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文档简介

自动化仓库规划设计 自动化仓库规划设计 n 规划设计程序 1自动化仓库布置与规划的原则 n 最小移动距离原则:保持仓库内各项操作之间 具有最经济的距离。物料和人员流动距离能省 则省,尽量缩短,节省物流时间,降低物流费 用 n 直线前进原则:要求设备安排、操作流程应能 使物料搬运和储存按自然顺序逐步进行,避免 迂回和倒流 n 充分利用空间、场地的原则 n 生产力均衡原则:维持各种设备、各工作站的 均衡,使全库都能维持一个合理的速度运行 1自动化仓库布置与规划的原则 n 适宜库内运输原则:库内运输路线必须保持通 畅,应设有专供搬运物料或人员行走的通道 n 最佳流程原则:保持生产过程顺利进行,而无 阻滞,或称最佳流程原则 n 保持 “再布置 ”的弹性原则:要便于在必要时能 对设备做适当的重新安排,留出一定的空间 n 整体性原则:凡是对物流路线及设备布置有影 响的因素都要综合考虑 2自动化仓库设计注意的问题 n 物料的分类信息 n 空间的物理限制 n 出入库能力的要求 n 库容量的要求 n 控制水平的要求 n 技术经济原则 3自动化立体仓库规划设计三阶段 n 概念设计阶段:总体设计的准备阶段,明确建 立自动化仓库的目标和有关的背景条件 n 基本设计阶段:对自动化仓库的总体布置、设 备配备、管理和控制方式、进度规划以及预算 等进行全面的规划和设计 n 详细设计阶段:根据总体设计的要求,对组成 自动化仓库的所有设备和设施的详细计划或选 型,完成所有设备和设施的制造和施工图纸 3.1自动化仓库设计 n 设计的准备工作 (需求分析 ) n 包括以下的内容: n 1立体仓库是企业物流系统的子系统,必须 要了解企业整个物流系统对子系统的要求和物 流系统总体设计的布置图,以便对仓储的子系 统进行总体设计。要调查过去进、出库房或料 场物品的种类,数量及规律,以便预测未来, 进行仓库容量的计算和分析。 3.1需求分析内容 n 2立体仓库是机械,结构,电气,土建 等多专业的工程,这些专业在立体仓库 的总体设计中互相交叉,互相制约。因 此,在设计时对各专业必须兼顾。 3.1需求分析内容 n 3根据企业的生产规模和水平以及自动化仓库在整个 物流系统中的位置,分析企业物流和生产系统对自动 化仓库的要求,如上游进入仓库的最大入库量、向下 游转运的最大出库量以及所要求的库存量,同时结合 考虑企业的经营状况和经济实力,确定自动化仓库的 基本规模和自动化水平。 n 4调查库内储存的货物的品名,特征(例如易碎,怕 光,怕潮等),外形及尺寸,单件重量,平均库存量 ,最大库存量,每日进 /出库数量,入库和出库频率等 ,以便确定仓库的类型、库容量和入出库频率等。 3.1需求分析内容 n 5了解建库现场条件,包括气象,地形 ,地质条件,地面承载能力,风及雪荷 载,地震情况以及其它环境影响。 n 6调查了解与仓储系统有关的其它方面 条件。例如,入库货物的来源,连结库 场交通情况,入,出库门的数目,包装 形式,搬运方法,出库货物的去向和运 输工具等。 3.1自动仓储系统基本设计规划调查表 1、仓储物品物性 ( 1)储存物品名称: ( 2)储存物品种类:原材料、半成品、成品或其 他 ( 3)储存物品性质:一般物品、易燃品、易爆品 或其他 ( 4)储存物品包装:塑料箱、纸箱、袋装或其他 ( 5)储存所用之容器种类:托盘、塑料箱、料箱 或其他 自动仓储系统基本设计规划调查表 n 2、库存单位尺寸 ( 1) 储存物尺寸: 最大 L(mm)W(mm)H(mm) 最小 L(mm)W(mm)H(mm) ( 2)容器或托盘尺寸: L(mm)W(mm)H(mm) ( 3)每一库存单位重量:平均重量( kg) 最大重量( kg) ( 4)容器或托盘重量:重量( kg) ( 5)预计所需货位数: ( 6)容器或托盘的存放货物形式:示意图 自动仓储系统基本设计规划调查表 n 3、仓库作业效率需求 ( 1) 每日入出库作业(入库、出库或检货等 作业)时间分布表: ( 2)入出库数量(每小时的存取数量): 自动仓储系统基本设计规划调查表 n 4、仓库规模要求 ( 1) 构造:整体式或分离式 ( 2)高度: ( 3)可用地基尺寸: L(mm)W(mm)H(mm) ( 4)梁下限高度: ( 5)仓库形式:巷道 排 列 层 自动仓储系统基本设计规划调查表 n 5、物流作业模式 ( 1) 入库前搬运状态:以人工或堆跺机搬运至入库站前 、以无轨无人车( AGV)搬运、直接与生产线相连等 ( 2) 出库后搬运状态:以输送机输送、以无轨无人车( AGV)搬运、以人工或堆跺机搬运 ( 3) 出库后搬运车辆:种类、需要站台数、装卸平台等 ( 4)卸货后,入库前需要的操作:清点、分类、自动堆 托盘或其他 ( 5)库存作业需求:拣料、盘点 自动仓储系统基本设计规划调查表 n 6、控制方式要求 ( 1)自动化程度 ( 2)控制模式 自动仓储系统基本设计规划调查表 n 7、周边设备要求 ( 1)出入库站:无动力(暂存架)和有动 力(输送机、移动台车等) ( 2)周边运送设备( AGV或 RGV等) ( 3)显示设备( LED显示幕、 颜色式灯具 、 文字指示灯具或其他) ( 4)检验设备(条码阅读机等) ( 5)安全设施(栏杆、 安全网等) 自动仓储系统基本设计规划调查表 n 8、整体自动仓库基本设计规划 ( 1)土木相关作业 ( 2)建筑物相关作业 ( 3)建筑相关作业 ( 4)建筑设备相关(电气设备、避雷系统 、 消防设备、 空调设备、 水管工程、 卫生设施等) 3.2自动化立体仓库的总体规划 n 1库场的选择与规划 n 2仓库形式和作业方式 n 3货物单元的形式和货格尺寸设计 n 4确定库存量和仓库总体尺寸 3.2.1自动化立体仓库的总体规划 n 一、库场的选择与规划 n 仓库和料场的选择和布置对仓储系统的 基建投资,物流费用,生产管理,劳动 条件,环境保护等都有着重要意义,这 是首先要考虑的。 n 根据企业物流系统的总体设计对仓储系 统的要求,可采用分级评分法来确定仓 储系统在整个物流系统中的位置。 3.2.1库场选择与规划(续) n 仓储系统可能有多个立体仓库和货场, 还有其它单位和设施,它们之间是相互 联系,相互制约的,这就要求合理地确 定仓储系统区在所有单位的相互几何位 置关系,画出平面布置图。 3.2.1库场的选择与规划 仓库位置合理设置原则: 1、保证生产经营需要(规模) 2、自身经济效益(设备利用、库房设计) 3、安全(物资安全、物资对企业安全) 常见问题: 1、缺乏充分的调查,凭主观意愿作决定; 2、忽视自然条件、运输条件; 3、缺乏长远考虑,场址限制了发展。 3.2.1库场的选择与规划 二、 考虑因素 : 1、地区选择 自然条件(温度、湿度) 经济条件(基础设施、已形成的物流格局) 社会因素(政策、文化) 2、地点选择 运输条件(仓库与生产单位运输距离及公路情况) 环境条件(防辐、防尘、防风、防湿) 公共设施条件(供电、供水) 地理条件(场形平缓、留有发展余地) 地质水文条件(地基承载力、古墓、地下水、滑坡) 3.2.1库场的选择与规划 n 三、场址选择的分析方法 : 1、地区选择 :主要有优缺点比较法(列出主要影响因素,对比技 术条件、建设费用和经营条件)和加权因素法。 加权因素法的基本步骤: ( 1)选择有关评价因素,并列成因素清单 ( 2)根据选择的因素的重要程度,给予适当权数(一般取为 0 10) ( 3)对拟定方案中的因素打分(一般取 A=4, E=3, I=2, O=1, U=0) ( 4)用每个因素的权数分别乘以该因素的评分,得因素分数 ( 5)各拟定方案的因素分数比较,得最优方案。 3.2库场的选择与规划 2、地点选择: 常用线性规划法(解决复合 设施的选址问题)和重心法(根据重心 原理确定场址的具体位置)。 重心法的基本条件和计算式: 如果生产费用中运输费用是一个很重要 的因素,而且多种原材料由多个地点供 应,则用重心法是是一种简单易行的方 法。 3.2.1库场的选择与规划 其基本算式为: 其中: X i,Yi为 每个供应点的 坐标; W i为每个点的 供应量(每年) 上式也可采用实验模型的方式更简单的完成 3.2.2仓库形式和作业方式 n 在调查分析入库货物品种的基础上,确 定仓库型式。 n 一般采用单元货格式仓库。 n 对于品种单一或很少,而批量较大的仓 库则可以采用重力式货架仓库或者其它 型式的贯通式仓库。 3.2.2仓库形式和作业方式 n 对于有特殊要求的货物,可以采用如冷 藏,防潮,恒温等设施的仓库。 n 根据出库工艺要求,即以整单元出库为 主,还是零星货物出库为主,决定要不 要采用拣选作业。 3.2.2作业方式 n 为了提高出入库的搬运效率,尽量少采 用单作业方式(即单入库或单出库), 而尽量多采用复合作业方式(即迂回或 回程也进行搬运作业)。 n 还可以采用一次搬运两个货物单元的作 业方式,就是仓储系统中堆垛机的台上 设两副货叉。 3.2.2双叉操作 n 普通货架与双单元货架 3.2.2总体设计注意内容 n 系统总体设计时,要根据仓库的规模、货物的 品种、出入库频率等选择最合适的机械设备, 并确定其主要参数; n 要根据出入库率确定各个机构的工作速度; n 对于起重、装卸和堆垛等机械设备,根据货物 单元的重量选定起重量; n 对于输送机,则根据货物单元尺寸选择输送机 的宽度,并恰当地选定输送机速度。 3.2.3货物单元的形式和货格尺寸设计 n 根据调查和统计结果,列出所有可能的货物单 元形式和规范,并进行合理的选择。 n 立体仓库是以单元化搬运为前提的,所以确定 货物单元的形式、尺寸及重量是一个重要的问 题。它不仅影响仓库的投资,而且对于整个物 流和仓储系统的配备、设施以及有关因素都有 极为重要的影响。 3.2.3确定货物单元尺寸 n 在立体仓库设计中,根据货物单元恰当地确定 货格尺寸是很重要的内容。它直接关系到仓库 的面积和空间利用率,也关到仓库能否顺利地 存取货物。在确定货物单元时,应尽量采用标 准推荐的尺寸,以利与其他物料搬运和运输机 具相匹配。 n 标准推荐,货物单元的长、宽尺寸为: 800毫 米 1000毫米; 800毫米 1200毫米; 1000毫 米 1200毫米。 n 推荐货物包装尺寸与码放图 3.2.3货格尺寸 n 在货物单元尺寸确定后,货格尺寸取决 于在货物单元四周需留出的净空尺寸和 货架构件的有关尺寸。 n 对于自动化仓库,这些净空尺寸的确定 更要认真考虑,包括货架、堆垛机运行 轨道、仓库地坪的施工、安装精度以及 搬运机械的停止精度等。这些都要根据 实际情况和有关经验数据来确定。 3.2.4确定库存量和仓库总体尺寸 n 立体仓库的设计规模主要取决于其库存 量,即同一时间内储存仓库内货物单元 数。所以,了解和推算出库存量是建立 合理的仓库系统,特别是立体仓库的重 要参数。 3.2.4确定库存量 n 如果已经给出库存量,适当考虑发展的需要, 就可以直接应用这个参数,如果没有给出,就 要根据过去几年的进、出仓库和货场的数量和 规律,通过预测技术来确定库容量。 n 库存需求量 =每日出库量 -入库量 n 库存量 =库存需求量 *采购提前期 +安全库存 n 若在订货提前期内随机需求服从正态分布,则 库存量 =库存需求量 +Z 3.2.4确定搬运设备 n 仓库内采用存储和搬运机械的数量取决 于仓库的最大出入库频率(一般以每小 时出库和入库的货物单元数计算)。 n 在总体设计开始阶段,仓库货架尺寸和 搬运机械速度都未最后选定,作为初步 估算,可以考虑每台堆垛机每小时平均 出库或入库 30 40个货物单元。 n 搬运设备数 =最大出入库频率 /( 30或 40 ) 3.2.4巷道数估算 n 在单元货格式仓库内,一般是每个巷道安装一 台起重机。所以,起重机台数也就是巷道数。 n 但如果仓库储存量比较大,而要求的出入库频 率并不高,则按上述方法确定的起重机台数和 货架巷道数比较少,使得每个巷道所拥有的货 位数显得太大,因而货架的高度和长度偏大, 造成经济上的不合理。一般认为,一个巷道的 货位数以不超过 15002000个为宜。 3.2.4起重机与巷道数的匹配 n 如果采用巷道堆垛机数量比巷道少,可 以采用能走弯道堆垛机从一个巷道转移 到另一巷道工作。或者在仓库巷道的一 端设转移台车,按需要将堆垛起重机从 一个巷道转入另一巷道工作。 n 由于采用转移台车要增加仓库长度,所 以,一般认为有 3个以上巷道的仓库,才 值得用这种方案。 3.2.4巷道宽度估算 n 在确定了巷道之后,大体上立体仓库的 总体宽度可以确定了。 n 巷道的宽度应保证搬运机械能安全地在 巷道内高速穿行。一般,巷道宽度为搬 运机械总宽度加 150 400毫米,无轨搬 运机械取大值。 n 巷道宽度 =搬运机械总宽度 +150-400 3.2.4货架高度估算 n 代表立体仓库技术水平的一个主要参数是仓库 高度。 n 从技术上比较容易实现和经济上比较合理的角 度来看,一般不宜设计得过高。而以 10 20米 的高度较为适宜。 n 仓库的高度和长度之间没有一定的比例关系, 一般在 0.15 0.4之间(德国采用这样比例的占 80%)。同样,宽度和高度之间也没有固定的 比例关系,一般在 0.4 1.2之间(在德国占 80%)。 3.2.4货架参数的计算 n 设库存量为 N个货物单元,巷道数为 A, 货架高度方向层数为 B层,则每一排货架 在水平方向的列数 D为: 3.2.4货架参数计算 3.2.4总体尺寸的计算 n 货架总长 L=货格宽度 每排货架列数 D n 求出货架的总长 L,又已知仓库的宽和高 ,再根据实际需要,考虑办公室、操纵 控制室、搬运机械的转弯半径,就可以 确定仓库的总体尺寸了。 n 在确定仓库总体尺寸和货架尺寸时,还 要参考国内外物流设备的标准。 n 叉车转弯半径的考虑 n 车辆转弯半径的考虑 3.2.5自动化仓库的总体布置 n 高架货区和作业区的衔接方式 n 无轨的高架叉车、堆垛机可以与其它搬 运机械配套衔接,也可以直接从库外作 业到高层货架存取,往往直接存取应用 较多,这样不用中间倒运,灵活方便, 一机多用,特别适于拣选作业,但对于 很高的货架和大而重的货物搬运则很少 运用。 3.2.5自动化仓库的总体布置 n 对于采用巷道式堆多机的仓库,巷道式 堆垛机只能在高价区的巷道内运行,所 以仓库里还要需要各种搬运设备配套作 业。 n 对于桥式堆垛机,如果仓库宽度太宽, 不适合安装标准主梁时,那么桥式堆垛 机工作范围不能覆盖整个仓库,也需要 各种搬运设备与之配套作业。 3.2.5自动化仓库的总体布置 n 采用合适的搬运设备,将入库作业区、出库作 业区与高层货架区连接起来,构成完整的物流 系统,是自动化仓库总体设计要解决的问题。 n 大体来说,高层货架区与作业区可以采用 4种 衔接方式: n 叉车 -出入库方式 n 自动导引小车 -出入库台方式 n 自动导引小车 -输送机方式 n 叉车(或升降机) -连续输送机 叉车 -出入库台 3.2.5叉车 -出入库台方式 n 采用这种方式,在高层货架的端部设立 入库台和出库台。 n 入库时,用叉车将货物单元从入库作业 区运到入库台,由高架区内的堆垛机取 走送入货格。 n 出库时,由堆垛机从货格内取出货物单 元,放到出库台上,由叉车取走,送到 出库作业区。 n AGV-出入库台 3.2.5 AGV-出入库台方式 n 此方式与前一种方式相似,此方法采用 了自动导引小车代替了叉车。 n 上图是英国某纸厂的成品库。库高 13米 , 8个巷道, 9100个货位。采用两个巷道 式堆垛机,配 1台起重机转移台车。 n AGV- 托盘码放机 3.2.5 AGV-输送机方式 n 物料入库时,在托盘码放机上加上托盘 ,由 AGV小车叉取,并运送到预定入库 的巷道口,转载给输送机(往复式台车 ),输送机上的物料通过巷道式堆垛机 入库,存放到货格。 n 物料出库时,作业顺序相反。 3.2.5叉车(升降机) -连续输送机方式 n 对于出入库频率高,或者要求每天按品种、数 量和时间有计划地发货的仓库,需要采用连续 输送机实现连续的出、入库。 n 采用这种方式,在高层货架区搬运货物的堆垛 机采用间歇作业,每个周期大约 1-3分钟,只 能搬运一件单元货物。 n 为保证一定的出入库频率,就需要设置若干台 堆垛机。这样数台堆垛机和 1套入库连续输送 机、 1套出库连续输送机系统配合,形成一套 完整的物流系统。 3.2.5叉车(升降机) -连续输送机方式 n 在入库作业区,往入库连续输送机系统中的升 降机也是间歇作业机械,同样有一个与连续输 送机之间协调工作节拍的问题。 n 解决这个问题的途径是使连续输送机具有积放 的功能,即可在连续输送机上积聚一定的数量 ,并按照前方的需要一件一件放行。它们在与 起重机、叉车和升降机衔接的地方以及沿线各 段都有一定的寄存货位。 货物单元的出入高层货架的形式 n 货物单元出入高层货架的形式分为三种 : n 贯通式 n 同端出入式 n 旁流式 n 究竟采用何种形式,需要根据具体情况 确定 贯 通 式 布 局 贯通式布局 n 采用贯通式布局,货物从巷道的一端入 库,从另一端出库。 n 采用这种总体布局方式,布置比较简单 ,便于管理操作。对于每一个货物单元 来说,要完成它的入库和出库,堆垛机 要穿过整个巷道。 n 采用这种布局,适合自动化仓库周围较 开阔的场地。 同 端 出 入 布 局 同端出入布局 n 货物入库和出库在巷道的同一端。 n 这种布局采用就近入库和就近出库的原则,能 缩短出、入库周期,提高搬运效率。特别在仓 库货位不满,而且采用自由货位存储时,优点 更为明显。 n 入库作业和出库作业可以合在一起,便于集中 管理。 n 除非整个物流的流程要求入库区和出库区要拉 开一段距离,一般优先考虑采用同端出入库布 置方式。 旁 流 布 局 ( 1) 旁流布局 n 货物从仓库的一端或(侧面)入库,从 侧面(或另一端)出库。 n 这种布局方式适合仓库周边场地比较狭 小的地方。 旁流布局( 2)(一层) 旁流布局( 2)(二层) 4单元式立体仓库的设计 4.1 货格尺寸的设计货格尺寸的设计 n 1横梁式货架货格尺寸 n 2牛腿式货架货格尺寸 4.2 仓库总体尺寸的确定 n 确定仓库总体尺寸的关键是确定货架的总体尺寸 ,也就是货架的长、宽、高等尺寸,当货格尺寸 确定后,只要知道货架的排数、列数、层数和巷 道宽度,即可计算出其总体尺寸 n 长度 L货格长度 列数 n 宽度 B (货格宽度 2十巷道宽度 )排数 /2 n 高度 H H0其中 H0为底层高度, Hi(i 1, 2, , n)为各层高度,共 n层。 n 巷道宽度堆垛机最大外形宽度 (150 200mm) n 值得注意的是,总体尺寸的确定除取决于以上因 素外,还受用地情况、空间制约、投资情况和自 动化程度的影响。故需根据具体情况和设计者的 实际经验来综合考虑,统筹设计,而且在设计过 程中需要不断地修改和完善。 NH 试算 NB ? 求:货架列数 NL 货架总体尺寸的确定方法 n 静态法 n 动态法 2 动态法确定货架尺寸 n 根据所要求的出入库频率和所选堆垛机的 速度参数来确定 n 原理:由于库容量 总货格 Q和货架高 H( 或层数 NH)、出入库频率 P0、 堆垛机的速度 V参数( V运 、 V起 、 V叉 )已定,只要 求 出能满 足出入库频率要求的 最小的巷道数( NB), 就可以确定货架尺寸。 n 计算方法:试算法。 n 试算法步骤如下 NH 试算 NB ? 求:货架列数 NL 试算法步骤 1假定 巷道数 ( NB) =1, 2, 3则 货架列数 NL=库容量 Q/( 2巷道数 NB层数 NH ) ( 货 位 总 数 Q=排( 2 NB) 列 NL 层 NH) 2根据 层数 NH 和 列数 NL以及 堆垛机的速度参数,计算每台 堆垛机平均作业周期 t m 3计 算整个 仓库 的出入 库 能力 P(盘 /小 时 ) =NB 3600S / tm 1小 时 =3600S (秒); tm = 平均作 业 周期 4比 较 P和要求的 入库频率 P0,直到 PP0, 此 时 的 巷道数( NB)为最佳。 排 列 4.3 计算平均作业周期 n 平均单一作业周期的计算 n 平均复合作业周期的计算 L 货架高 H 货架长 货位 2、单一作业 如空车去取货 回 货位 1、复合作业 如送货去取货回 自动化仓库的作业方式 案例 : n 某自动化仓库 ,有 4条巷道 ,每巷道配备一台堆垛机 ,若堆垛机的运行 速度为 100m/min,升降速度为 20m/min,叉取货物时间为 25S,附加时间 Ta=5S.货架总长 L=80M,高 H=15M,假设货位存储概率相同 .试分别计算 用单作业和复合作业方式时的本库出入库能力 ? P1(1/5L,2/3H) P2(2/3L,1/5H) VL=100M/MI N VH=20M/MIN 解 : 用经验法 ,取 P1,P2两点 , 依题意知 L=80 M H=15 M Tf=25S Ta=5S P1L P1H P2L P2L P1x=1/5L P1y=2/3H P2x=2/3L P2y=1/5H (1)根据单作业公式 :tms=tP1+tP2+2tf+ta n 由 tP1=maxP1x/Vx,P1y/Vy n =max(1/580)/100,(2/315)/20=0.5min=30s n tP2=maxP2x/Vx,P2y/Vy n =max(2/380)/100, (1/515)/20=0.54min=32s n 故 tms=tP1+tP2+2tf+ta=30S+32S+225S+5S=117S n 出入库能力 P=4P1= 4(3600/tms)= 4(3600/117)=123盘 /小 时 n 由 TP1P2=max(P2x-P1x)/Vx, (P2y-P1y)/Vy n =max(2/380)/100-(1/580)/100, n (2/315)/20- (1/515)/20 n =max0.373,0.35 n =0.373min n =22.4S n tmd=tP1+tP2+tP1P2+4tf+2ta n =30S+32S+22.4S+425+25=194.4S n 出入库能力 P=4P1= 4(3600/tmd) 2 = 4(3600/194.4) 2 n =141盘 /小 时 (2)根据复合作 业 公式 :tmd=tP1+tP2+tP1P2+4tf+2ta 联想电脑公司集成化物流系统(案例) n 一、背景资料 n 联想公司是亚洲 IT业最大生产厂商,联 想电脑公司设计建造一整套物流系统, 要求能保证日产 7000台台式电脑。 n 1999年 4月立项 n 1999年 7月招标, 10月与北京运输机械研 究所签定合同 一、背景资料 n 2000年 12月系统正式上线运行 n 物流设备投资:约 1600万元人民币 n 目前作业超过 50万次 n 该物流系统是在 IT业最成功的物流系统 。 二、系统概述 n 库区空间: 90x45x24 (m3) n 巷道数(堆垛机数): 9个 n 货位数: 8172个(存放 10万台电脑原料) n 作业区: 5个 n 输送机系统: 166台设备 n 控制系统:采用现场总线 (PROFIBUS) n 信息系统:集成化物流管理系统(支持与 SAP R/3的集成) 自动化物流系统的总体结构 原料入库区 一层原料出库区 成品入库区 原料回库区 成品出库

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