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第六章 物流系统自动化技术 1 内容介绍 物流自动化概述物流自动化及相关设施设备自动化仓储设备自动分拣系统自动导向车系统 2 一 物流自动化的内容 物流自动化是充分利用各种机械和运输设备 计算机系统和综合作业协调等技术手段 通过对物流系统的整体规划及技术应用 使物流的相关作业和内容省力化 效率化 合理化 快速 准确 可靠地完成物流的过程 物流自动化最重要的方面是要考虑在哪一个环节自动化 以及用什么样的方法进行自动化等 3 物流自动化的内容机械的自动化 采用机械化的手段进行物流作业的自动化是物流自动化的主要内容 叉车的利用立体自动仓库自动分拣和分拣传送设备信息的自动化 对所发生的各种信息 利用信息技术快速 准确和及时地进行收集 存储 加工 分析和检索等处理 为作业的效率化和管理的科学化提供服务 知的自动化 根据作业的内容 使用相关的物流设备 采用科学 合理的流程并采用适当的作业指示方法 发挥出更高作业效率的方式 是在不改变成本的情况下 提高作业效率的有效方法 一 物流自动化的内容 4 二 物流自动化系统 物流自动化系统是集光 机 电于一体的系统工程 它是把物流 信息流用计算机和现代信息技术集成在一起的系统 它涉及到多学科领域 包括 激光导航 红外通讯 计算机仿真 图像识别 工业机器人 精密加工 信息联网等高新技术 目前 物流自动化技术已广泛运用于邮电 商业 金融 食品 仓储 汽车制造 航空 码头等行业 5 物流系统化的的功能划分仓储物流自动化系统是物流自动化系统中最基本的系统 其基本结构代表了物流自动化系统的主要特征 仓储物流自动化系统具有存储物料 协调供需关系等基本功能 系统由货架 或堆场 自动识别设备 自动搬运设备 输送设备 码垛设备 信息管理和控制系统等组成 中转物流自动化系统的主要功能是实现异地物流运输 物流配送等 系统由各种运输设备 自动分拣设备 信息识别设备 包装设备 信息管理和控制系统等组成 生产物流自动化系统是指生产企业中实现不同场地 不同工序或不同设备之间的物料或刀具 工具 自动传送的系统 二 物流自动化系统 6 物流自动化系统的系统结构 7 信息采集系统 信息采集是实现物流自动化的前提 自动识别系统收集和记录待流实物的相关数据信息 以实现实物流动的自动化控制 前端执行系统 是物流自动化系统的核心 具有机电一体化系统的典型特征 系统根据智能控制系统的指令 完成实物的存取 搬运 输送 运输 分拣等任务 信息管理系统 信息化是物流自动化系统的基础 集中表现为物流信息的商品化 物流信息收集的数据库化和代码化 物流信息处理的电子化和计算机化 物流信息传递的标准化和实时化 物流信息存储的数字化等 智能控制系统 物流作业过程大量的运筹与决策 都需要借助于大量的知识才能解决 智能控制系统的任务是以尽可能低的成本为顾客做出最好的服务 计算机网络系统 一是物流配送系统的计算机通信网络 二是组织的网络化 即所谓的企业内部网 8 自动化物流系统的层次管理层是计算机物流管理系统 是自动化物流系统的中枢 控制层是物流系统的重要组成部分 它接受来自管理层的指令 控制物流设备完成指令所规定的任务 实时监控物流系统的状态 将监测的信息反馈给管理层 为管理层调度决策提供参考 执行层由自动化的物流机械组成 物流设备的控制器接受控制层的指令 控制设备执行各种操作 自动化物流系统的层次结构图 二 物流自动化系统 9 自动化物流系统的层次结构图 10 三 物流自动化系统的主要特点 物流自动化系统具有如下几个主要特点 系统化集成化自动化智能化网络化信息化 11 四 物流自动化系统的研究现状和发展趋势 物流自动化系统的研究现状和发展趋势表现在以下几个方面 1 多维仿真进入物流系统的设计与布局规划2 集成化物流系统技术的开发和应用加速3 物流系统更加柔性化4 物流系统软件的开发与研究成为新的热点5 虚拟物流系统走向应用6 绿色物流开始被关注7 加强信息集成和共享技术研究8 电子商务加快物流业的发展 12 内容介绍 物流自动化概述物流自动化及相关设施设备自动化仓储设备自动分拣系统自动导向车系统 13 一 自动化及物流自动化系统的基本概念 物流自动化及相关设施与设备涉及物流相关作业的运输 保管 包装 装卸 分拣 加工 信息管理等物流作业及物流信息管理的设备 物流自动化系统是具有现代自动化学科显著特点的大型复杂系统 它是自动化学科高度发展和深入应用的必然产物 物流自动化系统可以看成是现代物流装备 计算机及其网络系统 信息识别和信息管理系统 智能控制系统的有机集成 物流自动化技术作为现代自动化学科技术的一个分支 主要研究物流系统的建模 分析 设计 优化和控制决策等问题 14 二 物流自动化设备 保管设备 用于保护仓储商品质量的设备 苫垫用品 存货用具分拣设备 将物品按品种 出入库先后顺序进行分门别类堆放的作业分拣设备 拣货设备 验货设备等装卸搬运设备 叉车 无人搬送车 搬运车 托盘 输送机 垂直搬送机械 吊车 自动卸货设备等运输设备货车 特装车 集装箱 复合运输系统 第三方物流系统 冷冻冷藏集装箱等 15 机械工程设备包括现代工程机械 物流模拟系统 计划系统等 信息设备及软件系统条码设备 识别设备 显示设备 打印机 扫描仪 控制设备 订货系统 运行管理系统 POS系统 EDI系统 GPS系统 物流中心管理系统等包装机械设备包装机 捆包机 折箱机 结束机 计量机 缓冲材料 捆包材料 标签材料等 16 三 物流自动化及相关设备的选择 1 决定基本方针P 处理货物品种 Q 服务率水平和保持品质 C 货物价值和物流成本 D 在库水平和物流即时性 S 输配送系统和信息系统 M 作业环境和安全性 省力化对策等 2 提出基本构想物流调查出入库和保管调查事务量调查总结和制定目标制定计划 17 3 决定设备的原则作业范围的设定提出设备信息管理的水平模拟设备的能力投资额度与经济性的原则4 设备预算制定基本预算书制定整体的时间进度设备订货5 设备使用操作培训设备维护培训日常 定期的检查 18 内容介绍 物流自动化概述物流自动化及相关设施设备自动化仓储设备自动分拣系统自动导向车系统 19 自动仓储系统是指不用人工直接处理 能自动存储和取出商品的系统 自动化仓储技术是现代物流技术的核心 它集高架仓库及规划 管理 机械 电气于一体 是一门综合性的技术 自动仓储系统是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和入库作业的系统 主要通过高层货架充分利用空间进行存取货物 所以又称为 自动化高攀仓库系统 也有的称为 自动化立体仓库系统 20 自动仓储系统的出现和发展是第二次世界大战以后生产和技术发展的结果 20世纪50年代初 美国出现了采用桥式堆垛起重机的仓库 20世纪50年代末60年代初 出现了司机操作的巷道式堆垛起重机 1963年美国首先在仓库业务中采用计算机控制 建立了第一座计算机控制的高架仓库 此后 自动仓储系统在美国和欧洲得到迅速发展 20世纪60年代中期以后 日本开始兴建高架仓库 而且发展速度越来越快 成为当今世界上拥有高架仓库数量最多的国家 我国对高架仓库及其专用的物流搬运设备的研究开发并不晚 早在1963年就开发试制成功厂第一台桥式堆垛起重机 20世纪70年代中期 我国开始研究采用巷道式堆垛起重机和高架叉车的高架仓库 1980年 我国第1座自行研制完成的自动化高架仓库投产 以后 高架仓库在我国得到了迅速的发展 一 自动仓储系统的发展 21 自动仓储系统发展趋势有以下几方面 1 自动化程度不断提高2 与工艺流程结合更为紧密3 储存货物品种多样化4 提高仓库出入库周转率5 提高仓库运转的可靠性与安全性及降低噪声6 开发可供实用的拣选自动化设备和系统如何合理规划和设计自动化立体仓库 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21世纪的重要研究课题 一 自动仓储系统的发展 22 二 自动仓储系统及其分类 自动仓储系统的广义的较为完整的概念是 可对集装单元货物实现自动化装卸车 自动化堆拆码 自动化存取并进行自动控制和信息管理的仓储系统 具有装卸 堆拆码 存取 控制和信息五个自动化系统 能实现计算机信息控制 基本上无人连续自动存取的自动仓储系统的仓储模式很多 23 自动仓储系统的狭义定义是 自动仓储系统是由高层货架 有轨巷道堆垛机 出入库输送机系统 自动控制系统 计算机仓库管理系统及其周边设备组成 可对集装单元货物实现自动化存取 控制和管理的仓储系统 有轨巷道堆垛机高架自动仓储系统是自动仓储系统的主流模式 24 高架仓库分类 按高层货架仓库的建筑形式分整体式 货架既是储存货物的构件 又是建筑承重构件 它上部支承屋盖 四面围上保温墙板就形成了仓库建筑物 这种结构无论在材料消耗 施工量还是仓库空间利用方面 都是比较经济合理的 这种结构重量轻 整体性好 对抗震也特别有利 分离式 在仓库建筑物内独立地建起货架 货架与建筑物是分开的 这种形式适用于利用原有建筑物作库房 由于这种仓库可以先建库房后立货架 所以施工安装比较灵活方便 25 按库房高层分高层 12米以上中层 5 12米低层 5米以下按库房容量分小型库 库容量在2000托盘以下中型库 库容量在2000 5000托盘大型库 库容量在5000托盘以上目前高层货架仓库的最大库容量已达十多万个托盘 26 按仓库存取方式分以货物单元存取的仓库拣选式仓库按仓库在生产和流通中的作用分类单纯储存的仓库配送中心式仓库 27 三 计算机在自动化仓库中的作用 在自动化仓库系统中 使用计算机技术的优点 提高了仓库作业效率随时掌握准确的库存和流通信息 为商品生产和销售提供科学依据减少流动资金 降低保管费用节省劳动力 实现无人仓库计算机在自动化仓库中的作用 货物的识别和跟踪出 入库操作库存管理堆垛机等搬运设备的控制 28 四 自动仓储系统在物流系统中的作用 自动仓储系统在物流系统中的作用能大幅度地增加仓库高度 减少占地面积提高仓库出入库频率提高仓库管理水平 29 内容介绍 物流自动化概述物流自动化及相关设施设备自动化仓储设备自动分拣系统自动导向车系统 30 一 自动分拣系统概述 自动分拣系统是让货物从进入分拣系统一直到被送到指定的分配位置为止 都严格按照指令靠自动分拣设备来完成的 该系统是由接受分拣指示的控制装置 计算机网络 把到达分拣位置的货物送到别处的搬运设备 在分拣位置把货物分送的分支装置 在分拣位置储放货物的存储设备等构成 目前自动分拣系统除了用于邮政局的邮包信件分拣和车站的货物分拣外 已经扩展到食品工业 纤维造纸 化学工业 机械制造 商店市场 发行出版等行业 分拣从小到大各式各样的物品 31 自动分拣系统作业过程可以简单描述如下 物流中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品 在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种 货主 储位或发送地点进行快速准确的分类 将这些商品运送到指定地点 如指定的货架 加工区域 出货站台等 同时 当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时 自动分拣系统在最短的时间内从庞大的高层货架存储系统中准确找到要出库的商品所在位置 并按所需数量出库 将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运送到不同的理货区域或配送站台集中 以便装车配送 32 二 自动分拣系统的主要特点 自动分拣系统的主要特点 能连续 大批量地分拣货物分拣误差率极低分拣作业基本实现无人化 33 三 自动分拣系统的构成 1 收货输送机卡车送来的货物 放在收货输送机上 经检查验货后 送入分拣系统 这些输送机多是辊子式和带式输送机2 合流输送机大规模的分拣系统因分拣数量较大 往往由2 3条传送带输入被拣商品 它们分别经过分拣信号设定装置后 必须经过合流装置 合流机械由辊柱式输送机组成 它能让到达汇合处的货物依次通过 3 送喂料输送机一是使前 后两货物之间保持一定的间距 均衡地进入分拣传送带 二是使货物逐渐加速到分拣机主输送机的速度 4 分拣指令设定装置在进入分拣机前 先由信号设定装置把分拣信息 如配送目的地 客户户名等 输入计算机中央控制器 34 5 计算机程序控制根据各客户所需要的商品品种和数量 预先编好设计程序 把全部分拣信息一次性输入计算机 控制器即按程序执行 6 分拣传送装置及分拣机构它是自动分拣机的主体 包括货物传送装置和分拣机构 前者的作用是把被拣货物送到设定的分拣道口位置 后者的作用是把被拣货物推入分拣道口 7 分拣卸货道口卸货道口是用来接纳由分拣机构送来的被拣货物的装置8 计算机控制系统计算机控制系统向分拣机的各个执行机构传递分拣信息 并控制整个分拣系统 35 自动分拣系统的适用条件一次性投资巨大对商品外包装要求高 三 自动分拣系统的构成 36 四 自动分拣系统的工作过程 1 合流经过合流逐步将各条输送线上输入的商品合并于一条汇集输送机上 同时 将商品在输送机上的方位进行调整 以适应分拣信号输入和分拣的要求 2 分拣信号输入商品接受激光扫描器对其条形码标签的扫描 或者通过其他自动识别方式 将商品分拣信息输入计算机 3 分拣和分流商品在分拣输送机上移动时 根据不同商品分拣信号所确定的移动时间 使商品行走到指定的分拣道口 由该处的分拣机构按照上述的移动时间自行启动 将商品排离主输送机进入分流滑道排出 4 分运分拣出的商品离开主输送机 再经滑道到达分拣系统的终端 各个滑道的终端 由操作人员将商品搬入容器或搬上车辆 37 内容介绍 物流自动化概述物流自动化及相关设施设备自动化仓储设备自动分拣系统自动导向车系统 38 一 AGV概述 AGV AutomaticGuidedVehicle 是自动导向车的缩写 它可以按照监控系统下达的指令 根据预先设计好的程序 依照车载传感器确定的位置信息 沿着规定的行驶路线和停靠位置自动驾驶 据美国物流协会的定义 AGV是指装备有电磁式或光学式自动导引装置 能够沿规定的导引路径形式 并具有小车编程与停车选择装置 安全保护以及移载功能的运输小车 AGV是以电池为动力 装有非接触导向装置 独立寻址系统的无人驾驶自动运输车 是现代物流系统的关键设备 它是一种集声 光 电 计算机为一体的简易移动机器人 主要用于柔性加工装配系统 自动化立体仓库以及其它行业 作为搬运设备使用 39 AGV的发展过程自动导向小车 AGV 最早产生于美国 但第二次世界大战之后在欧洲首先得到应用 20世纪50年代 Barret公司设计出无人驾驶卡车 也就是今天我们称之为AGV的最早雏形 60年代 斯坦福大学机械工程系设计并制造了一台机器人拖车 首次用计算机进行控制 从而使遥控导向车成为现实 20世纪70年代 计算机对AGV技术产生了深刻的影响 由于它所提供的物料搬运的灵活性 使之在柔性制造系统 FMS 领域得到了广泛的应用 早期AGV的控制器体积较大而功能简单 应用限于在仓库内作货物转运 现代电子和微电子技术的发展使AGV技术水平不断得到提高 AGV上一般都装有车载计算机 整机的复杂性和自动化程度都大大提高 应用范围也扩大了 虽然AGV技术首先出现于美国 但却是在欧洲迅速得到发展和推广应用 并成为制造和装备作业过程中的一种流行的物料搬运设备 我国AGV的研制起步较晚 并且受到国内市场需求的影响而发展缓慢 40 AGV的优势可以十分方便地与其他物流系统实现立体仓库到生产线的连接 立体仓库到立体仓库的连接传递 从而实现自动化物流 完成物流及信息流的自动连接 均可以通过无线通信完成信息的自动传递 从而实现自动化物流 AGV的最大优势是由于采用埋设地下通信电缆或采用激光制导技术 能够保持地面的平整和不受损坏 AGV输送对于减少货物在运输过程中的损坏 降低工人的劳动强度等均具有积极意义 AGV系统本身具有较高的可靠性 如能耗较低等 一 AGV概述 41 自动导引车结构及装置车身 装配AGV其他零部件的主要支撑装置 是运动中的主要部件之一 障碍物接触式缓冲器 是一种强制停车安全装置障碍物接近检测装置 是障碍物接触式缓冲器作用辅助装置 在规定有效作用范围内 它将带给AGV合适的运行速度 减小惯性 缓慢停车 自动装卸货物的执行机构的安全保护装置 警报装置 为了通知AGV的运动状态和唤起周围的注意 AGV需装备多种警报装置 充电保护装置 42 AGV系统必须解决的问题WhereamI 我在哪里 WhereamIgoing 我要去哪里 HowcanIgetthere 我怎么去 这三个问题归纳起来分别就是AGV控制系统中的三个主要技术 AGV的导航 Navigation AGV的路径规划 Layoutdesigning AGV的导引控制