多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

薛成超，傅友賓，鄭玉琨

(沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，遼寧 沈陽 110168)

多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

薛成超，傅友賓，鄭玉琨

(沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，遼寧 沈陽 110168)

針對傳統(tǒng)堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)面臨效率提升瓶頸、高能耗、擴(kuò)展性差等問題，開發(fā)一種以多層堆垛機(jī)為核心設(shè)備的新型倉儲物流系統(tǒng).以具體案例為導(dǎo)向，對該設(shè)備的構(gòu)成和總體方案、電控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)、管理模式、技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，分析了該多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢.

多層堆垛機(jī)；倉儲物流；自動(dòng)化

隨著工業(yè)4.0、中國制造2025的深入人心，智能物流倉儲成為了智能工廠框架的核心環(huán)節(jié).智能物流倉儲系統(tǒng)在勞動(dòng)力和土地成本節(jié)約、管理效率提升等方面優(yōu)勢明顯.過去3年，自動(dòng)倉儲系統(tǒng)的增速已經(jīng)超過了工業(yè)自動(dòng)化.目前，物流技術(shù)水平在制造業(yè)中的重要地位和作用越來越明顯，已受到業(yè)界越來越多的重視.隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，制造業(yè)的物流技術(shù)也在不斷轉(zhuǎn)型升級，市場競爭的加劇要求制造業(yè)物流技術(shù)和物流組織更精益、更高效，且能夠快速響應(yīng)客戶需求、充分實(shí)現(xiàn)按需制造[1-2].

在倉儲物流行業(yè)競爭中，單個(gè)物流裝備的優(yōu)劣固然重要，但盲目追求單機(jī)設(shè)備的高技術(shù)指標(biāo)必然要付出高能耗、高損耗、高故障率的代價(jià).隨著智能物流系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)物流設(shè)備和物流系統(tǒng)解決方案在滿足客戶多樣化需求方面日益不足.推出新型物流設(shè)備和物流系統(tǒng)解決方案已成為物流制造商和系統(tǒng)集成商保持自身市場競爭力的關(guān)鍵.

1 項(xiàng)目提出

某國際公司為滿足其車間自動(dòng)化生產(chǎn)物流需求，需要在長度約30 m、寬度約8 m、高度為8.5 m的空間內(nèi)設(shè)置 一套容量約4 000個(gè)貨位的智能倉儲系統(tǒng)，并以8 h為一個(gè)工作周期，平均每個(gè)周轉(zhuǎn)箱存放1～4種物料，且要求單作業(yè)的出入庫效率為5 000 周轉(zhuǎn)箱/d(8 h).筆者所在公司經(jīng)過廣泛調(diào)研和充分討論，根據(jù)自身的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，利用公司的技術(shù)優(yōu)勢，提出建立以多層堆垛機(jī)為核心設(shè)備的智能倉儲物流系統(tǒng)的開發(fā)項(xiàng)目，試圖滿足該國際公司生產(chǎn)車間對物料智能化管理、高效存儲周轉(zhuǎn)以及庫區(qū)空間最大化利用的要求.

2 多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)的開發(fā)

2.1設(shè)備構(gòu)成

多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)是一種新型的物流組織模式，以料箱為存儲單元，載荷一般在50 kg以內(nèi).系統(tǒng)主要以輕型高速堆垛機(jī)、雙臂料箱提升機(jī)、庫前輸送系統(tǒng)以及承載式貨架系統(tǒng)為基本設(shè)備架構(gòu)，以自主開發(fā)的高效管理調(diào)度系統(tǒng)為軟件支撐.

在多層堆垛機(jī)開發(fā)中，對傳統(tǒng)堆垛機(jī)與多層穿梭車技術(shù)進(jìn)行整合與優(yōu)化，采用輕量化、簡潔化的設(shè)計(jì)理念.其整機(jī)以鋁合金型材作為主體框架支撐，采用四輪式承載結(jié)構(gòu)、雙側(cè)同步齒型帶提升方式和勾取式貨叉結(jié)構(gòu).它具有體積小、自重輕、結(jié)構(gòu)緊湊、技術(shù)參數(shù)可靠等特點(diǎn).堆垛機(jī)可直接利用貨架立柱作為軌道支撐，在同一巷道的高度方向上進(jìn)行多層布置.每層設(shè)備設(shè)有單獨(dú)維修平臺，可在不影響其他設(shè)備的前提下進(jìn)行維修維護(hù).

料箱提升機(jī)采用單立柱雙臂設(shè)計(jì)，同步齒形帶提升，整體結(jié)構(gòu)布局更簡潔、緊湊、高效.料箱提升機(jī)的雙伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和條碼帶同步認(rèn)址，使其具有極高的響應(yīng)特性和認(rèn)址精度.提升機(jī)支臂上安裝的滾筒輸送機(jī)負(fù)責(zé)庫前站臺與各層輸送機(jī)之間的接泊過渡.堆垛機(jī)與庫前輸送系統(tǒng)及雙工位料箱提升機(jī)配合使用，系統(tǒng)通過雙臂提升機(jī)對庫前輸送系統(tǒng)與目標(biāo)層堆垛機(jī)進(jìn)行橋接，實(shí)現(xiàn)物料的出入庫操作.

2.2總體設(shè)計(jì)方案

總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮庫區(qū)空間、預(yù)期容量、出入庫效率及項(xiàng)目造價(jià)等因素.針對上文所述具體案例的項(xiàng)目要求，可確定9跨(每跨4列貨位)、3巷道、2層堆垛機(jī)(每層堆垛機(jī)負(fù)責(zé)9行貨位)的庫區(qū)布置.它既可滿足客戶對庫容量及效率的需求，又能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目投資的最小化.圖1所示為該總體設(shè)計(jì)方案的倉儲區(qū)立面圖.圖2所示為該總體設(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)平面圖.

圖1 倉儲區(qū)立面圖

圖2 系統(tǒng)平面圖

2.3設(shè)備技術(shù)參數(shù)

圖3 自動(dòng)倉庫巷道堆垛起重機(jī)作業(yè)循環(huán)效率計(jì)算圖

2.4電控系統(tǒng)方案

基于ProfiNet架構(gòu)構(gòu)建電控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使電控系統(tǒng)有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和穩(wěn)定性.通過ProfiNet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和及時(shí)性.

2.4.1 電控系統(tǒng)功能設(shè)定

電控系統(tǒng)的功能主要有控制方式切換、信息查詢、停電保護(hù)等.通過按鈕可實(shí)現(xiàn)控制方式的切換.其主要控制方式有手動(dòng)控制、在線控制、緊急停止和故障報(bào)警等.

(1)手動(dòng)控制方式：電氣控制系統(tǒng)在手動(dòng)操作方式下，由人工對各電機(jī)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)/停止操作.

(2)在線控制方式：通過接收上位計(jì)算機(jī)指令，實(shí)現(xiàn)各輸送設(shè)備的自動(dòng)控制，對物流和數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)傳輸，滿足物流工藝流程的要求.

(3)緊急停止及故障報(bào)警：電控柜和觸摸屏具有緊急停止操作功能，當(dāng)按下急停按鈕時(shí)，該控制區(qū)域內(nèi)設(shè)備全部停止運(yùn)行；當(dāng)系統(tǒng)所控制的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)診斷并產(chǎn)生相應(yīng)的聲光報(bào)警信號.

(4)停電保護(hù)功能：當(dāng)遇故障突然停電時(shí)，控制程序可以保持當(dāng)前狀態(tài)，重新上電后根據(jù)需要繼續(xù)正常運(yùn)行.

2.4.2 電源和配電設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電源采用三相五線制.系統(tǒng)配電主要分為動(dòng)力供電和控制供電.其中，動(dòng)力供電主要為現(xiàn)場電機(jī)等設(shè)備提供三相380 V AC電源；控制供電為PLC、電控柜、分布式I/O站、現(xiàn)場操作站等提供220 V AC和24 V DC電源.24 V DC電源在控制柜內(nèi)，為分布式I/O站、計(jì)量和檢測器件等供電[3-5].

2.5計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)包括倉儲信息管理系統(tǒng)和監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，是智能倉儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心和監(jiān)控調(diào)度核心，運(yùn)行于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，對自動(dòng)化立體倉儲系統(tǒng)進(jìn)行管理和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)物流設(shè)備和系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度以及庫存材料的統(tǒng)一管理和使用[6].

中央服務(wù)器通過以太網(wǎng)交換機(jī)，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)其與客戶端以及上位系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度平臺的通訊，利用數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)信息的存儲.信息管理系統(tǒng)通過以太網(wǎng)將作業(yè)命令傳達(dá)給監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng).監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)將作業(yè)命令優(yōu)化后分解為設(shè)備可執(zhí)行命令，通過ProfiNet工業(yè)以太網(wǎng)傳達(dá)給設(shè)備控制系統(tǒng)，以便控制設(shè)備各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速和有效運(yùn)行[7-8].計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示.

圖4 計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)架構(gòu)

2.6管理模式

倉儲物流系統(tǒng)出入庫作業(yè)采用分時(shí)段的工作模式.在工作時(shí)間段，可進(jìn)行揀選出庫、齊套(周轉(zhuǎn)箱所需的物料全部揀選完畢)入庫、齊套出庫；在非工作時(shí)間段，可進(jìn)行空箱出庫、物料入庫、盤點(diǎn)、庫位調(diào)整.工作時(shí)間內(nèi)揀選站臺既為入庫站臺也為出庫站臺.但在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，為提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率，定義每個(gè)揀選站臺為單一運(yùn)行模式，即下列3種模式當(dāng)中的一種：“揀選出庫模式”、“齊套入庫模式” 、“齊套出庫模式”.當(dāng)某個(gè)巷道揀選站臺的運(yùn)行模式切換時(shí)，需完成該巷道正在執(zhí)行的任務(wù)才能生效，并可操作.非工作時(shí)間內(nèi)，物料入庫為獨(dú)立的入庫站臺，揀選站臺可作為盤點(diǎn)站臺、庫位調(diào)整站臺、空箱出庫站臺.立體倉庫定義為單一運(yùn)行模式，即下列4種模式當(dāng)中的一種：“物料入庫模式”、“盤點(diǎn)模式”、“庫位調(diào)整模式”和“空箱出庫模式”.當(dāng)運(yùn)行模式切換時(shí)，需將正在執(zhí)行的任務(wù)完成時(shí)才能生效，然后操作[9-10].

3 多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)的優(yōu)勢

多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)可促進(jìn)大宗商品的揀選、訂單組合和排序，顯著提高速度、準(zhǔn)確性與生產(chǎn)量.它采用尖端的控制系統(tǒng)和性能增強(qiáng)軟件，可與眾多存儲媒介及搬運(yùn)容器配合，輕松地適應(yīng)任何形狀和規(guī)模的建筑.它采用擴(kuò)展的自動(dòng)化存儲系統(tǒng)，可進(jìn)行全新系列自動(dòng)化解決方案的開發(fā).

多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的高效布置，有效地解決了傳統(tǒng)單層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)的效率瓶頸問題，使系統(tǒng)效率比傳統(tǒng)單層堆垛機(jī)成倍提高，且更節(jié)能，將單一設(shè)備以高能耗為代價(jià)提高技術(shù)參數(shù)指標(biāo)分解為更輕量化的多機(jī)作業(yè)模式.該系統(tǒng)可根據(jù)客戶對存取效率的不同要求，相應(yīng)地?cái)U(kuò)展或縮減高度空間上的堆垛機(jī)層數(shù).由于該系統(tǒng)任務(wù)執(zhí)行分散化，單臺設(shè)備出現(xiàn)故障或維修停機(jī)后，其他設(shè)備仍可正常工作，大大降低了由設(shè)備停機(jī)導(dǎo)致全套設(shè)備癱瘓的風(fēng)險(xiǎn).

4 結(jié)束語

多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)以任務(wù)執(zhí)行分散化、系統(tǒng)管理?xiàng)l理化為基本設(shè)計(jì)理念，目前已成功應(yīng)用于實(shí)際案例.該系統(tǒng)具有訂單合理排序和自我修復(fù)功能，作業(yè)效率比傳統(tǒng)堆垛機(jī)提高了1倍，大大提高了車間運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低了人工揀選成本與出錯(cuò)率.其良好的工作環(huán)境和簡潔友好的操作界面為客戶提供了優(yōu)于傳統(tǒng)立庫的工作體驗(yàn).

作為國內(nèi)首個(gè)多層堆垛機(jī)倉儲物流系統(tǒng)，為國內(nèi)倉儲物流行業(yè)展示了一種新的車間物流存儲解決方案，是倉儲物流行業(yè)倉儲系統(tǒng)解決方案的有效補(bǔ)充，是高效率、高密度倉儲系統(tǒng)的典型應(yīng)用案例.必將在倉儲物流行業(yè)起到示范效應(yīng).

[1] 于 佳.淺談自動(dòng)化立體倉庫在中國的發(fā)展[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息,2014(5):322,330.

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DevelopmentandApplicationonWarehousingLogisticsSystemofMultilayerStacker

XUE Cheng-chao,FU You-bin,ZHENG Yu-kun

(Shenyang Siasun Robot and Automation Co.,Ltd.,Shenyang 110168,China)

Under the background of traditional stacker warehousing logistics system is faced with the problem of poor efficiency, poor scalability and high energy consumption, the paper introduces a new type of logistics system based on multilayer stacker as the core storage and retrieval devices, case oriented, the equipment composition, The determination of overall scheme, electronic control system, computer information system，technical features and management mode, compared with the traditional warehouse logistics system of stacker technical advantages to do a specific description and analysis.

multilayer stacker; warehousing logistics; automation

2017-08-14

薛成超(1983-)，男，遼寧建昌人，碩士，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及理論.

1006-3269(2017)03-0034-04

TP278

A

10.3969/j.issn.1006-3269.2017.03.008