叢蘭強(qiáng)，沈敏德，薛云娜

（齊魯工業(yè)大學(xué) 山東省輕工裝備先進(jìn)制造與測(cè)控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250353）

0 引言

傳統(tǒng)的AS/RS系統(tǒng)以基于巷道堆垛機(jī)的自動(dòng)立庫(kù)為主要形式，在這種系統(tǒng)中，巷道占據(jù)了較大的倉(cāng)儲(chǔ)空間，使得倉(cāng)儲(chǔ)空間的利用率低。近年來(lái)，對(duì)于高自動(dòng)化程度和高存儲(chǔ)密度的密集式倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的研究得到業(yè)界的普遍重視，各種新型密集倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)[1,2]。本文結(jié)合對(duì)藥品倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)的研究，提出了一種基于雙向穿梭板的密集式藥品倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，用雙向穿梭板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的巷道堆垛機(jī)對(duì)貨物進(jìn)行出入庫(kù)作業(yè)，取消了堆垛機(jī)行走的巷道，提高了倉(cāng)儲(chǔ)密度和作業(yè)效率。

1 系統(tǒng)組成

基于雙向穿梭板的密集式倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的基本組成包括：雙向穿梭板、貫通式貨架、轉(zhuǎn)移巷道、出入庫(kù)提升機(jī)和鋪設(shè)于貫通式貨架和轉(zhuǎn)移巷道底部的交叉軌道。附屬部分有出入庫(kù)棧臺(tái)、電控系統(tǒng)和上位機(jī)調(diào)度管理系統(tǒng)等。如圖1、圖2所示。

圖1 雙向穿梭板密集式倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)基本組成

圖2 貨架、轉(zhuǎn)移巷道和交叉軌道局部放大圖

工作原理說(shuō)明：每一層的轉(zhuǎn)移巷道將同層的貫通式貨架的貨位通道連接起來(lái)。轉(zhuǎn)移巷道底部的橫向軌道與每條貨位通道底部的垂直縱向軌道垂直交叉，雙向穿梭板可以在運(yùn)輸轉(zhuǎn)移巷道和各條貨位通道之間換向行駛。在轉(zhuǎn)移巷道兩端設(shè)置出入庫(kù)提升機(jī)，提升機(jī)的升降臺(tái)上安裝伸縮貨叉，與雙向穿梭板配合使用實(shí)現(xiàn)貨物的出入庫(kù)作業(yè)。入庫(kù)作業(yè)循環(huán)：穿梭板在指定點(diǎn)待命；中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出入庫(kù)指令, 穿梭板按照接收到的指令沿軌道行駛到提升機(jī)旁的取貨點(diǎn)；提升機(jī)上的貨叉將貨物送出至穿梭板上方，穿梭板的貨物檢測(cè)傳感器檢測(cè)到貨物后, 其頂升裝置升起將貨物托?。淮┧蟀逖剞D(zhuǎn)移巷道行駛至目標(biāo)貨位通道口前，換向行駛進(jìn)入貨位通道將貨物放入貨位，然后返回行駛到待命點(diǎn)等待新的指令。出庫(kù)作業(yè)循環(huán)與此類(lèi)似，不再贅述。

2 面向藥品生產(chǎn)企業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)解決方案

2.1 用戶需求說(shuō)明

現(xiàn)用這種新型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)某藥廠提供藥品倉(cāng)儲(chǔ)解決方案。該企業(yè)生產(chǎn)大輸液藥品，有46種品規(guī)，藥品首先裝入四種不同規(guī)格的包裝箱，然后再裝入托盤(pán)組成貨物單元入庫(kù)存儲(chǔ)，如表1所示。

表1 大輸液藥品包裝規(guī)格及貨物單元尺寸

用戶要求提供倉(cāng)儲(chǔ)貨位總數(shù)不小于7680個(gè)。入庫(kù)為三班作業(yè)，出庫(kù)最多為兩班，生產(chǎn)車(chē)間藥品入庫(kù)輸送效率大約為48箱/分鐘。機(jī)械手碼盤(pán)效率大約為3～5分鐘/托盤(pán)。

2.2 巷道堆垛機(jī)倉(cāng)儲(chǔ)方案

企業(yè)原解決方案為采用傳統(tǒng)的巷道堆垛機(jī)自動(dòng)立庫(kù)，長(zhǎng)124.8米、寬36米、高24米，占地面積4816平方米。共計(jì)8個(gè)巷道8臺(tái)堆垛機(jī)，貨架有16排、40列、13層共計(jì)8320個(gè)貨位，如圖3所示。單臺(tái)堆垛機(jī)設(shè)計(jì)出入庫(kù)能力：30托盤(pán)/小時(shí)。各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)如表2所示。

在該方案中，每?jī)蓷l巷道對(duì)應(yīng)一條包裝入庫(kù)輸送線，存放一種包裝規(guī)格的藥箱?？偣灿兴臈l輸送線和四臺(tái)碼垛機(jī)械手。

2.3 雙向穿梭板密集式倉(cāng)儲(chǔ)方案

圖4為本文為上述用戶設(shè)計(jì)的基于雙向穿梭板的密集式藥品倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。密集庫(kù)貨架區(qū)長(zhǎng)60米、寬36米、高15米，占地面積2160平方米。貨架有24排、40列8層共計(jì)7680個(gè)貨位，設(shè)置8臺(tái)雙向穿梭板，每層1臺(tái)，另外配置2臺(tái)貨物提升機(jī)。各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)如表3所示。

圖4 雙向穿梭板密集式藥品倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)

表3 密集庫(kù)系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)表

3 仿真分析

FlexSim是基于Windows平臺(tái)的面向?qū)ο笙到y(tǒng)仿真軟件，由美國(guó)FlexSim Software Products公司出品。該軟件具有許多對(duì)外開(kāi)放的接口，可以使用C++語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)布局，提高了建模的可能性，基本上可以表示所有的實(shí)物對(duì)象[3,4]。本文采用Flexsim仿真軟件對(duì)上述兩種形式的藥品倉(cāng)儲(chǔ)方案進(jìn)行了建模分析。

3.1 巷道堆垛機(jī)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)

以一條輸送線為例，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)巷道四排貨架在三班次（24小時(shí)）內(nèi)最大可實(shí)現(xiàn)入庫(kù)任務(wù)482托盤(pán)（取決于最大生產(chǎn)能力），可實(shí)現(xiàn)出庫(kù)任務(wù)1932托盤(pán)（按整盤(pán)出庫(kù)，兩班次）。

圖5 巷道堆垛機(jī)藥品倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)Flexsim仿真流程

圖5仿真流程說(shuō)明：(a)入庫(kù)，發(fā)生器分別產(chǎn)生空托盤(pán)和藥品包裝箱，當(dāng)托盤(pán)到達(dá)合成器時(shí)機(jī)械手將另一條輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)傳送來(lái)的藥箱轉(zhuǎn)移到合成器上進(jìn)行碼盤(pán)作業(yè)。然后，貨物單元在輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的輸送下到達(dá)入庫(kù)棧臺(tái)，堆垛機(jī)裝載貨物后將其運(yùn)送到指定的貨位入庫(kù)。(b)出庫(kù)，出庫(kù)時(shí)堆垛機(jī)將指定貨位的貨物單元進(jìn)行裝載并運(yùn)送到出庫(kù)棧臺(tái)，貨物單元經(jīng)由出庫(kù)棧臺(tái)轉(zhuǎn)移至輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)上，然后到達(dá)吸收器內(nèi)，完成一次仿真流程。

3.2 雙向穿梭板密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)

以一條輸送線為例，對(duì)應(yīng)兩臺(tái)穿梭板和兩層貨架，在三班次（24小時(shí)）內(nèi)最大可實(shí)現(xiàn)入庫(kù)任務(wù)484托盤(pán)（取決于最大生產(chǎn)能力），可實(shí)現(xiàn)出庫(kù)任務(wù)1934托盤(pán)（按整盤(pán)出庫(kù)，兩班次）。

圖6 雙向穿梭板密集式藥品倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)Flexsim仿真流程

圖6仿真流程說(shuō)明：(a)入庫(kù)，發(fā)生器分別產(chǎn)生空托盤(pán)和藥品包裝箱，當(dāng)托盤(pán)到達(dá)合成器時(shí)機(jī)械手將另一條輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)傳送來(lái)的藥箱轉(zhuǎn)移到合成器上進(jìn)行碼盤(pán)作業(yè)。然后，貨物單元在輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的輸送下到達(dá)入庫(kù)棧臺(tái)，提升機(jī)將貨物取走并運(yùn)送到相應(yīng)的貨架層，該貨架層的雙向穿梭板將貨物單元運(yùn)送到指定的貨位，完成入庫(kù)作業(yè)；(b)出庫(kù)，相應(yīng)層的空載雙向穿梭板到達(dá)待出庫(kù)貨物所在的貨位，裝載貨物單元并將其運(yùn)送到出庫(kù)端的提升機(jī)處，提升機(jī)取走貨物單元并將其運(yùn)送到底層出庫(kù)棧臺(tái)上，貨物單元經(jīng)出庫(kù)棧臺(tái)的輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)運(yùn)送到達(dá)吸收器，完成一次仿真流程。

3.3 兩種方案的對(duì)比分析

圖7、圖8為Flexsim中兩種方案的仿真屬性窗口。以一個(gè)班次（8小時(shí)）單入庫(kù)作業(yè)為例，一個(gè)作業(yè)循環(huán)的平均等待時(shí)間堆垛機(jī)為19.50s，雙向穿梭板為48.77s；單臺(tái)堆垛機(jī)的總行走路程為15525.06m，而單臺(tái)雙向穿梭板的總行走路程為44589.33m。這兩組數(shù)據(jù)說(shuō)明了雙向穿梭板具有更高的作業(yè)效率。

圖7 堆垛機(jī)方案仿真屬性窗口

圖8 雙向穿梭板方案仿真屬性窗口

單入庫(kù)時(shí)堆垛機(jī)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)與雙向穿梭板倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)仿真結(jié)果對(duì)比如表4所示。

表4 單入庫(kù)時(shí)兩種系統(tǒng)仿真結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

在本文討論的案例中，穿梭板密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的巷道堆垛機(jī)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)相比，占地面積為55.27%，倉(cāng)庫(kù)高度為62.5%，車(chē)輛行走路程為2.87倍，車(chē)輛運(yùn)行時(shí)間為70.73%。由此可以得出結(jié)論，雙向穿梭板密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的巷道堆垛機(jī)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)相比，具有倉(cāng)儲(chǔ)密度高、作業(yè)效率高、節(jié)約土地、減少成本等優(yōu)點(diǎn)，而且由于降低了倉(cāng)庫(kù)的高度，也增加了倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的安全性和可靠性。

[1]陳震天.密集式倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[J].物流技術(shù)與應(yīng)用,2013,(2)

[2]Minde Shen, Peng Zhang, lanqiang Cong, Chengmin Gao.An intensive automatic warehousing system based on two-way shuttle plate[A].Proceedings 2014 International Conference on Industrial Engineering and Information Technology,May 16-18,2014[C].Tianjin,China.P.120-124.

[3]朱小蓉.基于Flexsim的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)系統(tǒng)仿真及優(yōu)化[J].物流技術(shù),2012,(3)

[4]陳子俠,龔劍虹.物流仿真軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].浙江工商大學(xué)學(xué)報(bào),2007,(4).