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基本介紹
自動化立體倉庫自動化立體倉庫
倉庫的產生和發展是第二次世界大戰之後生產和技術發展的結果。50年代初,美國出現了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫;50年代末60年代初出現了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫;1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控製技術,建立了第一座計算機控製的立體倉庫。此後,自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發展,並形成了專門的學科。60年代中期,日本開始興建立體倉庫,並且發展速度越來越快,成為當今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。
對立體倉庫及其物料搬運設備的研製開始並不晚,1963年研製成第一台橋式堆垛起重機,1973年開始研製中國第一座由計算機控製的自動化立體倉庫(高15米),該庫1980年投入運行。到2003年為止,中國自動化立體倉庫數量已超過200座。立體倉庫由於具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計算機進行控製管理而利於企業實施現代化管理等特點,已成為企業物流和生產管理不可缺少的倉儲技術,越來越受到企業的重視。
自動化立體倉庫(AS/RS)是由立體貨架、有軌巷道堆垛機、出入庫托盤輸送機係統、尺寸檢測條碼閱讀係統、通訊係統、自動控製係統、計算機監控係統、計算機管理係統以及其他如電線電纜橋架配電櫃、托盤、調節平台、鋼結構平台等輔助設備組成的複雜的自動化係統。運用一流的集成化物流理念,采用先進的控製、總線、通訊和信息技術,通過以上設備的協調動作進行出入庫作業。

分類

建築物

按建築形式可分為整體式和分離式兩種。
(1)整體式:是指貨架除了存儲貨物以外,還作為建築物的支撐結構,構成建築物的一部分,即庫房貨架一體化結構,一般整體式高度在12米以上。這種倉庫結構重量輕,整體性好,抗震好。
(2)分離式:分離式中存貨物的貨架在建築物內部獨立存在。分離式高度在12米以下,但也有15米至20米的。適用於利用原有建築物作庫房,或在廠房和倉庫內單建一個高貨架的場所。

貨物存

按照貨物存取形式分為單元貨架式、移動貨架式和揀選貨架式。
(1)單元貨架式:單元貨架式是常見的倉庫形式。貨物先放在托盤或集裝箱內,再裝入單元貨架的貨位上。
(2)移動貨架式:移動貨架式由電動貨架組成,貨架可以在軌道上行走,由控製裝置控製貨架合攏和分離。作業時貨架分開,在巷道中可進行作業;不作業時可將貨架合攏,隻留一條作業巷道,從而提高空間的利用率。
(3)揀選貨架式:揀選貨架式中分揀機構是其核心部分,分為巷道內分揀和巷道外分揀兩種方式。“人到貨前揀選”是揀選人員乘揀選式堆垛機到貨格前,從貨格中揀選所需數量的貨物出庫。“貨到人處揀選”是將存有所需貨物的托盤或貨箱由堆垛機至揀選區,揀選人員按提貨單的要求揀出所需貨物,再將剩餘的貨物送回原地。

貨架構造

可分為單元貨格式、貫通式、水平旋轉式和垂直旋轉式。
(1)單元貨格式倉庫:類似單元貨架式,巷道占去了三分之一左右的麵積。
(2)貫通式:為了提高倉庫利用率,可以取消位於各排貨架之間的巷道,將個體貨架合並在一起,使每一層、同一列的貨物互相貫通,形成能一次存放多貨物單元的通道,而在另一端由出庫起重機取貨,成為貫通式倉庫。根據貨物單元在通道內的移動方式,貫通式倉庫又可分為重力式貨架倉庫和穿梭小車式貨架倉庫。重力式貨架倉庫每個存貨通道隻能存放同一種貨物,所以它適用於貨物品種不太多而數量又相對較大的倉庫。梭式小車可以由起重機從一個存貨通道搬運到另一通道。
(3)水平旋轉式倉庫的貨架:這類倉庫本身可以在水平麵內沿環形路線來回運行。每組貨架由若幹獨立的貨櫃組成,用一台鏈式傳送機將這些貨櫃串連起來。每個貨櫃下方有支撐滾輪,上部有導向滾輪。傳送機運轉時,貨櫃便相應運動。需要提取某種貨物時,隻需在操作台上給予出庫指令。當裝有所需貨物的貨櫃轉到出貨口時,貨架停止運轉。這種貨架對於小件物品的揀選作業十分合適。它簡便實用,充分利用空間,適用於作業頻率要求不太高的場合。
(4)垂直旋轉貨架式倉庫:與水平旋轉貨架式倉庫相似,隻是把水平麵內的旋轉改為垂直麵內的旋轉。這種貨架特別適用於存放長卷狀貨物,如地毯、地板革、膠片卷、電纜卷等

技術性能

設計

每個自動化立體倉庫的設計都分幾個主要的階段,每個階段都有其要達到的目標。
(一)設計前的準備工作
1.要了解建庫的現場條件,包括氣象、地形、地質條件、地麵承載能力、風及雪載荷、地震情況以及其他環境的影響。
2.在自動化立體倉庫的總體設計中,機械、結構、電氣、土建等多專業相互交叉、相互製約,這就要求第三方物流企業在進行設計時必須考慮到各專業的需要。例如,機械的運動精度要根據結構製作的精度和土建的沉降精度而選定。
3.要製定出第三方物流企業對倉儲係統的投資、人員配置等計劃,以此來確定倉儲係統的規模和機械化、自動化的程度。
4.要對與第三方物流企業倉儲係統有關的其他方麵的條件進行調查了解,例如,貨物的來源,連結庫場的交通情況,貨物的包裝,搬運貨物的方法,貨物的最終去向和運輸工具等等。
(二)庫場的選擇與規劃
庫場的選擇和布置對於倉儲係統的基建投資、物流費用勞動條件等都有重要的意義。考慮到城市規劃、第三方物流企業的整體運作,自動化立體倉庫最好選在靠近港口、碼頭、貨運站等交通樞紐,或靠近生產地或原材料產地,或靠近主要的銷售市場,這樣可以大大地降低第三方物流企業的費用。庫場地址是否合理對於環境保護、城市規劃等也有一定的影響。例如,選擇在受到交通限製的商業區建立自動化立體倉庫,一方麵與繁華的商業環境不協調,另一方麵要花高價購買地皮。最重要的是,由於受到交通限製,隻能每天半夜來運送貨物,這顯然是極不合理的。
(三)確定倉庫形式、作業方式和機械設備參數
倉庫的形式需要在調查入庫貨物品種的基礎上確定。一般都采用單元貨格式倉庫,如果存儲的貨物品種單一或很少,而且貨物批量較大,可以采用重力式貨架或者其他形式的貫通式倉庫。根據出入庫的工藝要求(整單元或零散出入庫)來決定是否需要堆垛揀選作業,如果需要揀選作業,再確定揀選作業的方式。
在自動化立體倉庫中還有一種作業方式常被采用,這就是所謂的"自由貨位"方式,即貨物可以就近入庫,特別是對於出入庫頻繁和超長、超重的貨物,應當盡量在到貨和發貨的地點附近作業,這樣做不但可以縮短出入庫時間,還節省了搬運費用。
自動化立體倉庫所使用的機械設備有很多種,一般都包括巷道堆垛機、連續輸送機、高層貨架,自動化程度高的還有自動導向車。在進行倉庫的總體設計時,要根據倉庫的規模、貨物的品種、出入庫頻率等選擇最適合的機械設備,並確定這些設備的主要參數。
(四)確定貨物單元形式及規格
由於自動化立體倉庫的前提是單元化的搬運,所以確定貨物單元的形式、尺寸和重量是一個非常重要的問題。它會影響到第三方物流企業對倉庫的投資,而且會影響到整個倉儲係統的配備、設施等問題。因此,為了合理確定貨物單元的形式、尺寸和重量,應根據調查和統計的結果,列出所有可能的貨物單元形式和規格,並做出合理的選擇。對於那些形狀和尺寸比較特殊或者很重的貨物,可以單獨處理。
(五)確定庫容量(包括緩存區)
庫容量是指在同一時間倉庫可容納的貨物單元數,這對自動化立體倉庫來說是一個非常重要的參數。由於在庫存周期會受到許多預料之外因素的影響,因此庫存量的波峰值有時會大大超出自動化立體倉庫的實際庫容量。除此之外,有的自動化立體倉庫僅僅考慮了貨架區的容量,而忽視了緩存區的麵積,結果造成緩存區的麵積不足,使得貨架區的貨物出不來,庫房外的貨物進不去。
(六)庫房麵積與其他麵積的分配
由於總麵積是一定的,而許多第三方物流企業在建造自動化立體倉庫時隻重視辦公、實驗(包括研發)的麵積,卻忽視了庫房麵積,因此造成了這種局麵,即為了滿足庫容量的需要,隻好通過向空間發展來達到要求。但是貨架越高,機械設備的采購成本和運行成本也就越高。除此之外,由於自動化立體倉庫內最優的物流路線是直線形的,但在倉庫設計時往往會受到平麵麵積的限製,造成本身物流路線的迂回(往往是s形,甚至是網狀),這會增加許多不必要的投入和麻煩。
(七)人員與設備的匹配
不管自動化立體倉庫的自動化程度有多高,具體運作時仍需要一定的人工勞動,因此工作人員的數量要合適。人員不足會降低倉庫的效率,太多又會造成浪費。自動化立體倉庫采用了大量先進的設備,因此對人員的素質要求比較高,人員素質跟不上,同樣會降低倉庫的吞吐能力。第三方物流企業需要招聘專門的人才,並對其進行專門的培訓。
(八)係統數據的傳輸
由於數據傳輸路徑不通暢或數據冗餘等原因,會造成係統數據傳輸速度慢,甚至無法傳輸的現象,因此要考慮自動化立體倉庫內部以及與第三方物流企業上下級管理係統間的信息傳遞的問題。
(九)整體運作能力
自動化立體倉庫的上遊、下遊及其內部各子係統的協調,有一個木桶效應的問題,即最短的那一塊木板決定了木桶的容量。有的倉庫采用了很多的高科技產品,各種設施設備也非常齊全,但是由於各子係統間協調性、兼容性不好,造成整體運作能力比預期差很多。

控製係統

技術先進,采用現場控製總線直接通訊的方式,真正做到計算機隻監不控,所有的決策、作業調度和現場信息等均由堆垛機、出入庫輸送機等現場設備通過相互間的通訊來協調完成。
● 每個貨位的托盤號分別記錄在堆垛機和計算機的數據庫裏,管理員可利用對比功能來比較計算機的記錄和堆垛機裏的記錄,並進行修改,修改可自動完成和手動完成。
● 係統軟、硬件功能齊全,用戶界麵清晰,便於操作維護。
● 堆垛機有自動召回原點的功能,即無論任何情況,隻要貨叉居中且水平運行正常時,可按照下達的命令自動返回原點。這意味著操作人員和維護人員可以盡量不進入巷道。
●智能的控製係統,可以實現真正的自動盤庫功能,避免了以往繁重的人工盤庫工作,減輕了倉庫管理人員的工作強度,同時保證了出庫作業的出錯率為零。

監控管理係統

監控管理係統包括數據管理、入庫管理、出庫管理、查詢、報表、單據與盤庫、報警、監控與動畫等模塊

應用領域

自動化立體庫在中國應用非常廣泛。概述如下:

工業生產領域:

1 醫藥生產:醫藥生產是最早應用自動化立體庫的領域之一,1993年廣州羊城製藥廠建成了中國最早的醫藥生產用自動化立體庫。此後,吉林敖東、東北製藥、揚子江製藥、石家莊製藥、上藥集團等數十個企業成功應用自動化立體庫。
2 汽車製造:中國最早應用應用自動化立體庫的領域之一。中國二汽是最早應用自動化立體庫的單位。目前中國主要汽車製造企業幾乎無一例外的應用自動化立體庫。
3 機械製造:是廣泛應用自動化立體庫的領域之一。如三一重工等。
4 電子製造:聯想等電子領域在2000年後開始采用自動化立體庫係統。
5 煙草製造業:中國采用自動化立體庫最普遍的行業。而且大量采用進口設備。典型的如紅河、長沙等。

物流領域:

1 煙草配送:廣泛采用自動化立體庫係統。
2 醫藥配送:為了響應GSP認證,大量的自動化立體庫被應用到全國醫藥流通領域。如國藥、上藥等。
3 機場貨運:較早采用自動化立體庫的領域。各主要機場均采用立體庫係統,用於行李處理。
4 地鐵:隨著中國地鐵建設的蓬勃興起,自動化立體庫應用大麵積展開。

商品製造領域:

1 服裝:服裝領域應用自動化立體庫是最近幾年的事情。
2 酒:如洋河、牛欄山等
3 牛奶:蒙牛、伊利等企業有應用。
4 化工:最早應用自動化立體庫的行業之一。
5 印刷、出版、圖書:也是廣泛應用的行業之一。

軍事應用:

應用自動化立體庫最普遍的領域之一。後勤、裝備等尤為普遍。

其他:

此外還有很多領域應用了自動化立體庫。如岩芯庫、輪胎庫、教學庫等。限於篇幅,不一一例舉。

供貨方式

項目總承包(設計、製造、安裝、調試、服務)或控製及管理係統分承包。

組成部分

1、貨架:用於存儲貨物的鋼結構。主要有焊接式貨架和組合式貨架兩種基本形式。
2、托盤(貨箱):用於承載貨物的器具,亦稱工位器具。
3、巷道堆垛機:用於自動存取貨物的設備。按結構形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式;按服務方式分為直道、彎道和轉移車三種基本形式。
4、輸送機係統:立體庫的主要外圍設備,負責將貨物運送到堆垛機或從堆垛機將貨物移走。輸送機種類非常多,常見的有輥道輸送機,鏈條輸送機,升降台,分配車,提升機,皮帶機等。
5、AGV係統:即自動導向小車。根據其導向方式分為感應式導向小車和激光導向小車。
6、自動控製係統:驅動自動化立體庫係統各設備的自動控製係統。以采用現場總線方式為控製模式為主。
7、儲存信息管理係統:亦稱中央計算機管理係統。是全自動化立體庫係統的核心。典型的自動化立體庫係統均采用大型的數據庫係統(如ORACLE,SYBASE等)構築典型的客戶機/服務器體係,可以與其他係統(如ERP係統等)聯網或集成。

優越性能

自動化立體倉庫其優越性是多方麵的,對於企業來說,可從以下幾個方麵得到體現:
1 、提高空間利用率
早期立體倉庫的構想,其基本出發點就是提高空間利用率,充分節約有限且寶貴的土地。在西方有些發達國家,提高空間利用率的觀點已有更廣泛深刻的含義,節約土地,已與節約能源、環境保護等更多的方麵聯係起來。有些甚至把空間的利用率作為係統合理性和先進性考核的重要指標來對待。
立體庫的空間利用率與其規劃緊密相連。一般來說,自動化高架倉庫其空間利用率為普通平庫的2-5倍。這是相當可觀的。
2、 便於形成先進的物流係統,提高企業生產管理水平
傳統倉庫隻是貨物儲存的場所,保存貨物是其唯一的功能,是一種“靜態儲存”。自動化立體倉庫采用先進的自動化物料搬運設備,不僅能使貨物在倉庫內按需要自動存取,而且可以與倉庫以外的生產環節進行有機的連接,並通過計算機管理係統和自動化物料搬運設備使倉庫成為企業生產物流中的一個重要環節。企業外購件和自製生產件進入自動化倉庫儲存是整個生產的一個環節,短時儲存是為了在指定的時間自動輸出到下一道工序進行生產,從而形成一個自動化的物流係統,這是一種“動態儲存”,也是當今自動化倉庫發展的一個明顯的技術趨勢。
以上所述的物流係統又是整個企業生產管理大係統(從訂貨、必要的設計和規劃、計劃編製和生產安排、製造、裝配、試驗、發運等)的一個子係統,建立物流係統與企業大係統間的實時連接,是自動化高架倉庫發展的另一個明顯的技術趨勢。
自動化立體倉庫在中國較少的原因:
1980年,中國第一座自行研製的自動化立體倉庫開始投產以來,在汽車、化工、電子、煙草等行業的應用逐年增長。

發展現狀

在人力資本高企的今天,降低企業的各項成本,實現自動化管理成為企業研究的一個重要戰略課題。對於製造業來說,物流成本在其成本中比重是相當大的,統計數據顯示,物流費用通常占製造成本50%以上的比例,因此,物料與倉儲管理以及成本控製已經成為影響產品市場競爭力的關鍵,與企業的效益密不可分。
由於自動化立體倉庫的作業效率及自動化的技術水平可以使得企業物流效率大幅提升,立體庫的基本技術也日益成熟,因此越來越多的企業開始采用自動化立體倉庫。很多企業不僅建設中大型的立體庫,也根據需要建設了很多中小型自動化立體庫。
2012年是中國自動化立體庫得到較快發展的一年。2012年初,由於眾多物流係統工程項目的紛紛開工,自動化立體庫項目建設市場一片繁榮,據不完全統計,2012年建設的具有較大規模的立體倉庫在建項目有130多座,截至2012年12月,全國自動化立體庫保有量超過1200座。
隨著國家經濟的持續向好和對自動化立體倉庫需求較高的煙草、醫藥、機械等行業的持續快速增長,未來自動化立體倉庫麵臨著較大的市場需求。以醫藥行業為例,據國家統計局數據顯示,截至2012年,中國工業總產值在2000萬以上的企業數量為6075家,以10%的需求量計算,醫藥行業對自動化立體倉庫的需求量就有607套,而保有量不足200套,市場前景可觀。

倉庫設計

隨著經濟全球化步伐的加快,物流供應鏈中蘊藏的巨大潛力越來越引起人們的注意。而物流中心則是物流供應鏈中重要的樞紐之一。它是接受並處理下遊用戶的訂貨信息,對上遊供應方的大批量貨物進行集中儲存、加工等作業,並向下遊進行批量轉運的設施和機構。而實現這些功能的直接執行機構包括:
(1) 自動倉儲設備(自動化立體倉庫)
(2) 其它貨架(平麵托盤貨架與流動貨架等)
(3) 各種輸送機(輥道輸送機、鏈條輸送機、皮帶輸送機、升降移載機、提升機等)
(4) 各種分揀設備
(5) 無人台車(AGV、RGV、LGV)
(6) 其它各種輔助設備
作為物流中心的重要組成部分,自動化立體倉庫(Automatic Storage & Retrievals System)直接影響到企業領導者製定的戰略和計劃、指揮和調整企業的行動。這裏,簡單談一下它的設計步驟,一般分為以下幾步:
一、收集、研究用戶的原始資料,明確用戶所要達到的目標,這些原始資料包括:
1、明確自動化立體倉庫與上遊、下遊銜接的工藝過程,
2、物流要求:上遊進入倉庫的最大入庫員、向下遊轉運的最大出庫量以及所要求的庫容量;
3、物料的規格參數:物料的品種數、物料包裝形式、外包裝尺寸、重量、保存方式及其它物料的其它特性;
4、立體倉庫的現場條件及環境要求;
5、用戶對倉庫管理係統的功能要求;
6、其它相關的資料及特殊要求。
二、確定自動化立體倉庫的主要形式及相關參數
所有原始資料收集完畢後,可根據這些第一手資料計算出設計時所需的相關參數,包括:①對整個庫區的出入庫總量要求,亦即倉庫的流量要求:②貨物單元的外形尺寸及其重量;⑤倉庫儲存區(貨架區)的倉位數量:④結合上述三點確定儲存區(貨架廠)貨架的排數、列數及巷道數目其它相關技術參數。
三、合理布置自動化立體倉庫的總體布局及物流圖
一般來說,自動化立體倉庫包括:入庫暫存區、檢驗區、碼垛區、儲存區、出庫暫存區、托盤暫存區、不合格品暫存區及雜物區等。規劃時,立體倉庫內不一定要把上述的每一個區都規劃進去,可根據用戶的工藝特點及要求來合理劃分各區域和增減區域。同時,還要合理考慮物料的流程,使物料的流動暢通無阻,這將直接影響到自動化立體倉庫的能力和效率。
四、選擇機械設備類型及相關參數

貨架

貨架的設計是立體倉庫設計的一項重要內容,它直接影響到立體倉庫麵積和空間的利用率。
①貨架形式:貨架的形式有很多,而用在自動化立體倉庫的貨架一般有:橫梁式貨架、牛腿式貨架、流動式貨架等。設計時,可根據貨物單元的外形尺寸、重量及其它相關因素來合理選取。
②貨格的尺寸:貨格的尺寸取決於貨物單元與貨架立柱、橫梁(牛腿)之間的間隙大小,同對,在一定程度上也受到貨架結構型式及其它因素的影響。

堆垛機

堆垛機是整個自動化立體倉庫的核心設備,通過手動操作、半自動操作或全自動操作實現把貨物從一處搬運到另一處。它由機架(上橫梁、下橫梁、立柱)、水平行走機構、提升機構、載貨台、貨叉及電氣控製係統構成。
①堆垛機形式的確定:堆垛機形式多種多樣,包括單軌巷道式堆垛機、雙軌巷道式堆垛機、轉巷道式堆株機、單立柱堆垛機雙立柱堆垛機等等。
②堆垛機速度的確定:根據倉庫的流量要求,計算出堆垛機的水平速度、提升速度及貨叉速度。
③其它參數及配置:據倉庫現場情況及用戶的要求選定堆垛機的定位方式、通訊方式等。堆垛機的配置可高可低,視具體情況而定。

輸送係統

根據物流圖,合理選擇輸送機的類型,包括:輥道輸送機鏈條輸送機、皮帶輸送機、升降移載機、提升機等。同時,還要根據倉庫的瞬時流量合理確定輸送係統的速度。

其它設備

根據倉庫的工藝流程及用戶的一些特殊要求,可適當增加一些輔助設備,包括:手持終端、叉車、平衡吊等。
五、初步設計控製係統及倉庫管理係統(WMS)的各功能模塊
根據倉庫的工藝流程及用戶的要求,合理設計控製係統及倉庫管理係統(WMS)。控製係統及倉庫管理係統一般采用模塊化設計,便於升級和維護。
六、仿真模擬整套係統
在有條件的情況下,對整套係統進行仿真模擬,可以對立體倉庫的貯運工作進行較為直觀的描述,發現其中的一些問題和不足,並作出相應的更正,以優化整個AS/RS係統。
七、進行設備及控製管理係統的詳細設計

以上所述為自動化立體倉庫設計的一般過程,在具體設計中,可結合具體情況靈活運用。

係統優點

一、節約倉庫占地麵積,使倉庫的空間實現了充分的利用。由於自動化立體倉庫采用大型倉儲貨架的拚裝,又加上自動化管理技術使得貨物便於查找,因此建設自動化立體倉庫就比傳統倉庫的占地麵積小,但是空間利用率大。在發達國家,提高空間的利用率已經作為係統合理性和先進性的重要考核指標。在提倡節能環保的今天,自動化立體倉庫在節約占地資源上有著很好的效果,也是必將使未來倉儲發展的一大趨勢。
二、自動化管理提高了倉庫的管理水平。自動化立體倉庫采用計算機對貨品信息進行準確無誤的信息管理,減少了在存儲貨物中可能會出現的差錯,提高了工作效率。同時,立體自動化倉庫在入庫出庫的貨品運送中實現機動化,搬運工作安全可靠,減少了貨品的破損率,還能通過特殊設計使一些對環境有特殊要求的貨品能有很好的保存環境,比如有毒、易爆的貨品,也減少了人在搬運貨品時可能會受到的傷害。
三、自動化立體倉庫可以形成先進的生產鏈,促進了生產力的進步。專業人士指出,由於自動化立體倉庫的存取效率高,因此可以有效地連接倉庫外地生產環節,可以在存儲中形成自動化的物流係統,從而形成有計劃有編排的生產鏈,使生產能力得到了大幅度的提升。