摘要：自動化立體倉庫，也叫自動化立體倉儲，物流倉儲中出現(xiàn)的新概念，利用立體倉庫設備可實現(xiàn)倉庫高層合理化，存取自動化，操作簡便化。自動化立體倉庫，是當前技術水平較高的形式。自動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、自動化柜式立體倉庫和條型貨架立體倉庫。并可根據貨架高度不同，還可細分為高層立體倉庫（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過高，對機械裝備要求特殊、且安裝難度較大，因而相對建造較少；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、自動化立體庫概述

1.1自動化立體庫的概念

    倉庫是保管、儲存物品的建筑物和場所的總稱。自動化倉庫是由電子計算機進行管理和控制的，不需要人工搬運作業(yè)而實現(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存貨物，用巷道堆垛起重機及其他機械進行作業(yè)的倉庫。自動化立體倉庫又稱自動存儲取貨系統(tǒng)，借助機械設施與計算機管理控制系統(tǒng)實現(xiàn)存入和取出物料的系統(tǒng)。自動化立體倉庫是自動化倉庫與立體倉庫的有機結合，實現(xiàn)倉儲過程自動化的自動倉儲系統(tǒng)。

1.2自動化立體庫的發(fā)展狀況

1.2.1國外發(fā)展狀況

    美國于1959年開發(fā)了世界上第一座自動化立體倉庫，并在1963年率先使用計算機進行自動化立體倉庫的控制管理。此后，自動化倉庫在歐美一些發(fā)達國家和日本迅速發(fā)展起來。70后代以來，發(fā)達國家大力推廣商品物流自動化、高速化、信息化，在各大城市紛紛建立了大型自動化立體倉庫。進入80年代，自動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，先進的技術手段在自動化倉庫中及時得以應用，實現(xiàn)了信息自動采集、物品自動分揀、自動輸送、自動存取，庫存控制實現(xiàn)了智能化，自動導引車得到廣泛應用，大大提高了倉儲作業(yè)效率，一座大型自動化立體倉庫每小時可完成500～800次出入庫作業(yè)。

1.2.2國內發(fā)展狀況

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

    我國的自動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配以小車、叉車或輸送機等周邊設備。這些倉庫主要分布在機械制造業(yè)，其次是商業(yè)、電氣行業(yè)。

1.3自動化立體庫的分類

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準格式的通用性較強的立體倉庫，其特點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，裝取貨機械在通道中行駛并能對左、右兩邊的貨架進行裝、取作業(yè)。每個貨格中存放一個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，實際上成了一個貨架組合整體。這種貨架獨特之處在于，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構將貨物托起后移動貨物。

    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90％。若這種倉庫由通道一端入庫，通道另一端出庫，則可嚴格實行貨物的先進先出，有效防止呆滯貨存在。這種倉庫的貨架兩端（或同一端）是獨立的進庫和出庫操作區(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。這種貨架主要缺點是：很難靈活進行定點存儲，貨物只能依次出、入自動化倉庫，如需定點存儲、導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自動化柜式立體倉庫

    自動化柜式立體倉庫是小型可移動的封閉式立體倉庫，由柜外殼、控制裝置、操作盤、貯物箱及傳動機構組成。其主要特點是小型化、輕量化、智能化，尤其是封閉性強，有很強的保密性。適合于貴重的電子元件、貴金屬、首飾、資料文獻、檔案材料、音象制品、證券票據等的儲存。

二、鋰膜后道自動化產線中自動化立體庫的組成

    自動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/導軌/橫梁

     導軌選用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用于子母車密集倉系統(tǒng)的單體運動設備。母車采用PLC控制，通過無線通訊與地面設備進行通訊。操作人員可以通過遙控器進行本機操作，也可以在線由上位機操作。監(jiān)控計算機與管理機通過TCP/IP協(xié)議連接。利用車體內部的光電傳感器檢測穿梭板車或貨物駛入或駛離母車；母車的運動采用先進的條碼定位和變頻技術實現(xiàn)高精度定位。

圖5穿梭母車

    穿梭母車的主要技術參數：

    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信息采集裝置采集的信息進行綜合處理，保證穿梭子車自動完成入庫作業(yè)循環(huán)、出庫作業(yè)循環(huán)，并可以向上位機控制系統(tǒng)提供穿梭子車運行的當前信息。

圖6穿梭子車

    穿梭子車主要技術參數：

    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

     貨物垂直輸送機是子母車系統(tǒng)中垂直運動的重要設備，主要用途為貨物的不同層存入和取出。貨物垂直輸送機采用用多點鏈條牽引載貨臺往復運動，PLC自動控制。

圖7貨物垂直輸送機

    貨物垂直輸送機主要技術參數：

    1.載重：1000kg；

    2.負載最大速度：60m/min；

    3.負載最大加速度：0.5m/s2；

    4.定位精度：±3mm

2.4出入庫輸送系統(tǒng)

    出入庫輸送機采用交流異步電機驅動鏈條，帶動貨物移動。輸送機的控制方式采用手動及聯(lián)機自動控制方式。

圖8鏈條輸送機

2.5管理軟件系統(tǒng)

2.5.1管理軟件系統(tǒng)結構

    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、出入庫數據、庫存數據，以及報表的產出。WCS系統(tǒng)負責監(jiān)控控制執(zhí)行系統(tǒng)狀態(tài)以及將WMS的出入庫信息轉化成指令對其發(fā)送并調度執(zhí)行。PDA手持終端負責物料條碼、托盤條碼的掃描，實現(xiàn)入庫組盤操作。出庫實現(xiàn)掃描分揀，提示需要分揀的數量。服務器上安裝系統(tǒng)的服務程序以及數據庫。WMS系統(tǒng)、WCS系統(tǒng)通過網絡與服務器連接，實現(xiàn)數據的寫入、讀取與共享。

2.5.2倉庫管理系統(tǒng)

    本系統(tǒng)為客戶端/服務端架構，采用C#語言開發(fā)，數據庫采用SQLServer，運用計算機技術，對倉儲作業(yè)的作業(yè)計劃、作業(yè)過程以及作業(yè)變更等方面進行管理，從而對倉庫物資的實現(xiàn)管理、庫存準確查詢、庫位管理、倉儲物資出入管理、物資分揀、物資盤點、實時報表輸出等一系列數字化操作。

    該WMS系統(tǒng)涵蓋以下功能，參見圖9WMS功能架構圖。

圖9WMS功能架構圖。

2.5.3倉儲監(jiān)控系統(tǒng)

     倉庫監(jiān)控軟件（WCS），提供與外部系統(tǒng)（如WMS）對接的接口，將管理作業(yè)計劃轉化為作業(yè)指令格式，向控制執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)送相應貨位的入出庫作業(yè)指令，當WCS服務執(zhí)行完成或執(zhí)行失敗這些指令時，將向外部系統(tǒng)提供反饋，實現(xiàn)實時接收控制執(zhí)行系統(tǒng)的作業(yè)方式、狀態(tài)信息以及報警信息，同時圖形化動態(tài)顯示于監(jiān)控界面。該WCS系統(tǒng)涵蓋以下功能，參見圖10WCS功能架構圖。

圖10WCS功能架構圖

三、鋰膜后道自動化產線中自動化立體庫系統(tǒng)設計

3.1自動化立體庫系統(tǒng)布局

    該自動化立體庫每層17個巷道，每層498個貨位，共計2490個貨位。每層設置一個子母車巷道，一臺子母車系統(tǒng)，共計5套字母車系統(tǒng)。出庫、入庫分別設置一臺貨物垂直輸送機和出入庫輸送系統(tǒng)。

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

3.2入庫流程

    自動導引小車將貨物送至立體庫入庫口處與入庫鏈條輸送機對接，貨物通過檢測門進行外形檢測、條碼掃描等檢測合格后鏈條輸送機繼續(xù)向前輸送到達垂直輸送機處，垂直輸送機將貨物送至系統(tǒng)調動對應層，穿梭子母車將貨物運送到指定貨位后，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，根據預定原則和庫存信息分析訂單，下達出庫任務；穿梭子、母車將對應托盤取出并運送到出庫貨物垂直輸送機處，由貨物垂直輸送機將貨物運送到一層出，通過鏈條輸送機運送到自動行走小車上，出庫結束并更新庫存信息。

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

    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)需求而進行的托盤的貨位調整。

四、結論

    鋰膜后道自動化生產線中應用的自動化倉儲系統(tǒng)中采用了自動輸送機械、穿梭子母車、倉庫管理系統(tǒng)和倉庫監(jiān)控系統(tǒng)，將倉儲過程各環(huán)節(jié)的作業(yè)系統(tǒng)集成為一個有機結合的綜合系統(tǒng)，稱為倉儲管理系統(tǒng)，在倉儲管理系統(tǒng)的統(tǒng)一控制指揮下，各子系統(tǒng)密切配合，有機協(xié)作，使整個倉儲系統(tǒng)的總體效益大大超過了各子系統(tǒng)獨立工作的效益總和。大大提高了倉庫的單位面積利用率，提高了勞動生產率，降低了勞動強度，減少了貨物處理和信息處理過程的差錯，合理有效地進行庫存控制，能較好地滿足特殊倉儲環(huán)境的需要，提高了作業(yè)質量，保證貨品在整個倉儲過程的安全運行，便于實現(xiàn)系統(tǒng)的整體優(yōu)化.貨品的倉儲過程幾乎可以不需要人的參與，完全實現(xiàn)了倉儲的自動化。