自动仓储系统技术.ppt

第八章 自动仓储系统技术,第一节 自动仓储系统概述 第二节 货架技术 第三节 立体仓库的设计,第一节 自动仓储系统概述,自动仓储系统（自动化仓库技术）：是指不用人工直接处理，能自动存储和取出物料的系统。 自动化立体仓库系统：它采用高层货架储存货物，用起重、装卸、运输机械设备进行货物出库入库作业的系统。,一、高架仓库的分类 1、按高层货架仓库的建筑形式分： （1）整体式：整体性好，结构重量轻，对抗 震也特别有利。 （2）分离式：施工安装比较灵活方便，当仓 库高度在12米以下和地面荷载不大 时采用。 2、按库房层高分： 高层 12米以上 立体库 中层 512米 一般1020米较佳 低层 5米以下 在美国绝大多数1318米，18米以上只占10%,3、按库房容量： 小型 容量在2000托盘 中型 容量在20005000托盘 大型 容量在5000以上，最大还有10多万托盘 4、按仓库存取方式分： （1）以货物单元存取的仓库 用带伸缩货叉的巷道式堆垛机 （2）拣选式仓库 人到货前拣选 货到人处拣选,二、应用自动仓储系统的优点 1、能大幅度地增加仓库高度，减少占地面积。 单位面积储存量：普通库：0.31； 立体库：215吨/m2 2、提高仓库出入库频率 使用机械和自动化设备，运行和处理速度快， 提高了劳动生产率。 与同样存储量的平面仓库相比，人均吞吐量提高了4.97倍。 3、由于采用了货架储存，并结合计算机管理，可以很容易地实现先进先出，防止货物超期储存、自然老化、变质、生锈。,4、提高仓库管理水平。 应用计算机进行库存管理，能及时准确的提供各种业务数据作为决策、统计、编制计划等工作的依据，对保证均衡生产、减少短缺间告急，实行科学管理，起到重要作用。 5、采用自动化技术后，能较好地适应黑暗、有毒、低温等特殊场合的需要。 例如：胶片厂储存胶片卷轴的自动化仓库，在完全黑暗的条件下，通过计算机控制自动实现胶片卷轴的入库和出库。,三、自动仓储系统发展趋势 1、自动化程度不断提高 采用可编程序控制器（PLC） 日本1991年投产的1628座自动化仓库中，64%是计算机管理和控制的全自动化仓库。 2、与工艺流程结合更为紧密。 在配送中心，自动化仓库与物品的拣选、配送相结合成为分配中心的一个组成部分。 AS/RS高架仓库与生产企业的工艺流程密切结合，成为生产物流的一个组成部分。,3、储存货物品种多样化 大到长6米以上，重410吨的钢板、钢管等长大件，小到电子元器件的高架仓库，还有专门用作汽车储存的高架仓库等均已出现。 4、提高仓库出入库周转率（工作效率） 巷道堆垛起重机的起升速度：90米/分 运行速度：240米/分 货叉伸缩速度达：30米/分,5、提高仓库运转的可靠性与安全性及降低噪声。 采用自动消防系统，开发新的更可靠的检货架涂刷耐火涂层，测量认址器件，采用低噪声车轮和传动元件等等。 6、开发可供实用的拣选自动化设备和系统，在拣选作业自动化方面正加紧研究开发，但尚未真正达到能可靠地实用的阶段。 目前，提高拣选作业自动化程度的途径主要仍限于计算机指导拣选，包括优选作业路线，自动认址，提示拣选品种和数量等。,第二节 货架技术,一、货架的概念及功能 货架是指专门用于存放成件物品的保管设备。 （1）充分利用仓库空间，提高库容利用率，扩大仓 库储存能力。 （2）确保储存商品的质量，减少货物的损失。 （3）方便作业，做到先进先出。 （4）很多新型货架的结构及功能有利于实现仓库的 机械化及自动化管理,二、货架的种类 按货架形式的不同分： 1、通道式货架 货柜式货架 托盘货架 悬臂式货架 贯通式货架,三、几种典型货架 （一）移动式货架 1、设计原理： 每排货架有一个电动机驱动，由装置于货架下的滚轮沿铺设于地面上的轨道移动。通过货架移动，选择所需通道的位置，让出通道，由叉车装卸。 2、设计要求： （1）货架上应装有自动防碰安全设备。 （2）一般操纵按钮开关设在货架端部。有时用声 音控制（叉车司机可在车上用声音遥控）。 （3）货架单元的长度或高度不宜超过轮距的6倍。,3、适用对象： 移动式货架仓库虽然储密度大，但由于货架移动速度慢，工作周期长，设备结构也较复杂，只适用于进出为不太频繁的保管系统,（二）重力式货架 1、设计原理： 商品进库存放时，用叉车从货架（一端）后面将托盘送入货格，货物单元能够在自重作用下，自动地从入库端移动，直至通道的出库端或者碰上已有的货物单元停住为止。位于通道出库端的第一个货物单元被出库起重机取走之后，位于它后面的各个货物单元便在重力作用下依次向出库端移动一个货位。,2、设计要求： （1）储存托盘商品的重力式货架一般为2-4层。 （2）每格货架内设置重力滚道两条。 （滚道由左右两组辊轮、导轨和缓冲装置组成） （3）坡度一般为1.53.5% （4）滚道长度一般可存放512只托盘 （5）每个托盘载重量为5001500公斤,3、适用对象 重力式货架的优点： （1）能保证货物的先进先出。 （2）空间利用率极高。 （3）进出货时机械作业行程最短。 （4）使货架的货位“空缺”减至最少。 它的缺点： （1）投资成本高，是普通货架的57倍 （2）对托盘及货架的制造加工要求高，日常维 护、保养要求也高。 适用于零进整出或整进整出，货物品种不太多而数量又相对较大的仓库，应用配送中心、物流中心以方便拣货作业。,（三）旋转式货架（回转式货架） 1、设计原理： 旋转式货架设有电力驱动装置（驱动部分可设于货架上部，也可设于货架底座内）。货架沿着由两个直线段和两个曲线段组成的环形轨道运行。存取货物时，把货物所在货格编号由控制盘按钮输入，该货格则以最近的距离自动旋转至拣货点停止。 根据旋转方式不同可分： 垂直旋转式货架 水平旋转式货架,2、设计要求： 对于垂直旋转式货架： （1）货架可正转，也可以反转 （2）货架的高度在2m6m之间 （3）正面宽度2m左右 （4）单元货位载重：100kg400kg （5）回转速度：6m/分左右 对于水平旋转式货架（多层或整体）： （1）货架的最佳长度：10m20m （2）高度2m3.5m （3）单元货位载重200kg250kg （4）可正转也可反转，而且各层可以独立旋转。,3、适用对象： 总的来说，旋转式货架属于拣选型货架，主要适用于小物品多品种，可达2000种以上（水平）、1200种左右（垂直），出入库频率高的仓库。 垂直旋转货架还适用于存放长的卷状货物，如地毯、地板革、胶片卷、电缆卷等。 如果仓库的空间利用不作为主要问题，而以便于拣货和库存管理的目的出发，那么就显出旋转式货架的优越性了。,四、货架的设计和选型 （一）货架的设计要求和最佳货架高度分析 货架的基本设计要求 作为一种承重结构，货架必须具有足够的强度和稳定性。 作为一项设备（尤其是对于自动和半自动控制的立体仓库），货架必须具有一定的精度和在工作载荷下的有限的弹性变形。 为了使货架在精度和刚性方面充分满足工艺要求，应该从以下几个方面采取措施。 1、基础：是保证货架结构高精度的关键。 基础变形或基础在施工后的不均匀沿降，对货 架的受力和变形均极为不利。 一般要求货架基础地坪的沉降度变形不大于 1/1000。,为此采取： （1）整体式基础 （2）货架立柱与基础的联结以及起重机轨道与基 础的联结大多采用钢型基座。 （3）采用具有调平螺帽的钢板方法。 2、支撑系统 合理设置水平和垂直的支撑系统。 垂直面内的支撑系统在货格背面设置。 水平面内的支撑系统在货架顶部用水平衡架把整个货架联成一体。 3、货架的材料 一般用：钢材（冷轧型钢）或钢筋混凝土制作,4、设计计算 立体货架的主要承载构件应采用GB700中的Q235钢或GB1591的16Mn钢，立体货架按正常工作载荷进行设计。 对于整体或货架还要进行风载荷、雪载荷和地震载荷强度验算。,货架最佳高度分析 最佳高度的确定因素。 （1）与巷道长度的关系 （2）与库容量的关系 （3）与货物周转储存期关系 巷道长度和高度关系,L在（80120m） 最佳高度取决于容量，当容量为10004000t时，高度为12.6m 当容量为6000t以上，高度为16.2m t周转储存期 t=45天，H为56m t=8090天时，H为20m左右,最新研究成果表，折算费用随货架高度H的变化规律。 高度（H/m） 6 8.4 10.8 12.6 14.4 16.2 折算费用（%） 100 96 92 73 64 58 最佳高度在20m左右（1520m）,（二）货架的选型原则 1、实用性原则 首先应满足所储物品的品种、规格、尺寸和性能的要求。 要满足物品先入先进的原则要求。 同时适合于配套机械的存取作业。 2、低成本高效益原则 3、安全可靠性原则（货架的强度和刚度要满足载 重量的要求，并有一定的安全余量） 4、尽量采用先进的技术原则。,（三）货架的选择 1、改造仓库货架的选择 由于仓库的高度较低，所以尽量采用中低层托盘式货架，以便逐步实现机械化作业。 为了提高库容，也可以采用阁楼式货架。对于小型零部件也可以采用屏挂式货架。 2、新建立体化仓库货架的选择 应根据储物的品种、规格、吞吐量和仓库的规模以及仓库的高度进行合理的选择。,对于小型仓库，如果自动化程度一般，可以选择托盘式货架、重力式货架和移动式货架；对于自动化程度较高的大型高层立体化仓库，可以选择托盘式货架或旋转式货架，以利于计算机控制。 3、固定式货架和流动式货架的选择 对于固定式货架，由于技术比较成熟，可以借鉴的经验较多，投资也相对小一些。 当仓库所存储的物资多品种、小批量，以拣选作业为主时，应选用流动式货架。,第三节 立体仓库的设计,一、货格尺寸的设计 对于牛腿式货架，每个货格只能放一个单元货，其货格载货示意图如图6-11所示。横梁式货架的每个货格一般可存放两个以上的货物，其载货示意图如图6-12所示。各间隙的名称和符号如表6-8所示。 当单元货物的尺寸确定后，货格尺寸的大小主要取决于各个间隙尺寸的大小。下面介绍各间隙尺寸的选取原则。,1、侧面间隙 a3与a5的影响因素主要有，货物原始位置的停放精度，堆垛机的停准精度以及堆垛机和货架的安装精度等。精度越高，取值越小。侧向间隙a3一般取50100mm。对于横梁式货架，一般a5a3；对牛腿式货架，要求a4a3。 2、宽度方向间隙(b3、b4) 前面间隙b3的选择应根据实际情况确定：对牛腿式货架，应使其尽量小；对横梁式货架，则应使货物不致因各种误差而掉下横梁。后面间隙b4的大小应以货叉作业时不与后面拉杆发生干涉为前提。,3、垂直间隙(h2、h4) 在确定垂直间隙时，上部垂直间隙h2应保证货叉叉取货物过程中微起升时不与上部构件发生干涉。一般h2货叉上浮动行程+各种误差。下部垂直间隙h4应保证货叉存货时顺利退出，一般h4货叉厚度+货叉下浮动行程+各种误差。影响h2和h4大小的各种误差包括： a堆垛机起升机构的停准误差； b垂直位置检测片安装误差； c货叉微升和微降行程误差； d货物高度误差； e货架托梁(或横梁)的高度误差等。,二、仓库总体尺寸的确定 确定仓库总体尺寸的关键是确定货架的总体尺寸，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： 长度L：货格长度X列数 宽度B=（货格宽度2+巷道宽度）排数2 高度 其中H0为底层高度，Hi(i=1，2，n)为各层高度，共n层。 巷道宽度=堆垛机最大外形宽度+(150200mm),动态法确定货架尺寸 动态法确定货架尺寸，就是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货架的总体尺寸。 下面以每个巷道配备一台堆垛机为例，说明用动态法确定货架尺寸的方法。 已知库容量Q，出入库频率Po，货架最大高度H(或层数NH)，货格尺寸和堆垛机速度参数(V运、V起、V叉)。试确定货架的最佳布置和尺寸。,三、平均作业周期的计算 1 立体仓库的作业方式 在单元式立体仓库中，货物的存取作业有 两种基本方式， （1）单一作业方式， （2）复合作业方式。,2 平均单一作业周期的计算 单一作业周期是指堆垛机完成一次单入库或单出库作业所需要的时间。在图614中，O点为出入库台，P点为作业货位。 则完成此项作业的时间为 ts=2top+2tf+ta,为了综合评价一个仓库的作业效率，需求出堆垛机的平均作业周期，即各个货位作业周期的平均值，当各货位作业概率相同时，平均单一作业周期可用下式表示为：,式中tms：平均单一作业周期(s) j：层数，j=1m k：列数，k=1n 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、ta同前述。,3 复合作业周期的经验计算 复合作业是从出入库台到指定的货位存货后，随即到另一个货位取货，再返回到出入库台的全过程。如图所示，其复合作业周期是按P0P1P2P0的总时间计算的。 如果P1和P2点的定义与平均单作业周期的计算公式中一样，则平均复合作业周期的经验计算工为,tmd=tp1+tp2+tp1p2+4tf+2ta 式中tP1P2：堆垛机从P1点到P2点的运行时间 tmd：平均复合作业周期（S） tP1、tP2、tf、ta同前述。,四、立体库出入库能力的计算 立体库的出入库能力是用仓库每小时平均入库或出库的货物单元数来表示。堆垛机的出入库能力也就是指每台堆垛机每小时平均入库或出库的货物单元数。 采用单一作业循环方式时，堆垛机的出入库能力为： P1=3600tms 式中 P1：每小时出库或入库货物单元数 tms：平均单一作业周期(s),采用复合作业循环方式时，堆垛机的出入库能力为： p1=(3600/tmd)x2 式中 P1：每小时出库或入库单元数 tmd：平均复合作业周期(s) 若库内有几台堆垛机(即巷道数为n个)，则仓库的出人库能力为P=nP1,例如，某立体仓库有4条巷道，每条巷道配备一台堆垛机，若堆垛机的运行速度为l00m/min，升降速度为20m/min，货叉存取货时间为25s，附加时间ta：5s。货架总长L=80m，高H=15m，假设各货位存取概率相同。试计算分别采用单作业方式和复合作业方式时本库的出入库能力(即满负荷时每小时出入库托盘数)。,动态法确定仓库尺寸 已知库容量Q，出入库频率Po，货架最大高度H(或层数NH)，货格尺寸和堆垛机速度参数(V运、V起、V叉)。试确定货架的最佳布置和尺寸 这里介绍一种试算法。具体步骤为： a假定巷道数NB=1，则货架列数 NL=Q/(2NBNH) b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。 c计算整个仓库的出入库能力 P=NB3600/tm。,d比较P和P0。若PPo，所设计货架达不到出入库频率要求，试算NB=2的情况，重复a、b、c的计算，直到PPo为止，此时的巷道数为最佳巷道数。 货架的总体尺寸确定后，再考虑理货区的尺寸、库顶间隙、货架和建筑物的安全距离等，即可确定仓库的总体尺寸。,静态法确定仓库尺寸 Askin和Standridge在1993年提出了求解该问题的数学方法，这种方法由货架信息来确定仓库的长度和宽度。 假设要存储几件物品，只要知道通道参数就可以很容易地获得仓库的长度和宽度。 假设货架较长的方向在水平方向，分别用x、y表示货架的列和行，a、b表示通道系数（通道长度占货架长度的比例），则仓库的长和宽分别是ax+x和by+y。,为了使顾客平均单次移动距离最小。有： 满足 xyzn (x,y是整数),例： 假设仓库布局如图7-6所示。假设入口在左下方，已知合适的系数a与b，且要求放2000件物品分（3、4、5层堆放），请确定该仓库的尺寸。,五、堆垛机的布置方式 在单元货格式立体仓库中，其主要作业设备是有轨巷道式堆垛机，简称堆垛机。立体库中堆垛机的配备有两种方式：每个巷道配备一台堆垛机；或者两个以上巷道配备一台堆垛机，后者一般通过U形轨道或转轨车实现堆垛机的换巷道作业.通常，以每巷道配备一台堆垛机最为常见。但当库容量很大，巷道数多而出人库频率要求较低时，可以采用U形轨或转轨车方式以减少堆垛机的数量。,直线式： 每个巷道配备一台堆垛机； U形轨道式：每台堆垛机可服务于多条巷道， 通过U形轨道实现堆垛机的换巷道 作业； 转轨车式： 堆垛机通过转轨车服务于多条巷道。 通常，以每巷道配备一台堆垛机最为常见,巷道式堆垛起重机的特点 巷道式堆垛起重机的主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者相反，取出货格内的货物运送到巷道口。 整机结构高而窄。采用巷道式堆垛起重机的高架仓库很高，而货架巷道又非常狭窄，起重机宽度一般和所搬运的单元货物的宽度相等。 起重机金属结构设计除需满足强度要求外；还应有足够的刚性和精度。制动时机架顶端水平位移一般要求不超过20毫米。而且振动衰减时间要短。机架立柱上升降导轨的不垂直度应严格控制，一般全长不应超过35毫米。,起重机配备有特殊的取货装置，常用的有伸缩货叉或者伸缩平板，能向两侧货格伸出存取货物。 起重机的电力拖动系统要同时满足快速、平稳和准确三方面要求 巷道式堆垛起重机的分类 巷道式堆垛起重机通常按其金属结构型式、起重机运行支承方式和取货作业方式进行分类。,巷道式堆垛起重机结构组成 巷道式堆垛起重机由升降机构、运行机构、货叉、伸缩机构、机架以及电气部分等组成。 起升机构 起升机构由电动机、制动器、减速机、滚筒或链轮以及柔性件组成。常用的柔性件有钢丝绳和起重链两种。 起升机构的工作速度一般经常用1525米/分，最高可达45米/分。慢速档，一般35米分，主要使运动机构能平稳准确地停在规定位置，以便存取货物。,运行机构 运行机构由电机、联轴节、制动器、减速箱和行走轮组成；按运行机构所在位置的不同可以分为地面运行式、上部运行式、中间行式等，其中地面运行式使用最广泛。 起重机运行机构的工作速度一般为80米分以下，较高为120米分，最高可达180米分。慢速档，4米分，这是为了便于存取货物，保证需要的停止精度,载货台及取货装置 载货台是货物单元承接装置，通过钢丝绳或链条与起升机构联接。载货台可沿立柱导轨上下升降。取货装置安装在载货台上，有司机室的堆垛机，司机室也一般装在载货台上，随载货台的升降。 取货装置一般是货叉伸缩机构，货叉可以横向伸缩，以便向两侧货格送入(取出)货物。货叉结构常用三节伸缩式。由前叉、中间叉、固定叉以及导向滚轮等组成，货叉的传动方式主要有齿轮齿条和齿轮链条两种。货叉伸缩速度一般为15米分以下，高的可达30米分，在超过10米分时需配备慢速挡，在启动和制动时用。,机架 机架由立柱和上、下横梁联接而成，是堆垛机的承载构件。机架有单立柱和双立柱两大类。单立柱结构的机架只有一根立柱和一根下横梁。这种结构重量比较轻，制造工时和消耗材料少，起重机运行时，司机的视野比双立柱好得多，但刚度较差，一般适应于高度不到10米，轻载荷的堆垛机。双立柱的机架由两根立柱和上、下横梁组成一个长方形框架。这种结构强度和刚性都比较好，适用于起重量较大或起升高度较高的起重机。,高架叉车 高架叉车又称作无轨巷道堆垛机或三向堆垛叉车。它是一种变型叉车，主要适用于高度不太大，作业不太频繁并要求出库搬运的仓库。,从结构上看，高架叉车与一般叉车相比主要有下列特点： 采用多节门架。高架叉车为了提高起升高度，采用了3节或4节门架，使起升高度可达到12米。 备有特殊的货叉机构。高架叉车的货叉机构能够在水平面内左右各转90度，又能够向左或向右作侧移。这样，巷道的宽度就可以显著减小，只比货物或叉车宽400毫米左右即可,（3）设导向装置。车体下部两侧各有两个水平导向轮，货架下部设导轨进行导向。为了便利叉车从巷道外进入巷道，在巷道端口上，水平导轨呈弧形段，形成一个“喇叭口”，能引导高架叉车进人巷道。 其他特点。司机室可随门架一起上升，以便看清楚货叉在高处的作业。也可采用货叉自动平层机构，准确停在所需货格层上。有的高架叉车驱动轮能旋转90度，使叉车能够方便地作横向移动，提高了叉车运行的灵活性和便于转移巷道。,高架叉车的优缺点及适应范围 高架叉车的起升高比一般叉车高，可以达到12米，但比巷道式堆垛起重机所能达到的高度低得多。 所需巷道宽度比一般叉车所需的窄得多，但不如巷道式堆垛起重机窄。 高架叉车机动性比巷道式堆垛起重机高，它可以在巷道外作业，可以方便地转移到其他巷道工作，甚至可以开出仓库外作业。,仓库巷道必须有平整的地面。 由于采用蓄电池作动力，充电时间长，自重大。 工作速度比巷道式堆垛起重机和一般叉车均低，因而作业效率低。 所以高架叉车比较适用于高度12米以下，出入库不频繁的仓库。特别在旧库技术改造，或者需要用同一台叉车完成库内和库外作业的场合，高架叉车尤为适用。,六、立体库的出入库输送系统 对于采用巷道式堆垛机的立体仓库，巷道式堆垛机只能在高架区的巷道内运行，故还需要各种搬运设备与之配套衔接，使入库作业区、出库作业区(包括检验、理货、包装、发运等作业)与高层货架区联结起来，