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自动化立体仓库

来源:本站 作者: 发表于:2019-04-25 20:55:06  点击:5645
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  自动化立体仓库,是物流仓储中出现的新概念。利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简便化;自动化立体仓库是当前技术水平较高的形式。自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。货架是钢结构或钢筋混凝土结构的建筑物或结构体,货架内是标准尺寸的货位空间,巷道堆垛起重机穿行于货架之间的巷道中,完成存、取货的工作。管理上采用计算机及条形码技术。

  仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。50年代初,美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库;50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库;1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术,建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后,自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展,并形成了专门的学科。60年代中期,日本开始兴建立体仓库,并且发展速度越来越快,成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。

  中国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚,1963年研制成第一台桥式堆垛起重机,1973年开始研制中国第一座由计算机控制的自动化立体仓库(高15米),该库1980年投入运行。到2003年为止,中国自动化立体仓库数量已超过200座。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点,已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术,越来越受到企业的重视。

  自动化立体仓库(AS/RS)是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。运用一流的集成化物流理念,采用先进的控制、总线、通讯和信息技术,通过以上设备的协调动作进行出入库作业。

  (1)整体式:是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,一般整体式高度在12米以上。这种仓库结构重量轻,整体性好,抗震好。

  (2)分离式:分离式中存货物的货架在建筑物内部独立存在。分离式高度在12米以下,但也有15米至20米的。适用于利用原有建筑物作库房,或在厂房和仓库内单建一个高货架的场所。

  (1)单元货架式: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,再装入单元货架的货位上。

  (2)移动货架式: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和分离。作业时货架分开,在巷道中可进行作业;不作业时可将货架合拢,只留一条作业巷道,从而提高空间的利用率。

  (3)拣选货架式:拣选货架式中分拣机构是其核心部分,分为巷道内分拣和巷道外分拣两种方式。“人到货前拣选”是拣选人员乘拣选式堆垛机到货格前,从货格中拣选所需数量的货物出库。“货到人处拣选”是将存有所需货物的托盘或货箱由堆垛机至拣选区,拣选人员按提货单的要求拣出所需货物,再将剩余的货物送回原地。

  (2)贯通式:为了提高仓库利用率,可以取消位于各排货架之间的巷道,将个体货架合并在一起,使每一层、同一列的货物互相贯通,形成能一次存放多货物单元的通道,而在另一端由出库起重机取货,成为贯通式仓库。根据货物单元在通道内的移动方式,贯通式仓库又可分为重力式货架仓库和穿梭小车式货架仓库。重力式货架仓库每个存货通道只能存放同一种货物,所以它适用于货物品种不太多而数量又相对较大的仓库。梭式小车可以由起重机从一个存货通道搬运到另一通道。

  (3)水平旋转式仓库的货架:这类仓库本身可以在水平面内沿环形路线来回运行。每组货架由若干独立的货柜组成,用一台链式传送机将这些货柜串连起来。每个货柜下方有支撑滚轮,上部有导向滚轮。传送机运转时,货柜便相应运动。需要提取某种货物时,只需在操作台上给予出库指令。当装有所需货物的货柜转到出货口时,货架停止运转。这种货架对于小件物品的拣选作业十分合适。它简便实用,充分利用空间,适用于作业频率要求不太高的场合。

  (4)垂直旋转货架式仓库:与水平旋转货架式仓库相似,只是把水平面内的旋转改为垂直面内的旋转。这种货架特别适用于存放长卷状货物,如地毯、地板革、胶片卷、电缆卷等

  1.要了解建库的现场条件,包括气象、地形、地质条件、地面承载能力、风及雪载荷、地震情况以及其他环境的影响。

  2.在自动化立体仓库的总体设计中,机械、结构、电气、土建等多专业相互交叉、相互制约,这就要求第三方物流企业在进行设计时必须考虑到各专业的需要。例如,机械的运动精度要根据结构制作的精度和土建的沉降精度而选定。

  3.要制定出第三方物流企业对仓储系统的投资、人员配置等计划,以此来确定仓储系统的规模和机械化、自动化的程度。

  4.要对与第三方物流企业仓储系统有关的其他方面的条件进行调查了解,例如,货物的来源,连结库场的交通情况,货物的包装,搬运货物的方法,货物的最终去向和运输工具等等。

  库场的选择和布置对于仓储系统的基建投资、物流费用劳动条件等都有重要的意义。考虑到城市规划、第三方物流企业的整体运作,自动化立体仓库最好选在靠近港口、码头、货运站等交通枢纽,或靠近生产地或原材料产地,或靠近主要的销售市场,这样可以大大地降低第三方物流企业的费用。库场地址是否合理对于环境保护、城市规划等也有一定的影响。例如,选择在受到交通限制的商业区建立自动化立体仓库,一方面与繁华的商业环境不协调,另一方面要花高价购买地皮。最重要的是,由于受到交通限制,只能每天半夜来运送货物,这显然是极不合理的。

  仓库的形式需要在调查入库货物品种的基础上确定。一般都采用单元货格式仓库,如果存储的货物品种单一或很少,而且货物批量较大,可以采用重力式货架或者其他形式的贯通式仓库。根据出入库的工艺要求(整单元或零散出入库)来决定是否需要堆垛拣选作业,如果需要拣选作业,再确定拣选作业的方式。

  在自动化立体仓库中还有一种作业方式常被采用,这就是所谓的自由货位方式,即货物可以就近入库,特别是对于出入库频繁和超长、超重的货物,应当尽量在到货和发货的地点附近作业,这样做不但可以缩短出入库时间,还节省了搬运费用。

  自动化立体仓库所使用的机械设备有很多种,一般都包括巷道堆垛机、连续输送机、高层货架,自动化程度高的还有自动导向车。在进行仓库的总体设计时,要根据仓库的规模、货物的品种、出入库频率等选择最适合的机械设备,并确定这些设备的主要参数。

  由于自动化立体仓库的前提是单元化的搬运,所以确定货物单元的形式、尺寸和重量是一个非常重要的问题。它会影响到第三方物流企业对仓库的投资,而且会影响到整个仓储系统的配备、设施等问题。因此,为了合理确定货物单元的形式、尺寸和重量,应根据调查和统计的结果,列出所有可能的货物单元形式和规格,并做出合理的选择。对于那些形状和尺寸比较特殊或者很重的货物,可以单独处理。

  库容量是指在同一时间仓库可容纳的货物单元数,这对自动化立体仓库来说是一个非常重要的参数。由于在库存周期会受到许多预料之外因素的影响,因此库存量的波峰值有时会大大超出自动化立体仓库的实际库容量。除此之外,有的自动化立体仓库仅仅考虑了货架区的容量,而忽视了缓存区的面积,结果造成缓存区的面积不足,使得货架区的货物出不来,库房外的货物进不去。

  由于总面积是一定的,而许多第三方物流企业在建造自动化立体仓库时只重视办公、实验(包括研发)的面积,却忽视了库房面积,因此造成了这种局面,即为了满足库容量的需要,只好通过向空间发展来达到要求。但是货架越高,机械设备的采购成本和运行成本也就越高。除此之外,由于自动化立体仓库内最优的物流路线是直线形的,但在仓库设计时往往会受到平面面积的限制,造成本身物流路线的迂回(往往是s形,甚至是网状),这会增加许多不必要的投入和麻烦。

  不管自动化立体仓库的自动化程度有多高,具体运作时仍需要一定的人工劳动,因此工作人员的数量要合适。人员不足会降低仓库的效率,太多又会造成浪费。自动化立体仓库采用了大量先进的设备,因此对人员的素质要求比较高,人员素质跟不上,同样会降低仓库的吞吐能力。第三方物流企业需要招聘专门的人才,并对其进行专门的培训。

  由于数据传输路径不通畅或数据冗余等原因,会造成系统数据传输速度慢,甚至无法传输的现象,因此要考虑自动化立体仓库内部以及与第三方物流企业上下级管理系统间的信息传递的问题。

  自动化立体仓库的上游、下游及其内部各子系统的协调,有一个木桶效应的问题,即最短的那一块木板决定了木桶的容量。有的仓库采用了很多的高科技产品,各种设施设备也非常齐全,但是由于各子系统间协调性、兼容性不好,造成整体运作能力比预期差很多。

  技术先进,采用现场控制总线直接通讯的方式,真正做到计算机只监不控,所有的决策、作业调度和现场信息等均由堆垛机、出入库输送机等现场设备通过相互间的通讯来协调完成。

  ● 每个货位的托盘号分别记录在堆垛机和计算机的数据库里,管理员可利用对比功能来比较计算机的记录和堆垛机里的记录,并进行修改,修改可自动完成和手动完成。

  ● 堆垛机有自动召回原点的功能,即无论任何情况,只要货叉居中且水平运行正常时,可按照下达的命令自动返回原点。这意味着操作人员和维护人员可以尽量不进入巷道。

  ●智能的控制系统,可以实现真正的自动盘库功能,避免了以往繁重的人工盘库工作,减轻了仓库管理人员的工作强度,同时保证了出库作业的出错率为零。

  监控管理系统包括数据管理、入库管理、出库管理、查询、报表、单据与盘库、报警、监控与动画等模块

  1 医药生产:医药生产是最早应用自动化立体库的领域之一,1993年广州羊城制药厂建成了中国最早的医药生产用自动化立体库。此后,吉林敖东、东北制药、扬子江制药、石家庄制药、上药集团等数十个企业成功应用自动化立体库。

  2 汽车制造:中国最早应用应用自动化立体库的领域之一。中国二汽是最早应用自动化立体库的单位。目前中国主要汽车制造企业几乎无一例外的应用自动化立体库。

  5 烟草制造业:中国采用自动化立体库最普遍的行业。而且大量采用进口设备。典型的如红河、长沙等。

  2 医药配送:为了响应GSP认证,大量的自动化立体库被应用到全国医药流通领域。如国药、上药等。

  3、巷道堆垛机:用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式;按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。

  4、输送机系统:立体库的主要外围设备,负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类非常多,常见的有辊道输送机,链条输送机,升降台,分配车,提升机,皮带机等。

  6、自动控制系统:驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统。以采用现场总线方式为控制模式为主。

  7、储存信息管理系统:亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体库系统的核心。典型的自动化立体库系统均采用大型的数据库系统(如ORACLE,SYBASE等)构筑典型的客户机/服务器体系,可以与其他系统(如ERP系统等)联网或集成。

  早期立体仓库的构想,其基本出发点就是提高空间利用率,充分节约有限且宝贵的土地。在西方有些发达国家,提高空间利用率的观点已有更广泛深刻的含义,节约土地,已与节约能源、环境保护等更多的方面联系起来。有些甚至把空间的利用率作为系统合理性和先进性考核的重要指标来对待。

  立体库的空间利用率与其规划紧密相连。一般来说,自动化高架仓库其空间利用率为普通平库的2-5倍。这是相当可观的。

  传统仓库只是货物储存的场所,保存货物是其唯一的功能,是一种“静态储存”。自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备,不仅能使货物在仓库内按需要自动存取,而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接,并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节。企业外购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节,短时储存是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产,从而形成一个自动化的物流系统,这是一种“动态储存”,也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势。

  以上所述的物流系统又是整个企业生产管理大系统(从订货、必要的设计和规划、计划编制和生产安排、制造、装配、试验、发运等)的一个子系统,建立物流系统与企业大系统间的实时连接,是自动化高架仓库发展的另一个明显的技术趋势。

  1980年,中国第一座自行研制的自动化立体仓库开始投产以来,在汽车、化工、电子、烟草等行业的应用逐年增长。

  在人力资本高企的今天,降低企业的各项成本,实现自动化管理成为企业研究的一个重要战略课题。对于制造业来说,物流成本在其成本中比重是相当大的,统计数据显示,物流费用通常占制造成本50%以上的比例,因此,物料与仓储管理以及成本控制已经成为影响产品市场竞争力的关键,与企业的效益密不可分。

  由于自动化立体仓库的作业效率及自动化的技术水平可以使得企业物流效率大幅提升,立体库的基本技术也日益成熟,因此越来越多的企业开始采用自动化立体仓库。很多企业不仅建设中大型的立体库,也根据需要建设了很多中小型自动化立体库。

  2012年是中国自动化立体库得到较快发展的一年。2012年初,由于众多物流系统工程项目的纷纷开工,自动化立体库项目建设市场一片繁荣,据不完全统计,2012年建设的具有较大规模的立体仓库在建项目有130多座,截至2012年12月,全国自动化立体库保有量超过1200座。

  随着国家经济的持续向好和对自动化立体仓库需求较高的烟草、医药、机械等行业的持续快速增长,未来自动化立体仓库面临着较大的市场需求。以医药行业为例,据国家统计局数据显示,截至2012年,中国工业总产值在2000万以上的企业数量为6075家,以10%的需求量计算,医药行业对自动化立体仓库的需求量就有607套,而保有量不足200套,市场前景可观。

  随着经济全球化步伐的加快,物流供应链中蕴藏的巨大潜力越来越引起人们的注意。而物流中心则是物流供应链中重要的枢纽之一。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。而实现这些功能的直接执行机构包括:

  作为物流中心的重要组成部分,自动化立体仓库(Automatic Storage & Retrieval System)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。这里,简单谈一下它的设计步骤,一般分为以下几步:

  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;

  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:①对整个库区的出入库总量要求,亦即仓库的流量要求:②货物单元的外形尺寸及其重量;⑤仓库储存区(货架区)的仓位数量:④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。

  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。

  ①货架形式:货架的形式有很多,而用在自动化立体仓库的货架一般有:横梁式货架、牛腿式货架、流动式货架等。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。

  ②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。

  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。

  ①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、单立柱堆垛机双立柱堆垛机等等。

  ③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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  一、节约仓库占地面积,使仓库的空间实现了充分的利用。由于自动化立体仓库采用大型仓储货架的拼装,又加上自动化管理技术使得货物便于查找,因此建设自动化立体仓库就比传统仓库的占地面积小,但是空间利用率大。在发达国家,提高空间的利用率已经作为系统合理性和先进性的重要考核指标。在提倡节能环保的今天,自动化立体仓库在节约占地资源上有着很好的效果,也是必将使未来仓储发展的一大趋势。

  二、自动化管理提高了仓库的管理水平。自动化立体仓库采用计算机对货品信息进行准确无误的信息管理,减少了在存储货物中可能会出现的差错,提高了工作效率。同时,立体自动化仓库在入库出库的货品运送中实现机动化,搬运工作安全可靠,减少了货品的破损率,还能通过特殊设计使一些对环境有特殊要求的货品能有很好的保存环境,比如有毒、易爆的货品,也减少了人在搬运货品时可能会受到的伤害。

  三、自动化立体仓库可以形成先进的生产链,促进了生产力的进步。专业人士指出,由于自动化立体仓库的存取效率高,因此可以有效地连接仓库外地生产环节,可以在存储中形成自动化的物流系统,从而形成有计划有编排的生产链,使生产能力得到了大幅度的提升。