（机械电子工程专业论文）自动化仓储实验系统的开发研究.pdf

山东轻工业学院硕士学位论文 摘要 随着我国经济的飞速发展，物流业也在飞速发展。二者是相辅相成的。但是 高级物流人才奇缺，已经严重地阻碍了经济的发展。建立物流实验系统是内涵式 发展物流技术，培养物流人才的根本途径。而如何建立物流实验系统，还是一个 鲜有人研究的问题。自动化仓储实验系统是物流实验系统的核心部分。本论文正 是围绕自动化仓储实验系统展开的。 本论文创造性地把系统布置设计法应用到自动化仓储实验系统的规划设计 中。并补充非物流因素的影响。非物流因素用定性关联图表示，物流因素用定量 从至表表示。计算出各区域之间的物流总量，可以确定其相互间的密切度。根据 密切度不同划分等级，通过划分等级，就将物流因素的定量从至图转变为定性关 联图，再根据定性关联图规划自动化仓储实验系统。 有了规划设计图，文章又进一步解决自动化仓储实验系统中的重点和难点问 题，堆垛机和货架主要参数的确定。对这两个问题展开了详尽而周密的分析和推 导。在分析堆垛机运行周期时，给出了堆垛机的最佳运行速度公式。超过这一速 度，继续增大堆垛机运行速度，所带来的堆垛机运行周期的缩短非常微小，却会 带来诸如噪声等等问题。确定货架主要参数货架尺寸，关键在于确定货物单元的 尺寸和四周的必要间隙。 接着文章论述连续输送系统。论述了输送机的设计原则和主要类型及其输送 能力计算；主要的转辙移载装置和积放机构，在发生积存时的距离控制等，重点 介绍了一种转向装置。 文章最后进行计算机仿真和确定了典型的实验方案。在仿真时，先估算堆垛 机的最佳运行速度。利用仿真软件分别对堆垛机最佳运行速度减少1 0 ，堆垛机最 佳运行速度，增加1 0 三个梯度进行仿真。通过选取典型数据，多次计算取平均值 的方法进一步论证了文章提出的运行速度不应该超过最佳运行速度的1 0 的观点。 实际应用结果表明，利用上述方法建设的物流实验系统具有投资少，见效 快的特点。 关键词：仓储实验系统；规划设计；最佳运行速度 山东轻t 业学院硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h eh i g hd e v e l o p m e n to fe c o n o m y , l o g i s t i c sh a sd e v e l o p e dh i g h l yi no u r c o u n t r y t h e yc a na c c e l e r a t ew i t he a c ho t h e r b u tt h e r ea r ef e wp e o p l ew i t hs e n i o r a b i l i t yo nl o g i s t i c s ，w h i c hh a se m b a r r a s s e dt h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y e s t a b l i s h i n g t h el o g i s t i c se x p e r i m e n t a ls y s t e mc a ni n t e n t i o n a l l yd e v e l o pt h et e c h n o l o g yo fl o g i s t i c s a n db r i n gu pt h ea b i l i t i e s t h ee x p e r i m e n t a la u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e mi s t h ec o r eo fl o g i s t i c sc e n t e r h o wt oe s t a b l i s ht h ee x p e r i m e n t a la u t o m a t e ds t o r a g ea n d r e t r i e v a ls y s t e mi sav e r yi m p o r t a n tp r o b l e m f e wp e o p l eh a ss t u d yt h ep r o b l e m t h e t h e s i si sa b o u tt h i sp r o b l e m t h ep a p e rc r e a t i v e l yu s e st h es y s t e m a t i cl a y o u tp l a n n i n gm e t h o do nt h e e x p e r i m e n t a la u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e ml a y o u t a n dd e s i g n t h e n o n l o g i s t i c sf a c t o ri sa l s oa d d e do n a f t e rc a r e f u lr e s e a r c ha n ds t u d y , h o w t ol a y o u t t h ew h o l es y s t e mi sc o n c e r n e do nt w of a c t o r s o n ei sl o g i s t i c sf a c t o r , t h eo t h e ri s n o n - l o g i s t i c sf a c t o r t h en o n - l o g i s t i c sf a c t o rc a nb ed e s c r i b e db yq u a l i t a t i v er e l e v a n c y ， t h el o g i s t i c sf a c t o rc a nb ed e s c r i b e db yt o a n d - f r o mt a b l e t h et o - a n d f r o mt a b l ec a nb e c h a n g e di n t oq u a l i t a t i v er e l e v a n c y w ep l a nt h ee x p e r i m e n t a la u t o m a t e ds t o r a g ea n d r e t r i e v a ls y s t e mu s i n gt h i sm e t h o d ，b a s i n go nt h et w oa n a l y s i s a f t e rt h el a y o u ta n dd e s i g n ，t h ep a p e rd e s c r i b e dt h ei m p o r t a n ta n dd i f f i c u l t p r o b l e m ，t h a ti st h ep e r i o do ft h es t a c k e ra n dt h ed i m e n s i o no fs h e l v e s f i r s t l yt h em a i n p a r t so ft h es t a c k e ra n ds h e l v e sa r ee x p l a i n e di nd e t a i l t h ep a p e rh a sm a d eo u tt h eb e s t r u n n i n gv e l o c i t yo fs t a c k e r t h es t a c k e rs h o u l dr u n sa r o u n dt h eb e s tv e l o c i t y , n o tm o r e a n dn o tl e s st h a nt h eb e s tr u n n i n gv e l o c i t y10p e r c e n t i ft h es t a c k e rr u n sa tt h ev e l o c i t y m u c hh i g h e rt h a nt h eb e s tv e l o c i t y , t h ep e r i o dw i l ls h o r t e nv e r yl i t t l e b u tt h ev o i c e sa n d c o s tw i l li n c r e a s eh i g h l y t h ev e l o c i t yi sc o n c e r n e dv e r ym u c ht ot h ed i m e n s i o n so f s h e l f t od e f i n i t et h ed i m e n s i o n so fs h e l v e s ，t h ek e yw o r ki st od e f i n i t et h ed i m e n s i o no f s t a n d a r dk i tu n i t t h e nt h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec o n v e y e r sa n di t st r a n s p o r t a t i o nc a p a b i l i t y t h em a i n s t y l e sa n dp o i n ts w i t c h e so ft h ec o n v e y e r sa n dt h em e t h o dt o d e f i n i t et h en e e d e d d i s t a n c ea r ea l s oi n t r o d u c e d a tl a s t ，t h ep a p e ru s e st h es i m u l a t o rt o t e s tt h em a i np o i n t s t h e nt h em a i n e x p e r i m e n t sa r ed e s c r i b e d f i r s t l yt h et h eb e s tr u n n i n gv e l o c i t yi sc a l c u l a t e d t h e n10 p e r c e n ti sd e c r e a s e d ，10p e r c e n ti n c r e a s e d t h r o u g hs e l e c t i n gr e p r e s e n t a t i v ed a t a ，t h e p e r i o do fs t a c k e ri sc a l c u l a t e d t h e na c c o u n t st h ea v e r a g e s t h es i m u l a t i o nh a st e s t i f i e d t h ep o i n t st h a tt h ep a p e rm a d eo u ti nc h a p t e rt h r e e 山东轻工业学院硕士学位论文 t h ea c t u a la p p l i c a t i o nh a sp r o v e dt h a tt h em e t h o dd e s c r i b e di nt h ep a p e ri su s e f u l t oe s t a b l i s ht h ee x p e r i m e n t a la u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e mu s i n gt h e m e t h o dw i l ln e e dl e s sc o s ta n dg e tb e t t e rr e s u l t s k e yw o r d s ：e x p e r i m e n t a la u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e m ；l a y o u ta n d d e s i g n ；t h eb e s tr t m n i n gv e l o c i t y i i i 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文中 引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上已 属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人己用于其他学位申请的论文或成 果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工业 学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专 利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名 单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名：歪益丝兰堡日期：2 旦2 z 年l 月臣日 导师签名：j 纽整芏叁 山东轻工业学院硕士学位论文 第1 章绪论 随着经济全球化和信息技术的迅猛发展，被誉为“第三利润源泉的现代物 流业在世界范围内蓬勃兴起。我国物流业由于基础设施不完备，管理技术、水平、 服务质量等方面比较落后，加上物流教育起步较晚，以及企业对物流认识不足等 因素的限制，发展水平相对滞后。我国加人w t o 后，企业为了提高服务质量、降 低运作成本、打造核心竞争力、在国际和国内两个市场赢得竞争优势，对物流业 的重视程度越来越高，物流外包需求亦日益增加。我国物流业迎来了前所未有的 发展机遇，有着巨大的市场潜力和十分广阔的发展前景。据专家估计，在未来几 年内，我国物流市场的发展空间至少在一千亿元以上。 物流业的发展带动了对物流人才特别是高技术专业人才的需求旺盛，但目前 国内高水平物流专业人才供不应求，人才培养从质量上也不能满足要求，存在师 资力量薄弱，教学手段落后，实验和科研基础条件差的现状。由于物流作业环节 多、系统性强、科技含量高、理论与实际联系紧密等特点，如果缺乏实践环节， 物流专业的毕业生实际动手能力就会比较低，不能满足社会对人才的需要【l 】。因此 开发先进的物流实验系统是当务之急。下面论文将从物流专业人才培养现状、物 流实验室建设现状进一步论述。 1 1 我国物流专业人才培养现状 目前我国经济发展中，重视有形资源的投入、开发和利用的传统观念占据主 导地位，对人才资源的投入和开发还重视不够。例如，在谈到大力发展物流业的 时候，各地、各企业都非常重视，很多地方政府都把物流业作为本地区的支柱产 业，加大投资力度，但是强调的仍是物流园区的建设和物流装备的投资，对物流 人才资源的开发提得较少。 在知识经济时代，创新能力对一个国家在国际竞争和世界总格局中的地位起 着决定性的作用。知识的创新要靠创新型的人才来实施，经济发达国家崛起的普 遍经验告诉我们：人才兴则国兴，得人才者得天下。一个国家只有教育、人才、 科技协调发展才可能最终从经济上强大起来。 历史证明，只有自然资源没有人才资源的国家不可能强大。日本在战后的废 墟上跃居世界第二强国靠的是“教育立国 、“科技强国 ，是人力资源的作用。美 国在短短3 0 0 年间就执世界经济、政治和军事之牛耳，靠的也是人才兴国。中东国 家石油富甲天下，但却没有一个发展成强大的国家。事实证明，我们只能选择走 “人才兴国、人才强国之路”，绝不能走单靠资金投入和掠夺自然资源发展之路。 人才战略决定国家的未来1 2 j 。我国的物流人才发展状况和存在问题如下所述。 第l 章绪论 1 1 1 高水平物流人才匮乏 现代物流需要复合型人才，尤其是精通改造传统物流与加强物流管理、城市 规划、物流系统运筹、第三方物流企业的运作技术操作等的现代物流人才。据有 关资料显示，在我国物流从业人员当中具备大学以上学历的仅占2 1 ，高中及中 专学历则占了5 0 以上。美国奥尔良州立大学主持的一项物流职业类型调查，统 计了全美物流管理者的受教育程度情况，大约9 2 的被调查者有学士学位，4 1 的人有硕士学位，2 2 的人有正式的从业资格证书，与之相比我国的差距很大【3 j 。 人员老化也是目前我国物流企业的普遍问题。在很多的仓储业务中民工人数 众多，使得物流企业拥有庞大的员工队伍却缺乏物流管理和经营人才，物流专业 人才匮乏，尤其是具有现代物流知识的国际职业经理人更是紧缺。物流人才的奇 缺以及知识的老化，严重阻碍了物流企业的发展和经济效益的提高。 据预测，中国的物流产业将会以每年3 0 的速度增长，高速增长的产业发展速 度无疑会加速对物流人才的需求。物流人才被列为当前中国十二类紧缺人才之一。 据权威机构调查，目前全国物流人才总缺口达6 0 0 万人左右，对高级物流管理人才 的需求每年都以超过1 5 的速度增长，n 2 0 l o 年缺乏大专以上的物流专业人才 3 0 4 0 万人【4 5 】。目前，全社会已经认识到国内物流人才紧缺这一现状，不仅各个高 校纷纷开设物流专业，劳动和社会保障部、中国物流与采购联合会也陆续推出了 自己的物流师标准及认证。美国、英国的相关物流教育机构在国内的认证推广工 作也陆续展开，应当说，目前国内的物流教育市场是非常火爆的。目前，物流企 业急需的几类人才主要是物流管理人才、物流市场营销人才、物流信息人才等。 经济发展以市场为导向，人才的培养也必须根据市场需求来规划【6 】。目前我国 物流市场急需以下三种人才：操作型人才、中高级管理人才和高级管理人才。高 等教育中的物流专业本科教育应当是培养具有管理、经济、工程、计算机等方面 综合知识和能力，从事物流经营、运输、仓储、管理、决策、系统设计及教学科 研的高层次复合型人才。纵观我国高校物流教育的演变，一般是由物资管理、交 通运输管理、商业储运管理等专业演变过来的。近几年来，随着物流得到企业和 社会的重视，物流教育也得到相应发展。我国的大中专院校丌始设置物流管理、 物流工程专业或在有关专业罩开设物流方面的课程，注重培养物流人才。根据2 0 0 6 全国高校招生目录统计，全国大约有1 0 9 所高校开设物流管理本科专业、3 1 所高校 开设物流工程本科专业。 1 1 2 教学和科研基础条件落后 物流是一门实践性很强的学科，高校的物流专业由于起步晚，硬件设施欠缺 等多方面原因，课程体系设置中理论教学所占比重过大，实践教学内容太少，理 论不能很好地与实际相联系。在这种情况下，当前培养的物流专业学生普遍理论 2 山东轻工业学院硕十学位论文 基础不牢，动手能力弱，甚至对在校学习的作用和意义感到困惑。 物流专业教学面临的潜在危机是教师实践经验少、物流人才泡沫、物流教育 缺乏实践性以及物流教育缺乏特色等。鉴于物流业务的流程性、操作性强等特点， 物流教育应该加强物流操作能力培养，最行之有效的方法就是建立物流实验系统。 物流实验系统建设应以流程性活动为模拟或学习的核心，依据各教育机构的不同 层次、不同方向、不同经济条件，选择恰当的物流系统及硬件设备。 总之，当前物流教育受到国内许多高等学校和职业院校的重视，但由于学校 师资力量薄弱、教学手段落后，导致物流专业的毕业生实际动手能力比较低，这 样的人才不能满足社会对物流人才的需要。鉴于物流学系统性强、技术含量高、 涉及面广、理论与实践联系紧密等特点，学校的物流教育既要注重物流理论的传 授、把握物流技术发展脉搏，更需要强化学生实际业务的操作能力。学校在培养 学生时务必建立面向市场的、可操作性强的物流实验系统，使学生在实践中掌握 理论，在实践中应用理论。这对物流专业的教学内容、教学方法及教学手段都提 出了较高的要求。 1 2 建立高水平的物流综合实验系统的必要性 我们应在参考国外物流人才培养体系的基础上，建立我国物流专业学科体系 和人才培养体系。树立正确的物流人才培养目标是开展物流教育的基本前提。物 流人才培养的目标与模式应根据市场需求和学科理论的要求来确定，应充分考虑 物流教育资源的现状，并兼顾未来物流业的发展，综合设计现代物流人才的培养 目标。不同层次的人才需要不同的培养方法，研究生教育应重视理论研究与方法； 本科生教育应重素质、基础、知识面的协调发展：专科生教育应重操作和实践技 能。 鉴于物流的实践操作性极强，因此建立高水平的物流综合实验系统是培养物 流人才的重要条件。物流是理学、工学、管理学和经济学综合交叉、物流和信息 流交叉的学科，一个理想的物流综合实验系统应能担负主要的物流作业实验项目， 系统应是开放的，可作为物流科学研究的平台。由于学科的交叉性，该系统除可 以进行物流相关实验外，还应当是一个机电一体化实验平台，可以进行诸如p l c 实验、机电系统调速实验、通讯实验等多种实验项目。如何能开发出这样的实验 系统就是摆在我们面前的一个非常有意义的课题。 通过对国内有关高校的广泛调研，我们认为选择自动化仓储系统作为这种物 流综合实验系统的构成主体是非常合适的。自动化仓储系统是现代物流网络的重 要节点。从许多微观案例来看，仓储管理已成为供应链管理的核心环节。仓储管 理还是供应链管理的接合部，例如采购与生产之间，生产的初加工与精加工之间， 生产与销售之间，批发与零售之间，不同运输方式转换之间等等。仓储是物流各 第l 章绪论 环节之间存在不均衡性的表现，仓储也正是解决这种不均衡性的手段。仓储环节 集中了上下游流程整合的所有矛盾，仓储管理就是实现物流流程的整合。如果借 用运筹学的观点来描述仓储管理在物流中的地位，可以说就是在运输条件为约束 力的情况下，寻求最优库存( 包括布局) 方案作为控制手段，使物流达到总成本最低 的目标。在许多具体的案例中，物流的整合、优化实际上归结为仓储的方案设计 与运行控制。这是因为仓储总是出现在物流各环节。仓储作业在物流作业中最具 有典型性。 自动化仓储实验系统( e x p e r i m e n t a la u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e m ， 简称e a s r s ) ，是一种实验室规模的小型( 微型) 自动化仓储系统，它可以在无 人工直接干预的情况下自动、精确、快速地实现货物的存储和提取。自动化仓储 实验系统的建设涉及到机电一体化技术、计算机控制技术、信息传输与处理技术、 物流管理技术、物流系统的规划与设计等多项工业应用技术，汇集了现代物流技 术的精髓，其物流作业非常典型，非常适合用作物流类专业的实验教学。 本文主要以自动化仓储实验系统为研究对象，研究系统的规划设计方法、自 动化仓储实验系统的系统设计及参数确定以及系统的计算机仿真等方面的问题。 1 3 自动化仓储实验系统的研究现状及发展趋势 众所周知，建设与专业发展相适应的实验室是确保高等院校教学质量，提高 科研服务能力的重要条件之一。因此各高校相当重视，投入了很多的人力、物力。 建设高水平的物流实验系统是物流人才培养的重要保证，目前高校成立物流综合 实验系统已经成为大势所趋。 不同的高校在物流实验室的建设方面其思想、内容和建设的程度等方面都各 不相同，由于各高校的历史、学科基础、办学特色和地理位置的不同，在物流及 相关专业的办学过程中均在探求一条适合自身特点的发展之路。例如基于工业工 程的物流自动化、流程控制等；基于工商管理的物流信息化、电子商务等。在物 流系统规划上也不尽相同，部分高校采用自己规划、同外单位合作建设及开发软 硬件的方式，保证物流实验室符合自己的教学科研特色。 2 0 0 1 年，国内第一座高校物流实验室落户北京物资学院。该实验室是以高新 技术、系统工程在物流领域的应用为研究目标的综合型研究机构，是国内首家物 流学科重点实验室。同时，实验室还可以为企业提供物流系统诊断、物流系统规 划设计、物流软件开发、物流网站建设、企业物流技术咨询、物流专业培训等服 务。 国内各高校在建设物流实验室方面有两种趋势：一种是以物流软件为基础搭 建物流模拟平台，再配上部分硬件设备，如电子标签等，让学生学习物流流程及 物流管理的方法和原则这种实训能够快速提高学生的实践能力并能够让学生全 4 山东轻工业学院硕士学位论文 面掌握物流管理方法；第二种是以自动化设备为核心的物流实验室建设，如生产 物流系统、自动化立体仓库设备等，让学生掌握现代物流作业的各种先进技术。 北京物资学院、北京科技大学等院校的物流实验室以自动分拣机、立体库为建设 重点。北京工商大学、北京交通大学、重庆大学等院校的物流实验室以物流模拟 系统为建设重点【7 j 。 以上两种模式各有不同侧重点，不能说孰优孰劣。但我们认为最好能将两者 有机结合，将物流模拟系统与实际的仓储系统实现集成，建设综合性的物流实验 室。实验室可以包括立体仓库系统、出入库系统、输送系统、分拣系统、堆垛机、 a g v 、中央控制台以及软件控制系统等，融合全自动立体库、条形码、射频、电 子标签、r f i d 等先进的物流技术，实现信息流与实物流的统一。 物流实验系统与普通的物流系统有很大的区别。普通的物流系统以应用、实 用性为主要目的，而物流实验系统以开放性、先进性、科研创新为目的，而且会 受到诸如场地、资金等的限制。两者既有联系又有区别，在建造研究方法上同样 是既有联系又有区别。 1 4 本文主要研究内容 本文面向物流综合实验系统的建设，从指导思想、系统布局、硬件配置、参 数确定等方面系统论述了自动化仓储实验系统e - a s r s 的构成和原理。 本论文主要章节内容安排如下：t 第1 章绪论，结合国内外物流业的发展，论述了对物流人才培养的要求，分 析我国物流人才培养方面存在的主要问题之一是实验教学基础条件薄弱。解决这 个问题的行之有效的手段是建设高水平的物流综合实验室。介绍了国内各大学现 有物流实验室的概况，分析了自动化仓储实验系统在物流教学科研中的重要作用。 第2 章自动化仓储实验系统规划设计，把系统布置设计( s l p ，s y s t e m a t i c l a y o u tp l a n n i n g ) 方法应用到自动化仓储实验系统的规划设计中，分析了影响系 统规划设计的物流因素和非物流因素两类因素，以定量从至表的方式表现物流因 素；以定性关联图的方式表现非物流因素。在综合分析上述两种因素的基础上， 给出了自动化仓储实验系统的规划设计图。 第3 章自动化仓储实验系统基本参数的确定，详细介绍了自动化仓储实验系 统的主要参数，包括小型有轨巷道式堆垛机的结构和主要参数确定，堆垛机的作 业周期；货架的参数。通过仔细分析堆垛机运行过程，强调了堆垛机作业周期与 货架长度和宽度的关系，给出了最优运行速度的公式。提出了堆垛机运行速度在 最优运行速度上下1 0 范围内的观点。 第4 章连续输送系统的设计，详细介绍了自动化仓储实验系统中输送系统的 设计原则，输送能力，转辙移载装置输送系统及其分流、合流、积放、速度协调和 5 第1 章绪论 控制。 第5 章自动化仓储实验系统计算机仿真，利用仿真软件对自动化仓储系统进 行仿真，进一步验证论文的主要研究成果和论文观点。设计了在仓储实验系统内 进行的主要实验。 第6 章总结与展望，论文的最后对所研究的问题进行了概括性的总结，得出 结论，提出有待进一步研究的问题。 本论文的创新之处在于：把系统布置设计法创造性地应用到自动化仓储实验 系统的规划设计上。并补充非物流因素的影响。经过仔细分析得出各区域如何布 置，既要受物流因素的制约，同时也受非物流因素的影响。非物流因素用定性关 联图表示，物流因素用定量从至表表示。计算出各区域之间的物流总量，可以确 定其相互间的密切度。根据密切度不同划分等级，这样就将物流因素的定量从至 图转变为定性关联图，与非物流因素的定性关联图相对应。再根据定性关联图规 划自动化仓储实验系统。 在分析堆垛机运行周期时，给出了堆垛机的最佳运行速度公式，超过这一速 度，如果继续增大堆垛机运行速度，堆垛机运行周期的减小非常微小，却会带来 诸如噪声、成本增大等负面影响。这一结论既给出了理论分析，又利用仿真软件， 仿真数据加以证实。 6 山东轻t 业学院硕上学位论文 第2 章自动化仓储实验系统的规划设计 建设物流综合实验系统是内涵式发展物流技术，培养物流人才的根本途径。 随着高校及社会对物流综合实验系统的需求越来越大，物流综合实验系统的建设 也迫在眉睫。仓储系统是物流系统的核心部分。仓储系统是实现高效物流和大容 量储藏的关键系统。 自动化仓储实验系统是一个复杂的光、机、电一体化系统，是物流、控制、 管理、信息技术高度集成化的综合运行系统【8 】。科学的规划设计是保证系统功能完 善、流程合理、运行顺畅、资金节约的前提。否则物流集成设计和建造单位便无 据可依，其结果往往会造成系统功能不全、流程不顺、浪费资金等问题，因此必 须高度重视自动化仓储系统的前期论证规划设计工作。进行自动化仓储实验系统 的规划设计工作，在时间上只占整个建设期的1 0 一2 0 ，经费投入只占总投资的 千分之- - n 千分之五，却能解决8 0 - - 9 0 以上的先进性、整体性、经济性问题 9 , 1 0 】。 物流仓储实验系统的规划设计就是根据物流作业的实际需求，结合实际的限制条 件。综合分析物流因素和非物流因素，对系统各区域的面积、位置进行总体设计， 使其能满足物流作业要求，同时降低整个系统的造价。 如何合理规划和设计自动化仓储系统，如何实现仓库与生产系统或配送系统 的高效联接，已经成为2 1 世纪的重要研究课题。各种实际物流工程的规划设计方 法为我们提供了可供借鉴的宝贵经验，但作为一个实验系统，它有着自己的特殊 要求，因此它的规划设计需要认真分析研究。 2 1 物流实验系统的主要类型 由于物流涉及社会生产、生活的方方面面，物流人才的需求层次也特别的多。 物流实验系统的类型需要依据物流人才的不同层次而设计建造。 2 1 1 按照适用的教育层次分类 目前，虽然多数高校和职业院校对物流教育越来越重视，但由于学校师资力 量薄弱、教学手段落后，物流专业的毕业生实际动手能力比较低，不能满足社会 对人才的需要。物流是实务性很强的一门学科，因此，学校的物流教育不仅要注 重物流理论的传授、把握物流发展的脉搏，更要注重学生实际业务操作能力的培 养，只有很好地将理论和实践相结合，才能培养出真正满足社会需要的优秀物流 人才。“物流实验系统 这一新生事物应运而生，它的最大特点是系统的先进性和 实用性：一方面，以先进的物流理念作指导；另一方面，以面向市场的、操作性 强的物流实务为目标，将物流的理论和实践紧密结合，使学生在实践中应用理论， 在实践中发展理论。 7 第2 章自动化仓储实验系统的规划设计 鉴于物流从业人员种类繁多，而且各个学校物流教育的方向和重点各不相同， 物流实验系统在构建过程中应该针对各个学校人才培养的特点及方向，采用不同 方案。但是总的来说，实验系统建设可以分为纯系统的演示、模拟操作实验系统 和具有一定物流设施设备及技术工具的实验系统，从功效来看，实验系统建设应 该以物流管理系统为演示、操作的核心，学习研究其物流理念，业务流程及模拟 现实操作，在资金有保障的情况下，物流实验系统应该尽量使用比较通用、先进 的物流技术工具，或者称为硬件设备，让学生模拟现实的操作过程，其实验效果 应该更好。一般而言，根据物流教育的培养对象和知识结构不同，物流实验系统 建设可以分为以下三种： ( 1 ) 以物流实务操作人员培养为导向的物流实验系统建设 在我国的专科和高等职业技术学校的物流教育中，人才培养的重点是物流作 业的实际操作能力。因此，物流实验系统的配置应该以物流实务操作为中心，包 括物流基本作业标准的强化、实用且先进的物流技术工具的使用以及物流信息系 统的操作掣1 1 】。首先，物流实验系统应该注重强化物流基本作业流程实践，体现 在软件系统方面就是系统流程。因为管理系统是实际作业流程及管理手段的固化， 所以实验系统应该是具有实践意义的物流管理系统，通过多种系统的操作演练以 及讲解分析，能够充分模拟并实践现实物流作业过程。物流实验系统应该包括库 房管理( 库区管理、储位管理等) 、货品管理( 质检、组装管理、跟踪管理、配送) 等 功能模块。作为一套物流系统，它应该完全区别于记账式的简单系统，也不同于 以资金为主线的进销存系统，而是要模拟包括所有物流作业的整个过程。 其次，物流系统的熟练操作和现代物流技术工具的使用是达到试验目的的前 提条件。因此，物流实验系统在硬件配置上，应该具备足够数量的计算机、条码 打印机、p o s 机、扫描枪、r f 和手持终端等设型眩j 。 ( 2 ) 以综合的物流管理和物流技术人才培养为导向的物流实验系统建设 在高等院校物流专业的本科教育中，培养的目标是综合的物流管理和物流技 术人才。综合的物流管理和技术人员不仅要全面了解各种基本的物流操作，更要 站在整个物流系统的高度，对整个系统的调度、运作熟练掌握，要深刻理解“物 流集成i l3 j ”的概念。因此，以这种培养目标为导向的物流实验系统的建设较之前 一种要复杂的多。在物流实验系统方面，这种实验系统不仅要具有第一种实验系 统的各种模块，还要增加其他模块如系统管理模块。具体需要增加的包括供应商 管理( 基本信息、业绩考核、业绩评估) 、客户管理( 基本信息、客户要求、客户评 估) 、内部人员管理( 基本信息、权限管理、绩效考核) 、合约管理、组织管理、调 度管理等模块。 在实验系统的硬件方面，为配合高质量的物流教学要求，也需要配置更多的 先进设备，包括手持终端、条码打印机、p o s 机、r f 、g p s g i s 、电子标签、电 8 山东轻工业学院硕士学位论文 瓶叉车等。 ( 3 ) 以高级供应链物流管理人才培养为导向的物流实验系统建设 在研究生及其以上的物流管理教育中，培养的目标是高级的供应链物流管理 人才。供应链物流管理人才不仅要熟谙企业内部的物流作业管理，能够结合企业 的整体目标制定自己的物流战略，同时还应当能够与供应链伙伴建立长期战略合 作关系，通过战略联盟为企业创造更大价值。相对应的这种物流实验系统的建设 较之第二种要更加复杂、全面。 在软件系统方面，仅仅是企业内部的物流系统是不够的，应该搭建一个完整的 供应链管理信息系统。具体来说，应该包括以下模块：仓储管理、运输管理、配 送管理、订单管理、企业资源管理、客户管理、供应商管理、合约管理、调度管 理、结算管理、账务管理、报表管理、安全管理、预警管理、系统维护等。 在系统硬件方面，必要的配置包括：计算机终端、手持终端、条码打印机、 p o s 机、r f 无线射频、g p s g i s 、仓库货架、托盘、电子标签、电瓶叉车等等。 2 1 2 按照物流活动的偏向分类 ( 1 ) 偏向企业内部物流活动和偏向企业外部物流活动。企业内部物流主要注重 对企业内部生产运作过程中的物流系统进行分析，从原材料的采购、生产线的布 置适于加工制造、成品的储运等整个物流活动过程进行系统优化。企业外部物流 活动属于整个流通中的物资的运输、储存、加工和配送等，从宏观的角度对物流 活动包括物流经济进行规划。 ( 2 ) 偏向工程或控制方面的物流自动化和偏向管理的物流一体化。偏向工程方 面的物流自动化主要关注物流设备、设施的自动化及对其进行控制。偏向管理的 物流一体化是将仓储、运输、包装、流通加工、配送以及信息系统进行整合。 ( 3 ) 偏向业务的一般物流管理和偏向优化的物流工程。偏向业务的一般物流管 理就是对物流业务活动进行管理和控制。偏向优化的物流工程就是能够从整体物 流系统工程的角度进行建模优化。 2 2 仓储系统规划设计的基本原则 2 2 1 通用仓储系统规划设计的基本原则 通用自动化仓储系统的设计应满足以下原则： ( 1 ) 实用性原则 整个系统设计应针对自身的实际情况，发挥资源的最大效率，以实现教学上 易操作性为主要目的，兼顾发展趋势。 ( 2 ) 安全舒适原则【1 4 】 安全性是指物流设备在使用过程中保证人身和货物安全以及环境免遭危害的 9 第2 章自动化仓储实验系统的规划设计 能力。它主要包括设备的自动控制性能、自动保护性能，以及对错误操作的防护 和警示装置等。还有就是物流作业中的人、工位器具、设备、设施和物品的安全、 完美，保持作业区周围环境的整洁、通畅，同时还必须注意到防火、防潮、防霉、 防腐、防风、防雨、防雪和防爆等，以及人流、车流和物流尽可能分开等。由于 学生在做试验时人多，为保证学生安全，整个实验系统的建设要全面贯彻安全第 一的原则。建设的物流实验室保证在任何情况下不至于丢失、损坏数据。在网络 设计时，首先选用稳定可靠的产品和技术使其具有冗余容错能力。 在舒适性方面，物流设备应满足工人操作简单、使用方便、符合人机工程学 原理等要求【1 5 】。 ( 3 ) 节约能源原则。大力节约能源具有战略意义，我们不仅要大力开发新能源， 更重要的是节约和合理使用好各种能源，主要是合理选择、使用和维修好各种设 备、设施和工位器具，还可利用重力式小车( 推力不大于2 5 k g ) 输送和贮存，如选用 重力式货架、滑道、各种人力小车等。 ( 4 ) 发展原则【1 6 , 1 7 】 在对物流中心内部进行规划设计时，应该具有适度超自订的意识，在总体规划 的同时要充分考虑到以后发展的需要。无论是区域布局，还是设施设备的选择， 都应在详细分析现状及对未来变化做出预测的基础上进行，要有较强的应变能力 和相当的柔性，以适应物流量扩大、经营范围拓展的需要。 2 2 1 自动化仓储实验系统规划设计的基本原则 仓储系统作为实验系统还应该遵循以下设计原则： 自动化仓储实验系统作为面向高级物流技术人才培训和物流技术开发研究的 平台，它应当遵循以下原则： ( 1 ) 开放性原则 物流实验系统以实际物流运作方式为模本，又不同于实际系统。首先要具有 开放性，采用弹性的设计原则。即可以用来进行物流实验，又可以进行其他实验。 ( 2 ) 可扩展性原则 物流实验系统建设不可能一蹴而就，因为物流技术在飞速发展，资金往往不 能一次到位。在建设中一定要充分考虑后续扩展建设的需要。 ( 3 ) 先进性原则【博】 建设物流实验系统一定要运用新技术，应能满足目前及可预见的将来的发展， 采用符合国际或国家标准的数据传输接口。 ( 4 ) 经济性原则 物流是个非常庞大的系统，实验系统不可能包罗万象。因此，物流实验系统 的配置应该是量力而行，有些物流作业可以采用录像，有些采用模拟软件【1 9 1 。要优 1 0 山东轻t 业学院硕十学位论文 化经费的使用，并尽量挖掘原有设备的使用潜力。用最低成本获得最高效用。 ( 5 ) 全面性原则 建立物流实验系统在校内为学生提供了良好的实践环境，应形成较完整的物 流运行体系。在选用设备上，尽量选用多种类型的不同设备，以便学生可以全面 了解物流设备。应尽可能全面、完整覆盖物流技术与方法、物流管理的信息化要 求。部分功能由于过于庞大，可以应用模拟方法。使之成为集科研、实验、学术 交流、人才培养于一体的物流学科建设和科研基地。 以上原则可能会产生效益悖反，成本悖反【2 0 】的现象，所以应该权衡兼顾，灵 活运用。 2 3 仓储实验系统规划设计的步骤和方法 2 3 1 仓储实验系统规划设计的步骤 系统的设计都要分成几个主要的步骤，各个步骤都有其要达到的目标。 ( 1 ) 需求分析阶段。在这一阶段罩要提出问题，确定设计目标，并确定设计标 准。通过对客户所提出的设计依据和数据，寻找各种限制条件，进行可行性分析 及需求能力初步分卡斤【2 1 1 。在规划设计物流仓储实验系统时设计标准一般由学校提 出。其主要设计依据是学校的实验室建筑面积、投资数额、出入库能力。 ( 2 ) 确定存储单元的结构尺寸。根据货物种类、重量、外型尺寸、搭配形式等 条件，选择合适的托盘和货架类型，来决定存储单元的结构尺寸。在立体仓库的 设计中，恰当地确定货位尺寸是一项非常重要的内容，它直接关系到仓库面积和 空间利用率，也关系到仓库能否顺利地存取货物。在货物种类数量较多的情况下， 还需要统计学等方法进行全面综合分析。 ( 3 ) 选用相关的搬运设备。根据上面所确定的货架类型选用与出入库能力相匹 配的搬运设备。正确地选择不但可以使立库满足频率的需要，而且能够使整个系 统的造价趋于合理。在物流仓储实验系统中，以尽可能地多展示输送系统的种类。 ( 4 ) 货架区平面布置。这部分是整个系统的核心部分，我们根据实际的空间和 流量来进行仓库的总体布局，得到货架区的行、列、层数和货位总数，以及巷道 堆垛机的台数和效率。物流仓储实验系统，毕竟不同于实际的物流仓储系统，由 于空间、投资和用途单一，仅仅用于实验。一般选择一台堆垛机，两列货架。 ( 5 ) 输送系统工艺设计。根据系统的工艺流程和信息流程来确定输送以及相关 设备的工艺布置，保障物料输送的通畅。 ( 6 ) 分析论证规划方案。可以利用专业的仿真软件建立方案的工艺模型并模拟 系统的运行情况，得到准确的流量和使用效率分析报告。 第2 章自动化仓储实验系统的规划设计 2 3 2 仓储实验系统规划设计的方法 仓储实验系统规划设计的方法可以借鉴系统布置设计方法。系统布置设计 ( s y s t e m a t i cl a y o u tp l a n n i n g ，简称s l p ) 方法，由理查德缪瑟提出，它使系统规划 设计由定性阶段发展到定量阶段。 s l p 法利用许多图表作为分析的工具和提出布局方案的依据。在其程序中输 入的作业资料为p ，q ，r ，s ，t 即产品( p r o d u c o ，数量( q u a n t i t y ) ，生产路线( r o u t i n g ) ， 辅助部门( s u p p o r t i n gs e r v i c e ) 与时间( t i m e ) ，依据所输入的资料及了解到的各作业 区域间的关系，进行物料流程分析及作业相关性分析，由这些分析可以发展出关 联线图，以表现各作业区域间的相对空间位置。紧接着这两步骤之后的工作是决 定每个作业区域所分配的空间大小，空间规划完成之后，便开始制作每一部分的 样板，并将这些样板放入关联线图内，从而获得空间关联线图，再根据修正的因 素及实际条件的限制，就可以发展出许多布局方案，最后对这些方案