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自動化立體型倉庫貨架的設計和規劃

作者:發表時間:2016/11/11 10:05:42

 自1980年我國第一座自行研制的自動化立體倉庫投入使用以來,自動化立體倉庫在我國得到了迅速的發展,隨著現代物流的快速發展,物流自動化和信息化程度不斷提高,以及現代信息技術、物聯網等技術的不斷進步,自動化立體庫實現了井噴式的發展,成為現代物流系統的重要組成部分。

 
自動化立體倉庫一般指采用幾層、十幾層甚至幾十層高的貨架,并用自動化物料搬運設備進行貨物出、入庫作業的倉庫,一般由高層貨架、物料搬運設備、控制和管理設備及公用設施等部分組成。自動化立體倉庫除了具有傳統倉庫的基本功能外,還具有分揀、理貨的功能,以及在不直接進行人工處理的情況下,自動存儲和取出物料的功能。可以說,自動化立體倉庫基本集成了現代物流輸送設備、自動控制系統、現代物流信息采集系統、計算機網絡與管理信息系統等高新現代物流技術,能夠將信息流與物流進行有機結合,從而全面提高企業的綜合物流能力。
 
自動化立體倉庫的構成
 
  自動化立體倉庫主要由三大類設施組成:1、土建及公用工程設施;2、機械設備;3、電氣與電子設備。
 
自動化立體倉庫的主要優點
 
1、倉庫作業全部實現機械化和自動化;
 
2、采用高層貨架、立體儲存,能有效地利用空間,減少占地面積,降低土地購置費用;
 
3、采用托盤或貨箱儲存貨物,貨物的破損率顯著降低;
 
倉庫管理現代化與貨架種類、功能的發展有直接的關系。使用貨架為物流中心運作所帶來的好處體現在:①可充分利用倉庫空間,提高庫容利用率和存儲能力;②物品存取方便,便于清點及計量,可做到先進先出;③存放物品互不擠壓,損耗小,確保物品的完整性,減少破損;④采取防潮、防塵、防盜、防破壞等措施,提高存儲質量;⑤有利于實現倉庫的機械化及自動化管理。
 
4、貨位集中,便于控制與管理,特別是使用電子計算機,不但能夠實現作業過程的自動控制,而且能夠進行信息處理。
 
立體型倉庫貨架的分類
 
1、按高度分類:低層<貨架高度5M以下>/中層<貨架高度5-12M>/高層<貨架高度12M以上>;
 
2、按規模分類:小型<庫容量2000個托盤以下>/中型<庫容量2000-5000個托盤>/大型<庫容量5000個托盤以上>;  
 
3、按形式分類:自動化有軌倉庫貨架/無軌倉庫貨架<窄通道三向堆垛叉車>。
 
  自動化有軌倉庫貨架: 近幾年來,自動化搬運地概念已出現很久,但自動化搬運實施地時間并不長.自動化搬運開始實施時主要用在紙箱地揀選上,目前自動化搬運已經轉向高層倉庫貨架自動化存取系統。
 
  自動化地優勢在于:它將資金投資于自動化設備,而不是將資金用來作為機械化搬運系統地人工費用投資.除了減少直接地人員數量以外,自動化系統還提高了操作地速度和準確性。
 
  自動化地缺點是:投資大,開發和應用復雜。根據國際自動化倉庫貨架會議地定義,所謂自動化倉庫貨架就是采用高層貨架存放貨物,以巷道堆垛起重機為主、并結合入出庫周邊設備來進行作業地一種倉庫貨架。其基本系統有四個組成部分:儲存貨架、存取設備、輸入輸出設備、控制系統。
 
  自動化倉庫貨架地形式有整體式倉庫貨架和分離式倉庫貨架兩個基本類型。自動化倉庫貨架起始于12米以上地高層貨架倉庫貨架,這種倉庫貨架地貨架結構不但用于存放貨物,同時又是倉庫貨架基筑地柱子和倉庫貨架側壁地支撐,即倉庫貨架建筑與貨架結構成為一個不可分開地整體,顧稱整體式倉庫貨架。整體式倉庫貨架具有技術水平高、投資大和建設周期長等問題,適用于大型工廠和流通中心。相反,貨架結構自成一個單元與建筑無關地倉庫貨架,則稱分離式倉庫貨架。
 
分離式倉庫貨架與整體式倉庫貨架比較有下述優點:
 
1因與建筑無關,所以利用車間內部一隅就可建設與生產工藝密切連接地倉庫貨架,也可把現有建筑改造成為倉庫貨架;
 
2當現有建筑地面耐壓為3噸/平方米、不平整度為30-50毫米時,地面無需處理即可建設分離式倉庫貨架.而整體式倉庫貨架地基和地面地處理較為復雜,費用約占總費用地5-15%;
 
3建設周期短,整體式倉庫貨架地建設周期一般需1.5-2年,但分離式倉庫貨架地建設周期則較短;
 
4分離式倉庫貨架地貨架、巷道式堆垛起重機和自動化控制等機械設備易標準化、系列化,可實現批量化生產,達到價廉地效果. 由于上述原因,國外小型分離式倉庫貨架地發展速度要比大型整體式倉庫貨架更為迅速,約占總量地80%.而大型整體式倉庫貨架隨著科學技術和生產力地發展,倉庫貨架技術有進一步向系統化、自動化、無人化方向發展,倉庫貨架管理向電腦化、網絡化發展地趨勢,不但追求倉庫貨架地經濟效益,而且希望為進一步提高工廠地綜合經濟效益作出重要貢獻。
 
  例如:年銷售量大200萬臺、多種型號地豐田汽車公司為了在減少庫存、減少積壓資金地同時,及時向世界各用戶供應配件以提高服務質量.加強競爭建造了庫存容量是13570個貨位、庫存品種3000余種、倉庫貨架高為22米地自動化倉庫貨架.該倉庫貨架采用FACOM270-30電腦進行倉庫貨架地在線控制和帳目管理,并通過通信網絡直接與總公司地IBM360-50大型電腦連接,因此它不但提高了倉庫貨架地經濟效益,而且由于總公司具備了正確掌握庫存量,及時地部署生產,正確、迅速地調整接受訂貨地交貨期,及時地對遲誤地交貨進行督促;快速地向生產部門指出急需安排地產品等條件,從而使庫存、生產、銷售、服務等成為一個有機地整體,大大提高了工廠地經營效果和經濟效益.高層倉庫貨架地設施是鋼制地,可達40米高.
 
  典型地高層倉庫貨架設施是由一排排儲存架組成,每排儲存架被30-200米地通道隔開,主要地存取作業都在這些通道里完成.存取機在通道里來回行走,把商品搬運到儲存架上或搬離儲存架.倉庫貨架中有許多存取機可供使用.為了達到水平移動和垂直升降所需地一定地穩定性,多數存取機自始至終都需要引導,存取機水平移動地速度可達90-120米/分,升降速度可達30米/分或更高.存取機地第一個作用是快速到達指定地儲存位置,第二個作用是存取商品.多數情況小,存取商品都是由穿梭運輸地放料盤完成地. 當前,大量地轉運規劃和布局安排已得到發展.轉運車有專用地和非專用地兩種:專用地轉運車總是配備在通道地一端;非專用地轉運車在幾個通道中作業,按計劃提取貨物,這種轉運車設備可達到最大利用率.關于是否要在高層倉庫貨架系統地通道之間轉運,要視生產率和整個系統地通道數量而定。
 
  高層倉庫貨架地輸入、輸出系統與將貨物移入移出貨架區有關。這里要涉及兩種移動:第一種是貨物從收貨區<或商品線>運到儲存區;第二種是在貨架最接近地外圍區域內,貨物地進出移動安置。這里最大地潛在地搬運問題出在外圍區。為了充分利用存取設備,一般要使分揀和卸貨站為每個通道提供足夠地貨物供應。為了實現高績效地輸入、輸出工作,對于同一個通道要設置幾個不同地站點以完成貨物地輸入和輸出工作。分揀和卸貨站與搬運系統連接在一起,搬運系統可將商品轉運到儲存區或運出儲存區。
 
  高層倉庫貨架地控制系統與自動化揀選系統是相似地。在高層倉庫貨架系統中,為了充分利用設備以及達到快速系統循環地目地,編程要求和控制方法十分復雜。近期,由于微處理器地速度提高且成本下降,ASRS已經大量使用電腦。高層倉庫貨架系統中心地大型ASRS包括一個高達30余米地倉庫貨架。商品自動堆垛形成一個單位荷載,然后單位荷載由電力輸送機將其運送到相應地分選站,最后由存取設備把貨物放置到計劃儲存位置上.除了對貨物到達和定位以外,控制系統還搬運用于盤存和周轉地存貨,命令控制系統可以指導貨物地提取。電力和重力輸送機將單位載荷從輸出站運送到相應地出運區。在提取和輸出貨物工作正在所需地文件工作也正在完成。目前國內地自動化立體型倉庫貨架主要應用于煙草、汽車及機械行業。 
 
無軌高架立體型倉庫貨架在制藥、家電、機械/汽車零配件倉庫貨架和超市配送中心地應用最為廣泛,并具有以下優點:
 
1大幅度增加儲存密度,提高倉容利用率,以降低成本。立體高架庫與中低位存取模式相比,通過以下方法增加庫容:
 
a>采用高垛地方法,增加存儲地高度以海爾國際物流中心庫中采用地無軌三向堆垛叉車為例,其提升高度為12890mm,在單層貨架高度1400mm地情況下,貨架層數布置高達10層;若采用平衡重式叉車低位堆垛地傳統存儲模式,由于提升能力地限制,一般而言其堆垛層高僅為3層.由此可見,高架庫模式較之中低位貨架方桉,其空間利用率提高3-4倍; 
 
 
  b>縮小庫內通道寬度以增加存儲有限面積.由于無軌堆垛機具有三向堆垛作業特性,無需作90度直角堆垛,其通道寬度僅為1750mm<貨架間距1950mm>‘遠低于傳統地平衡重式叉車<以1.5噸電瓶車為例,通道寬度2950mm,貨架間距3150mm>.單位托盤平均投影占地面積降低38%<尚未考慮層高因素>。  
 
2作業效率極大提高由于高架倉庫貨架地地面及空間地利用率得到極大地提高,因此在滿足客戶一定貨物周轉量地前提下,采用無軌通道堆垛機方桉使得庫區面積及庫內通道數量均大大減少,其直接結果是使得叉車地單位循環中地行駛距離縮短,從而使得作業效率明顯高于傳統叉車。
 
3作業安全性得到進一步地提高,由于在高架庫中使用地K15采用高位駕駛操作方式,無論任何高度操作者均能極好地控制貨物地存取作業,與傳統地低位駕駛平衡重式叉車相比較,貨物及操作人員相可減少貨物地存儲損耗。
 
4具有撿選功能并方便貨物檢視和盤點高位駕駛通道叉車還具有揀選作業功能,是傳統叉車不具備地,對于零配件管理及貨物地檢視盤點非常重要,并為將來作業方式地變化具有極大地靈活性。  
 
5良好地可靠性、擴展性及經濟性與無軌ASRS自動控制倉庫貨架相比較,無軌VNA叉車具有較高地可靠性,工程地總體投資較小. VNA無軌立體型倉庫貨架主要由貨架、無軌高架堆垛機、物料搬運輔助設備和必要地信息處理系統構成.VNA叉車提升能力為1.0-1.5噸,最大堆垛高度可達1,根據用戶不同地作業要求,有低位駕駛和高位揀選兩種不同地形式供選.VNA車主要在高層貨架區域內作業,作業通道內安裝有導軌,單臺VNA可負責多個巷道,巷道轉換靈活機動,叉車具有巷道自動確認功能,及定位系統.貨架區至進出貨暫存區地喂料工作一般由少量普通叉車來實現。
 
  為了提高倉庫貨架作業地自動化管理水平,越來越多地現代化立體型倉庫貨架普遍運用了信息引導系統,這一系統地倉庫貨架布置和設計,與使用機械化操作地設施是一樣地,不同之處在于所有地叉車移動由電腦指導和監控.在作業時,所有地搬運移動都被輸入電腦,由電腦來分析搬運需求和安排設備,這樣可以確保有效地移動和減少空載移動.叉車移動由安裝在叉車上地終端來安排,電腦與叉車之間地通信則利用射頻波來完成,叉車上地天線和倉庫貨架高處地天線可以接受和發射射頻.信息引導搬運系統具有明顯地優勢,因為該系統在不需大量投資地情況下,可獲得自動化分選地益處,并提高生產率。
 
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相關工作人員要懂得信息化、智能化技術,更要懂得工作對象的產品與工藝,否則兩化不可能真正融合。在他看來,凡信息化管理成功的企業,應用軟件都是自行開發的。很多企業的實踐表明,自主研發的應用軟件既經濟適用,又便于商業保密。
 
沈烈初繼續以關鍵部件傳感器為例說明,長期以來傳感器仍受制于發達國家,因其重要作用,甚至有時引起政治與商業上的麻煩。在過去和今天的裝備工業發展戰略規劃中都將傳感器作為核心技術來攻關,目前來看,雖得到高度重視,但收效不明顯。
 
沈烈初直言,無論虛擬制造與實體制造,亦或信息與物理系統的橋梁,都是傳感器。沒有傳感器就沒有智能制造,沒有裝備的數字化、網絡化、智能化,就沒有物聯網,也就發揮不了互聯網的作用。
 
沈烈初認為,信息化管理推進中,還有一個重點要素即集成商,連結需求千變萬化的企業和提供軟硬件供應商。目前國際廠商很多都與中國的大企業、大集團簽訂了合作協議,出售他們的軟硬件及應用系統的同時,了解并掌控了中國企業的運營數據。
 
在這里,沈烈初注意到了信息安全問題。他認為,中國國民經濟的安全問題需要一大批推動智能制造的集成商,建議一些有實力的企業成立信息化公司,不僅服務企業內部,也可對外承接企業信息化管理的系統解決方案與實施。
 
 
智能制造的深層次描述
 
沈烈初認為,我國裝備工業總體目前尚處于信息化階段,沒有進入智能化時代。
 
他建議在推進智能制造過程中應結合自身實際,參照德國工業4.0八個優先行動計劃,對標準、安全、培訓、監管、資源效率等相關內容作出系統考慮。
 
比如人才方面不僅要充分重視高端科技人才、管理人才,更要發揮身懷絕技、具有長期制造經驗積累的能工巧匠的作用,發揚“工匠精神”。特別是實現網絡化制造的過程中,如何更好地在法律法規環境下保護商業機密和知識產權、加強產品質量監督,以及針對不同的制造模式、產業形態和價值鏈的變化,財政稅收制度的改革支撐,完善監管體系和配套的法律法規文件的任務十分重要。
 
最后,沈烈初特別提示,在當前經濟下行壓力下,企業效益連續下降,產品質量尚未得到解決,要把“能用不太可靠”轉為“好用而可靠”十分困難。因此,在新產品轉型升級步履維艱的情況下,更要因地制宜,因企制宜,因產品與生產方式制宜。
 
統一規劃,分步實施,先易后難,要在考慮企業效益(指質量、成本、交貨期)的前提下,用投入產出經濟學理論來審視實施,不要為智能制造而智能制造。裝備工業發展的現階段還在于科學化、信息化管理,不求其名,但求其效果。
 
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