自动化立体仓库技术及应用

自动化立体仓库技术及应用第一节自动化立体仓库概述自动化立体仓库又简称高层货架仓库（简称高架仓库），一般是因为采用了几层、十几层乃至几十层的货架来储存单元货物，由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”。自动化仓库系统(AS／RS－Automatedstorageandretrievalsystem)是不需人工处理的情况下能自动存储和取出物料的系统。这个定义涵盖了不同复杂程度及规格的极为广泛的多样的系统。自动化立体仓库就是采用高层货架存放货物，以巷道堆垛起重机为主，结合入库与出库周边设备来进行自动化仓储作业的一种仓库。一、自动化立体仓库系统组成自动化立体仓库系统主要由货架、传输设备、存储设备、堆垛机、控制系统、通讯系统、计算机管理监控系统等部分组成。自动化立体仓库系统能够按照指令自动完成货物的存取，并能对库存货物进行自动管理，完全实现自动化作业。【案例：蒙牛自动化立体仓库】请观赏视频【案例：蒙牛自动化立体仓库】蒙牛乳业公司委托太原刚玉物流工程有限公司设计制造的第三座自动化立体仓库。该库后端与泰安公司乳制品生产线相衔接，与出库区相联接，库内主要存放成品纯鲜奶和成品瓶酸奶。库区面积8323平方米，货架总高度分别有：21米、19.35米、17.7米、16.05米、14.4米和12.75米。货架规模：常温区有14964个；低温区有4668个。托盘尺寸1200×1000毫米，库内货位总数19632个。其中，常温区货位数14964个；低温区货位46687年。入库能力150盘/小时，出库能力300盘/小时。出入库系统采用联机自动。入库区由66台链式输送机、3台双工位高速穿梭车组成。输送机负责将生产线码垛区完成的整盘货物转入各入库口;双工位穿梭车则负责生产线端输送机输出的货物向各巷道入库口的分配、转动及空托盘回送。储存区包括高层货架和17台巷道堆垛机。高层货架采用双托盘货位，完成货物的存储功能。巷道堆垛机则按照指令完成从入库输送机到目标的取货、搬运、存货及从目标货位到出货输送机的取货、搬运、出货任务。托盘（外调）回流区分别设在常温储存区和低温储存区内部，由12台出库口输送机、14台入库口输送机、巷道堆垛机和货架组成。分别完成空托盘回收、存储、回送、外调货物入库、剩余产品与退库产品入库、回送等工作。出库区设置在出库口外端，分为货物暂存区和装车区，由34台出库输送机、叉车和运输车辆组成。叉车司机通过电子看板、RF终端扫描来完成叉车装车作业，反馈发送信息。维修区设在穿梭车轨道外一侧，在某台空梭车更换配件或处理故障时，其他穿梭车仍旧可以正常工作。计算机控制室设在二楼，用于出入库登记、出入库高度、管理和联机控制。二、自动化立体仓库系统的功能大量储存，一个自动化立体仓库拥有货位数可以达到30万个，可储存30万个托盘，以平均每托盘储存货物1吨计算，则一个自动化存取系统可同时储存30万吨货物。自动存取，自动化仓库的出入库及库内搬运作业全部实现由计算机控制的机电一体化作业。可以扩展到分类、计量、包装、分拣、配送等功能。自动化立体仓库的功能收货存货取货发货三、自动化立体仓库的分类1．按照立体仓库的高度分类低层立体仓库高度在5米以下，中层立体仓库的高度在5～15米之间，高层立体仓库的高度在15米以上。立体仓库的建筑高度最高的可达50米，常用的立体仓库高度在7～25米之间。2．按照操作对象分类托盘单元式自动仓库（PalletUnitAS/RS）箱盒单元式自动仓库（FineStocker）拣选式高层货架仓库（PickStocker）单元/拣选式自动仓库（Unit-PickStocker）高架叉车仓库（RackForkStocker）其中，采用托盘集装单元方式来保管物料的自动仓库，被国内企业较为广泛地采用。四、自动化立体仓库的特点1．自动化立体仓库的优点能较好地满足特殊仓储环境的需要,保证货品在整个仓储过程的安全运行,提高了作业质量;由于采用了高层货架和自动化管理系统,大大提高了仓库的单位面积利用率,提高了劳动生产率,降低了劳动强度；减少了货物处理和信息处理过程的差错；能够合理有效地进行库存控制；便于实现系统的整体优化。2．自动化立体仓库的缺点自动化立体仓库有以下不足：(1)结构复杂,配套设备多,需要的基建和设备投资很大；(2)货架安装精度要求高,施工比较困难,而且施工周期长；(3)储存货品的品种受到一定的限制,不同类型的货架仅适合于不同的储存物品,因此,自动化仓库一旦建成,系统的更新改造比较困难。3、自动化立体仓库的适用条件自动化立体仓库适用于货品的出入库作业频率较大,且货物流动比较稳定的情况。系统运行需要有较大的资金投入；需要配备一支高素质的专业技术队伍；对货品包装要求严格；仓库的建筑地面应有足够的承载能力。自动化立体仓库的设施自动化立体仓库由仓库建筑物、自动控制与管理系统、高层货架、巷道式堆垛机、出入库输送机等设备构成，还有与之配套的供电系统、空调系统、消防报警系统、称量计量系统、包装系统、网络通信系统等。下图为自动化立体仓库结构示意图。第二节自动化立体仓库机械设备自动化立体仓库机械设备一般包括高层货架、巷道堆垛机和出入库输送、搬运机械等。一、高层货架高层货架是自动化仓库(AS/RS)主要组成部分，是保管物料的场所。随着单元货物重量和仓库高度的提高，要求货架立柱、横梁的刚度和强度提高，随着仓库自动化程度的提高，要求货架制造和安装精度也相应提高，高层货架的高精度是自动化仓库的主要保证之一。高层货架的分类方法有以下几种。（一）按建筑形式分为整体式和分离式。（1）整体式由货架顶部支撑建筑屋架，在货架边侧安装墙围，货架与建筑物成一整体。建筑费用低，抗震，尤其适用于15米以上的大型自动仓库（2）分离式货架与建筑无关，呈独立、分离状态。适用于车间仓库、旧库技术改造和中小型自动仓库。货架与仓库建筑分离（二）按负载能力分类（1）轻负载式高层货架轻负载式货架高度5～10m，以塑料篮等容器为存取单位，存取重量在50～100kg，一般以重量轻、小的货物为储存对象较适合，如电子零件、精密机器零件、汽车零件、药品及化妆品等。（2）单元负载式高层货架单元负载式高层货架高度可达40m，储位量可达10万余个托盘单元，适用大型的仓库，普遍的高度为6～15m，储位数在100～1000个托盘单元。随着仓储自动化技术的不断进步，存取时间愈来愈快，以100个托盘单元存取为例，平均存取时间为70s/托盘。二、巷道堆垛机巷道式堆垛机又叫巷道堆垛起重机，是自动化立体仓库中最重要的搬运设备，它是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，专用于高架仓库。巷道式堆垛机一般由机架、运行机构、升降机构、司机室、货叉伸缩机构、电气控制设备等组成。巷道式堆垛机的分类按用途分：单元型、拣选型、单元-拣选型三种。按控制方式分：手动、半自动和全自动三种。按照金属结构的形式可分：单立柱和双立柱两种。按应用巷道数量分：直道型、转弯型和转轨型三种。巷道式单立柱堆垛机单立柱结构的堆垛机机架由一根立柱和下横梁组成。立柱多采用较大的H型钢焊接制作，立柱上附加导轨。整机重量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但刚性稍差。该设备的参数如下所示。主要性能：仓库高度6～24m,最大40m；运行速度：标准型80m/min、高速型200m/min；起升高度：标准型Hmax=20m/min、高速型Hmax=50m/min；货叉伸缩速度：Vmax=12m/min(标准性)、50m/min(高速型)。双立柱巷道堆垛机机机架由两根立柱和上横梁、下横梁组成一个长方形框架。立柱形式有方管和圆管，方管兼做起升导轨，圆管需附加起升导轨。有轨双立柱巷道堆垛机3．高架叉车高架叉车分类：（1）托盘单元型：由货叉进行托盘货物的堆垛作业。司机室地面固定型，起升高度较低，因而视线较差。下页图示是托盘单元型，司机室和货叉一同升降，视野好。（2）拣选型：无货叉作业机构，司机室随作业货叉升降，由司机向两侧高层货架内的物料进行拣选作业。起升高度较高、视线好。由高架叉车和高层货架为主组成的仓库，称为高架叉车仓库。司机室和货叉一同升降，视野好.无轨堆垛机（托盘单元型）无轨堆垛机（拣选型）4．桥式堆垛起重机主要由桥架、大车运行机构、小车运行机构、电气设备等部分组成。其工作原理可参考第五章桥式起重机部分。操纵司机室有单独的起升机构，保证司机有良好的视野，同时司机室还安装有安全装置，保证了操纵者的安全。起重机还装有多种安全装置，保证了起重机的安全工作。三、周边搬运系统、控制系统与装卸码垛机器人巷道机只能在巷道内进行存取作业，货物出入库需通过周围的配套搬运机械设施。周边搬运系统包括搬运输送设备、自动导向车、机器人、叉车、台车、托盘等。其作用是配合巷道式堆垛机完成货物运输、搬运、分拣等作业，还可以临时取代其他主要搬运系统，使自动存取系统维持工作，完成货物出入库作业。自动化立体仓库的控制系统：自动化立体仓库的控制形式有手动控制、随机自动控制、远距离自动控制和计算机自动控制四种形式。（一）穿梭车(RGVRailGuideVehicle)在自动化物流系统中，物料输送主要采用链式、辊道、带式输送机等通用设备，一般均固定在地面上。将上述设备装上行走轮，沿固定路径移动，就成为穿梭车。穿梭车具有动态移载的特点，能使物料在不同工位之间的传送及输送线布局更加紧凑、简捷，从而提高物料的输送效率。因此，穿梭车在自动化物流系统中应用较为普遍。一般来说，沿固定轨道行走的输送设备称为穿梭车（RGV），无轨的称为自动导引车（AGV），在空中输送的称为悬挂小车（EMS）。从轨道形式上，穿梭车可分为往复式直行穿梭车和环行穿梭车，环行穿梭车能在同一轨道上运行多辆车体，可大大提高搬运能力，是穿梭车的发展趋势。目前，国内穿梭车的速度一般为120~200m/min，在国外机场行李分拣系统中，采用无接触能量传输技术的穿梭车最高走行速度可达600m/min。单轨往复穿梭车双轨往复穿梭车穿梭车(RGV)是通过导轨或地链来约束和引导小车运行。它有两套传动机构：输送机构、运动机构。穿梭车(RGV)的约束导轨由双轨和单轨两种。（二）辊筒式输送机辊筒式输送机分为动力式和无动力式；无动力式呈一定坡度，使货物靠自身重力从高端移动到低端；动力式由一系列排列整齐的具有一定间隔的辊子组成；3-4个辊子同时支撑一件货物。（三）链式输送机（1）装载式链条输送机（2）平顶式板链输送机（3）悬挂链输送机（4）链式提升机（四）自动导引搬运车（AGV）自动导引搬运车简称AGV(AutomaticGuidedVehicle)是装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输小车，是自动化物流系统中的关键设备之一。AGV是在计算机和无线局域网络的控制下，经磁、激光等导向装置引导并沿程序设定路径运行完成作业的无人驾驶自动小车。AGV具有安全保护以及各种移载功能，采用电池驱动（交、直流），是自动化物流系统中的关键设备之一，为现代制造业物流和自动化立体仓库提供了一种高度柔性化和自动化的运输方式。具有导向行驶、认址和移交载荷的基本功能。AGV实例1．AGV的基本结构组成AGV主要由车架、驱动装置、蓄电和充电装置、转向装置、车上控制器、安全保护装置、信息传输与处理装置等组成，如图10-17所示。（1)车体：车体由车架和相应的机械装置所组成，是AGV的基础部分，是其他总成部件的安装基础。（2)蓄电和充电装置：AGV常采用24V或48V直流蓄电池为动力。蓄电池供电一般应保证连续工作8小时以上的需要。（3)驱动装置：AGV的驱动装置由车轮、减速器、制动器、驱动电机及速度控制器等部分组成，是控制AGV正常运行的装置，其运行指令由计算机或人工控制器发出。其运行速度、方向、制动的调节分别由计算机控制。为了安全，在断电时制动装置能靠机械实现制动。AGV的结构示