物流工程技术学：现代仓储设施设备与技术 自动化立体仓库

1ch3现代仓储设施设备与技术

（3）2自动化立体仓库主要内容1、含义2、产生3、组成4、特点5、分类6、案例7、设计8、发展趋势34日本Muratec公司AS.RS系统5日本Muratec公司现代物流系统6SAMSUNG航空AS.RS系统7SAMSUNG航空AS.RS系统8SAMSUNG航空自动化物流系统9左图：立体仓库右图：传统仓库自动立体仓库VS传统仓库10自动立体仓库VS传统仓库以库存11000托盘、月吞吐10000托盘的冷库为例，自动化立体仓库与普通仓库比较情况为：用地面积为13%、工作人员为21.9%、吞吐成本为55.7%。自动仓库的单位面积储存量为普通仓库的4~7倍。11立体仓库的建筑高度一般在5米以上，最高的可达40米，常用的立体仓库高度在7—25米之间。高层货架每两排合成一组，每两组货架中间设有一条巷道，供巷道堆垛起重机和叉车行使作业。每排货架分为若干纵列和横排，构成货架或存货位，用于存放托盘或货箱。巷道堆垛起重机自动对准货位存取货物，通过周围出库、入库的搬运系统完成自动存取作业。12概念《中华人民共和国物流术语》立体仓库：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。自动化仓库：由电子计算机进行管理和控制的，不需要借用人工进行搬运实现收发作业的仓库。自动化立体仓库131概念——自动化立体仓库是一种利用高层立体货架（托盘系统）储存物资，用电子计算机控制管理和用自动控制堆垛运输车进行存取作业的仓库。——AS/RS(AutomaticStorage&RetrievalSystem)142产生生产力高度发展的结果土地紧张、价格上涨的原因巷道堆垛机的发展电子计算机的使用15国外发展美国自动化仓库的发展现状：1963年，第一个自动化仓库的产生；最大最高的自动化仓库都在美国；日本自动化仓库的发展现状：可以分为三个层次：小型仓库占62.6%，中型仓库25.2%，大型仓库12.2%。16

巷道堆垛机的结构图1-上梁；2-天轨；3-立柱；4-载货台；5-存取货机构；6-运行机构；7-车轮；8-下梁；9-地轨；10-起升机构181、组成：行走部分（车体），升降部分（载货台及起重装置），取货部分（货叉），支撑导向部分（立柱导轨），电控与通讯系统，安全装置。2、主要技术参数额定起重量Gn——堆垛机允许起升的货物和托盘（货箱）的总质量，；总起重量Gt——堆垛机起升机构实际起升的质量总和；堆垛机总质量G0——堆垛机各部分质量的总和；额定速度——堆垛机各工作机构最大的运行速度，m/min，主要有水平行走速度Vx、起升速度Vz、货叉伸缩速度Vy；行程、起升高度、载货台尺寸——根据立库的尺寸确定。堆垛机运行特性曲线——在堆垛机运行中，各工作机构运行速度的变化曲线。193、堆垛机的作业能力堆垛机的作业能力用完成一个作业循环所用的时间（作业周期）来衡量。作业周期越短，出入库频率越高，说明作业能力越强。堆垛机的出、入库作业方式分为单一作业方式和复合作业方式两种。从出入库平台出发到指定货位完成一次取货或存货后重新回到出入库平台为一个单一作业循环；从出入库平台出发到某指定货位完成一次存货之后，又到另一指定货位完成一次取货，然后返回出入库平台为一个复合作业循环。完成一个单一作业循环所用的时间为单一作业循环作业周期，简称单作业周期；完成一个复合作业循环所用的时间为复合作业循环作业周期，简称复合作业周期。204、控制方式(1)手动控制作业人员直接在堆垛机的键盘上操作，控制堆垛机完成所需的作业，用于调试设备的场合。(2)半自动控制从设置在巷道端部的操作台的键盘上将作业指令输入，并按下执行开关后，堆垛机即按照指令自动执行作业。用于单台堆垛机的临时作业控制。(3)全自动堆垛机控制器与监控计算机自动进行数据、信息交换，从网络中各工作站送出的信号，通过接口装置传至仓储设备控制装置后指挥堆垛机，而堆垛机的控制器应立即按指令执行，使堆垛机按程序动作。堆垛机正常工作时的控制模式。

一般要求堆垛机应同时具备这三种控制方式。213组成货物储存系统由立体货架的货格（托盘或货箱）组成。货架按照排、列、层组合构成立体仓库储存系统。货物存取和传送系统承担货物存取、出入仓库的功能，由有轨或无轨堆垛机、出入库输送机、装卸机械等组成。控制与管理系统由管理计算机、中央控制计算机对堆垛机、出入库输送机等直接控制组成控制系统。其它配套系统22计算机管理系统检测装置信息识别监控与调度数据通信大屏幕显示图像监视系统自动化立体控制系统自动化立体仓库的组成操作面板无线射频识别系统（RFID）输送机构移载机器人立体货架控制系统上位机上位机立体货架操作面板控制系统RFID自动识别系统输送机构移载机器人输送机构控制系统上位机控制软件26现场设施控制网络巷道堆垛机触摸屏主界面巷道堆垛机触屏主界面巷道堆垛机触屏主界面30自动寻址技术堆垛机自动辨认相对地址从而停止在目的货位的功能。自动仓库的认址检测系统有两项任务:一是实现自动寻址，使堆垛机自动找到被指定到达的位置;二是自动准确停位，即堆垛机找到指定位置后，停在规定的精度内。31自动寻址技术货位坐标:X-Y-Z，即排一列一层。排:指堆垛机左右的两排货架，操作者面向前进位置坐标的方向时，仓库左边的排号为Xl排，右边的排号为X2排。列:指沿运动方向的位置，堆垛机起始位置出入货台处为0列(也称列原位)，沿前进方向每过一列，货格货位地址列数加1。层:指沿起升方向的位置，堆垛机最底层的货位层数为1层(也称层原位)，沿起升方向每过一层货格，格货位地址层数加1.货位地址的确定32自动寻址技术当自动仓库接受到上级管理机的存取指令和存取地址后,即向指定货位的方向运行.运行过程中,安装在堆垛机上的传感器不断检测位置信息,计算判断是否到位.寻址方式33（1）．优点●仓库作业全部实现机械化和自动化●采用高层货架、立体储存，能有效地利用空间，减少占地面积，降低土地购置费用●采用托盘或货箱储存货物，货物的破损率显著降低。●货位集中，便于控制与管理，特别是使用电子计算机，不但能够实现作业过程的自动控制，而且能够进行信息处理4特点34（2）．缺点●结构复杂,配套设备多,需要的基建和设备投资高。●储存货物的品种受到一定限制,对长大笨重货物以及要求特殊保管条件的货物,必须单独设立储存系统●对仓库管理和技术人员要求较高,必须经过专门培训才能胜任●必须注意设备的保管保养●自动化仓库要充分发挥其经济效益,必须与采购管理系统、配送管理系统、销售管理系统等管理咨询系统相结合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。35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。365自动化立体仓库的类型1)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。372)按货架的结构形式(1)单元货格式自动化仓库38(2)贯通式自动化立体仓库重力货架式自动仓库结构组成示意图39(3)移动货架式自动化仓库40(4)旋转式自动化立体仓库水平旋转式货架仓库结构示意图41416案例1:海尔物流和立体库海尔集团公司分析发现在整个生产过程中，最受制约的就是仓储，就是原材料和零部件的仓储和配送，所以海尔选择了这个突破口。在青岛海尔信息园里面建了一座机械化的立体库，在黄岛开发区建了一座全自动的立体库。在国内人们因为人工成本便宜，地皮又大而质疑立体库的效果。但海尔的事实是，黄岛立体库长120米、宽60米，仓储面积5400m2，立体库有9168个标准托盘位，托盘是1.2×1米的；立体库的建筑高度是16米，放货的高度可到12.8米，每天进出的托盘达到1200个，实际能力是1600个。5400m2取代了原来65000m2的外租库，而且由于使用了计算机系统，管理人员从原来的300多人降为48人。通过减少外租库的租金，外租库到车间的来回费用，节省工人工资加起来一年是1200万。第二个作用是降低了物料的库存。因为海尔在计算机系统里都设定了，比如说只允许放7天的料，超过7天不让进，相对来说使整个库存量下降。库存量下降当时空调事业部就是一个典型的例子，大约3个月，从9月到12月降了1.4亿。4242案例:海尔物流和立体库第三个作用是深化了企业物流系统的规划。因为立体库使用后是两翼推动，一是海尔要求所有的分供方按照照标准化的模式送货，所有的都是标准化的托盘，标准的周转箱。以往都是纸箱，纸箱的坏处在于，产品的零部件容易压坏，上线的时候还要倒箱，多次倒箱增加了人工拣选，保证不了产品的质量。现在我们采用统一的产品包装，从分供方的厂里到海尔的生产线整个过程不用倒箱。对车间也是一样，以往我们车间的效果也是脏、乱、差，使用标准箱之后，全部是叉车作业标准化。立体库对两方都产生了有利的作用，对分供方也好，对海尔内部的整个物流推进也是很重要的。4343案例:海尔物流和立体库二是，立体库具有灵活性和扩展性，刚开始设计立体库想的只是放空调的东西，但是通过计算机系统管理以后，只占很少的库容，公司马上把冰箱、洗衣机、电脑全部放进去，一下减少了这些厂的外租库，整个效果非常明显。立体库就有这么多好处。并不一定非要建立体库，在车间旁边也可以搭立体货架，这样就节约了车间里面宝贵的生产面积，每一寸土地都得到充分的利用。（改编自“周行.海尔物流与创新.商品储运与养护,2000.8:12-18.”作者周行就职于海尔集团物流本部。）44海尔国际物流中心自动立体仓库45海尔国际物流中心海尔国际物流中心于2001年3月31日正式启用原材料自动化仓库。存储物料为采购的零部件等原材料；单元货物尺寸为1200×1000×1560（mm）；单元重量为1500kg；货位数量为12（排）×74（列）×11（层）=9768个；高度为20m。成品件自动仓库。存储物料为冰箱、空调、小家电等制成品；单元货物尺寸为2100×1200×2000（mm）；货位数量为16（排）×74（列）×8（层）=9472个。6案例2：蒙牛乳业的AS/RS4647484950517自动化仓库系统的设计仓库是一个综合系统，其设计过程一般包括以下几个阶段：1）需求分析（准备阶段）2）确定货物单元形式及规格3）确定自动化仓库的形式、作业方式和机械设备参数4）建立模型。建立模型是指根据单元货物规格确定货架整体尺寸和仓库内部布置。（1）确定货位尺寸和仓库总体尺寸。（2）确定仓库的整体布置。52自动化仓库系统的设计一般情况下，每二排货架为一个巷道，根据场地条件可以确定巷道数。根据每排货架的列数C及货格横向尺寸可确定货架总长度L，之后根据作业频率的要求确定堆垛机的数量和工作形式。还要确定高层货架区和作业区的衔接方式，可以选用叉车、运输小车或者输送机等运输设备。按照仓库作业的特点选择出入口的位置。53自动化仓库系统的设计5）确定工艺流程，并核算仓库工作能力。（1）立体仓库的存取模式。在立体仓库中存取货物有两种基本模式：单作业模式和复合作业模式。（2）出、入库作业周期的核算。6）提出对土建及公用工程的设计要求7）选定控制方式和仓库管理方式。（1）选定控制方式。根据作业形式和作业量的要求确定堆垛机的控制方式，一般可分为手动控制、半自动控制和全自动控制。（2）选择管理方式。对于大中型仓库越来越普遍地采用计算机进行管理，并在线调度堆垛机和各种运输设备的作业。8）提出自动化设备的技术参数和配置54(1).自动化程度不断提高，近年来采用可编程控制器(PLC)和微机控制搬运设备的仓库和采用计算机管理与PLC联网控制的全自动化仓库在全部立体仓库中的比重不断增加。(2).大型自动化仓库系统己不再是发展方向。为了适应工业发展的新形势，出现了规模更小，反应速度更快，用途更广的自动化仓库系统。(3).在堆垛机方面，不断推出具有新的物理外形和更高性能的设备。最新的开发包括提高电子和控制技术，在使堆垛机具有更高定位精度的同时，提高搜索能力和运行速度，以期获得更短的操作周期和更大的生产能力。(4).应用领域日趋广泛，从制造工厂、商场、机场、港口、军需部门到地下室冷库等各行各业均有采用。仓库存储货物品种也日益多样化，除了大多数仍是制成品外，储存品种越来越多。8、发展趋势55(5).提高仓库运转的可靠性与安全性。在仓库自动控制与信息传输中采用高可靠性的硬、软件，增强抗干扰能力。国外自动化仓库这方面发展的一个方向是普遍采用扫描技术，使货物的存取和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。(6).在拣选作业自动化方面，各国正加紧研究开发可供实用的拣选自动化设备和系统，但尚未真正达到能可靠实用阶段。(7).在一些生产企业，立体仓库己不仅仅简单地作为物料的储存的仓库，而且与生产企业的工艺流程紧密结合，成为生产物流的一个组成部分。如柔性加工系统(FIMS)中的自动化仓库就是一个典型例子。(8).随着计算机技术的不断发展，人工智能技术，特别专家系统在自动化仓库中的应用日益增多。56Wheredowegofromhere?57ResultsBiggerisnotalwaysbetter,atleastwithregardtoequipmentandlabor.Thereis,however,someevidencethatmorewarehousespaceleadstobettersystemefficiency.Laborhourswasnotfoundtobeasignificantfactor,byitself,inpredictingsystemefficiency.However,theinteractionoflaborwithinvestmentwasfoundtobesignificantinthesensethatlaborhoursmitigatestheeffectofinvestment(inotherwords,thoughhighinvestmentwarehousestendedtobelessefficientthanlowinvestmentwarehouses,thedifferencesbecomeslessprominentthehigherthelaborhours).

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