密集型自动化立体仓储系统

来源:用户上传      作者: 宋志兰 冉文学

　　摘要：本文探讨了尚未研发但非常适用于储存型仓库的遥控有轨车式自动仓储密集库系统的系统组成、运作工艺流程、主要组成设备及关键技术等，目的是帮助物流系统规划设计人员或仓库用户在进行储存型仓储系统规划、设计、建设时多提供一些思路和方案选择。
　　关键词：密集型、自动化立体仓储
　　
　　自动化立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的出入库能力，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，在汽车、化工、电子、烟草等行业的应用逐年增长。从1978～2005年，我国已建成约1000座自动化立体仓库，并以年均50座的数量增长。随着经济持续快速发展、土地政策的收紧、用工成本上升，以及自动化仓储技术的完善和物流装备价格相对降低，预计到2010年，年均增长将达到140座。
　　未来几年，自动化立体仓储系统的技术发展趋势之一表现为高速度、高效率、高密度。本文针对储存型仓储系统，研究设计一种密集型自动化立体仓库，给物流系统规划设计人员和用户提供一些思路和方案选择。
　　
　　在用密集型自动化立体仓库的结构特点
　　
　　目前，密集型仓储系统在我国大多集中在烟草行业，大类可分为件烟单元自动化仓储模式和托盘单元卷烟自动化仓储模式。本文首先分析烟草行业各种密集型仓储系统的特点，并在现有技术和应用的基础上提出一种新型的密集型仓储模式。
　　
　　(一)件烟单元自动化仓储模式
　　件烟单元自动化仓储的实现模式有件烟自动化立体库和件烟自动化密集仓库两种。特点是出入库简单，件烟直接通过输送系统后就可以实现出入库，效率高，减少物料的堆码和拆码次数，货损减少；缺点是空间利用率低、存量不大，若与托盘库配合，既可以扩大仓库的存储容量，又可以利用件烟库解决发货补零的问题。
　　①件烟单元巷道堆垛机自动化立体仓库
　　件烟单元巷道堆垛机自动化立体仓库(图1)由梳式立体货架和与之配套的梳式巷道堆垛机及出入库站台组成，比较适合于规模较大、货物分拣量较大的卷烟配送中心，目前在国内省级卷烟配送物流中心已有多个应用案例，并取得了较好的应用效果，如青岛市烟草公司卷烟配送中心、白沙物流配送中心等。
　　
　　②件烟自动化密集仓库
　　件烟单元自动化密集立体仓库(图2)由一台自带控制系统的立体仓库组成，其工作原理是单件卷烟从输送线上过来，当下一环节出现问题不能满足上一环节的流量要求时，为了保证生产线的正常运行，上位计算机调度系统给该设备的控制系统下达一个缓存物料的指令，该设备的输送部分启动其积放功能，将物料逐个密集地储存在这个输送机上，当积满一条输送机后，采用连续升降输送机的机构，拉动这条输送机连同其上的物料，使其离开原输送位，另一台输送机补充其位，继续物料缓存，如此反复直到存满或解除缓存命令。该过程的逆过程可以将物料逐个释放。件烟自动化密集仓库在红河卷烟厂得到应用，主要用于成品卷烟发货时的件烟数量补零，以及拆、码垛时零散件烟的缓存。
　　
　　③重力式货架密集储存
　　重力式货架密集储存(图3)主要用于卷烟配送中心分拣作业前的补货。其工作原理为：箱式物料由货架后端人丁或装备加入补料，物料靠自身重量滑到货架分拣端(前端)，分拣人员拣取物料。拣完一箱后取走空箱，后面的实箱依次下滑到前端。
　　
　　
　　(二)托盘单元自动化仓储模式
　　托盘单元自动化仓储有两类三种模式。在这种仓储模式中，托盘码盘模式的抉择需要综合考虑。托盘单元在自动化物流系统中进行常规输送或搬运时，24件／托盘和28件／托盘的垛型稳定性可以满足输送要求，而30件／托盘的垛型稳定性不能满足输送要求，需要在托盘单元表面进行裹膜或捆扎以加固垛型，此时，28件／托盘的存储效率最大；如果存在大批量的整托盘发运，无论采用哪种垛型都需要进行裹膜或捆扎，选用30件／托盘的存储效率最大。
　　①托盘单元巷道堆垛机自动化立体仓库
　　托盘单元自动化立体仓库有多种形式，但目前的主流形式主要是单伸形式(图4)和双伸形式(图5)。
　　在技改浪潮的推动下，各烟草工业集团已在其烟叶配方、辅料及成品等工艺环节应用了先进的物料仓储系统，但由于各系统与卷烟生产线均有工艺及设备硬件接口，所以大多采用了单伸位仓储模式。
　　②托盘单元AGV自动仓储密集库
　　这种仓储模式由AGV小车与驶入式货架组成(图6)。
　　其工作原理为：当系统需要存储物料时，物流管理调度系统下达入库指令给AGV调度子系统，并分配货位，AGV调度子系统根据AGV小车的工作状态分配入库任务给某一合指定的AGV小车，AGV小车按指令将货物存储到指定货位。
　　这种仓储系统在红河卷烟厂得到验证，可用于层数不高(最多三层)、仓睹量不太大的场合。
　　
　　遥控有轨车式自动仓储密集库系统
　　
　　遥控有轨车式自动仓储密集库是目前尚未研制和使用的一种新型仓储系统，是本文研究的重点。
　　
　　(一)系统组成及工艺布局
　　该系统由多层轨道立体货架、巷道堆垛机或AGV、自动输送系统、遥控有轨自动车、条码自动识别系统、上位计算机管理调度系统、自动控制系统、人工处理接口站台、智能快速自动充电系统等组成(图7)，对于多层轨道立体货架层数不高(一般不超过3层)也可用AGV替代堆垛机。
　　
　　(二)工艺流程设计
　　物料用人工堆码或机器入堆码成实托盘和空托盘组。空托盘在进入系统时就预先在指定的位置贴上二维条码。入库物料按类型和批次进行，且在实托盘入库前先将该物料信息存入计算机管理系统。
　　①物料入库工艺流程
　　(1)物料输送到与立体仓库接口的站台
　　实托盘由叉车或其他自动设施搬运至实托盘入口站台，经条码识别和外形尺寸检测合格后入库；如有一项不合格，则由自动输送系统送至人工处理站台，人工将物料的相关信息录入计算机管理系统，并对实托盘的外形进行整理合格后，输送到入库站台等待入库。
　　(2)物料存入立体仓库
　　遥控有轨自动车在立体仓库指定的位置点待命，上位控制计算机系统同时给遥控有轨自动车和堆垛机(或AGV等)发出入库命令，遥控有轨自动车收到命令后，自动沿轨道行驶到入库储道的第一个货位，或者在其他装备(如堆垛机、AGV等)的协作下到达入库储道的第一个货位。堆垛机(或AGV等)到入库站台将实托盘放到入库储道的第一个货位的遥控有轨自动车上。遥控有轨自动车的自动取货装置向上升起，托起货物，沿轨道运行，自动识别到合适的停放点，取货装置降下，停放好货物，然后再回到入库储道的第一个货位，接收新指令。当该储道的入库量达到指定要求后，遥控有轨自动车将自动行驶回待命点，或进入新的储道进行作业。图8为遥控有轨自动车在立体仓库中作业的示意图。
　　某列某层所对应的巷道端头，有机械挡

块，遥控有轨自动车所存储的物料单元从里至外，一个个地密集排列。当储量达到入库储道满储时的n-1个货位时，上位计算机系统将遥控有轨自动车调离该巷道，再配合堆垛机(或AGV等)存入该储道的最后一个物料单元。这种存储方式就是高密度密集存储方式。
　　②物料出库工艺流程
　　(1)物料从立体仓库取出
　　当某一储道的物料需要出库时，如果遥控有轨自动车已经位于该出库储道的第一个货位待命，则可直接进行出库作业，否则上位控制计算机系统将首先调用堆垛机(或AGV等)将该出库储道所对应的第一个货位的物料取出，为遥控有轨自动车让出作业工位。
　　遥控有轨自动车识别到货物的停放点届，自动取货装置向上升起，托起货物，然后回到出库储道的第一个货位，由堆垛机(或AGV等)协作取走货物，送到立体仓库与出库区接口的出库站台上。
　　(2)物料从出库区接口出库站台输出
　　送到出库站台上的物料单元，由输送系统送至出库区与人工操作接口的站台，再由叉车或其他装置送离该密集仓储系统。
　　③空托盘处理
　　(1)空托盘入库
　　物料单元离开密集仓储系统后送达指定位，将托盘上的货物取走使用，剩余的空托盘由叉车取走，送到空托盘对正机构，码垛成6个／组的物料单元。堆码好的空托盘组在物料出入库的间隙，由叉车送到实托盘的入库站台。
　　(2)空托盘出库
　　当有物料入库任务时，空托盘组从密集仓储系统调出，由输送系统送至出库区与人工操作接口的站台后，由人工叉车或其他设施协作取下，供入库货物堆码使用。
　　④散件处理
　　发货后产生的不满托盘，重新整理由上位计算机系统作确认处理后入库。散托盘的出、入库流程和实托盘的出、入库流程相同，但受上位计算机严密监视，以防出错。
　　
　　涉及的关键技术与设备
　　
　　(一)遥控有轨自动车
　　遥控有轨自动车与堆垛机配合将物料进行穿梭运输，实现将物料送到或搬出所在列、层的货位；遥控有轨自动车与密集堆放式货架配合使用，充分利用了空间，尤其适用于储存型的仓库。
　　
　　(二)遥控有轨自动车的动力处理
　　遥控有轨自动车以电池为动力。电池有可交换的铅酸蓄电池组和快速超高倍率镉镍碱性蓄电池组。如果是铅酸蓄电池组，电池容量不足时，能提前自动向调度中心报告，请求更换电池，当被派往充电位置停车后，人工或自动更换电池组后，自行运行。如果是快速超高倍率镉镍碱性蓄电池组，电池容量不足时，能提前自动向调度中心报告，请求充电，当被派往充电位置停车后，自动快速充电，达到电池规定容量后自动脱离，计算机系统调度自动投入运行。
　　
　　(三)多层轨道货架立体仓库
　　采用多货位密集堆放货架，货架本身又是遥控有轨自动车的运行轨道，一个货架储道可以密集存储多个托盘。这种货架成组构成，可以单方向建，也可以左右双方向建，因为遥控有轨自动车=可以双向行驶，同时也可满足堆垛机、AGV的左右自动取货功能。图9是配置使用堆垛机的高层自动化立体密集仓储系统立库示例。
　　
　　(四)堆垛机(或AGV)
　　堆垛机是自动化立体仓库存取物料的主要设备，把物料单元从出入库站台送到货架上，或从货架上取出送到出库站台。AGV的作用和巷道堆垛机的作用相同。
　　
　　(五)条码识别器
　　条码识别器可阅读和识别物料和物料单元的条形码，并将阅读信息上报管理计算机。
　　
　　(六)输送系统
　　该仓储系统中的主要输送设备有链式输送机、升降输送机、升降台。通过这些输送设备将物料单元输送到堆垛机出入库站台，反之把物料单元从堆垛机出入库站台输送到物料出库区。此外，它还完成空托盘组、空托盘出、入库的物料输送工作。
　　
　　(七)自动控制系统
　　自动控制系统对巷道堆垛机、输送机系统、遥控有轨自动车等设备的入库、出库、搬运、检测等各种作业进行自动控制和统一管理调度。
　　
　　(八)计算机管理系统
　　计算机管理系统包括物流管理、调度和物流控制几个方面，也就是融实际控制与事务管理、调度为一体，形成实时的物料流，实现迅速、准确、及时、高效的功能。
　　高层自动化立体密集仓储物流系统是一种仓储理论的新概念、新技术。其理论切入点就是在精益生产理论的前提下，充分利用土地资源及仓储空间，实现单位空间、单位成本仓储物料的最大化。

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