第7章自动化仓储系统课件

第7章 自动化仓储系统7.1概述自动仓储系统自动仓储系统(AutomatedStorageandRetrievalSystem，简简称称ASRS)是指不用人工直接处理，能自动存储和取出物是指不用人工直接处理，能自动存储和取出物料的系统。料的系统。自动化仓库技术是现代物流技术的核心，它集自动化仓库技术是现代物流技术的核心，它集高架仓库及规划、管理、机械、电气于一体高架仓库及规划、管理、机械、电气于一体，是一门学科，是一门学科交叉的综合性技术。交叉的综合性技术。7.1.1功能及发展功能及发展自自动化化仓库的的功能一般包括收功能一般包括收货、存、存货、取、取货和和发货等。等。自动化仓库的发展趋势包括以下几点。自动化仓库的发展趋势包括以下几点。1自动化程度不断提高。2与工艺流程结合更为紧密。3储存货物品种多样化。4提高仓库出入库周转率。5提高仓库运转的可靠性与安全性及降低噪声。6开发可供实用的拣选自动化设备和系统。7.1.2系统组成系统组成l货架。一般为钢铁结构构成储存商品的单元格，一般单元格内存放托盘装货物。一个货位的地址由其所在的货架的排数、列数及层数来唯一确定，自动出入库系统据此对所有货位进行管理。2巷道机。在二排高层货架之间一般留有11.5m宽的巷道，巷道机在巷道内作来回运动，巷道机上的升降平台可作上下运动，升降平台上的存取货装置可对巷道机和升降机确定的某一个货位进行货物存取作业。3周边搬运系统。周边搬运系统所用的机械常有输送机，用于配合巷道机完成货物的输送、转移，在高架仓库内主要搬运系统因故障停止工作时使用，使自动存取系统继续工作。4控制系统。自动存取系统的计算机中心或中央控制室接收到出库或入库信息后，由管理人员通过计算机发出出库或入库指令，巷道机、自动分拣机及其它周边搬运设备按指令启动，共同完成出库或入库作业，管理人员对此过程进行全程监控和管理，保证存取作业按最优方案进行。7.1.3 优点及作用 1 1能大幅度地增加仓库高度，减少占地面积。单位面积储存量可达215吨/平方米，是普通货架仓库的47倍。对于一座拥有6，000个货位的仓库，如果托盘尺寸为8001,200毫米，则普通的货架仓库高5.5米，需占地3,609平方米，而30米高的高架仓库，占地面积仅399平方米。2提高仓库出入库频率。3提高仓库管理水平。4由于采用了货架储存，并结合计算机管理，可以很容易地实现先入先出，防止货物自然老化、变质、生锈。高架仓库也便于防止货物的丢失，减少货损。能较好地适应黑暗、有毒、低温等特殊场合的需要。在这种仓库里，在储存的同时可以对货物进行跟踪以及必要的拣选和组配，并根据整个企业生产的需要，有计划地配送，以满足均衡生产的需求。从从整整个个企企业业物物流流的的宏宏观观角角度度看看，货货物物在在仓仓库库中中短短时时间间的的逗逗留留只只是是物物流流中中的的一一个个环环节节，在在完完成成拣拣选选、组组配配以以后后，将将继继续续流流动动，高架仓库本身是整个企业物流的一部分，是它的一个子系统。用形象化一些的比喻说法，可以说，使“静态仓库”变成了“动态仓库”。7.2货架货架7.2.1组合式货架组合式货架1托盘货架。托盘货架是存放装有货物托盘的货架。托盘货架所用材质多为钢材结构，也可用钢筋混凝土结构。可做单排型连接，也可做双排型连接(见图7-2)。其尺寸大小根据仓库的大小及托盘尺寸的大小而定。7 托盘货架73 悬臂式长形货架托盘货架可实现机械化装卸作业，便于单元化存取，库容利用率高，可提高劳动生产率，实现高效率的存取作业，便于实现计算机的管理和控制。2悬臂式长形货架。其特点是可在架子两边存放货物，但不太便于机械化作业，存取货物作业强度大，一般适于轻质的长条形材料存放，可用人力存取操作3驶入式货架 货架的特点是叉车直接驶入货架进行作业，叉车与架子的正面成垂直方向驶入，在最内部设有托盘的位与架子的正面成垂直方向驶入，在最内部设有托盘的位置，卸放托盘货载，置，卸放托盘货载，直至装满；取货时再从外向内顺序取货。驶入式货架能起到保管场所及叉车通道的双重作用，但叉车只能从架子的正面驶入。这样，可提高库容率及空间利用率，但很难实现先进先出。因此，每一巷道只宜保管同一品种货物，此种货架只适用于保管少品种、大批量以及不受保管时间限制的货物。驶入式货架是高密度存放货物的重要货架，库容利用率可达90%以上。7 重力式货架776-4 驶入式盘货架7.2.2重力式货架重力式货架 重力式货架有两类：一类是储存整批纸箱包装商品；另一类是储存托盘商品。商品进库时，从货架后面将托盘送入货格，托盘依靠本身重力向前滑行，也有采用电磁阀控制托盘定位。取货时，则用叉车从货架前面将托盘取出。优点是点是：能保证货物的先进先出；它是一种高密集型的货架储存系统，空间利用率极高，比普通通道托盘货架的通道面积大大节省；进出货时叉车或巷道堆垛机行程最短；使货架的货位“空缺”减至最少。7.2.3 7.2.3 旋转式货架旋转式货架 旋旋转转式式货货架架设设有有电电力力驱驱动动装装置置(驱驱动动部部分分可可设设于于货货架架上上部部，也也可可设设于于货货架架底底座座内内)。货货架架沿沿着着由由两两个个直直线线段段和和两两个个曲曲线线段段组组成成的的环环形形轨轨道道运运行行。由由开开关关或或用用小小型型电电子子计计算算机机操操纵纵。旋旋转转式式货货架架分分为为整整体体旋旋转转式式(整整个个货货架架是是一一个个旋旋转转整整体体)和和分分层层旋旋转转式式(各各层层分分设设驱驱动动装装置置，形形成成各各自自独独立立的的旋旋转转体体系系)，其其中中整整体体旋旋转转式式又又分分为为水水平平旋旋转转式式(货货架架的的旋旋转转轨轨迹迹平平行行于于地地面面)和和垂垂直直旋旋转转式式(货货架架的的旋旋转转轨轨迹迹垂垂直直于于地地面面，)，可根据具体要求进行选择。可根据具体要求进行选择。7.2.4 7.2.4 托盘托盘我我们们把把一一个个标标准准的的货货物物或或容容器器称称作作单单元元负负载载。货货物物的的载载体体可可以以是是托托盘盘、托托板板、滑滑板板、专专用用集集装装箱箱、专专用用堆堆放放架架、硬硬纸纸板板箱箱等。等。货货箱箱或或托托盘盘，其其基基本本功功能能是是装装物物料料，同同时时还还应应便便于于叉叉车车和和堆堆垛垛机的叉取和存放。机的叉取和存放。7-7 垂直旋转式货架7-6 水平分层旋转式货架7.3巷道式堆垛起重机 7.3.17.3.1分类分类 通常按其结构型式、起重机支承方式和取货作业方式进行分类1.按结构型式分类(1)单立柱型单立柱型金属结构由一根立柱和上、下横梁组成(或仅有下横梁)；自重较轻，但刚性较差。一般用于起重量2吨以下，起升高度不大于16米的仓库。(2)双立柱型双立柱型金属结构由两根立柱和上、下横梁组成一个刚性框架；刚性好，自重较单立柱大。适用于各种起升高度的仓库；起重量可达5吨或更大；适用于高速运行、快速起、制动。2.按支承方式分类(1)地面支承型地面支承型支承在地面轨道上，用下部车轮支承和驱动；上部设水平导向轮；运行机构布置在下部。适用于各种起重量和起升高度的仓库；图6-9单、双柱式巷道堆垛机(2)悬挂型悬挂型仓库屋架下装设轨道，起重机悬挂于轨道下翼缘上运行；仓库货架下部设导轨，起重机下部设水平导向轮靠在导轨上防止摆动过大；运行机构设在上部。适用于起重量较小、起升高度较低(不大于15米)的仓库；便于转移巷道(3)货架支承型巷道两侧货格顶部敷设轨道，起重机支承在两侧轨道上运行；仓库货架下部设导轨，起重机下部设水平导向轮靠在导轨上防止摆动过大；运行机构设在起重机上部；适用于起重量和起升高度均较小的仓库。3.按作业方式分类(1)单元形以整个货物单元出、入库；起重机载货台须备有叉取货物的装置；适用于整个货物单元出入库的作业，或者“货到人”的拣选作业；使用最广泛。(2)拣选形堆垛机上设司机室，由司机从货物单元中拣选一部分货物出库；载货台上可以不设叉取装置，直接由司机手工操作取货；适用于“人到货”的拣选作业；7.3.2结构组成结构组成1运行机构。在堆垛机的下横梁上装有运行驱动机构和在轨道地轨上运行的车轮。按运行机构所在的位置不同可以分为地面驱动式、顶部驱动式和中部驱动式等几种。顶部驱动式堆垛机又可分为支承式和悬挂式两种，前者支承在天轨上运行，堆垛机底部有两组水平导向轮。悬挂式堆垛机则悬挂在位于巷道上方的支承梁上运行。2载货台及取货机构。载货台是货物单元承接装置，通过钢丝绳或链条与起升机构联接。载货台可沿立柱导轨上下升降。取货装置安装在载货台上，有司机室的堆垛机，其司机室也一般装在载货台上，随载货台一起升降。取货装置一般是货叉伸缩机构。货叉由前叉、中间叉、固定叉以及导向滚轮等组成。货叉的传动方式主要有齿轮齿条和齿轮链条两种。货叉伸缩速度一般为15米/分以下3提升机构。堆垛机的起升机构由电动机、制动器、减速机、卷简或链轮以及柔性件组成，常用的柔性件有钢丝绳和起重链等。卷扬机通过钢丝绳牵引载荷台作升降运动。起升机构的工作速度一般在12.30m/min,最高可达48m/min。不管先用多大的工作速度，都备有低速档，主要用于平稳停车和取存货物时的“微升降”作业。在堆垛机的起重、行走和伸叉(叉取货物)三种驱动中，起重的功率最大。4机架。机架由立柱和上、下横梁连接而成，是堆垛机的承载构件。机架有单立柱和双立柱两大类。5电气设备。主要包括电力拖动、控制、检测和安全保护。在电力拖动方面，目前国内多用的是交流变频调速、交流变极调速和可控硅直流调速 对堆垛机的控制一般采用可编程序控制器、单片机、单板机和计算机等。堆垛机必须具有自动认址、货位虚实等检测以及其他检测 7.4AS/RS的自动化技术的自动化技术7.4.1AS/RS自动化系统的功能自动化系统的功能自自动动化化仓仓库库中中的的电电气气与与电电子子设设备备主主要要指指检检测测装装置置、信信息息识识别别装装置置、控控制制装装置置、通通信信设设备备、监监控控调调度度设设备备、计计算机管理设备以及大屏幕显示、图像监视等设备。算机管理设备以及大屏幕显示、图像监视等设备。1检测装置。检测装置。为了实现对自动化仓库中各种作业设备的控为了实现对自动化仓库中各种作业设备的控制，并保证系统安全可靠地运行，系统必须具有多种检测制，并保证系统安全可靠地运行，系统必须具有多种检测手段能检测各种物理参数和相应的化学参数。手段能检测各种物理参数和相应的化学参数。2信息识别。信息识别。信息识别设备是自动化仓库中必不可少的，信息识别设备是自动化仓库中必不可少的，它完成对货物品名、类别、货号、数量、等级、目的地、它完成对货物品名、类别、货号、数量、等级、目的地、生产厂乃至货位地址的识别。生产厂乃至货位地址的识别。3控制装置。为了实现自动运转，自动化仓库内所用的各控制装置。为了实现自动运转，自动化仓库内所用的各种存取设备和输送设备本身必须配备各种控制装置。种存取设备和输送设备本身必须配备各种控制装置。4监控及调度。它负责协调系统中各个部分的运行监控及调度。它负责协调系统中各个部分的运行。5计算机管理。计算机管理。计算机管理系统计算机管理系统(主机系统主机系统)是自动化仓库是自动化仓库的指挥中心，相当于人的大脑，它指挥着仓库中各设备的的指挥中心，相当于人的大脑，它指挥着仓库中各设备的运行。运行。6数据通信。在自动化仓库中，为了完成规定的任务，数据通信。在自动化仓库中，为了完成规定的任务，各系统之间、各设备之间要进行大量的信息交换。各系统之间、各设备之间要进行大量的信息交换。7大屏幕显示。大屏幕显示。自动化仓库中的各种显示设备是为了使自动化仓库中的各种显示设备是为了使人们操作方便、易于观察设备情况而设置的。人们操作方便、易于观察设备情况而设置的。8图象监视设备。图象监视设备。工业电视监视系统是通过高分辨率、工业电视监视系统是通过高分辨率、低照度变焦摄像装置对自动化仓库中人身及设备安全低照度变焦摄像装置对自动化仓库中人身及设备安全进行观察，对主要操作点进行集中监视的现代化装置。进行观察，对主要操作点进行集中监视的现代化装置。7.4.2自动寻址技术自动寻址技术立体仓库的自动寻址就是自动寻找存放立体仓库的自动寻址就是自动寻找存放/提取货物的位置。提取货物的位置。计算机控制的自动化仓库都具有自动寻址的功能。自计算机控制的自动化仓库都具有自动寻址的功能。自动控制的堆垛机必须具有自动认址系统。自动认址系动控制的堆垛机必须具有自动认址系统。自动认址系统可分为数字式和非数字式两大类，而数字式认址又统可分为数字式和非数字式两大类，而数字式认址又可分为相对数字认址系统和绝对数字认址系统。堆垛可分为相对数字认址系统和绝对数字认址系统。堆垛机的停位控制可通过使用光电开关、磁电式接近开关机的停位控制可通过使用光电开关、磁电式接近开关或机械行程开关检测的位置信号来实现，也可通过在或机械行程开关检测的位置信号来实现，也可通过在地址编码上附加停位码的方法来实现。地址编码上附加停位码的方法来实现。1自动寻址原理自动寻址原理认址装置由认址片和认址器组成。认址器即是某种传感器。认址装置由认址片和认址器组成。认址器即是某种传感器。目前常用的是红外传感器。发送与接收红外光在同侧时，目前常用的是红外传感器。发送与接收红外光在同侧时，用反射式的认址片，否则用透射式，如图用反射式的认址片，否则用透射式，如图7-10所示。传所示。传感器通过认址片时会接收到感器通过认址片时会接收到0或或1的信息。的信息。0表示未他接收表示未他接收到红外光，到红外光，1表示接收到红外光。由表示接收到红外光。由0、1组成的代码可以组成的代码可以用于地址的判断。用于地址的判断。2相对数字认址系统相对数字认址系统这种认址系统的实质是用计数的方法来表示堆垛机实际走过这种认址系统的实质是用计数的方法来表示堆垛机实际走过的路程。首先把货物沿巷道纵长方向按列编成数序，再把的路程。首先把货物沿巷道纵长方向按列编成数序，再把它们沿垂直方向按层编成数序。这样，每个货格有一个列它们沿垂直方向按层编成数序。这样，每个货格有一个列号和一个层号。当操作人员输入货格地址时，计数器里就号和一个层号。当操作人员输入货格地址时，计数器里就记下了目的地址的列数和层数。从中减去堆垛机在接受该记下了目的地址的列数和层数。从中减去堆垛机在接受该作业命令时所处位置的列数和层数后，其差值就分别代表作业命令时所处位置的列数和层数后，其差值就分别代表堆垛机从目前所处位置走到目的地址需沿巷道纵长方向经堆垛机从目前所处位置走到目的地址需沿巷道纵长方向经过的列数和沿垂直方向经过的层数。堆垛机沿巷道运行时，过的列数和沿垂直方向经过的层数。堆垛机沿巷道运行时，每经过每经过1个货列就计个货列就计1个数。计够了一定的数个数。计够了一定的数(离目的地的离目的地的距离距离)就减速，到达了目的地就停止。在货台升降时，也就减速，到达了目的地就停止。在货台升降时，也用同样的方法认址。相对数字认址系统检测装置和地址运用同样的方法认址。相对数字认址系统检测装置和地址运算程序都比较简单，所以得到了广泛的应用。其缺点是因算程序都比较简单，所以得到了广泛的应用。其缺点是因检测元件失灵或外来干扰容易导致计数错误，走错地址。检测元件失灵或外来干扰容易导致计数错误，走错地址。为了提高相对认址的可靠性，可以增加奇偶校验。为了提高相对认址的可靠性，可以增加奇偶校验。3绝对数字认址系统绝对数字认址系统绝对认址是为每一个货位制定一个绝对代码。在绝对数绝对认址是为每一个货位制定一个绝对代码。在绝对数字认址系统中，每一个货位的列数和层数分别用编码字认址系统中，每一个货位的列数和层数分别用编码表示。沿巷道纵长方向每一列货位前均有一块认址片，表示。沿巷道纵长方向每一列货位前均有一块认址片，用二进制码标出列数；沿垂直方向在堆垛机立柱上对用二进制码标出列数；沿垂直方向在堆垛机立柱上对应于每一层货格的高度也均有一块认址片，用二进制应于每一层货格的高度也均有一块认址片，用二进制码标出层数。堆垛机运行时就用相应的检测装置，对码标出层数。堆垛机运行时就用相应的检测装置，对认址片进行读数，检测所在的实际地址，然后送入地认址片进行读数，检测所在的实际地址，然后送入地址运算程序与目的地址比较。当其差值为一定数值时址运算程序与目的地址比较。当其差值为一定数值时即进行减速，差值为零时，发出机构停止的信号。即进行减速，差值为零时，发出机构停止的信号。4常用认址编码系统介绍常用认址编码系统介绍(1)双排条形码认址编码系统。双排条形码认址编码系统。图图7-11是双排条形码编码系统是双排条形码编码系统示意图。其编码方法是：上排条形码固定不变，用于校验；示意图。其编码方法是：上排条形码固定不变，用于校验；下排条码是立体仓库的地址编码，且仅出现在上排有条码下排条码是立体仓库的地址编码，且仅出现在上排有条码的地方。当条码读入计算机后，求取两排条码的逻辑积，的地方。当条码读入计算机后，求取两排条码的逻辑积，作为货位编码。作为货位编码。双排条形码系统的编码是由两个传感器的逻辑积构成的。双排条形码系统的编码是由两个传感器的逻辑积构成的。因此它可根据地址域扩大的需要，随意扩大信息容量，因此它可根据地址域扩大的需要，随意扩大信息容量，实现绝对编码。为了保证停位精度，在每组地址旁增实现绝对编码。为了保证停位精度，在每组地址旁增加一个停位码。停位码是一组加宽的且上下错位的条加一个停位码。停位码是一组加宽的且上下错位的条码。错位形成的编码由两个传感器的状态组成，如码。错位形成的编码由两个传感器的状态组成，如10、11和和01，11是准确停位点，是准确停位点，10和和01为前、后越位信息。为前、后越位信息。增加停位码后，就可以准确控制堆垛机的停位精度。增加停位码后，就可以准确控制堆垛机的停位精度。(2)循环校验认址编码系统。循环校验认址编码系统。如果地址域总数为如果地址域总数为K，用于标识地址的有效地址编码数为，用于标识地址的有效地址编码数为m，则在整个地址域中重复使用的有效地址码数量为，则在整个地址域中重复使用的有效地址码数量为T=Km。认址过程是以累加计数寻址，以循环地址编码来校验的。对认址过程是以累加计数寻址，以循环地址编码来校验的。对每一目的地址来说，由于干扰信号引起的每一目的地址来说，由于干扰信号引起的1至至m一一1次连续次连续或非连续的计数错误或非连续的计数错误(漏计或多计漏计或多计)都可以被校验出来。只都可以被校验出来。只有当校验计数有当校验计数(漏计的数减多计的数漏计的数减多计的数)为为m的整数倍时，才的整数倍时，才会发生校验错误。这里称会发生校验错误。这里称m的整数倍的整数倍Dm为校验盲点。显为校验盲点。显然，然，m越大，盲点越少。实际上，一次寻址过程中，出现越大，盲点越少。实际上，一次寻址过程中，出现多次计数错误的概率非常小。因此，多次计数错误的概率非常小。因此，m的选取不必刻意求的选取不必刻意求大，以免造成系统的复杂化。分析计算证明，当大，以免造成系统的复杂化。分析计算证明，当m=5时，时，寻址可靠度已接近寻址可靠度已接近1。因此，认址检测系统既可靠又简单。因此，认址检测系统既可靠又简单的方案是的方案是N=3，m=5。N为传感器数量。为传感器数量。7.4.3控制方式控制方式控制方式可分为手动控制、半自动控制、遥控和全自动控制。控制方式可分为手动控制、半自动控制、遥控和全自动控制。手动控制是指货物的搬运和储存作业由人工完成或人工操作手动控制是指货物的搬运和储存作业由人工完成或人工操作简单机械完成。这种方式多数在调试或事故处理状态下使简单机械完成。这种方式多数在调试或事故处理状态下使用。用。半自动控制是指货物的搬运和储存作业有一部分由人工完成。半自动控制是指货物的搬运和储存作业有一部分由人工完成。整个仓库作业活动可以通过可编程序控制器整个仓库作业活动可以通过可编程序控制器(PLC)或微型或微型计算机控制。计算机控制。遥控是将仓库内的全部作业机械遥控是将仓库内的全部作业机械(如堆垛机和运输设备等如堆垛机和运输设备等)的的控制全部集中到一个控制室内，控制室的操作人员通过电控制全部集中到一个控制室内，控制室的操作人员通过电子计算机进行仓库作业活动的远距离控制。子计算机进行仓库作业活动的远距离控制。全自动控制指装运机械和存放作业都通过各种控制装置的控全自动控制指装运机械和存放作业都通过各种控制装置的控制自动进行操作，电子计算机对整个仓库的作业活动进行制自动进行操作，电子计算机对整个仓库的作业活动进行控制。这是正常运行方式下使用的控制方式。控制。这是正常运行方式下使用的控制方式。1集中控制方式。在集中控制方式。在20世纪世纪70年代末、年代末、80年代初，随着单年代初，随着单板机在工业应用中的兴起，多数使用单板机对自动化仓库板机在工业应用中的兴起，多数使用单板机对自动化仓库的设备进行控制。可以选用一套容量大，的设备进行控制。可以选用一套容量大，I/O接口多的单接口多的单板机系统进行控制，上接个人计算机板机系统进行控制，上接个人计算机(图图7-12)。2分层分布控制方式。分层分布控制方式。分层分布式控制系统分层分布式控制系统(图图7-13)的一大的一大优点就是全部系统功能不集中在一台或几台设备上。优点就是全部系统功能不集中在一台或几台设备上。3基于现场总线的仓储控制系统结构。基于现场总线的仓储控制系统结构。现场总线控制系统现场总线控制系统(FCS)是新一代分布式控制结构，它将是新一代分布式控制结构，它将DCS中的中的“操作站一控制站一现场仪表操作站一控制站一现场仪表”三层结构简三层结构简化成化成“工作站一现场总线智能仪表工作站一现场总线智能仪表二层结构，降低了二层结构，降低了系统构成成本，提高了系统可靠性，并实现了真正的系统构成成本，提高了系统可靠性，并实现了真正的开放式互连系统结构。目前，世界上出现了多种现场开放式互连系统结构。目前，世界上出现了多种现场总线标准。比较流行的现场总线标准有总线标准。比较流行的现场总线标准有Profibus、CAN、LonWorks、HART、FF及及Interbus等，而在自等，而在自动仓储控制领域则主要使用动仓储控制领域则主要使用Profibus和和Interbus等现场等现场总线系统。总线系统。图图7-14是一个基于现场总线的自动仓储控制系统结构示意图。是一个基于现场总线的自动仓储控制系统结构示意图。4无线局域网络系统结构。无线局域网络系统结构。近年来，以近年来，以RF技术为基础的无线局域网络得到了普遍应用。技术为基础的无线局域网络得到了普遍应用。目前无线局域网采用的拓扑结构主要有网桥连接型、访问目前无线局域网采用的拓扑结构主要有网桥连接型、访问节点连接型、节点连接型、HUB接入型和无中心型四种。接入型和无中心型四种。图图7-15是无线局域网络结构示意图。是无线局域网络结构示意图。7.5AS/RS的设计规程7.5.1工况分析和方案选择工况分析和方案选择1需求分析。在这一阶段里要提出问题，确定设计目标，并确定设计标准。2确定货物单元形式及规格。根据调查和统计结果列出所有可能的货物单元形式和规格，并进行合理的选择。3作业方式及机械设备选择。一般多采用单元货格式仓库。也可以采用重力式货架仓库或者其他形式的贯通式仓库。决定是否需要拣选作业 起重设备、输送设备 7.5.2模型建立及总体布置模型建立及总体布置1确定货位尺寸和仓库总体尺寸。确定货位尺寸直接关系到仓库面积和空间利用率，也关系到仓库能否顺利地存取货物。货位尺寸取决于在货物单元四周需留出的净空尺寸和货架构件的有关尺寸。2确定仓库的整体布置。要从技术上比较容易实现和经济上比较合理的角度确定货架高度。一般情况下，每二排货架为一个巷道，根据场地条件可以确定巷道数。一般情况下，每二排货架为一个巷道，根据场地条件可以确定巷道数。如果库存量为N个货物单元，巷道数为A，货架高度方向可设S层，若每排设有同样的列数，则每排货架在水平方向应具有的列数C为：C=N/(2AS)。根据每排货架的列数C及货格横向尺寸可确定货架总长度L 根据作业频率的要求确定堆垛机的数量和工作形式，多数情况下每巷道配备一台堆垛机。确定高层货架区和作业区的衔接方式，可以选择采用叉车、运输小车或者输送机等运输设备。按照仓库作业的特点选择出入口的位置。图)自动化立体仓库)自动化立体仓库系统一般情况下，AS/RS的总体布置形式如表7-2所示。1货架 2堆垛起重机 3进出库站 4转车台 5输送机7.5.3出、入库流量验算与堆垛机的存取作业周期出、入库流量验算与堆垛机的存取作业周期 高架仓库中货物存取周期，即堆垛机完成一项作业后，高架仓库中货物存取周期，即堆垛机完成一项作业后，再回到原地所需要的时间。再回到原地所需要的时间。货物的存取作业是仓储工作中很重要的一环，此时间的长短决定了仓库的出入库频率，是评价仓储作业效率和仓储系统的一项很重要的参数。存取作业周期的长短，不仅与堆垛机的行走、起升和货叉伸缩的时间有关，还与货种、货架的长度和高度、控制信号的获取与转换时间、库内的物流是否流畅等有关。1高架仓库的作业方式 存取作业有两种基本方式，即单一作业方式和复合作业方式。单一作业方式即堆垛机从巷道口出入库台，取一个单元货物送到选定的货位，然后返回巷道口的出入库台(单入库)；或者从巷道口出发到某一给定货位取出一个单元货物送到出入库台(单出库)。复合作业方式即堆垛机从出入库台取一件单元货物送到选定的货位，然后直接转移到另一个给定货位，取出其中的货物单元，再回到出入库台出库。为了提高作业效率，应尽量采用复合作业方式。2.堆垛机作业周期计算参数设货架的高为H，巷道长为L，堆垛机水平速度为vx，升降速度为vz。当堆垛机的走行机构和升降机构同时以速度vx和vz运行，经过一段时间，载货台运行到货架上的某一货位(x，z)堆垛机作业周期计算参数因两机构的运行时间相等，则存在下列关系：定义货架参数wW为货架高长比除以堆垛机升降水平速度比根据堆根据堆垛机的速度，机的速度，调整整货架的架的长度与高度，可使得度与高度，可使得w=1w=1，图6-18堆垛机的复合运动图7-18表示了堆垛机行走机构和升降机构复合动作复合动作，完成单作业和复合作业的情况。图7-18(a)中，堆垛机必须在第1点，在停止x方向的运动的同时，继续沿z方向运动才能到达指定的货位；进货完成返程时，在第3点，停止x方向的运动，由升降机构动作回到出发点O O。由此，可算出堆垛机在z方向运行距离为 lz 时，所需时间 tz图7-19等时线图7-18(b)可算出堆垛机在x方向运行距离为lx时，所需的时间tx。如图7-19中，线线段段OB左左上上的的各各个个货货位位,只要在垂直方向行走的距离为lz ，所需的时间均为tz，如图中AB线线段段上上的的各各个个货货位位（与x方向行走的距离无关）。线线段段OB右右下下的的各各个个货货位位,只要在水平方向行走的距离为lx，作作业业的的时时间间均均是是tx对对于于BC线线上上各各货货位位即即是是如如此此。在交点B处，tz=tx，所以，我们把线A-B-C称为等时线，即在这两条线上的各货位作业时间相同。lxO堆垛机作业周期的计算除了要考虑堆垛机行走和载荷台的升降时间外，还应考虑货叉的升缩作业时间。货叉伸缩的作业时间包括货叉伸出时间和货叉缩回时间，还要考虑货叉与托盘对位所需要的微动时间。在单作业时，货叉伸、缩各一次；双作业时，货叉要伸、缩各两次。3.计算平均作业周期的方法(1)总体平均法1）假设80%的作业是复合作业方式，20%是单作业方式。2）摒弃运行距离特别近和特别远的两种极端情况，取货架长度和高度的20%和80%之间的范围作为经常运行的范围。3)取四个复合作业和一个单作业为一组进行验算。它们的货格位置和运行路线如图6-20所示。4)分别计算各次作业周期、。5)按下式计算一次入库和出库的平均作业周期：(7-3)由此，可计算每小时平均入库或者出库货物单元数为：(7-4)式中：以秒计的平均作业周期。(2)分解平均法分解平均法计算平均单作业周期单作业周期单作业周期是指堆垛机完成一次单入库或单出库作业所需要的时间ts，参看图7-21。ts=t0+2ty+2MAX(tx;tz)式中,t0固定时间,如控制信号的获取与转换时间等(常数);ty货叉作业的伸、缩时间（常数）；MAX（tx；tz）堆垛机行走时间tx和载货台升降时间tz中的最大值。平均单作业周期由于对不同货物作业时，堆垛机行走时间tx和载货台升降时间tz均不一样，是随机数。而to和ty为常数，平均单作业周期取决于t l的数学期望：E（t l）=l，ipi式中,pi堆垛机到任何一个货位拣取货物的概率。由于堆垛机拣取货位上的货物是一个等概率事件，所以pi=常数式中,m 货位总数，m=。其中，F=LH(货架面积)；F=xz(货位面积)。令t l=MAX（tx；tz）,综合上两式可得：E（t l）=（7-8）式中，tl，i是比较堆垛机到第i个货位取货的时间tx和tz中后，所取的最大值，是单作业中堆垛机取货（或放货）运动所需时间的一半。图7-21堆垛机单作业周期的时间组成(a)堆垛机行走时间；(b)载荷台升降时间；(c)货叉作业时间1堆垛机开始处于准备状态，运行速度为零；2堆垛机加速启动；3堆垛机以额定速度运行；4堆垛机减速；5堆垛机慢行对位；6堆垛机停止；ty货货叉叉取取(存存)货货所所需需时时间间；tEP堆堆垛垛机机带带货货运运行行到到指指定定货货物物所所需时间；需时间；tPE堆垛机空载运行回到出入库台所需时间堆垛机空载运行回到出入库台所需时间另外，由于行走机构和载货台启动、制动和正常运行，三个阶段的速度不同，行走机构速度v1、载货台速度v2也是时间t的函数，为考虑问题简单，将启动阶段和制动阶段的速度线性化，v1=a1t，v2=a2（t1t），并将启动加速度与制动时的加速度取为一样，即令图7-22中的a1=a2=a=（6-10）图7-22堆垛机走行、升降速度与时间的关系则在时间t l阶段，堆垛机所走路程为l=vt1-可得t 1=（当l 时)（7-11）式中v=vmax=常数，a也为常数，则即为启制动阶段所需时间，是对作出的修正。当l 时，图6-22中的0，1，2，3组成一个以0，1/，2/为顶点的三角形，在这种情况下l=a ，所需要的时间为t 1=由于式（7-11）所给出的t 1要比上式算出t 1的要大，所以应该采用式（7-11）所给出的t 1计算平均单作业周期的数学期望。由式（7-8）和式（7-11）得E（t l）=（7-13）当m 时，则平均单作业周期的数学期望为E（t l）=当时，E（t l）=（7-15当时，E（t l）=（7-16特殊情况下，即当w=1时，由式（6-15）或式（6-16）可得：E（t l）=(7-17)（堆垛机运行时间一半）当w=1时，由w定义式可得，也是堆垛机作业循环中，启制动时间的一半。将式（7-17）与式（7-11）做一比较，则有即（7-20）由式（7-18）可得到（7-21）（7-22）E（t s）=t 0+2ty+2E（t 1）当w=1时，E（t s）=t 0+2ty+图7-23单作业周期计算的等效货位式（7-20）和式（7-22）表明，当w=1时，堆垛机作业的起点都在坐标原点时，货架上的所有货位都可等效到图7-23所示的对角线上的位置，即，。故平均单作业周期为(3)平均复合作业周期复合作业周期是指堆垛机从出入库台取一件单元货物送到选定的货位，然后直接转移到另一个给定货位，取出其中的货物单元，再回到出入库台所需的时间。也即从图7-18(c)中所示的P P点存放一件货物，再到P P/点取出一件货物，最后回到出发点所需时间t s。t s=t 0+4t y+t OP+tPP+tPO式中,t 0 固定时间，如控制信号的获取与转换时间等（常数）；t y 货叉作业的伸、缩时间（常数）；t OP 从O O点到P P点的最大时间；tPP 从P P点到PP点的最大时间；tPO 从PP点到O O点的最大时间。图7-24堆垛机复合作业周期的时间组成平均复合作业周期即t ts 的数学期望值为E（t s）=t 0+4t y+E（t OP）+E（tPP）+E（tPO）（7-26）因P P点或PP点可以是货架上的任何一个货位，若货架上的货位总数为m，则有 E E（tOP）=（7-27）E E（tPO）=（7-28）其中的tl，i和tl，j已由式（7-17）中求出。还必须求出堆垛机从P P点到PP点所需时间的数学期望值E(tPP)。根据等概率分布，从P P点到PP点的概率pij=（ij）。由式（7-6）可得E(tPP)=E(t 1)ij=（7-30）由P P点到PP点的时间，根据式（6-11）可推得t x，x=（7-30）t z，z=（7-31）当m ，时E（t 1）ij=（7-32）当 w=1时，E（t 1）ij=+（7-33）由式（7-17）（7-26）和式（7-33）可得E（t s）=t 0+4t y+（7-34）和式（7-17）的几何分析过程一样，式（7-34）说明了复合作业的等效点与单作业等效点的关系。即 （7-35）（7-36）图7-25复合作业的等效点 两者之间的关系如图7-25所示，P P点和PP点的坐标分别为：P，P P 。(4)出发点不同时的平均复合作业周期前面介绍的两种平均作业周期的算法都是基于堆垛机的出发点和终点均在货架的左下角。但有时情况也不尽如此。图7-26所示就是其中的一种。以图中的出发点E E/A A为顶点，可得四个象限、，堆垛机在这四个象限作业的平均作业周期，也可仿前面介绍的方法进行。对这些周期加权，可得出相应的平均作业周期。4.计算机仿真存存哪哪些些物物资资、存存量量多多少少、什什么么情情况况下下应应补补充充存存量量等一类复杂问题，用计算机仿真会得到比较符合实际情况的结果。自动化仓库的仿真是确定操作能力的好方法，它能提出设计建议和完成系统任务的设计参数。仿真的输入是系统设计和用户要求的所看货位和相应的任务，仿真模型计算以单作业或复合作业完成这些任务所需的时间，输出单位时间(如：1h)完成的作业任务次数，并模拟作业情况。仿真模型还能适应日产量的变化，依据历史的统计规律确定某些物资库存最低点和经济订货批量以满足客户需求。当需求变化时，计算机仿真方法可以随时进行再评估，以保证在一定阶段内物流成本最低，总效益最好。