自动化仓库系统

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自动化仓库系统的关键技术研究a2002-08-2210:42:36[本网专稿]  (论文摘要)本文分析了自动化仓库系统中的关键技术，具体阐述了信息检测与识别系统、堆垛机自动控制系统、监控调度系统及计算机管理系统等AS／RS中的各子系统的原理及实现思路。    (关键词)自动化仓库系统  识别  监控    1.引言    自动化仓库系统(AS／RS  Automated Storage and Retrieval System)是人工不直接进行处理的自动存储和取出货物的系统，是适应经济发展的需要而在近代才崛起的新型仓储设施。    其主要优点是：    1、高层货架存储。节约用地，充分利用库房空间增大存储量；    2、自动存取。收发准确迅速，提高入出库效率，机械自动化作业解放人力，减小劳动强度；    3、计算机控制。自动对信息进行准确的存储和管理，自动打印各种报表。随着计算机技术和自动控制技术的发展和广泛应用，自动化仓库系统的发展更加迅速。    作为一个复杂的综合自动化系统，自动化仓库能自动、严密、准确、迅速地对物料进行搬运、存储和拣取。大规模的自动化立体仓库是一项十分复杂的系统工程，其中涉及工艺、系统设计、土建、结构、机械、无线电、光学、检测、信息识别、电力、电子、传动、控制、自动化、计算机、通信及视频图像处理等多种专业学科。自动化仓库的关键技术在于信启、检测与识别、堆垛机自动控制、监控调度及计算机管理等环节，以下分别对这些环节进行分析。    2.自动化仓库的关键技术    2．1自动化仓库的自动寻址    立体仓库的自动寻址就是自动寻找存放／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。    在同一巷道内的货位地址由三个参数组成：第几排货架；第几层货格；左侧或右侧。当自动化仓库接收到上级管理机的存取指令和存取地址后，即向指

1定货位的方向运行。运行中，安装在堆垛机上的传感器不断检测位置信息，计算判断是否到位。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。发射与接收红外光在同侧时，用反射式的认址片，否则用透射式的。认址检测方式通常分为绝对认址和相对认址两种。绝对认址是为每一个货位制定一个绝对代码，为此需要为每个货位制作一个专门的认址片。显然，绝对认址方法可靠性高，但认址片制作复杂，控制程序的设计也十分复杂。相对认址时，货位的认址片结构相同。每经过一个货位，只要进行累加就可以得到货位的相对地址。与绝对认址相比，相对认址可靠性较低，但认址片址作简单，编程也较简单。为了提高相对认址的可靠性，可以增加奇偶校验。    2．2自动识别系统    AS/RS的货物管理基本技术是对货物进行自动识别和跟踪。自动识别是指在没有人工干预的情况下对物料流动过程中某一活动关键特性的确定。每一关键特性都与生产活动有关。这些关键特性包括产品的名称、数量、设计、质量、物料来源、目的地、体积、重量和运输路线等等。这些数据被采集处理后，能用来确定产品的生产计划、运输路线、路程、库存、存储地址、销售生产、库存控制、运输文件、单据和记账等。    货物信息可以通过声、光、磁、电子等多种介质获取。具体实现时，是在生产的关键部位配备自动识别装置，将每一处所获取的信息经过计算机网络系统传输，并进行统一处理，从而实现在整个生产过程中对物料的信息跟踪。    现代生产物流系统中，广泛采用条形码自动识别技术。这是因为条形码具有读取快、精度高、使用方便、成本低、适应性好等优点。                                     空军后勤学院三系仓储教研室                                              徐常凯    韩明光                                                南海物流网编辑    自动化仓库系统的关键技术研究b2002-08-2210:44:13[本网专稿]    2．3堆垛机自动控制系统

2    控制系统是自动化仓库运行成功的关键。没有好的控制，系统运行的成本就会很高，而效率很低。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。这些控制装置种类较多，从普通开关和继电器，到微处理器、单片机和可编程控制器 (PLC)，根据各自的设定功能，它们都能完成一定的控制任务。如巷道式堆垛机的控制要求就包括了位置控制、速度控制、货叉控制以及方向控制等。所有这些控制都必须通过各种控制装置去实现。    控制系统能对搬运设备(堆垛机等)、运输设备(输送机、小车、转轨车等)进行自动控制，它是自动化仓库的核心部分之一，直接关系到仓库作业的正常进行。因此，控制系统中所采用的材料、设备、传感器和元件都应采用可靠性高、寿命长、易于维护和更换的产品，否则将存在安全隐患。    堆垛机的控制现多采用模块化控制方式，驱动系统一般为交流电机，无级调速。这种方式技术成熟，应用广泛，既能实现堆垛机的高速运行，又能平稳进行停车对位。在控制系统中，还应采取一系列自检和联锁保护措施，确保在工作人员操作错误时不发生事故。对机械及电器故障能进行判断、报警和向主机系统传递故障信息。控制系统应能适应多种操作方式的需要。    2．4监控调度系统    监控系统是自动化仓库的信息枢纽，是实现自动化仓库实时控制的重要组成部分。它在整个系统中起着举足轻重的作用，负责协调系统中各个部分的运行。自动化仓库系统使用了很多运行设备，各设备的运行任务、运行路径、运行方向等都需要由监控系统来统一调度，按照指挥系统的命令进行货物搬运活动。通过监控系统的监视画面可以直观地看到各设备的运行情况。    在自动化仓库的实际作业过程中，监控调度系统根据主机系统的作业命令，按运行时间最短、作业间的合理配合等原则对作业的先后顺序进行优化组合排队，并将优化后的作业命令发送给各控制系统，对作业进程、作业信息及运行设备(如堆垛机、输送机等)进行实时监控。    监控操作台可以对机械设备的位置、动作、状态、货物承载及运行故障等信息进行显示，以便操作人员对现场情况进行监视和控制，并可通过操作台上的控制开关或键盘对设备进行紧急操作。    2．5计算机管理系统    计算机管理系统(主机系统)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运行。它主要完成整个仓库的作业管理和账目管理，并担负着与上级系统的通信和企业信息管理系统的部分任务。

3    自动化仓库的信息管理是基于现代信息管理理论和现代控制理论而创立的一个分支。对于一个自动化仓库来说，它可以是独立的，但对于一个企业，它又是其管理信息系统(MIS)的一个子系统。它不仅对信息进行管理，也对物流进行管理与控制，集信息流和物流于一体，是现代化企业物流和信息流管理的重要组成部分。    计算机管理系统(主机系统)是自动化仓库的核心。它一般由较先进的计算机组成，有时甚至构成计算机网络。它应具有大容量，高速度，强大的功能，这个系统处理整个仓库生产活动中的主要数据。随着计算机的高速发展，微型计算机的功能越来越强，运算速度越来越高，微型机在这一领域中将日益发挥重要的作用。     自动化仓库管理系统的主要功能是对仓库所有人、出库活动进行最佳登录和控制，并对数据进行统计分析，以便能使决策者及早发现问题，采取相应的措施，最大限度地降低库存量，加快货物流通，创造经济和社会效益。    3.小结    综上所述，自动化仓库中的关键技术包括信息检测与识别、堆垛机自动控制、监控调度及计算机管理等，只有深入研究和应用这些技术及方法，才能真正建立高性能的自动化仓库。    参考文献(1)张晓萍，现代生产物流及仿真，清华大学出版社，1998    (2)蔡自兴，智能控制，电子工业出版社，1990                                     空军后勤学院三系仓储教研室                                              徐常凯    韩明光                                                南海物流网编辑自动仓库2003-01-2410:05:18

4    目前自动化仓库主要有以下几种类型：    1．单元式自动仓库

5    市场上销售的标准化的保管设备，应根据各公司的样本掌握它的概要。销售中强调的是可以节约原有保管空间的1/2-1/3，价格低廉以及交货期短。标准化仓库的规模一般高度在10m以下存放的单元直交流整流器，具有走行速度70m/分，升降速度10m/分，货叉速度30m/分的高速使用功能。电气控制装置使用PC（Programmable Controller），可以按自动、半自动、手动运行。所用的操作方法同使用复印机一样容易：只要将卡插入操作盘内，按以由女性来操作。并且具有电脑库存管理机所具有的库存管理、货位管理、各种查询、各种帐单生成等选择功能。利用托盘可以自由的存放箱装、罐装、散装、袋装等物品。作为周连机械，可以设置自动调芯固定台、手推车、电动台车、链条或辊道输送机等。由于标准化，规模为1连150个托盘的仓库，交货期仅为周左右。为了易于检修，驱动部的安全盖采用可拆装方式，走行、升降电机设置在侧支架的下部。     其概略构造如图1所示，其出入库操作的顺序如图2年示。    有代表性的控制方式是在堆垛机本体上装置卡式阅读器，将出、入库卡插入其中，按下键后，堆垛机就会自动运行，利用这个卡，设置空货位及库存卡箱各一个，自动运行完成后，已出库的卡放在空货位卡箱内、已入库的卡放在库存卡箱内进行保管，使库存管理一目了然。控制方式的使用说明在表1中列出。作为堆垛机的使用方法，如表2所示，一般以走行速度30~60m/分，升降速度7~10m/分。货叉速度15m/分左右作为标准。如此标准化了的自动仓库，为尽量适应各种条件，实际上在选择周边设备、控制方式等时，多数情况有必要进行补充设计。作为选择基准，首先要对所使用的托盘与货架的构造、堆垛机的叉部、出入库设备适应性作调查，进行探讨以求得解决。它的流程图如图2所示。 图1 图2 单元式自动仓库虽然价廉，但适用范围广。因考虑可单独使用，并可适用于大型计算机进行综合无人化在线管理系统，所以，近年来的需要显著增加。    2 楼式自动仓库 这种方式按自动仓库的工程特征项中所叙述的顺序进行选择，目标是构建最合适的系统。图3是标准化后的概略图，表3给出了它的建筑说明。系统规模越大，设计会变得越经济、系统的更易使用就越是会成为课题。在这里所示的使用说明是单元式的延伸，最简单的说明，因此，一般还要进行具体分析，针对每个物件进行系统设计。还有关于建筑方法的说明，如按其标准方法可能会出现不能建设的情况，因此，有必要同各制造商的专业技术人员进行商讨，将建筑基准法相关的规制考虑进去。    箱盒式自动仓库FineStocker2002-07-2610:15:38

6[本网专稿]  适用范围：采用箱盒单元方式来保管物料的自动仓库.箱盒单元货物要比托盘单元货物外形尺寸小、重量轻,适用于存放小型物料,以及一次入出库量较少的自动仓库,如家电、医药、标准件等行业。性能参数：箱盒尺寸：250~450(W)×350~700(L)×200~300(H)载重量（单叉/双叉）： 50/2×50 kg仓库高度： 5~15 M供应企业：昆明自动化物流工程公司沈阳新松机器人自动化股份有限公司苏州同方自动化物流工程有限公司村田机械株式会社大福机工株式会社自动仓储设备与技术2002-08-2116:19:54

7   【本网专稿】    一、自动仓储系统主要类型与应用    随着物流技术的快速发展，现代化的自动物流中心--自动仓储系统日益引起业界关注，许多大型工业企业为了提高物流作业效率，降低物流成本，适应日益激烈的市场竞争，纷纷投资建设现代化的自动化仓储系统。    近年来自动化仓储系统的技术发展很快，出现了适应不同行业、不同环境的各种类型的自动化仓储系统。    1．大型自动化仓储系统    大型自动化仓储系统适用于电脑业、制造业、家电业、烟草业、医药业等行业的大型企业及大型商业流通企业    2．紧凑型自动仓储系统：    紧凑型自动仓储系统适用于各种行业，主要有高速小型自动立体库（图5）、一体式小型自动立体库（图6）、完全移动棚式自动仓库（图7）、及通用紧凑型的组合货架式自动立体库（图10）等形式。    3．冷冻型自动仓储：适用于食品等行业的冷冻型自动仓储系统，参见图11~13。    4．洁净型自动仓储系统：    适用于医药、半导体、精密材料等行业，如图14、15所示。    5．标准小型自动仓储系统：    标准小型自动仓储系统采用标准模块设计，计划生产，具有安装简易、成本低、操作简单、便于搬迁、交货期短等优点，又能利用现有厂房空地，因而广泛应用于各种行业，见图16~17。

8    二、自动仓储货物存放方式与应用    自动仓储系统货物存放方式主要有：托盘式和料箱式。其中托盘式适用于各种行业，利用托盘码垛堆放，便于通过条码识别等技术对入库、出库进行标准化管理，提高库容利用率，提高出、入库效率；料箱式存放方式主要针对不便装的散件、小件及文档资料等产品，可利用料箱等集装单元器具存放，便于利用条码识别等技术进行入、出库的输送、分拣和标准化管理。    1．托盘式存放：    托盘式存放适用于加工业、家电业等行业，见图18~21。    2．料箱式存放：    适用于证券业、档案业、小型散件等领域，如图22~23所示。    三、自动仓储搬运系统    自动仓储搬运系统主要应用无人化自动搬运车，其中有有轨式无人搬运车，如利用磁条导引系统等；无轨式无人搬运车，主要采用激光导引系统。 自动化无人搬运系统代表着自动仓储的自动化水平。    1．无轨自动搬运车：如图24~26所示。    2．有轨式自动搬运车：如图27~29所示。    四、自动仓储的堆码垛系统    自动仓储的堆码垛系统是自动仓储入库作业的重点。码垛机主要是通过机械人系统将货物在托盘上自动码垛堆放；自动堆垛机主要是将货物按要求自动堆放到自动仓储货架上标准位置，所有操作均自动完成，堆码垛信息进入自动仓储控制系统，通过计算机系统与企业其它管理系统集成，便于控制库存，提高物流作业效率。    1．堆垛机：如图30~31所示。    2．码垛机：如图32所示。    3．拆垛出库系统：如图33~34所示。    五、分拣输送系统    输送分拣系统是自动仓储出库作业的重要系统，一般通过堆垛机从货架上卸货，通过输送系统及条码识别系统进行货物自动分拣，然后出库。配合输送分拣系统的还有拆垛、分拣、包装等作业。图35~40所示为各式辊道式输送系统。    六、自动仓储的控制与管理系统    自动仓储的控制与管理系统是物流中心的核心，是自动仓储的计算机控制中心。对自动仓储系统而言，前面所讲的货架、托盘、无人搬运车、堆码垛机、输送分拣装备等属于硬件环境，是物流行为目的达成的基础；而自动仓储控制与管理系统就像人的大脑，是自动仓储的控制中枢神经系统，完成物流过程的思维目的。自动仓储控制与管理系统还要与计算机管理系统（如：ERP、MRP、局域网、信息中心等）集成，才能将物流系统与企业的商流、信息流、资金流等无缝对接，起到降低成本、提高服务水平的目的。如图41~42所示。