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    自動化立體庫的設計和規劃


    自動化立體庫的設計和規劃


    一、立體庫的定義

     

    立體化倉庫又稱高層貨架倉庫、自動存取系統AS/RS(Automatic Storage & Retrieval System)。采用幾層或十幾層的高層貨架存放貨物,以巷道堆垛機為主,并結合出入庫輔助設備來進行作業的一種倉庫。能夠按照系統指令自動完成貨物的存取,并能對庫存貨物進行自動管理,完全實現自動化出入庫作業。

     

    二、立體庫系統的組成

     

    自動化立體倉庫系統主要是由立體貨架、出入庫托盤輸送設備、存儲設備、巷道堆垛機、尺寸檢測條碼閱讀系統、控制系統、通訊系統和上位機監控系統等部分組成。自動化立體倉庫系統與土建公共設施有關,如廠房、照明系統、消防系統、通風采暖系統、動力系統等等有關。

     

    優點:提高庫存占地面積,提高空間利用率;節省人力,降低人工作業強度

    及時了解庫存信息,便于盤庫;能夠及時準確的尋取貨物進行出入庫。

    功能:信息查詢;自動存儲;自動入庫、自動出庫、發貨。


    三、存儲設備

     

    儲存載體:用于裝載物品的工具。例如托盤、容器(料箱)、單品、其他專用工具等等;儲存設備的選擇依據儲存物品形狀、重量、體積、包裝形式等特性決定。

     

    貨架類型:貨架用于存放成件或整托盤物品的保管設備。貨架類型包括:普通貨架、貫通式貨架、后推式貨架、移動式貨架、旋轉式貨架、閣樓式貨架、專用貨架、自動化立體倉庫貨架。

     

    普通貨架:適用于儲存箱、包或單品等重量輕、體積小的物品。貨架高度一般在4m以下。鉤式設計,可自由調整存取高度及間隔,一般采用人力(不用叉車等)直接將貨物(不采用托盤單元)存取于貨架內。

     

    貫通式貨架:又叫駛入式/駛出式貨架,用于儲存托盤裝載單元并具有叉車升降車出入口。儲存密度高,存取性差,同一通道內的貨物品種必須相同或同一通道內的貨物必須一次完成出入庫作業。

     

    后推式貨架:存取貨依靠傾斜滑軌,貨物自動滑送前方或被推送至后方。存取密度高,一般深度方向達到35個儲位。適用于少品種大批量物品的存儲,無法實現先進先出的存取方式。

     

    旋轉式貨架:旋轉式貨架分為水平旋轉式和垂直旋轉式兩種,操作簡單,存取作業迅速,適用于小批量、多品種、小物品的儲存及管理,出入庫能力低。可實現貨到人自動存取作業。

     

    密集庫:倉儲的密集式程度大幅提高,對倉儲面積的利用率提高,自動化程度提升;穿梭板故障處理方便,應急能力強。投資成本較橫梁式貨架較高,對土建地面的承載有較高的要求。對不同品規的貨位分布,需要有系統化的設計和分配。

     

    料箱庫:通過穿梭車進行料箱的存取,一臺穿梭車對應多層料箱。通過提升機進行穿梭小車的換層。出入庫效率較高,具有自動排序功能。實際中多和換層提升機配合使用。

     

    高架立體庫:目前行業大型物流中心應用較多的一種方式,自動化程度高,出入庫效率高,單位面積的存儲量高,出入庫靈活,成熟穩定。成本較高,對土建、入庫碼盤及出庫拆盤的能力有較高的要求。

     

    四、立體庫設計基本步驟

     

    1、搜集原始資料

    1)獲取產品的特征、外形尺寸、平均庫存量、日出入數量、出入庫頻率等基礎數據;

    2)土建條件、現場地形及其倉庫環境要求等;

    3)出入庫物流來源及去向、產品包裝形式、搬運形式、運輸條件等等。

     

    2、需求分析

    1)根據原始數據進行數據分析,對入庫的品牌進行ABC分類;

    2)根據參數確定存儲單元的尺寸及倉庫的容量;

    3)根據出入庫的基礎數據分析出入庫需求。

     

    3、確定存儲設備

    根據庫存量、品規、產品特征等基礎參數選擇存儲設備以及倉庫作業模式。

     

    4、基本方案設計

    根據需求分析、作業形式規劃基本的設計方案,然后再根據后續設備選型、能量需求計算以及仿真驗證進一步優化設計方案。

     

    5、機械設備選型

    根據需求分析、出入庫效率以及作業流程選擇合適的機械設備,并確定設備的主要參數。

     

    6、系統環節能量計算

    系統規劃設計完成后,需要針對于各個環節的系統作業效率進行計算,能力與需求是否匹配。

     

    7、系統仿真驗證

    理論計算后,需要對系統各個瓶頸進行仿真驗證,對不合理的流程設計進行優化修正。

     

    8、系統評價

    最后,對系統進行成本核算、經濟效益分析以及遠期規劃設計。

    856.png


    五、倉庫面積

     

    1、荷重計算法:A=mQ/kq

    A指立體倉庫所需面積(m2

    k指立體倉庫面積利用率,即存貨面積與總面積之比

    mQ指立體倉庫貨物的庫存量(t

    q指立體倉庫單位面積上的庫存量(t/m2

     

    2、直接計算法:A=A1+A2+A3+A4

    A1指貨物有效存放面積(m2

    A2指入庫驗貨場地面積(m2

    A3指出庫發貨場地面積(m2

    A4指通道面積(m2


    3、庫存指標

    最大庫存量:mQ=EK/30t(每月30天計算)

    E指立體倉庫的月最大貨物存取量(t

    K指設計最大入庫百分數

    t指貨物在倉庫中平均庫存期(天)

     

    庫存周轉率:一種衡量物料在倉庫里或是整條價值流中,流動快慢的標準。

     

    庫存周轉率=年度銷售產品成本/當年平均庫存價值

     

    六、貨架設計

     

    根據倉庫最大規劃儲存量確定貨架尺寸。以由以下4個參數中的3個來確定貨架尺寸。1、倉庫長度(或貨架列數);2、倉庫寬度(或巷道數);3、倉庫高度(或貨架層數);4、倉庫容量(或總貨位數)。貨架尺寸的計算是根據貨格尺寸、庫頂間隙、庫內設施與墻體的安全距離以及前區尺寸確定的。

     

    1、貨架高度設計

    自動化立體倉庫主要的參數是貨架高度,最佳高度直接影響占地面積、長度、寬度、起重運輸機械設備裝載效率以及技術經濟指標的選擇。影響貨架高度的因素:儲存量、周轉率以及訂貨發送時的配套模式。

     

    2、最佳參數確定

    貨架高度H:貨架最佳高度取決于容量,通常在1520m之間,當容量為10001500t時,高度H12.6m,當容量為6000t或以上時,高度H16.2 m

    貨架長度L:若倉庫作業由堆垛機上、下貨,則貨架的最佳通道長度L80120m之間。為保證堆垛機的托架垂直和水平移動操作并行不悖,則H/L應保持均衡,一般推薦采用下列比值:

    H/L={1/4-1/6}

    3、貨格及軌道尺寸

    貨格尺寸=裝載單元貨態尺寸+間隙尺寸

    側面間隙尺寸一般取50-100mm,對橫梁式貨架,一般a5a3 ,對牛腿式貨架,要求a4a3

    垂直間隙尺寸應保證貨叉叉取貨物過程中微起升時不與上部構件發生干涉。

    軌道尺寸:裝載單元貨態尺寸+安全距離

     

    4、兩種形式貨架

    555.png

    5、出入庫能力計算

    1)循環作業時間

    平均單一作業循環時間:堆垛機從某一出入庫站開始向所有貨格進行入庫作業循環(或出庫作業循環)的平均時間。當貨架為m列,n層時,作業時間為:

    999.jpg

    TS指平均單一循環作業時間(s);

    tjk指從入庫開始到jk層單程移動時間(s);

    tf指叉貨時間,在出入庫站或貨格處貨物移動時間(s

    ti指浪費時間,控制延遲時間等(s);

     

    2)同端出入庫

    平均復合作業循環時間:入庫作業后進行出庫作業時的循環時間。當貨架為m列、n層時,作業時間為:

     

    9992.jpg

    TD指平均復合循環作業時間(s);

    tjk指從入庫開始到jk層單程移動時間(s);

    tf指叉貨時間,在出入庫站或貨格處,貨物移動時(s);

    ti停機時間,控制延遲時間等(s);

    tt平均貨格移動時間,隨機確定入庫貨格和出庫貨格,作適當次數貨格移動求得所需時間的平均值(s);

    ts出入庫站間移動時間(s

     

    3)出入庫周期

    堆垛機基本出入庫能力用每小時內入庫或出庫的存儲單元數表示。

    平均單一作業循環時間基準出入庫能力=Ns=3600/Ts

    平均復合作業循環時間基準出入庫能力=Nd=3600/Td

    其中:NsNd為每小時入庫或出庫的存儲單元數量

    出入庫形式包括,同端出入庫、兩端出入庫、中間出入庫。

    9993.jpg


    七、輔助設備

     

    1、單立柱堆垛機和雙立柱堆垛機

    單立柱堆垛機是自動化立體倉庫里面的主要組成部分之一,專用于高架倉庫。機架結構是由1根立柱、上橫梁和下橫梁組成的1個矩形框架,結構剛度比雙立柱堆垛機差,適用于起重量在2噸以下,起升高度在16米以下的倉庫 。堆垛機在貨架之間的巷道內運行,主要用于搬運裝在托盤上或貨箱內的單元貨物;也可開到相應的貨格前,由機上人員按出庫要求揀選貨物出庫。

     

    雙立柱堆垛機是自動化立體倉庫里面的主要組成部分之一,區別于單立柱堆垛機,機架結構是由2根立柱、上橫梁和下橫梁組成的1個矩形框架,結構剛度比較好,質量比單立柱大。適用于各種起升高度的倉庫,一般起重量可達5噸,必要時還可以更大,可用于高速運行。雙立柱堆垛機在貨架之間的巷道內運行,主要用于搬運裝在托盤上或貨箱內的單元貨物;也可開到相應的貨格前,由機上人員按出庫要求揀選貨物出庫。

     

    控制原理:水平行走是根據激光測距器反饋的距離進行定位的。上下升降是根據升降條碼測距器反饋的位置進行定位的。貨叉叉取是根據貨叉位置編碼器反饋的位置進行定位的。

     

    2、工作流程

    入庫準備-下達入庫單-判斷入庫指令信號-運送貨物到入庫口-判斷貨物信息是否與入庫單一致(報警提示等待處理)-RFID記錄ID信息-巷道堆垛機取貨-堆垛機運行至相應庫位放貨-倉庫數據更新-入庫結束

     

    出庫準備-下達出庫單-判斷入庫指令信號-巷道堆垛機運行至相應貨物取貨-運送貨物到出庫口-判斷貨物信息是否與入庫單一致(報警提示等待處理)-RFID記錄ID信息-巷道堆垛機放貨-倉庫數據更新-出庫結束

     

    3、水平輸送設備

    水平輸送設備主要實現物件在平面上的直行、橫向、轉彎輸送和在線分揀等,并能全程跟蹤物件輸送的實時信息。自動化立體庫碼盤/拆盤后的整托盤,主要通過輥柱輸送機、鏈式輸送機、直線穿梭車或者環形穿梭車來傳輸至出入庫口。

     

    4、垂直輸送設備

    垂直輸送機又稱提升機,用于將規整物件由水平方向轉向到垂直方向輸送的輸送機械。能對物件進行提升或下降,節約有限空間使效率最大化。主要分為往復式提升機、連續式提升機、螺旋式提升機三類。

     

    5、自動搬運小車AGV

    AGV,是一種以蓄電池作為動力源,裝有非接觸控制導向裝置無人駕駛自動化搬運工具。主要是由機械本體、行走驅動裝置、舉升移栽裝置、定位導航裝置、蓄電池裝置、安全防護裝置等重要部分組成。根據導引方式,可分為固定路徑(磁導引、光導引)和自由路徑(激光導引、慣導)。

     

    6、拆碼垛機構

    拆碼垛機構主要分為多關節機械手和直角坐標兩種,根據貨物特性采取不同的夾具結構,主要分為側夾型、底拖型和真空吸盤型。機器人還可分固定型和移動型。


     

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