摘要：自動(dòng)化立體倉庫，也叫自動(dòng)化立體倉儲(chǔ)，物流倉儲(chǔ)中出現(xiàn)的新概念，利用立體倉庫設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉庫高層合理化，存取自動(dòng)化，操作簡便化。自動(dòng)化立體倉庫，是當(dāng)前技術(shù)水平較高的形式。自動(dòng)化立體倉庫主要分為單元貨架式立體倉庫、貫通式立體倉庫、自動(dòng)化柜式立體倉庫和條型貨架立體倉庫。并可根據(jù)貨架高度不同，還可細(xì)分為高層立體倉庫（15米以上）、中層立體倉庫（5～15米）及低層立體倉庫（5米以下）等。由于高層立體倉庫造價(jià)過高，對(duì)機(jī)械裝備要求特殊、且安裝難度較大，因而相對(duì)建造較少；底層立體倉庫主要用于老庫改造，是提高老庫技術(shù)水平和庫容的可行之路；目前較多的是中層立體倉庫。

一、自動(dòng)化立體庫概述

1.1自動(dòng)化立體庫的概念

    倉庫是保管、儲(chǔ)存物品的建筑物和場所的總稱。自動(dòng)化倉庫是由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和控制的，不需要人工搬運(yùn)作業(yè)而實(shí)現(xiàn)收發(fā)作業(yè)的倉庫。立體倉庫是指采用高層貨架配以貨箱或托盤儲(chǔ)存貨物，用巷道堆垛起重機(jī)及其他機(jī)械進(jìn)行作業(yè)的倉庫。自動(dòng)化立體倉庫又稱自動(dòng)存儲(chǔ)取貨系統(tǒng)，借助機(jī)械設(shè)施與計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)存入和取出物料的系統(tǒng)。自動(dòng)化立體倉庫是自動(dòng)化倉庫與立體倉庫的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)過程自動(dòng)化的自動(dòng)倉儲(chǔ)系統(tǒng)。

1.2自動(dòng)化立體庫的發(fā)展?fàn)顩r

1.2.1國外發(fā)展?fàn)顩r

    美國于1959年開發(fā)了世界上第一座自動(dòng)化立體倉庫，并在1963年率先使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化立體倉庫的控制管理。此后，自動(dòng)化倉庫在歐美一些發(fā)達(dá)國家和日本迅速發(fā)展起來。70后代以來，發(fā)達(dá)國家大力推廣商品物流自動(dòng)化、高速化、信息化，在各大城市紛紛建立了大型自動(dòng)化立體倉庫。進(jìn)入80年代，自動(dòng)化立體倉庫在世界各國發(fā)展迅速，使用范圍涉及幾乎所有行業(yè)。隨著科技的不斷發(fā)展，先進(jìn)的技術(shù)手段在自動(dòng)化倉庫中及時(shí)得以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了信息自動(dòng)采集、物品自動(dòng)分揀、自動(dòng)輸送、自動(dòng)存取，庫存控制實(shí)現(xiàn)了智能化，自動(dòng)導(dǎo)引車得到廣泛應(yīng)用，大大提高了倉儲(chǔ)作業(yè)效率，一座大型自動(dòng)化立體倉庫每小時(shí)可完成500～800次出入庫作業(yè)。

1.2.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

    相對(duì)國外發(fā)達(dá)國家而言，我國的自動(dòng)化倉庫的發(fā)展起步較晚，自1974年在鄭州紡織機(jī)械廠建成我國第一座自動(dòng)化立體倉庫以來，我國自動(dòng)化倉庫領(lǐng)域的發(fā)展速度比較緩慢。至1980年我國已經(jīng)建成和正在施工建設(shè)的自動(dòng)化立體倉庫達(dá)到21座。

    我國的自動(dòng)化倉庫大部分是簡易的中低層小型分離式倉庫。貨架只有單元貨架和重力貨架兩種。作業(yè)方式幾乎都是巷道堆垛機(jī)配以小車、叉車或輸送機(jī)等周邊設(shè)備。這些倉庫主要分布在機(jī)械制造業(yè)，其次是商業(yè)、電氣行業(yè)。

1.3自動(dòng)化立體庫的分類

1.3.1單元貨格式立體倉庫

    單元貨格式立體倉庫是一種標(biāo)準(zhǔn)格式的通用性較強(qiáng)的立體倉庫，其特點(diǎn)是每層貨架都是由同一尺寸的貨格組成，貨格開口面向貨架之間的通道，裝取貨機(jī)械在通道中行駛并能對(duì)左、右兩邊的貨架進(jìn)行裝、取作業(yè)。每個(gè)貨格中存放一個(gè)貨物單元或組合貨物單元。

    這種貨架以兩排為一組，組間留有通道。堆垛機(jī)需在通道間行走，所以這種倉庫需留有較多的通道，面積利用率約為60％，空間利用率較高。

1.3.2貫通式立體倉庫

    貫通式立體倉庫是—種密集型的倉庫，這種倉庫貨架之間沒有間隔，不留通道，貨架緊靠在一起，實(shí)際上成了一個(gè)貨架組合整體。這種貨架獨(dú)特之處在于，每層貨架的每一列縱向貫通，象一條條隧道，隧道中能依次放入貨物單元，使貨物單元排成一列。每層貨架中安裝一臺(tái)穿梭子、母車，穿梭子車通過安裝在貨架底部的軌道行走于貨物下方，通過穿梭子車的頂升機(jī)構(gòu)將貨物托起后移動(dòng)貨物。

    這種貨架全部緊密排列，因而倉庫平面利用率和容積利用率可大幅度提高，可達(dá)90％。若這種倉庫由通道一端入庫，通道另一端出庫，則可嚴(yán)格實(shí)行貨物的先進(jìn)先出，有效防止呆滯貨存在。這種倉庫的貨架兩端（或同一端）是獨(dú)立的進(jìn)庫和出庫操作區(qū)域，有利于規(guī)劃倉庫作業(yè)區(qū)，防止進(jìn)出庫作業(yè)互相干擾及管理混亂的問題有利于文明管理和提高工作效率。這種貨架主要缺點(diǎn)是：很難靈活進(jìn)行定點(diǎn)存儲(chǔ)，貨物只能依次出、入自動(dòng)化倉庫，如需定點(diǎn)存儲(chǔ)、導(dǎo)出則需先將該貨物之前的其他貨物倒入其他空余巷道。

1.3.3自動(dòng)化柜式立體倉庫

    自動(dòng)化柜式立體倉庫是小型可移動(dòng)的封閉式立體倉庫，由柜外殼、控制裝置、操作盤、貯物箱及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其主要特點(diǎn)是小型化、輕量化、智能化，尤其是封閉性強(qiáng)，有很強(qiáng)的保密性。適合于貴重的電子元件、貴金屬、首飾、資料文獻(xiàn)、檔案材料、音象制品、證券票據(jù)等的儲(chǔ)存。

二、鋰膜后道自動(dòng)化產(chǎn)線中自動(dòng)化立體庫的組成

    自動(dòng)化立體庫具體由以下幾部分組成:高層貨架、穿梭子母車、輸送機(jī)系統(tǒng)、管理軟件系統(tǒng)。

2.1高層貨架

    貨架主要由立柱、橫梁、導(dǎo)軌等組成。

圖1高層貨架

2.1.1立柱

    兩根立柱由橫撐、斜撐以尼龍自鎖螺栓連接而成，可以有效防止螺栓松動(dòng)后引發(fā)貨架失穩(wěn)。

圖2立柱安裝組成圖

3立柱截面形狀

2.1.2端面支撐/導(dǎo)軌/橫梁

     導(dǎo)軌選用2.75mm的折彎件，穿梭車貨架橫梁：選用60*40*1.5的矩形管；

圖4導(dǎo)軌截面形狀

2.2穿梭子母車

2.2.1穿梭母車

     穿梭式母車是一種應(yīng)用于子母車密集倉系統(tǒng)的單體運(yùn)動(dòng)設(shè)備。母車采用PLC控制，通過無線通訊與地面設(shè)備進(jìn)行通訊。操作人員可以通過遙控器進(jìn)行本機(jī)操作，也可以在線由上位機(jī)操作。監(jiān)控計(jì)算機(jī)與管理機(jī)通過TCP/IP協(xié)議連接。利用車體內(nèi)部的光電傳感器檢測穿梭板車或貨物駛?cè)牖蝰傠x母車；母車的運(yùn)動(dòng)采用先進(jìn)的條碼定位和變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度定位。

圖5穿梭母車

    穿梭母車的主要技術(shù)參數(shù)：

    1.載重：1000kg；

    2.行走速度：滿載90m/min，空載120m/min；

    3.行走加速度：滿載0.5m/s2，空載0.5m/s2；

    4.定位精度：±3mm；

    5.通訊方式：無線通訊。

2.2.2穿梭子車

    穿梭子車主要包括車體系統(tǒng)、電氣裝置、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。穿梭子車控制系統(tǒng)接收遙控器發(fā)出的作業(yè)指令，利用SIEMENSPLC處理器，將分布在車體四周和頂面的探測器和傳感器的自動(dòng)信息采集裝置采集的信息進(jìn)行綜合處理，保證穿梭子車自動(dòng)完成入庫作業(yè)循環(huán)、出庫作業(yè)循環(huán)，并可以向上位機(jī)控制系統(tǒng)提供穿梭子車運(yùn)行的當(dāng)前信息。

圖6穿梭子車

    穿梭子車主要技術(shù)參數(shù)：

    1.載重：1000kg；

    2.行走速度：滿載：48m/min；空載：60m/min；

    3.行走加速度：滿載：0.5m/s2；空載：1m/s2；

    4.頂升高度：40mm；

    5.定位精度：±5mm。

2.3貨物垂直輸送機(jī)

     貨物垂直輸送機(jī)是子母車系統(tǒng)中垂直運(yùn)動(dòng)的重要設(shè)備，主要用途為貨物的不同層存入和取出。貨物垂直輸送機(jī)采用用多點(diǎn)鏈條牽引載貨臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，PLC自動(dòng)控制。

圖7貨物垂直輸送機(jī)

    貨物垂直輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：

    1.載重：1000kg；

    2.負(fù)載最大速度：60m/min；

    3.負(fù)載最大加速度：0.5m/s2；

    4.定位精度：±3mm

2.4出入庫輸送系統(tǒng)

    出入庫輸送機(jī)采用交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條，帶動(dòng)貨物移動(dòng)。輸送機(jī)的控制方式采用手動(dòng)及聯(lián)機(jī)自動(dòng)控制方式。

圖8鏈條輸送機(jī)

2.5管理軟件系統(tǒng)

2.5.1管理軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    該系統(tǒng)分為倉庫管理系統(tǒng)即WMS系統(tǒng)，倉庫監(jiān)控系統(tǒng)即WCS系統(tǒng)。WMS系統(tǒng)管理庫存物料信息、出入庫數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)，以及報(bào)表的產(chǎn)出。WCS系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控控制執(zhí)行系統(tǒng)狀態(tài)以及將WMS的出入庫信息轉(zhuǎn)化成指令對(duì)其發(fā)送并調(diào)度執(zhí)行。PDA手持終端負(fù)責(zé)物料條碼、托盤條碼的掃描，實(shí)現(xiàn)入庫組盤操作。出庫實(shí)現(xiàn)掃描分揀，提示需要分揀的數(shù)量。服務(wù)器上安裝系統(tǒng)的服務(wù)程序以及數(shù)據(jù)庫。WMS系統(tǒng)、WCS系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入、讀取與共享。

2.5.2倉庫管理系統(tǒng)

    本系統(tǒng)為客戶端/服務(wù)端架構(gòu)，采用C#語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用SQLServer，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)倉儲(chǔ)作業(yè)的作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)過程以及作業(yè)變更等方面進(jìn)行管理，從而對(duì)倉庫物資的實(shí)現(xiàn)管理、庫存準(zhǔn)確查詢、庫位管理、倉儲(chǔ)物資出入管理、物資分揀、物資盤點(diǎn)、實(shí)時(shí)報(bào)表輸出等一系列數(shù)字化操作。

    該WMS系統(tǒng)涵蓋以下功能，參見圖9WMS功能架構(gòu)圖。

圖9WMS功能架構(gòu)圖。

2.5.3倉儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)

     倉庫監(jiān)控軟件（WCS），提供與外部系統(tǒng)（如WMS）對(duì)接的接口，將管理作業(yè)計(jì)劃轉(zhuǎn)化為作業(yè)指令格式，向控制執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)貨位的入出庫作業(yè)指令，當(dāng)WCS服務(wù)執(zhí)行完成或執(zhí)行失敗這些指令時(shí)，將向外部系統(tǒng)提供反饋，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)接收控制執(zhí)行系統(tǒng)的作業(yè)方式、狀態(tài)信息以及報(bào)警信息，同時(shí)圖形化動(dòng)態(tài)顯示于監(jiān)控界面。該WCS系統(tǒng)涵蓋以下功能，參見圖10WCS功能架構(gòu)圖。

圖10WCS功能架構(gòu)圖

三、鋰膜后道自動(dòng)化產(chǎn)線中自動(dòng)化立體庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1自動(dòng)化立體庫系統(tǒng)布局

    該自動(dòng)化立體庫每層17個(gè)巷道，每層498個(gè)貨位，共計(jì)2490個(gè)貨位。每層設(shè)置一個(gè)子母車巷道，一臺(tái)子母車系統(tǒng)，共計(jì)5套字母車系統(tǒng)。出庫、入庫分別設(shè)置一臺(tái)貨物垂直輸送機(jī)和出入庫輸送系統(tǒng)。

圖11自動(dòng)化立體庫布局圖數(shù)字代表：1.穿梭子母車系統(tǒng)2.出庫垂直輸送機(jī)3.入庫垂直輸送機(jī)4.母車巷道5.貨架

3.2入庫流程

    自動(dòng)導(dǎo)引小車將貨物送至立體庫入庫口處與入庫鏈條輸送機(jī)對(duì)接，貨物通過檢測門進(jìn)行外形檢測、條碼掃描等檢測合格后鏈條輸送機(jī)繼續(xù)向前輸送到達(dá)垂直輸送機(jī)處，垂直輸送機(jī)將貨物送至系統(tǒng)調(diào)動(dòng)對(duì)應(yīng)層，穿梭子母車將貨物運(yùn)送到指定貨位后，入庫完成并更新庫存信息。

圖12入庫流程圖圖

13入庫位置分布圖

3.3出庫流程

    WMS系統(tǒng)接收客戶訂單信息后，根據(jù)預(yù)定原則和庫存信息分析訂單，下達(dá)出庫任務(wù)；穿梭子、母車將對(duì)應(yīng)托盤取出并運(yùn)送到出庫貨物垂直輸送機(jī)處，由貨物垂直輸送機(jī)將貨物運(yùn)送到一層出，通過鏈條輸送機(jī)運(yùn)送到自動(dòng)行走小車上，出庫結(jié)束并更新庫存信息。

圖14出庫流程圖

圖15出庫位置分布圖

3.4系統(tǒng)工作能力

    系統(tǒng)綜合作業(yè)能力：整體效率不低于80托/小時(shí)

    注：上述作業(yè)能力為綜合作業(yè)能力包括貨物的入庫、出庫和空托盤的入庫、出庫以及因作業(yè)需求而進(jìn)行的托盤的貨位調(diào)整。

四、結(jié)論

    鋰膜后道自動(dòng)化生產(chǎn)線中應(yīng)用的自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)中采用了自動(dòng)輸送機(jī)械、穿梭子母車、倉庫管理系統(tǒng)和倉庫監(jiān)控系統(tǒng)，將倉儲(chǔ)過程各環(huán)節(jié)的作業(yè)系統(tǒng)集成為一個(gè)有機(jī)結(jié)合的綜合系統(tǒng)，稱為倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，在倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的統(tǒng)一控制指揮下，各子系統(tǒng)密切配合，有機(jī)協(xié)作，使整個(gè)倉儲(chǔ)系統(tǒng)的總體效益大大超過了各子系統(tǒng)獨(dú)立工作的效益總和。大大提高了倉庫的單位面積利用率，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了貨物處理和信息處理過程的差錯(cuò)，合理有效地進(jìn)行庫存控制，能較好地滿足特殊倉儲(chǔ)環(huán)境的需要，提高了作業(yè)質(zhì)量，保證貨品在整個(gè)倉儲(chǔ)過程的安全運(yùn)行，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體優(yōu)化.貨品的倉儲(chǔ)過程幾乎可以不需要人的參與，完全實(shí)現(xiàn)了倉儲(chǔ)的自動(dòng)化。