shè)備參數(shù)4）建立模型。建立模型是指根據(jù)單元貨物規(guī)格確定貨架整體尺寸和倉庫內(nèi)部布置。（1）確定貨位尺寸和倉庫總體尺寸。（2）確定倉庫的整體布置。52自動化倉庫系統(tǒng)的設(shè)計一般情況下，每二排貨架為一個巷道，根據(jù)場地條件可以確定巷道數(shù)。根據(jù)每排貨架的列數(shù)C及貨格橫向尺寸可確定貨架總長度L，之后根據(jù)作業(yè)頻率的要求確定堆垛機(jī)的數(shù)量和工作形式。還要確定高層貨架區(qū)和作業(yè)區(qū)的銜接方式，可以選用叉車、運輸小車或者輸送機(jī)等運輸設(shè)備。按照倉庫作業(yè)的特點選擇出入口的位置。53自動化倉庫系統(tǒng)的設(shè)計5）確定工藝流程，并核算倉庫工作能力。（1）立體倉庫的存取模式。在立體倉庫中存取貨物有兩種基本模式：單作業(yè)模式和復(fù)合作業(yè)模式。（2）出、入庫作業(yè)周期的核算。6）提出對土建及公用工程的設(shè)計要求7）選定控制方式和倉庫管理方式。（1）選定控制方式。根據(jù)作業(yè)形式和作業(yè)量的要求確定堆垛機(jī)的控制方式，一般可分為手動控制、半自動控制和全自動控制。（2）選擇管理方式。對于大中型倉庫越來越普遍地采用計算機(jī)進(jìn)行管理，并在線調(diào)度堆垛機(jī)和各種運輸設(shè)備的作業(yè)。8）提出自動化設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和配置54(1).自動化程度不斷提高，近年來采用可編程控制器(PLC)和微機(jī)控制搬運設(shè)備的倉庫和采用計算機(jī)管理與PLC聯(lián)網(wǎng)控制的全自動化倉庫在全部立體倉庫中的比重不斷增加。(2).大型自動化倉庫系統(tǒng)己不再是發(fā)展方向。為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的新形勢，出現(xiàn)了規(guī)模更小，反應(yīng)速度更快，用途更廣的自動化倉庫系統(tǒng)。(3).在堆垛機(jī)方面，不斷推出具有新的物理外形和更高性能的設(shè)備。最新的開發(fā)包括提高電子和控制技術(shù)，在使堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時，提高搜索能力和運行速度，以期獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。(4).應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛，從制造工廠、商場、機(jī)場、港口、軍需部門到地下室冷庫等各行各業(yè)均有采用。倉庫存儲貨物品種也日益多樣化，除了大多數(shù)仍是制成品外，儲存品種越來越多。8、發(fā)展趨勢55(5).提高倉庫運轉(zhuǎn)的可靠性與安全性。在倉庫自動控制與信息傳輸中采用高可靠性的硬、軟件，增強(qiáng)抗干擾能力。國外自動化倉庫這方面發(fā)展的一個方向是普遍采用掃描技術(shù)，使貨物的存取和發(fā)送信息做到快速、實時、可靠和準(zhǔn)確。(6).在揀選作業(yè)自動化方面，各國正加緊研究開發(fā)可供實用的揀選自動化設(shè)備和系統(tǒng)，但尚未真正達(dá)到能可靠實用階段。(7).在一些生產(chǎn)企業(yè)，立體倉庫己不僅僅簡單地作為物料的儲存的倉庫，而且與生產(chǎn)企業(yè)的工藝流程緊密結(jié)合，成為生產(chǎn)物流的一個組成部分。如柔性加工系統(tǒng)(FIMS)中的自動化倉庫就是一個典型例子。(8).隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)，特別專家系統(tǒng)在自動化倉庫中的應(yīng)用日益增多。56Wheredowegofromhere?57ResultsBiggerisnotalwaysbetter,atleastwithregardtoequipmentandlabor.Thereis,however,someevidencethatmorewarehousespaceleadstobettersystemefficiency.Laborhourswasnotfoundtobeasignificantfactor,byitself,inpredictingsystemefficiency.However,theinteractionoflaborwithinvestmentwasfoundtobesignificantinthesensethatlaborhoursmitigatestheeffectofinvestment(inotherwords,thoughhighinvestmentwarehousestendedtobelessefficientthanlowinvestmentwarehouses,thedifferencesbecomeslessprominentthehigherthelaborhours).

58MoreResultsTheinteractionofinvestmentandareawasfoundtobesignificant.Thismeansthathighinvestmentwarehousesareevenlessefficientiftheyarealsolarge.Nomatterhowwesegmentthedata,averylargeproportionofwarehousesareoperatingatorbelow50%systemefficiency.Whilethismayreflectseasonalfluctuationsincustomerorders,itstillrepresentsaverysi