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    自动化立体库的设计和规划


    自动化立体库的设计和规划


    一、立体库的定义

     

    立体化仓库又称高层货架仓库、自动存取系统AS/RS(Automatic Storage & Retrieval System)。采用几层或十几层的高层货架存放货物,以巷道堆垛机为主,并结合出入库辅助设备来进行作业的一种仓库。能够按照系统指令自动完成货物的存取,并能对库存货物进行自动管理,完全实现自动化出入库作业。

     

    二、立体库系统的组成

     

    自动化立体仓库系统主要是由立体货架、出入库托盘输送设备、存储设备、巷道堆垛机、尺寸检测条码阅读系统、控制系统、通讯系统和上位机监控系统等部分组成。自动化立体仓库系统与土建公共设施有关,如厂房、照明系统、消防系统、通风采暖系统、动力系统等等有关。

     

    优点:提高库存占地面积,提高空间利用率;节省人力,降低人工作业强度

    及时了解库存信息,便于盘库;能够及时准确的寻取货物进行出入库。

    功能:信息查询;自动存储;自动入库、自动出库、发货。


    三、存储设备

     

    储存载体:用于装载物品的工具。例如托盘、容器(料箱)、单品、其他专用工具等等;储存设备的选择依据储存物品形状、重量、体积、包装形式等特性决定。

     

    货架类型:货架用于存放成件或整托盘物品的保管设备。货架类型包括:普通货架、贯通式货架、后推式货架、移动式货架、旋转式货架、阁楼式货架、专用货架、自动化立体仓库货架。

     

    普通货架:适用于储存箱、包或单品等重量轻、体积小的物品。货架高度一般在4m以下。钩式设计,可自由调整存取高度及间隔,一般采用人力(不用叉车等)直接将货物(不采用托盘单元)存取于货架内。

     

    贯通式货架:又叫驶入式/驶出式货架,用于储存托盘装载单元并具有叉车升降车出入口。储存密度高,存取性差,同一通道内的货物品种必须相同或同一通道内的货物必须一次完成出入库作业。

     

    后推式货架:存取货依靠倾斜滑轨,货物自动滑送前方或被推送至后方。存取密度高,一般深度方向达到35个储位。适用于少品种大批量物品的存储,无法实现先进先出的存取方式。

     

    旋转式货架:旋转式货架分为水平旋转式和垂直旋转式两种,操作简单,存取作业迅速,适用于小批量、多品种、小物品的储存及管理,出入库能力低。可实现货到人自动存取作业。

     

    密集库:仓储的密集式程度大幅提高,对仓储面积的利用率提高,自动化程度提升;穿梭板故障处理方便,应急能力强。投资成本较横梁式货架较高,对土建地面的承载有较高的要求。对不同品规的货位分布,需要有系统化的设计和分配。

     

    料箱库:通过穿梭车进行料箱的存取,一台穿梭车对应多层料箱。通过提升机进行穿梭小车的换层。出入库效率较高,具有自动排序功能。实际中多和换层提升机配合使用。

     

    高架立体库:目前行业大型物流中心应用较多的一种方式,自动化程度高,出入库效率高,单位面积的存储量高,出入库灵活,成熟稳定。成本较高,对土建、入库码盘及出库拆盘的能力有较高的要求。

     

    四、立体库设计基本步骤

     

    1、搜集原始资料

    1)获取产品的特征、外形尺寸、平均库存量、日出入数量、出入库频率等基础数据;

    2)土建条件、现场地形及其仓库环境要求等;

    3)出入库物流来源及去向、产品包装形式、搬运形式、运输条件等等。

     

    2、需求分析

    1)根据原始数据进行数据分析,对入库的品牌进行ABC分类;

    2)根据参数确定存储单元的尺寸及仓库的容量;

    3)根据出入库的基础数据分析出入库需求。

     

    3、确定存储设备

    根据库存量、品规、产品特征等基础参数选择存储设备以及仓库作业模式。

     

    4、基本方案设计

    根据需求分析、作业形式规划基本的设计方案,然后再根据后续设备选型、能量需求计算以及仿真验证进一步优化设计方案。

     

    5、机械设备选型

    根据需求分析、出入库效率以及作业流程选择合适的机械设备,并确定设备的主要参数。

     

    6、系统环节能量计算

    系统规划设计完成后,需要针对于各个环节的系统作业效率进行计算,能力与需求是否匹配。

     

    7、系统仿真验证

    理论计算后,需要对系统各个瓶颈进行仿真验证,对不合理的流程设计进行优化修正。

     

    8、系统评价

    最后,对系统进行成本核算、经济效益分析以及远期规划设计。

    856.png


    五、仓库面积

     

    1、荷重计算法:A=mQ/kq

    A指立体仓库所需面积(m2

    k指立体仓库面积利用率,即存货面积与总面积之比

    mQ指立体仓库货物的库存量(t

    q指立体仓库单位面积上的库存量(t/m2

     

    2、直接计算法:A=A1+A2+A3+A4

    A1指货物有效存放面积(m2

    A2指入库验货场地面积(m2

    A3指出库发货场地面积(m2

    A4指通道面积(m2


    3、库存指标

    最大库存量:mQ=EK/30t(每月30天计算)

    E指立体仓库的月最大货物存取量(t

    K指设计最大入库百分数

    t指货物在仓库中平均库存期(天)

     

    库存周转率:一种衡量物料在仓库里或是整条价值流中,流动快慢的标准。

     

    库存周转率=年度销售产品成本/当年平均库存价值

     

    六、货架设计

     

    根据仓库最大规划储存量确定货架尺寸。以由以下4个参数中的3个来确定货架尺寸。1、仓库长度(或货架列数);2、仓库宽度(或巷道数);3、仓库高度(或货架层数);4、仓库容量(或总货位数)。货架尺寸的计算是根据货格尺寸、库顶间隙、库内设施与墙体的安全距离以及前区尺寸确定的。

     

    1、货架高度设计

    自动化立体仓库主要的参数是货架高度,最佳高度直接影响占地面积、长度、宽度、起重运输机械设备装载效率以及技术经济指标的选择。影响货架高度的因素:储存量、周转率以及订货发送时的配套模式。

     

    2、最佳参数确定

    货架高度H:货架最佳高度取决于容量,通常在1520m之间,当容量为10001500t时,高度H12.6m,当容量为6000t或以上时,高度H16.2 m

    货架长度L:若仓库作业由堆垛机上、下货,则货架的最佳通道长度L80120m之间。为保证堆垛机的托架垂直和水平移动操作并行不悖,则H/L应保持均衡,一般推荐采用下列比值:

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

    3、货格及轨道尺寸

    货格尺寸=装载单元货态尺寸+间隙尺寸

    侧面间隙尺寸一般取50-100mm,对横梁式货架,一般a5a3 ,对牛腿式货架,要求a4a3

    垂直间隙尺寸应保证货叉叉取货物过程中微起升时不与上部构件发生干涉。

    轨道尺寸:装载单元货态尺寸+安全距离

     

    4、两种形式货架

    555.png

    5、出入库能力计算

    1)循环作业时间

    平均单一作业循环时间:堆垛机从某一出入库站开始向所有货格进行入库作业循环(或出库作业循环)的平均时间。当货架为m列,n层时,作业时间为:

    999.jpg

    TS指平均单一循环作业时间(s);

    tjk指从入库开始到jk层单程移动时间(s);

    tf指叉货时间,在出入库站或货格处货物移动时间(s

    ti指浪费时间,控制延迟时间等(s);

     

    2)同端出入库

    平均复合作业循环时间:入库作业后进行出库作业时的循环时间。当货架为m列、n层时,作业时间为:

     

    9992.jpg

    TD指平均复合循环作业时间(s);

    tjk指从入库开始到jk层单程移动时间(s);

    tf指叉货时间,在出入库站或货格处,货物移动时(s);

    ti停机时间,控制延迟时间等(s);

    tt平均货格移动时间,随机确定入库货格和出库货格,作适当次数货格移动求得所需时间的平均值(s);

    ts出入库站间移动时间(s

     

    3)出入库周期

    堆垛机基本出入库能力用每小时内入库或出库的存储单元数表示。

    平均单一作业循环时间基准出入库能力=Ns=3600/Ts

    平均复合作业循环时间基准出入库能力=Nd=3600/Td

    其中:NsNd为每小时入库或出库的存储单元数量

    出入库形式包括,同端出入库、两端出入库、中间出入库。

    9993.jpg


    七、辅助设备

     

    1、单立柱堆垛机和双立柱堆垛机

    单立柱堆垛机是自动化立体仓库里面的主要组成部分之一,专用于高架仓库。机架结构是由1根立柱、上横梁和下横梁组成的1个矩形框架,结构刚度比双立柱堆垛机差,适用于起重量在2吨以下,起升高度在16米以下的仓库 。堆垛机在货架之间的巷道内运行,主要用于搬运装在托盘上或货箱内的单元货物;也可开到相应的货格前,由机上人员按出库要求拣选货物出库。

     

    双立柱堆垛机是自动化立体仓库里面的主要组成部分之一,区别于单立柱堆垛机,机架结构是由2根立柱、上横梁和下横梁组成的1个矩形框架,结构刚度比较好,质量比单立柱大。适用于各种起升高度的仓库,一般起重量可达5吨,必要时还可以更大,可用于高速运行。双立柱堆垛机在货架之间的巷道内运行,主要用于搬运装在托盘上或货箱内的单元货物;也可开到相应的货格前,由机上人员按出库要求拣选货物出库。

     

    控制原理:水平行走是根据激光测距器反馈的距离进行定位的。上下升降是根据升降条码测距器反馈的位置进行定位的。货叉叉取是根据货叉位置编码器反馈的位置进行定位的。

     

    2、工作流程

    入库准备-下达入库单-判断入库指令信号-运送货物到入库口-判断货物信息是否与入库单一致(报警提示等待处理)-RFID记录ID信息-巷道堆垛机取货-堆垛机运行至相应库位放货-仓库数据更新-入库结束

     

    出库准备-下达出库单-判断入库指令信号-巷道堆垛机运行至相应货物取货-运送货物到出库口-判断货物信息是否与入库单一致(报警提示等待处理)-RFID记录ID信息-巷道堆垛机放货-仓库数据更新-出库结束

     

    3、水平输送设备

    水平输送设备主要实现物件在平面上的直行、横向、转弯输送和在线分拣等,并能全程跟踪物件输送的实时信息。自动化立体库码盘/拆盘后的整托盘,主要通过辊柱输送机、链式输送机、直线穿梭车或者环形穿梭车来传输至出入库口。

     

    4、垂直输送设备

    垂直输送机又称提升机,用于将规整物件由水平方向转向到垂直方向输送的输送机械。能对物件进行提升或下降,节约有限空间使效率最大化。主要分为往复式提升机、连续式提升机、螺旋式提升机三类。

     

    5、自动搬运小车AGV

    AGV,是一种以蓄电池作为动力源,装有非接触控制导向装置无人驾驶自动化搬运工具。主要是由机械本体、行走驱动装置、举升移栽装置、定位导航装置、蓄电池装置、安全防护装置等重要部分组成。根据导引方式,可分为固定路径(磁导引、光导引)和自由路径(激光导引、惯导)。

     

    6、拆码垛机构

    拆码垛机构主要分为多关节机械手和直角坐标两种,根据货物特性采取不同的夹具结构,主要分为侧夹型、底拖型和真空吸盘型。机器人还可分固定型和移动型。


     

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