趙榮凱，楊佳朋

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原030024）

智能倉儲系統(tǒng)貨柜與傳動設(shè)計

趙榮凱，楊佳朋

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原030024）

隨著Internet、物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)倉儲管理主要依靠人力完成，工作量大，效率低，成本高，安全性也得不到保證。智能倉儲系統(tǒng)使倉儲管理越來越智能化，極大程度的提高了物流的效率。智能倉儲系統(tǒng)對貨架與傳動的機械裝置性能要求很高。結(jié)合在智能倉儲系統(tǒng)的貨柜與傳動的機械設(shè)計工作中的工作經(jīng)驗，對智能儲物裝置的設(shè)計以及相關(guān)問題進行探討，提出的設(shè)計方案能夠滿足智能倉儲系統(tǒng)的智能化要求，并且具有較高的安全性，希望能對于今后的現(xiàn)代物流倉儲智能系統(tǒng)發(fā)展具有一定幫助。

物聯(lián)網(wǎng)；智能倉儲系統(tǒng)的貨柜；智能倉儲系統(tǒng)；安全問題；傳動

現(xiàn)代物流倉儲管理在我國還處于起步和不斷完善的階段，很多方面還主要依賴于人力工作，自動化程度不高，產(chǎn)品的信息不能及時更新。全國許多大型物流公司要想在激烈競爭市場中獲得競爭的優(yōu)勢，就需要一個倉儲管理系統(tǒng)對資源、信息、運作進行完美的管理，這也是在物流產(chǎn)業(yè)中最核心的問題。在企業(yè)中形成以計算機為核心的管理系統(tǒng)，使企業(yè)的人、財、物、產(chǎn)、銷全面受控，實時反饋，動態(tài)管理，最大限度的提高工作效率，降低成本。借助微型計算機控制，利用相關(guān)的機械傳動、電氣控制的原理來實現(xiàn)有效工作。另外，為了使得倉儲設(shè)備的密封性進一步提高和拓展新的功能，還應(yīng)用相關(guān)的傳感器和報警系統(tǒng)以及采用密閉的外殼，在實現(xiàn)自動存取物品的功能的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)μ厥獾奈锲愤M行除塵、恒溫、恒濕、充氮等條件下進行保存。當(dāng)前，智能倉儲管理系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)管理系統(tǒng)中具有戰(zhàn)略意義。是整個企業(yè)的物料和產(chǎn)品的管理、調(diào)度和協(xié)調(diào)的指揮中心。許多企業(yè)已經(jīng)認識到企業(yè)的管理信息對企業(yè)發(fā)展的重要意義，使用智能倉儲系統(tǒng)后，以智能倉儲為中心的物流管理，實現(xiàn)了物料的自動化管理、提高了勞動生產(chǎn)率、降低了勞動強度、加快了資金的周轉(zhuǎn)、有效的提高了廠房和庫房空間利用率，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。本文著重介紹運用智能倉儲系統(tǒng)的貨柜在現(xiàn)代化企業(yè)中的應(yīng)用，及其傳動設(shè)計方案。

1　智能倉儲系統(tǒng)概述

智能倉儲系統(tǒng)是一個實時的計算機軟件系統(tǒng)。就是通過計算機進行對倉庫物品的信息、存貨、供給、產(chǎn)出進行更完美地管理，實現(xiàn)準(zhǔn)確、迅速、有序的現(xiàn)代化倉庫管理要求。智能倉儲系統(tǒng)是自動化的物料存儲系統(tǒng)，不僅能使貨物按需自動存取，而且還能與企業(yè)的ERP管理系統(tǒng)對接，實現(xiàn)企業(yè)系統(tǒng)的信息集成與資源共享。自動化立體倉庫，可以完成自動化倉庫的貨位管理、查詢報表、出入庫的庫存管理分析、故障分析、系統(tǒng)維護等工作。

1.1立體倉庫系統(tǒng)功能。

首先，計算機上可以顯示貨物的種類、數(shù)量、所占的空間。然后，把接收到作業(yè)指令，相應(yīng)貨柜的出入庫作業(yè)指令即可向傳送機構(gòu)發(fā)送，進行存取操作。同時結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)中的突發(fā)情況，系統(tǒng)將停止運行。最后，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或設(shè)備損壞時，通過屏幕和喇叭發(fā)出聲光警報。一旦故障發(fā)生后，故障設(shè)備將立即自動停用，維修人員可通過維修通道，盡可能的避免安全事故的發(fā)生。

1.2界面及功能模塊

依據(jù)網(wǎng)絡(luò)上監(jiān)控設(shè)備的物料信息，能及時提醒物品數(shù)量的上限和下限，結(jié)合產(chǎn)品生產(chǎn)計劃的需要，對物品進行采購計劃。依據(jù)車間生產(chǎn)計劃，可以提前列出生產(chǎn)需要的物品清單。根據(jù)生產(chǎn)計劃、執(zhí)行情況以及完成情況、新需求再訂生產(chǎn)計劃，不斷進行物料采購計劃的生產(chǎn)管理過程。進入系統(tǒng)前，要確認操作人員的工號及口令，確保庫房的安全。檢測各種貨物庫存的存取高度，以方便工作人員的供貨調(diào)度。在人機互動界面填寫出/入庫作業(yè)單，將相關(guān)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫進行日常備份以及過期和無效記錄的不定期清理，自動修正各關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫表的物料信息，以保證數(shù)據(jù)庫與實物的一致性。

2　智能倉儲系統(tǒng)裝置的設(shè)計概述

智能倉儲系統(tǒng)的組成部分，一般分為三大部分：貨物存取軟件、網(wǎng)絡(luò)控制部分和自動控制執(zhí)行傳送機構(gòu)。由減速電機驅(qū)動的傳動機構(gòu)可以經(jīng)過選擇合理的選項而實現(xiàn)有效的控制運行，使被選擇的貨柜能夠準(zhǔn)確地停放。根據(jù)具體的現(xiàn)場要求，操作者能夠?qū)崿F(xiàn)在立體倉庫中存取物品的功能，同時，還能夠修改相關(guān)的物品記錄，完成物品記錄窗口的修改填寫工作，方便以后的物品信息管理和查詢。

設(shè)計智能倉儲系統(tǒng)，主要體現(xiàn)的設(shè)計思想包括以下幾個方面：（1）實現(xiàn)自動化的智能存儲，充分利用空間；降低對人工的依賴，能適應(yīng)黑暗、低溫、有毒的場合；（2）具有比較高的安全防范性能，每個貨柜都裝有質(zhì)量傳感器，當(dāng)存儲貨物超重時自動發(fā)出警報，當(dāng)設(shè)備異?；颥F(xiàn)場發(fā)生故障時，智能倉儲系統(tǒng)能夠進行快速的報警；（3）能夠進行智能倉儲系統(tǒng)的嵌入設(shè)計，不單獨占用空間，極大地節(jié)省空間。針對不同的貨品和存儲要求，能夠按照貨物的高度靈活的存放貨物，使得智能倉儲系統(tǒng)的設(shè)計更富人性化。

3　智能倉儲系統(tǒng)貨柜與傳動設(shè)計方案

3.1智能倉儲貨柜的種類

在市場上運用智能倉儲系統(tǒng)的貨柜主要有以下七種：垂直循環(huán)貨柜，垂直升降貨柜，智能組合式升降貨柜，全自動聯(lián)體升降貨柜，全自動板材庫，全自動棒材庫，全自動電纜庫。全自動電纜庫具有如下優(yōu)點：以堆垛機為存取機構(gòu)降低了生產(chǎn)成本；充分利用倉庫的空間，智能存儲貨物同時能優(yōu)化存取空間，提高了空間利用率；節(jié)省了人力；采用兩個以上的多個存取口，滿足客戶對入庫口和出庫口需要分別設(shè)置的需求。技術(shù)先進，可靠性高，全自動電纜庫主要用于電纜、模具、刀具、工具、量具、各種大、中型機械零件。

3.2全自動電纜庫的簡介

3.2.1設(shè)備主要結(jié)構(gòu)

全自動電纜庫，主要由貨架組件、堆垛機組件、出口輸送機組件和電氣控制四大部分組成。其中，貨架組件包括底座、主支撐、天軌、地軌等；堆垛機組件主要由減速電機、行走機構(gòu)、提升機構(gòu)、載貨平臺、貨叉機構(gòu)等組成；安全防護外殼包括前板、側(cè)板、后板以及四周防護網(wǎng)；出口輸送機主要由減速電機、輸送鏈、輸送機架等組成。電氣部分主要由工控機、變頻器、PLC、傳感器、測高光幕、安全光幕和一些輔助器件組成，實現(xiàn)設(shè)備的運行控制和安全保護。3.2.2基本工作原理

如圖1，全自動電纜庫是由多列貨架構(gòu)成貨位，用幾臺堆垛機將貨物在垂直升降、水平橫移、水平縱移三個方向上移動，對貨物自動測高，合理地存取貨物。它以托盤為存儲單元，配以巷道式堆垛機及其他儲運機械進行作業(yè)，用戶直接輸入物料名稱、編碼或輸入物料所在的托盤號，各個堆垛機按用戶指令在幾列貨架單元間運動，把所需的托盤運至存儲位或取料口。具體執(zhí)行過程如下：

圖1　全自動電纜庫結(jié)構(gòu)圖

（1）堆垛機提升機構(gòu)。

堆垛機提升機構(gòu)采用電機驅(qū)動提升鏈條，從而帶動載貨平臺升降，實現(xiàn)了托盤的垂直升降。為了保證貨物平穩(wěn)運動，裝有導(dǎo)向輪和頂輪。

（2）行走機構(gòu)水平移動。

采用減速電機驅(qū)動主行走輪在地軌上以一定速度行走，通過傳感器定位，從而到達指定位置。

（3）貨叉縱移。

載貨平臺上安裝有貨叉，由鏈條傳動，直線導(dǎo)軌導(dǎo)向。貨叉沿直線導(dǎo)軌滑動，實現(xiàn)托盤在前后貨架之間的位移。

（4）出口輸送機構(gòu)

通過堆垛機把托盤運送到輸送機上，出口輸送機構(gòu)通過減速電機驅(qū)動傳動軸，帶動輸送鏈，把托盤運輸?shù)饺×峡?。還可以通過一些外部設(shè)備進行再次揀選。

3.2.3全自動電纜庫的可靠性設(shè)計

可靠性設(shè)計就是挖掘產(chǎn)品設(shè)計中存在的隱患和薄弱環(huán)節(jié)。隨著生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，更新?lián)Q代的速度越來越快；產(chǎn)品性能也向著高速、高效、精密的方向發(fā)展；產(chǎn)品的功能也越來越多，越來越全面。全自動電纜庫為了能夠在日益激烈的市場競爭中獲勝，就必須提高產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、降低成本；同時提高全自動電纜庫的工作效率，提高使用單位的工作效率，降低生產(chǎn)成本，降低全自動電纜庫在工作情況下故障率，確保操作者的人身安全。為此，展開產(chǎn)品的機械可靠性設(shè)計，在產(chǎn)品設(shè)計中，結(jié)合安全設(shè)計、動態(tài)分析與設(shè)計、防斷裂校核設(shè)計、防疲勞校核設(shè)計、減磨和耐磨設(shè)計等，定會提高產(chǎn)品的可靠性設(shè)計水平。這就會設(shè)計出滿足質(zhì)量、性能、成本等綜合效益優(yōu)的產(chǎn)品。

可靠性是產(chǎn)品的一個主要屬性，是產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)最重要的要點，是衡量產(chǎn)品性能的一個重要指標(biāo)。越來越多的設(shè)計師們把可靠性設(shè)計放在產(chǎn)品設(shè)計中的首要位置。機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計是在常規(guī)設(shè)計方法基礎(chǔ)上的不斷發(fā)展和深化，充分挖掘設(shè)計缺陷，不斷完善產(chǎn)品。機械產(chǎn)品的可靠性技術(shù)，因為需要長時間的負載運行、設(shè)計安全系數(shù)較大而不容易發(fā)現(xiàn)問題；因此只有通過不斷的發(fā)現(xiàn)問題、不斷的做實驗和產(chǎn)品設(shè)計的不斷改進，才能達到設(shè)備的高可靠性。在實際的全自動電纜庫可靠性設(shè)計中，主要還是依靠經(jīng)驗的積累和不斷的探索，通過機械、電氣的雙重保護來保證設(shè)備的安全運行。例如，貨柜的前后設(shè)有安全光幕，一遇障礙物整個貨柜立即停止；每個貨柜下都裝有質(zhì)量傳感器，以防貨物超重造成設(shè)備損毀或安全事故；針對于重型貨柜，還需設(shè)計隨行防墜落機構(gòu)，提高貨柜的安全可靠性；在設(shè)置行程開關(guān)時，都要設(shè)置極限開關(guān)，以防行程開關(guān)損壞造成設(shè)備事故，等等。在提高產(chǎn)品可靠性方面的設(shè)計工作，“再多都不為多”。產(chǎn)品的可靠性越高，可使產(chǎn)品的用壽命延長，更環(huán)保，更能滿足市場的競爭力要求。

以掛取過程中，掛耳為例。改進前掛耳鏈接片由材料為45的2 mm的鋼板沖壓而成。掛耳有連接片、連接軸、滑塊等鉚接而成。在掛取過程中，由于長時間的受力，連接片容易出現(xiàn)裂紋，從而導(dǎo)致掛耳斷裂。改進后掛耳由線切割一次切割出來，受力好，不會斷裂。

如圖2，是一個自動偏心防墜落機構(gòu)，升降機槽鋼導(dǎo)軌的腰板側(cè)卡在擋圈型槽鋼導(dǎo)軌滑輪的擋圈上，導(dǎo)向槽型槽鋼導(dǎo)軌滑輪設(shè)置在升降機槽鋼導(dǎo)軌腿側(cè)，升降機槽鋼導(dǎo)軌的腿側(cè)卡在導(dǎo)向槽型槽鋼導(dǎo)軌滑輪的導(dǎo)向槽內(nèi)。擋圈型槽鋼導(dǎo)軌滑輪與導(dǎo)向槽型槽鋼導(dǎo)軌滑輪相互配合，牢靠地卡住升降機槽鋼導(dǎo)軌兩側(cè)，使升降機槽鋼導(dǎo)軌不易出軌，保證防墜器在槽鋼導(dǎo)軌上運行平穩(wěn)，確保防墜器可靠作用于槽鋼導(dǎo)軌上。觸發(fā)機構(gòu)包括固定在座板后側(cè)的調(diào)整座，調(diào)整座內(nèi)的調(diào)整螺母、彈簧壓塊，與調(diào)整螺母相配合的調(diào)整螺栓，設(shè)置在支撐軸上的彈簧座，設(shè)置在彈簧壓塊與彈簧座之間的觸發(fā)彈簧。

圖2　掛耳組件圖

通過支撐座和底座固定支撐在升降機吊籠上，當(dāng)?shù)趸\正常運行時，自動偏心防墜落機構(gòu)通過自重使偏心制動牙輪張開，不與升降機槽鋼導(dǎo)軌接觸，當(dāng)鋼絲繩或吊籠懸掛裝置斷裂時，吊籠做自由落體運動，偏心輪型瞬時式升降設(shè)施防墜安全器失去了支撐力，觸發(fā)機構(gòu)帶動鎖緊機構(gòu)，鎖緊機構(gòu)帶動偏心制動牙輪張相向動作，使兩偏心制動牙輪間間距減小，致使偏偏心制動牙輪鎖住導(dǎo)軌，兩偏心輪間間距越小，鎖緊力便越大，使吊籠牢靠地制停在升降機槽鋼導(dǎo)軌上。圖3所示。

圖3　自動偏心防墜落機構(gòu)

3.2.4全自動電纜庫的傳動設(shè)計

全自動電纜庫的機械傳動機構(gòu)主要采用齒輪鏈條式的傳動結(jié)構(gòu)，而不是采用皮帶傳動，這主要是因為系統(tǒng)需要精確的傳動比。運行時，行走輪由減速電機驅(qū)動實現(xiàn)堆垛機的左右行走；提升鏈輪由減速電機帶動運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)載貨平臺的上下垂直運動，然后，在貨叉機構(gòu)的操作運轉(zhuǎn)下實現(xiàn)托盤水平前后位移；在電氣控制下及各個傳感器的配合下，托盤會在行走機構(gòu)、提取機構(gòu)、貨叉機構(gòu)的協(xié)同配合運轉(zhuǎn)下，運送到指定的位置。

全自動電纜庫的傳動機構(gòu)，如圖4，其動力源選用減速電機、伺服電機等多臺電機，這種選取主要是考慮應(yīng)該滿足貨柜的傳動的復(fù)雜性、載重的大小、運行速度的快慢和運行過程中精確定位等要求，而且伺服電機性能更穩(wěn)定。轉(zhuǎn)速的調(diào)整可以通過變速齒輪箱換擋調(diào)整，也可以通過伺服電機改變輸出轉(zhuǎn)速來調(diào)整。

圖4　全自動電纜庫的傳動機構(gòu)圖

4　關(guān)于智能倉儲系統(tǒng)的應(yīng)用的幾點思考

智能倉儲系統(tǒng)的功能，主要包括立體庫的操作界面，貨物的存取功能、停止、開光燈等按鈕；管理倉庫的物料信息管理、物料查詢功能；設(shè)備運行調(diào)試、調(diào)節(jié)功能；和企業(yè)ERP系統(tǒng)整合，運行中錯誤報警功能。自動報警中，針對運行過程中出現(xiàn)的超重、超高、熱繼等報警，提醒工作人員進行分析，正確判斷問題出現(xiàn)在哪里，出現(xiàn)的原因，正確、快速的解決問題。隨著經(jīng)濟發(fā)展速度的飛速增長，對貨物的供給要求越來越高，智能倉庫能夠起到作用越來越大，智能倉儲系統(tǒng)的功能越來越完善，滿足客戶越來越多的要求。隨著技術(shù)的不斷完善，智能倉儲系統(tǒng)會帶給我們在物流方面更多的便利。

5　結(jié)束語

目前，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)儲物裝置已無法滿足市場要求，只有充分利用智能倉儲系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化存取物品，提高存取物品效率，加快物品流通速度及效率，合理的庫存管理，才能更好地適應(yīng)市場需求。隨著機械結(jié)構(gòu)和電氣控制技術(shù)的完美結(jié)合，智能倉儲系統(tǒng)的安全性和可靠性都大大提高，存儲更加靈活多樣，操作更加智能和人性化，在物流上將會扮演更加重要的角色。

［1］龔衛(wèi)鋒，路勝.基于物聯(lián)網(wǎng)的軍隊智能化倉庫建設(shè)研究［J］.物流技術(shù)與應(yīng)用，2011，（9）：6.

［2］張 弦，物流設(shè)施與設(shè)備［M］.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2006：24.

［3］李民權(quán)，李松，吳先良.物流系統(tǒng)中智能化倉庫的設(shè)計［J］.自動化與儀表，2006，21（1）：35-40.

［4］汝宜紅，物流學(xué)導(dǎo)論［M］，北京：清華大學(xué)出版社，2004：79.

Container and Transmission Design of Intelligent Storage System

ZHAO Rong-kai，YANG Jia-peng
（The Second Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Taiyuan Shanxi 030024，China）

With the rapid development of Internet，the Internet of things，the traditional storage management mainly rely on manpower to complete，heavy workload，low efficiency，high cost，security can not be guaranteed. Intelligent storage system makes the storage management more and more intelligent，which greatly improves the efficiency of logistics.Intelligent storage system on the shelf and transmission of mechanical equipment performance requirements are very high.Design of intelligent storage device and related issues were discussed with the work experience in intelligent storage system of the container and the transmission of mechanical design，presents the design scheme can meet the requirements of the intelligence of the intelligent storage system，and has high security，hope to have some help for the future of modern logistics warehousing system intelligent development.

internetofthings；intelligentstoragesystemshelf；intelligentstoragesystem；safetyproblem；transmission

TP391.44

A

1672-545X（2016）07-0252-04

2016-04-02

趙榮凱（1978-），山西太原人，本科，工程師，現(xiàn)主要從事倉儲物流設(shè)備的生產(chǎn)及研發(fā)工作；楊佳朋（1988-），山西太原人，碩士研究生，助理工程師，現(xiàn)主要從事倉儲物流設(shè)備的生產(chǎn)及研發(fā)工作。