石材自动化立体仓库设计
日期：2009-10-16 14:19:42 点击：
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自动化立体仓库是在不直接进行人工参与的情况下自动地存储和取出物料的系统。它以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为基础，以计算机控制技术为主要手段组成高效率物流、大容量科学储存系统。立体仓库技术融计算机网络数据库管理技术、自动控制技术、通讯技术、机电技术等为一体，在现代化工厂、企业中发挥着巨大作用。目前，石材成品板和半成品板主要还是以平面存储为主，占据空间比较大，管理还没有实现计算机化，搬运靠人工进行，造成破损率较高。如果立体仓库技术应用在石材仓储中，石材库存采用计算机化管理，搬运实现机械自动化，可以大大减少人工搬运破损率，降低石材搬运成本，节约占地面积，节省空间，提高加工和存储效率，为石材企业获得较大的社会效益和经济效益。
1立体仓库及其技术的发展历程
早期的仓库只被看作是市场营销过程中所必需的一种静止的贮存设施，随着生产技术的提高，人们逐渐意识到该如何储存种类繁多的产品，如何提高仓库的储存和使用效率，如何降低产品的运输成本等问题。在这种情况下，立体仓库应运而生，它最早出现于上世纪50年代，于60至70年代在新储存和搬运技术上得到了长足的发展，80年代后，在工业技术和计算机技术的推动下，各种全自动的新型物资储存仓库开始在全球被建立与使用。由此，立体仓库的发展大致经历了以下几个阶段[1]：
(1)初期的立体仓库。采用高层货架，出入库由人在机器上直接文明人作堆垛机运行。
(2)立体自动化仓库。采用高层货架，由人在远程遥控巷道起重堆垛机运行。
(3)立体自动化信息仓库。在立体自动化仓库的基础上，进一步采用电子计算机自动控制仓库管理、出入库作业和数据信息处理等，实现立体仓库作业的完全自动化。
立体仓库的产生和发展是生产和技术发展的结果，是工业企业生产机械化、自动化的产物，同时也完全是在仓储技术的逐渐改进下日趋完善的，而自动化技术在仓储领域中的发展又可分为五个阶段：人工仓储技术阶段、机械化仓储技术阶段、自动化仓储技术阶段、集成自动化仓储技术阶段和智能自动化仓储技术阶段。
第一阶段，物资的输送、存储、管理和控制主要靠人工实现。其优点是直观且成本较低。人工仓储技术在初期设备投资的经济指标方面也具有优越性。
第二阶段，人工文明人作机械存取设备，物料可以通过各种输送机、机械手、吊车、堆垛机和升降机等来移动和搬运，用货架、托盘或可移动货架等来存储。其优点是速度快，精确度高，便于重复存取和搬运，提高了所能达到的高度和提取的重量等。
第三阶段，立体仓库研制重点转向物资的控制和管理，计算机、数据采集点、机械设备的控制器的通信可以及时汇总信息，仓库计算机及时记录订货和到货时间，显示库存量。此时，信息技术的应用已成为仓储技术的重要支柱。化仓库技术作为计算机集成制造系统中物资存储的中心受到人们的重视。我国目前的自动化仓库技术已实现了与其它信息决策系统的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。
第四阶段，仓储技术向更高级的阶段，即智能自动化方向发展。现在，智能自动化仓储技术还处于初级发展阶段，在本世纪仓储技术的智能化将具有广阔的应用前景。
2石材自动化立体仓库系统的构成
目前石材仓储主要是平面堆放，石材成品板和半成品板包装以木材和塑料为主，石材仓储没有实现自动化，造成资源浪费。石材自动化立体仓库基本上是由高层货架、巷道堆垛机、输送机、自动控制系统、库存信息管理系统这五大部分组成，如图1所示为其平面设计简图。
1—高层货架；2—巷道式堆垛机；3—堆垛机轨道；4—链式输送机；
5—辊式输送机；6—卸货平台；7—计算机控制管理系统
图1 石材自动化立体仓库平面设计简图
高层货架是保管物料的场所，其构造形式可分为单元货位式、贯通式、水平循环式和垂直旋转式。其中单元货位式是使用最广泛的一种货架形式，其特点是货架分成若干排，每两排货架为一组，其间有一条巷道供堆垛机作业，每排货架又分为数列，沿垂直方向又分若干层，从而形成大量货位。
堆垛机又称搬运车，行走在一组货架之间进行存取货物作业，通常可分为单柱、双柱结构；有轨、无轨结构。主要由金属结构、载货台、水平运行机构、起升机构、货叉伸缩机构、水平及起升导向轮机构、安全保护装置和电气装置等部件组成。输送机主要负责将货物输送到堆垛机上下料位置和货物出入库位置，通常采用带输送机、辊道输送机、链传动输送机等。
3石材自动化立体仓库系统的功能
概括起来说，石材自动化立体仓库主要是由执行、监控和管理三大系统组成，与之配套的还有供电系统、空调系统、消防报警系统、称重计量系统、信息通信系统等。如图2所示为其三个功能层次结构图。
图2 石材自动化立体仓库功能结构图
计算机管理系统是立体仓库系统的中枢，它运行在立体仓库管理终端上，管理终端通过局域网与服务器及控制终端通信，完成相应的任务，包括出入库管理、货位库存管理、基础信息管理、统计查询等。通过仓库计算机管理软件，工作人员可以很直观地了解每个货位上的货位信息，包括物料的种类、数量等等，若要从仓库中取出某一种物料，工作人员只需在管理系统中填写物料名称及数量，系统就会自动列出存放这种物料的货位号。
计算机监控系统是立体仓库系统的重要组成部分，它既接受管理层的指令来控制设备完成规定的任务，又实时将监测到的物流系统状态信息反馈给管理层。执行系统由物流机械组成，物流设备的控制器接收监控层的指令来控制设备执行各种文明人作[2]。
作为物流系统的中心环节，立体仓库最主要的功能就是收货、存货、取货、发货等。此外，立体仓库还具有调节供需、调节货物运输能力、流通配送加工、信息传递等功能[3]。从生产和消费的连续性来看，有些产品的生产是均衡的，消费是不均衡的，而有些产品又恰恰相反；从运输：工具的运输能力来看，各种运输工具之间都存在着或大或小的能力差异，这些都需要通过立体仓库进行调节和衔接。另外，近些年立体仓库还增加了分拣、配套、捆装、流通加工、信息处理等设置，使得立体仓库由原来的保管型逐步转变
成流通型，在这些功能基础上，又产生了对其信息传递的要求，需要依靠网络通过电子数据交换等技术来提高物资信息的传输速度。
4石材自动化立体仓库的优点及其应用
仓库在过去被看成是一个无附加价值的成本中心，而现在却作为连接生产者和消费者之间的纽带，被看成是企业成功经营中的一个关键因素。其优势可以归纳为以下几个方面：
(1)充分利用空间，减少占地面积。由于使用高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高空发展，目前世界上最高的货架已达到50m。
(2)保证装运质量，减轻工人劳动强度。仓库物资的储存、搬运等均采用机械作业，实现了生产的自动化并提高了货物的完好性。
(3)提高工作效率，缩短出入库作业时间。由于货物分别在货架的独立格内，彼此互不堆压，所以在存取时互不干扰。另外，利用计算机进行过程监控，文明人作直观安全，运行和处理速度快，并且减少货物处理和信息处理过程中的差错，方便维修。
(4)有效地减少流动资金的积压、减少物资损失。将仓库计算机与企业计算机连接起来，便于企业及时掌握库存信息，加速商品周转，提高仓库整体管 理水平，改善库存结构。
立体仓库这些独特的优越性正在被更多人所认识，目前国内企业都很重视库房建设，而大多数大型企业和物流企业的仓库都以自动化立体仓库为主。作为现代物流的关键技术之一，立体仓库的信息管理的完备性和控制高度智能化，将在很大程度上决定企业的发展状况。
5立体仓库的发展趋势
经历了四个发展阶段之后，目前，立体仓库已经开始进入智能储运技术阶段，逐步向更合理化、系统化、综合化和社会化方向发展。所谓智能储运技术主要包括智能物料储运设计和智能物料储运作业，目前研究人员在这一技术方面正进行着大量的工作。例如将专家系统运用在自动导向车中，使其能够确定行走路线并做出合理的运行决策；在仓库的建设方程中也可以用专家系统确定最佳参数以及如何缩短时间；专家系统还能够控制机器人进行物料入库和出库文明人作，控制堆垛机的装卸及指定物料储存位置等。
随着柔性化的普及，立体仓库的储运作业的另一个研究方向是朝着柔性化发展。实现系统的柔性化，采用灵活的传输设备和物流路线是实现物流和仓储自动化的趋势，各种模块式、移动式结构机器人、自动装卸车以及货架已经相继出现，作为柔性物流工具在仓储和产品发送中日益发挥重要的作用。例如带可拆卸抓手的机器人它可根据送来货物的不同更换机器人的抓手，由编好的程序控制它要抓取的货物[4][5]。
参考文献
[1]姚志坚．适应于现代化生产的库存管理系统——自动化立体仓库．决策借鉴，1994．3．
[2]师向丽． 面向自动化立体仓库的仓储管理系统的研究，华北工学院，2004．
[3]张晓川，现代仓储物流技术与装备，北京：化学工业出版社，2003年，
[4]孔令中主编．现代物流设备设计与选用，北京：化学工业出版社，2006年．
[5]刘昌祺，董良主编．自动化立体仓库设计，北京：机械工业出版社，2004年．
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自动化立体仓库是在不直接进行人工参与的情况下自动地存储和取出物料的系统。它以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为基础，以计算机控制技术为主要手段组成高效率物流、大容量科学储存系统。立体仓库技术融计算机网络数据库管理技术、自动控制技术、通讯技术、机电技术等为一体，在现代化工厂、企业中发挥着巨大作用。目前，石材成品板和半成品板主要还是以平面存储为主，占据空间比较大，管理还没有实现计算机化，搬运靠人工进行，造成破损率较高。如果立体仓库技术应用在石材仓储中，石材库存采用计算机化管理，搬运实现机械自动化，可以大大减少人工搬运破损率，降低石材搬运成本，节约占地面积，节省空间，提高加工和存储效率，为石材企业获得较大的社会效益和经济效益。
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早期的仓库只被看作是市场营销过程中所必需的一种静止的贮存设施，随着生产技术的提高，人们逐渐意识到该如何储存种类繁多的产品，如何提高仓库的储存和使用效率，如何降低产品的运输成本等问题。在这种情况下，立体仓库应运而生，它最早出现于上世纪50年代，于60至70年代在新储存和搬运技术上得到了长足的发展，80年代后，在工业技术和计算机技术的推动下，各种全自动的新型物资储存仓库开始在全球被建立与使用。由此，立体仓库的发展大致经历了以下几个阶段[1]：
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(1)初期的立体仓库。采用高层货架，出入库由人在机器上直接文明人作堆垛机运行。
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(2)立体自动化仓库。采用高层货架，由人在远程遥控巷道起重堆垛机运行。
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(3)立体自动化信息仓库。在立体自动化仓库的基础上，进一步采用电子计算机自动控制仓库管理、出入库作业和数据信息处理等，实现立体仓库作业的完全自动化。
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立体仓库的产生和发展是生产和技术发展的结果，是工业企业生产机械化、自动化的产物，同时也完全是在仓储技术的逐渐改进下日趋完善的，而自动化技术在仓储领域中的发展又可分为五个阶段：人工仓储技术阶段、机械化仓储技术阶段、自动化仓储技术阶段、集成自动化仓储技术阶段和智能自动化仓储技术阶段。
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第一阶段，物资的输送、存储、管理和控制主要靠人工实现。其优点是直观且成本较低。人工仓储技术在初期设备投资的经济指标方面也具有优越性。
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第二阶段，人工文明人作机械存取设备，物料可以通过各种输送机、机械手、吊车、堆垛机和升降机等来移动和搬运，用货架、托盘或可移动货架等来存储。其优点是速度快，精确度高，便于重复存取和搬运，提高了所能达到的高度和提取的重量等。
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第四阶段，仓储技术向更高级的阶段，即智能自动化方向发展。现在，智能自动化仓储技术还处于初级发展阶段，在本世纪仓储技术的智能化将具有广阔的应用前景。
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目前石材仓储主要是平面堆放，石材成品板和半成品板包装以木材和塑料为主，石材仓储没有实现自动化，造成资源浪费。石材自动化立体仓库基本上是由高层货架、巷道堆垛机、输送机、自动控制系统、库存信息管理系统这五大部分组成，如图1所示为其平面设计简图。
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1—高层货架；2—巷道式堆垛机；3—堆垛机轨道；4—链式输送机；
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图1 石材自动化立体仓库平面设计简图
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高层货架是保管物料的场所，其构造形式可分为单元货位式、贯通式、水平循环式和垂直旋转式。其中单元货位式是使用最广泛的一种货架形式，其特点是货架分成若干排，每两排货架为一组，其间有一条巷道供堆垛机作业，每排货架又分为数列，沿垂直方向又分若干层，从而形成大量货位。
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堆垛机又称搬运车，行走在一组货架之间进行存取货物作业，通常可分为单柱、双柱结构；有轨、无轨结构。主要由金属结构、载货台、水平运行机构、起升机构、货叉伸缩机构、水平及起升导向轮机构、安全保护装置和电气装置等部件组成。输送机主要负责将货物输送到堆垛机上下料位置和货物出入库位置，通常采用带输送机、辊道输送机、链传动输送机等。
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3石材自动化立体仓库系统的功能
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概括起来说，石材自动化立体仓库主要是由执行、监控和管理三大系统组成，与之配套的还有供电系统、空调系统、消防报警系统、称重计量系统、信息通信系统等。如图2所示为其三个功能层次结构图。
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图2 石材自动化立体仓库功能结构图
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计算机管理系统是立体仓库系统的中枢，它运行在立体仓库管理终端上，管理终端通过局域网与服务器及控制终端通信，完成相应的任务，包括出入库管理、货位库存管理、基础信息管理、统计查询等。通过仓库计算机管理软件，工作人员可以很直观地了解每个货位上的货位信息，包括物料的种类、数量等等，若要从仓库中取出某一种物料，工作人员只需在管理系统中填写物料名称及数量，系统就会自动列出存放这种物料的货位号。
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计算机监控系统是立体仓库系统的重要组成部分，它既接受管理层的指令来控制设备完成规定的任务，又实时将监测到的物流系统状态信息反馈给管理层。执行系统由物流机械组成，物流设备的控制器接收监控层的指令来控制设备执行各种文明人作[2]。
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作为物流系统的中心环节，立体仓库最主要的功能就是收货、存货、取货、发货等。此外，立体仓库还具有调节供需、调节货物运输能力、流通配送加工、信息传递等功能[3]。从生产和消费的连续性来看，有些产品的生产是均衡的，消费是不均衡的，而有些产品又恰恰相反；从运输：工具的运输能力来看，各种运输工具之间都存在着或大或小的能力差异，这些都需要通过立体仓库进行调节和衔接。另外，近些年立体仓库还增加了分拣、配套、捆装、流通加工、信息处理等设置，使得立体仓库由原来的保管型逐步转变
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成流通型，在这些功能基础上，又产生了对其信息传递的要求，需要依靠网络通过电子数据交换等技术来提高物资信息的传输速度。
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4石材自动化立体仓库的优点及其应用
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仓库在过去被看成是一个无附加价值的成本中心，而现在却作为连接生产者和消费者之间的纽带，被看成是企业成功经营中的一个关键因素。其优势可以归纳为以下几个方面：
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(1)充分利用空间，减少占地面积。由于使用高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高空发展，目前世界上最高的货架已达到50m。
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(2)保证装运质量，减轻工人劳动强度。仓库物资的储存、搬运等均采用机械作业，实现了生产的自动化并提高了货物的完好性。
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(3)提高工作效率，缩短出入库作业时间。由于货物分别在货架的独立格内，彼此互不堆压，所以在存取时互不干扰。另外，利用计算机进行过程监控，文明人作直观安全，运行和处理速度快，并且减少货物处理和信息处理过程中的差错，方便维修。
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(4)有效地减少流动资金的积压、减少物资损失。将仓库计算机与企业计算机连接起来，便于企业及时掌握库存信息，加速商品周转，提高仓库整体管 理水平，改善库存结构。
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立体仓库这些独特的优越性正在被更多人所认识，目前国内企业都很重视库房建设，而大多数大型企业和物流企业的仓库都以自动化立体仓库为主。作为现代物流的关键技术之一，立体仓库的信息管理的完备性和控制高度智能化，将在很大程度上决定企业的发展状况。
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5立体仓库的发展趋势
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经历了四个发展阶段之后，目前，立体仓库已经开始进入智能储运技术阶段，逐步向更合理化、系统化、综合化和社会化方向发展。所谓智能储运技术主要包括智能物料储运设计和智能物料储运作业，目前研究人员在这一技术方面正进行着大量的工作。例如将专家系统运用在自动导向车中，使其能够确定行走路线并做出合理的运行决策；在仓库的建设方程中也可以用专家系统确定最佳参数以及如何缩短时间；专家系统还能够控制机器人进行物料入库和出库文明人作，控制堆垛机的装卸及指定物料储存位置等。
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随着柔性化的普及，立体仓库的储运作业的另一个研究方向是朝着柔性化发展。实现系统的柔性化，采用灵活的传输设备和物流路线是实现物流和仓储自动化的趋势，各种模块式、移动式结构机器人、自动装卸车以及货架已经相继出现，作为柔性物流工具在仓储和产品发送中日益发挥重要的作用。例如带可拆卸抓手的机器人它可根据送来货物的不同更换机器人的抓手，由编好的程序控制它要抓取的货物[4][5]。
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[1]姚志坚．适应于现代化生产的库存管理系统——自动化立体仓库．决策借鉴，1994．3．
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[2]师向丽． 面向自动化立体仓库的仓储管理系统的研究，华北工学院，2004．
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[3]张晓川，现代仓储物流技术与装备，北京：化学工业出版社，2003年，
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[4]孔令中主编．现代物流设备设计与选用，北京：化学工业出版社，2006年．
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[5]刘昌祺，董良主编．自动化立体仓库设计，北京：机械工业出版社，2004年．
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