自动化立体仓储系统设计.ppt

第六章自动化仓储系统设计,第一节自动化立体仓库的基本知识,6.1.1自动化立体仓库概述,一、定义自动化仓库又称立库、高层货架仓库、自动仓储（AS/RS）是用高层立体货架储存物资、在不直接进行人工处理的情况下能自动存储和取出物料的系统。或者指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仓库。自动化仓库是由电子计算机进行管理和控制，不需人工搬运作业而实现收发作业的仓库。有的自动化仓库可以直接与其他生产系统相连。,货架一般用钢材或钢筋混凝土制作。常用的仓储机械设备有各种堆垛起重机、高架叉车、辊子或链式输送机、巷道转移台车、升降机、自动导向车等。高层货架根据需要和库房构造进行安装，不需要时可拆掉；也有的直接用作仓库建筑物的承重结构。安装货架要考虑地基的承载能力,二、重要性科学储备，提高物料调节水平有效地衔接生产与库存，加快物资周转，减低成本；适当加工，合理利用资源，提高效益为企业的生产指挥和决策提供有效地依据。,三、自动化立体仓库的效益使用自动化立体仓库能够产生很大的社会效益和经济效益，来自：高层货架存储自动存取计算机控制自动立体仓库的信息系统,四、自动化仓库的优点,1.高层货架存储。由于使用高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高空发展，充分利用仓库场面和空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率。立体仓库单位面积的存储量是普通仓库的5一10倍。采用高层货架储存并结合计算机管理，可以容易地实现先入先出(FIFOFirstInandFirstout)的原则，防止货物的自然老化、变质、生锈或发霉。立体仓库也便于防止货物的丢失及损坏，对于防火防潮等大有好处。,2、自动存取AS/RS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，降低了操作人员的劳动强度。同时，能方便地纳入企业的物流系统，使企业物流更趋合理化。,3、计算机控制计算机能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理，能减少货物处理和信息处理过程中的差错。同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库储存能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金，从而提高仓库的管理水平。,4、自动化立体仓库信息系统自动化立体仓库信息系统自动化立体仓库信息系统与企业的信息系统联网，实现企业信息管理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，提高了管理水平。,3.立体仓库的发展,美国于1959年开发了世界上最早的自动化立体仓库，并在1963年最早使用计算机进行自动化立体仓库的控制管理。后来德国和日本也相继开发了自动化立体仓库。进入20世纪80年代，自动化立体仓库在世界各国发展迅速，使用范围涉及几乎所有行业。,1974年在郑州纺织机械厂建成我国第一座自动化立体仓库，但我国在这一领域发展比较缓慢。20世纪70年代以来，发达国家大力推广商品物流自动化、高速化、信息化，发展城市商品集中配送中心，纷纷建立大型自动化立体仓库。控制技术也由最初的手动控制发展成为自动控制和计算机管理。,一、自动化技术在仓储领域的发展,自动化技术在仓储领域的发展可分为五个阶段:人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智能自动化仓储阶段。第一阶段人工仓储阶段:物资的运送、存储、管理及控制主要是靠人工实现，具有初期设备投资经济性好、控制的实时性和直观性等优势。,第二阶段机械化仓储阶段物料可以通过各种各样的传送带、工业输送车、机械手、吊车、堆垛机和升降机来移动和搬运，用货架托盘和可移动货架存储物料，通过人工操作机械存取设备，用限位开关、螺旋机械制动和机械监视器等控制设备运行。机械化满足了人们对速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运等要求。,第三阶段自动化仓储技术阶段:20世纪50年代末和60年代，采用自动导引小车(AGV)、自动货架、自动存取机器人、自动识别和自动分拣等系统。20世纪70年代和80年代，旋转式货架、移动式货架、巷道式堆垛机和其他搬运设备也加入了自动控制的行列。随着计算机技术的发展，对物料控制和管理的实时化、协调一体化逐渐成为仓储自动技术的核心。,第四阶段集成自动化仓储阶段:20世纪70年代末和80年代，随着现代工业生产的发展，柔性制造系统、计算机集成制造系统和工厂自动化对自动化仓库提出更高的要求，搬运仓储技术要具有更可靠、更实时的信息，工厂和仓库中的物流必须伴随着并行的信息流。,第五阶段智能自动化仓储阶段:内容涉及智能物料储运设计和智能物料储运作业。目前，人们在人工智能及物料储运领域中的专家系统的技术方面正进行着大量的工作。,6.1.2自动化立体仓库分类,1、自动化立体仓库的分类（1）按建筑形式可分为整体式和分离式。整体式：指货架除了储存货物以外，还可以作为建筑物的支撑结构，就像是建筑，即库房与货架形成一体化结构。货架是库房屋顶的支持架，它的高度一般在22米以上。,分离式：是指储存货物的货架独立存在，建在建筑物内部。现有建筑物改造为自动化仓库，也可以将货架拆除，使建筑物用于其他目的。分离式仓库主要用于高度不大或已经有建筑物的情况。,（2）按照货物存取形式可分为单元货架式、移动货架式和拣选货架式。单元货架式是一种最常见的结构。货物先放在托盘或集装箱内，再装入单元货架的货格中。,移动货架式是由电动货架组成。货架可以在轨道上行走，由控制装置控制货架的合拢和分离。作业时，货架分开，在巷道中可进行作业。平时货架可以合拢，只留一条作业巷道，从而减小仓库面积，提高空间的利用率。拣选货架仓库的分拣机构是这种仓库的核心组成部分。它有巷道内分拣和巷道外分拣两种方式。两种分拣方式又分人工分拣和自动分拣。,（3）按照货架的构造形式可分单元式货架仓库。这种形式的仓库使用最广，通用性也较强，其特点是货架沿仓库的宽度方向分为若干排，每两排货架为一组，其间有一条巷道，供堆垛机或其他仓储机械作业。每排货架沿仓库纵长方向分为若干列，沿垂直方向又分若干层，从而形成大量货格，用以储存货物单元（一托盘或一货箱）。在大多数情况下，每个货格存放一个货物单元。,贯通式货架仓库在单元式货架仓库中，巷道占去了1/3的左右的仓库面积，为了进一步提高仓库面积利用率，可以取消位于各排货架之间的巷道，将货架合并在一起，使同一层，同一列的货物互相贯通，形成能依次存放许多货物单元的通道，而在另一端由出库起重机取货,循环货架仓库。这种仓库的货架本身是一台垂直提升机或在水平面内沿环形路线来回运行的输送机。前者可在垂直方向存取货物，后者可在平面内存取或拣选货物。,（4）按照在物流系统中的作用可以分为生产性仓库和流通性仓库。生产性仓库是指工厂内部为了协调工序和工序、车间和车间、外购件和自制件物流的不平衡而建立的仓库，它能保证各生产工序间进行有节奏的不间断生产。流通性仓库是一种服务性仓库，它是企业为了调节生产厂和用户间的供需平衡而建立的仓库。这种仓库进出货物比较频繁，吞吐量较大，一般都和销售部门有直接联系。,（5）按自动化仓库与生产联系的紧密程度可分为独立型、半紧密型和紧密型仓库。独立型仓库也称为“离线”仓库，是指从操作流程及经济性等方面来说都相对独立的自动化仓库。这种仓库一般规模都比较大，存储量大，仓库系统具有自己的计算机管理、监控、调度和控制系统，又可分为存储性和中转仓库。,（5）按自动化仓库与生产联系的紧密程度可分为独立型、半紧密型和紧密型仓库。半紧密型仓库是指它的操作流程、仓库的管理、货物的出入和经济性与其他厂（或部门或上级单位）有一定关系，而又未与其他生产系统直接联系。紧密型仓库也称为“在线”仓库，是那些与工厂内其他部门或生产系统直接相联的立体仓库，两者间的关系比较紧密。,（6）按照库存容量分类库存容量在2000个托盘（货箱）以下的为小型立体仓库；20005000个托盘的为中型立体仓库；5000个以上托盘的为大型立体仓库。,6.1.3自动化立体仓库的构成,自动化立体仓库是机械与电气、强电控制和弱点控制相结合的产品，主要由货物储存系统、货物存取和传送系统、控制和管理等三大系统组成，还有配套的供电系统、空调系统、消防报警系统、称重计量系统信息通信系统等,1.货物储存系统本系统由立体货架的货位(托盘或货箱)组成。立体货架机械结构可分为分离式、整体式和柜式三种，按高度分为高层货架、中层货架、低层货架。按货架形式分为单元货架、重力货架、活动货架和拣选货架等。货架按照层、列、排组合而成为立体仓库储存系统。,2.货物存取和传送系统本系统承担货物存取、出入仓库的功能，它由有轨或无轨堆垛机、出入库输送机、装卸机械等组成。堆垛机又称搬运车，其结构形式多种多样，通常可分为单立柱、双立柱结构;有轨、无轨结构;出入库输送机可根据货物的特点采用带输送机、机动辊道、链传动输送机等，主要将货物输送到堆垛机上下料位置和货物出入库位置。装卸机械承担货物出入库装车或卸车的工作，一般由行车、起重机、叉车等装卸机械组成。,3.控制和管理系统一般采用计算机控制和管理，根据自动化立体仓库的不同情况，采取不同的控制方式。有的仓库只采取对存取堆垛机、出入库输送机的单台PLC控制，机与机之间无联系有的仓库对各单台机械进行联网控制。更高级的自动化立体仓库的控制系统采用集中控制、分离式控制和分布式控制，即由管理计算机、中央控制计算机和堆垛机、出入库输送机等直接控制的可编程序控制机械组成控制系统。,一般来说，自动化立体仓库控制和管理系统可分成三级，即上位管理级、中位监控级和下位设备控制级。,6.1.4自动化立体仓库系统的关键技术,1、自动化仓库的自动寻址堆垛机自动认址货物单元的自动认址2、自动识别系统3、堆垛机自动控制系统4、监控调度系统5、计算机管理系统,6.1.5自动化立体仓库的土建及相关工程设施厂房。仓库的货物和自动化仓库的所有设备都安放在厂房规定的范围内，库存容量和货架规格是厂房设计的主要依据。消防系统。由于仓库库房一般都比较大，货物和设备比较多而且密度大，而仓库的管理和操作人员较少，所以自动化仓库的消防系统大都采用自动消防系统。,照明系统。通风及采暖系统。动力系统。其他设施。给排水设施、避雷接地设施和环境保护设施等。,第二节自动化立体仓库的设计,6.2.1自动化立体仓库的设计程序作为物流中心的重要组成部分，自动化立体仓库直接影响到企业领导者制定的战略和计划、指挥和调整企业的行动。它是接受并处理下游用户的订货信息，对上游供应方的大批量货物进行集中储存、加工等作业，并向下游进行批量转运的设施和机构。,一、收集、研究用户的原始资料，明确用户所要达到的目标，这些原始资料包括：1、明确自动化立体仓库与上游、下游衔接的工艺过程；2、物流要求：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容量;3、物料的规格参数：物料的品种数、物料包装形式、外包装尺寸、重量、保存方式及其它物料的其它特性;4、立体仓库的现场条件及环境要求;5、用户对仓库管理系统的功能要求;6、其它相关的资料及特殊要求。,二、确定自动化立体仓库的主要形式及相关参数所有原始资料收集完毕后，可根据这些第一手资料计算出设计时所需的相关参数，包括：对整个库区的出入库总量要求，亦即仓库的流量要求：货物单元的外形尺寸及其重量;仓库储存区(货架区)的仓位数量：结合上述三点确定储存区(货架厂)货架的排数、列数及巷道数目其它相关技术参数。,三、合理布置自动化立休仓库的总体布局及物流图一般来说，自动化立体仓库包括：入库暂存区、检验区、码垛区、储存区、出库暂存区、托盘暂存区、不合格品暂存区及杂物区等。规划时，立体仓库内不一定要把上述的每一个区都规划进去，可根据用户的工艺特点及要求来合理划分各区域和增减区域。同时，还要合理考虑物料的流程，使物料的流动畅通无阻，这将直接影响到自动化立体仓库的能力和效率。,四、选择机械设备类型及相关参数1、货架货架的设计是立体仓库设计的一项重要内容，它直接影响到立体仓库面积和空间的利用率。货架形式：货架的形式有很多，设计时，可根据货物单元的外形尺寸、重量及其它相关因素来合理选取。货格的尺寸：货格的尺寸取决于货物单元与货架立柱、横梁(牛腿)之间的间隙大小，同对，在一定程度上也受到货架结构型式及其它因素的影响。,2、堆垛机堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架(上横梁、下横梁、立柱)、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。堆垛机形式的确定：堆垛机形式多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道式堆垛机、转巷道式堆株机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等等。,堆垛机速度的确定：根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、提升速度及货叉速度。其它参数及配置：据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方式、通讯方式等。堆垛机的配置可高可低，视具体情况而定。,3、输送系统根据物流图，合理选择输送机的类型，包括：辊道输送机、链条输送机、皮带输送机、升降移载机、提升机等。同时，还要根据仓库的瞬时流量合理确定输送系统的速度。4、其它辅助设备根据仓库的工艺流程及用户的一些特殊要求，可适当增加一些辅助设备，包括：手持终端、叉车、平衡吊等。,五、初步设计控制系统及仓库管理系统(WMS)的各功能模块根据仓库的工艺流程及用户的要求，合理设计控制系统及仓库管理系统(WMS)。控制系统及仓库管理系统一般采用模块化设计，便于升级和维护。,六、仿真模拟整套系统在有条件的情况下，对整套系统进行仿真模拟，可以对立体仓库的贮运工作进行较为直观的描述，发现其中的一些问题和不足，并作出相应的更正，以优化整个AS/RS系统。七、进行设备及控制管理系统的详细设计以上所述为自动化立体仓库设计的一般过程，在具体设计中，可结合具体情况灵活运用。,6.2.2自动化立体仓库的总体规划,1、库场的选择与规划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。仓储系统可能有多个立体仓库和货场，还有其他单位和设施，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平面布置相关图的画法关系，画出平面布置图。,2.仓库形式和作业方式,一、仓库形式在调查分析入库货物品种的基础上，确定仓库形式：一般采用单元货格式仓库；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他形式的贯通式仓库；,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。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。,二、作业方式为了提高出、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）。还可以1次搬运2个货采用物单元的作业方式。,二、作业方式采用“自由货位”的方式，货物可就近入库，特别是进出频繁的货物或很大、很重的货物，应尽可能接近到货和发货地点作业，这样既缩短进、出库时间，又节省了搬运费用。,在系统总体设计时，搬运设备要根据：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；要根据出入库率确定各个机构的工作速度；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；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.货物单元的形式和货格尺寸设计,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。,为了合理确定货物单元的形式、尺寸和重量，需要对所有入库的货物，对货物单元的品种进行分析，选择最为经济合理的方案。对于少数形状和尺寸比较特殊以及很重的货物，可以单独处理。,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，也关系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。,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。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。,4.确定库存量和仓库总体尺寸,一、库存量的确定立体仓库的设计规模主要取决于其库存量，即同一时间内储存在仓库内的货物单元数。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。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。,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）。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，作为初个步估算，可以考虑每台堆垛机每小时平均出库或入库3040个货物单元。用这个数字除以最大出入库频率就可以初步确定需多少搬运机械。,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。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1500个2000个为宜。,二、仓库的总体尺寸在确定了巷道之后，大体上立体仓库的总体宽度可以确定了。巷道的宽度应保证搬运机械能安全地在巷道内高速穿行。一般地，巷道宽度为搬运机械总宽度加150400毫米，无轨搬运机械取大值。代表立体仓库技术水平的一个主要参数是仓库高度。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1020米的高度为宜。,仓库的高度和长度之间没有一定的比例关系，一般在0.150.4之间。同样，宽度和高度之间也没有固定的比例关系，一般在0.41.2之间。设库存量为N个货物单元，巷道数为A，货架高度方向可设B层，则每一排货架在水平方向应具有列数D为：,根据每排货架的列数D及货格横向尺寸可确定货架总长度L。已知货架总长度L，又知仓库的宽度和高度，再根据实际需要，考虑办公室、操纵控制室、搬运机械的转弯以及其他辅助设施等，就可以确定仓库的总体尺寸了。在确定仓库总体尺寸和货架结构尺寸的同时，还要参照国内外仓库和仓储机械设计标准，遵照执行。,6.2.3自动化立体仓库计算,一、立体仓库面积和通过能力计算1、立体仓库总面积可由下式计算：式中：A立体仓库所需总面积，单位为平方米；a立体库面积利用率，为堆货面积与总面积之比；mQ立体仓库货物的堆存量，单位为吨；q立体库单位面积上的货物堆存量，单位为吨平方米。,mQ的计算公式：其中：E通过立体库的月最大货物存取量，单位为吨；K设计最大入库百分数；30每月30天计；t货物在立体库中平均库存期（天），根据统计的各种货物历年平均库存周期分析确定。,q的计算公式：其中：H货物的堆放高度，单位为米，按装卸工艺要求确定；r货物堆存量，单位为吨平方米。,立体库总面积也可以由下述几个部分确定：式中：f1存放货物有效存放面积，单位为平方米，f2入库验货场地面积，单位为平方米；f3出库发货场地面积，单位为平方米；f4通道（人行道、车行道）面积，单位为平方米。车行道及人行道占用面积，应根据仓库的布置确定，通道宽度取决于货物及运输工具的外形尺寸。验货场地和发货场地的面积，根据货物的种类、验收和发货的具体要求及设施而定。,2、已知立体库面积，可按下式计算出立体库的通过能力：式中：b立体库货物的月不平衡系数。此系数与货运量、货源、运输工具的衔接、水文气象及生产管理有关。年的应参照同类仓库正常情况下不少于连续统计资料来分析确定，一般情况下，运量越大，不平衡系数越小。其余意义同前。,3.堆垛机作业循环时间,一、平均单一作业循环时间,2.6堆垛机作业循环时间,二、平均复合作业循环时间,2.6堆垛机作业循环时间,二、平均复合作业循环时间,M列,N层,入库站,出入库货格,出库站,2.6堆垛机作业循环时间,二、平均复合作业循环时间,4.堆垛机基准出入库能力,堆垛机基准出入库能力用1h内能入库或出库的存储单元数来表示。1、平均单一作业循环时间的基准出入库能力2、平均复合作业循环时间的基准出入库能力,5.自动化立体仓库的总体布置,确定了高层货架的总体尺寸之后，便可进一步根据仓库作业的要求进行总体布置。这种布置主要解决两个问题：高货架区和作业区的衔接方式货物单元出、入高层货架的形式,1、高货架区和作业区的衔接方式,确定仓库进、出货物同外界的联接以及立体仓库本身都是一个小的物流系统。对于采用巷道式堆垛机的仓库，巷道式堆垛机只能在高架区的巷道内运行，所以仓库里还需要各种搬运设备与之配套作业。才能把入库作业区、出库作业区（包括检验、拣选、包装、发运等作业）与高层货架区联接起来，构成一个完整的物流系统。究竟采用什么搬运设备，组成怎样的搬运系统，这就是总体设计中要解决的问题。,（1）叉车出、入库台方式,采用这种方式时，在高层货架的端部设立入库台和出库台。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。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。,自动导引小车出、入库台方式,种方式与前一种方式相似，只是用自动导引小车代替了叉车。,（3）自动导引小车输送机方式,图所示为某厂采用这种方案的简图。成品化纤在托盘码垛机3上码成托盘，由无人驾驶自动导引小车2叉取，并在输送机运送到预定入库的巷道前，转载给输送机1。输送机采用往复式移动台车，将托盘送到入库货位，由堆垛机取走入库，出车时相反运行。,（3）