自动仓库的系统设计

自动仓库的系统设计

1、概述

第二次世界大战以后，科学技术和生产水平不断提高，仓库的设计也随之快速发展。

采用桥式堆垛起重机的立体仓库于50年代初在美国出现，巷道式堆垛起重机立体仓库也随后出现了，1963年，美国将计算机应用于立体仓库中，建立了世界第一座自动化立体仓库。此后，在美国和欧洲自动化立体仓库迅猛发展起来。20世纪60年代，自动化立体仓库得到广泛使用，20世纪80年代初，世界自动化仓库的拥有量己超过4000座，日、美、西欧等国家居多。

我国在自动化立体仓库的研究和应用方面起步较早，1 963年北京起重运输机械研究所研制成第一台桥式堆垛起重机，1974年，郑州纺织机械厂建成了我国第一座由计算机控制的立体仓库。1977年，北京起重运输机研究所等单位研究制造出北京汽车制造厂自动化仓库，采用计算机控制和数据处理，从此以后，自动化立体仓库在我国得到迅速发展。

自动化立体仓库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。

自动仓库是指仓库功能自动化。自动化是以彻底的手段实现仓库所具有的功能自动化，为创造生产物质财富的时间和空间价值，最后必须为创造经济价值作出贡献。

在仓库所具有的功能中，最重要的功能是保管功能。即仓库可以说是一个生产过程的终点，因此是生产活动的暂时完了，为向下一个生产过程供给，或分送到需要地点参与新的活动前的不定期在那里等待时机的功能。特别是为了完成这个主要功能，货物的入库、出库、分类、包装、打包等的物质管理，以及与其相应的信息管理功能是需要完备的。

由于仓库空间和运营成本的限制，有效利用空间就是评价仓库性能一个非常重要的因素。一般采用高层堆货建筑或高层货架建筑的立体式存贮方式。另外，由于改善工作人员的劳动环境和节约劳动力成本等因素，省力化对自动仓库来说也是一个重要的因素。利用无人操作堆垛起重机装卸货物出入仓库，在自动仓库中是最普遍的方式之一。

2、自动仓库系统组成

目前，在市场上的自动仓库大部分采用高层建筑式的存贮方式（如图1）。在这类自动仓库中，是以计算机和电子技术为中心的控制系统和以堆垛起重机、输送机为中心的搬运货物机械相结合根据计算机发出的入出库指令而自动进行运转。另外，伴随货物的入出库，计算机也可进行传票处理、编制库存文件、资料管理等仓库管理信息处理。

自动仓库系统大致由下述三个部分组成：(1)高层建筑式的存贮部分(堆货建筑、货架目等)；

(2)出入库用的搬运货物机械装置(堆垛起重机、输送机等)；(3)信息处理装置(计算机、数据通信装置等)、控制用的电子装置。

图1 自动化立体仓库平面图

2.1 货物的存贮方式

仓库保管货物时，托盘的堆积高度是有限度的，另外，在进行先入先出时，取出下层托盘时装卸货的效率较低。这种情况，一般设有货格，对货物的堆放是有利的。但是为了提高一定面积仓库的存贮效率，利用图2那样立体的空间。也就是，将货物存于高层货架，可以说是最好的方法。

一般货架是以方形的型钢为立体的骨架结构。出入库作业使用的起重机，为了实现对任意货格位置货物的装入和取出，可用数字来表示货格位置（如图3所示），货格的纵向(起重机的行走方向)、货格的横向、货格的高度分别以X、Y、Z为轴的三维直角坐标系。

在设计自动仓库时，高层建筑存贮部分的费用约占全部费用的一半，所以，确定最佳形状是一个重要的技术问题。设计高层建筑存贮部分要考虑的因素大致可分为以下三种：（1）贮存容积、贮存物的形状和重量、贮存物的出入库次数等与贮存物有关的数据；

（2）建设预定地点的土地限制、建筑率、土地价格等，与建设预定地点有关的限制条件；

（3）设计费用，使用成本等数据。

图2 高层堆货建筑

图3 高层存贮建筑的坐标轴

2.2 装卸机械

作为仓库堆垛用的装卸机械，有桥式起重机、叉车、堆垛起重机等。但是，由于某些作业不方便、以托盘为单位的搬运必要性、高堆垛贮存的必要性，这些装卸机械在功能上不能满足要求。

作为高层堆货建筑式仓库的装卸机械，要在高处有可靠的安全性，而且要求贮存面积效率和作业效率高的装卸机械。特别是利用电子计算机进行库存管理时，使出入库作业自动化而操作者又不介入，满足这种功能的装卸机械才是符合生产要求的装卸机械。

自动式单轨堆垛起重机的结构（图5），在顶棚上或地面上安装一根导轨，由在其上行走的台车和在台车的二根立柱上装有导向的升降车，以及可在水平方向伸出（或收回）的货叉组成。从图上还可以知道，起重机为了“货物纵移”和能在“货架间隔”的通道内作高速（80~130m/min）行走，由于需要确保安全性和库存管理的可靠也一般为无人驾驶，也就是利用计算机指令进行远距离自动操纵(遥控)。

图4 单轨堆垛起重机

2.3 信息处理和控制系统

在高层堆垛建筑中，存贮多品种大批量的零件和产品等，将熟台自动式单轨堆垛起重机与在其周围配置的输送机等联系起来，高效地进行库存管理和出入库作业，使物和信息保持正确一致是非常重要的。将计算机系统和控制系统组合使用是实现自动仓库高效管理的良好方法。

自动仓库中的计算机系统的作用可归纳为二点：（1）物流的控制功能；（2）信息流的控制功能。

物流的控制功能是，从货物入库到存贮于高层货格或由高层货格出库和对再入库贮存的货物进行搬运的必要控制信息，将这些信息交给输送机、堆垛起重机等装卸机械进行控制，并对其动作进行监视。

信息流的控制功能是，处理随同出入库作业的管理信息、处理以货格文件为中心的库存管理信息、提供自动仓库经营管理信息、以及与上级计算机系统的经营信息通信（交换）等主要功能。

3、自动仓库系统设计

设计要求：

（1）贮藏货物

种类：通用服务零件(以包装箱为单位)

品种数：约3000种

尺寸：宽度1100mm 长度1100mm 高度2400mm 重量500kg(最大) （2）出入库能力：180个/小时（出库90个/小时，入库90个/小时）

（3）建筑参数

面积（货架部分）：1405m2

最大高度：16.7m

设计方案选择：

（1）按建筑形式分为整体式和分离式两种。

整体式指货架除了存储货物以外，还作为建筑物的支撑结构，构成建筑物的一部分，即库房货架一体化结构。这种仓库结构重量轻、整体性好、抗震好。

分离式与整体式不同，是在建筑物内放入货架，不用时可将货架搬出，建筑物内可随时添加或移除货架。

（2）按照货物存取形式分为单元货架式、移动货架式和拣选货架式。

单元货架式是常见的仓库形式，货物先放在托盘或集装箱内，再装入单元货架仓库货架的货格中；

移动货架式由电动货架组成，货架可以在轨道上行走，由控制装置控制货架合拢或分离；