薛成超，傅友賓，鄭玉琨

(沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110168)

多層堆垛機倉儲物流系統(tǒng)的開發(fā)與應用

薛成超，傅友賓，鄭玉琨

(沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110168)

針對傳統(tǒng)堆垛機倉儲物流系統(tǒng)面臨效率提升瓶頸、高能耗、擴展性差等問題，開發(fā)一種以多層堆垛機為核心設備的新型倉儲物流系統(tǒng).以具體案例為導向，對該設備的構成和總體方案、電控系統(tǒng)、計算機信息系統(tǒng)、管理模式、技術特點進行介紹，分析了該多層堆垛機倉儲物流系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)堆垛機倉儲物流系統(tǒng)的技術優(yōu)勢.

多層堆垛機；倉儲物流；自動化

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，自動倉儲系統(tǒng)的增速已經(jīng)超過了工業(yè)自動化.目前，物流技術水平在制造業(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)濟的發(fā)展，制造業(yè)的物流技術也在不斷轉(zhuǎn)型升級，市場競爭的加劇要求制造業(yè)物流技術和物流組織更精益、更高效，且能夠快速響應客戶需求、充分實現(xiàn)按需制造[1-2].

在倉儲物流行業(yè)競爭中，單個物流裝備的優(yōu)劣固然重要，但盲目追求單機設備的高技術指標必然要付出高能耗、高損耗、高故障率的代價.隨著智能物流系統(tǒng)的廣泛應用，傳統(tǒng)物流設備和物流系統(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鍵.

1 項目提出

某國際公司為滿足其車間自動化生產(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)設置 一套容量約4 000個貨位的智能倉儲系統(tǒng)，并以8 h為一個工作周期，平均每個周轉(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，利用公司的技術優(yōu)勢，提出建立以多層堆垛機為核心設備的智能倉儲物流系統(tǒng)的開發(fā)項目，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 多層堆垛機倉儲物流系統(tǒng)的開發(fā)

2.1設備構成

多層堆垛機倉儲物流系統(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、雙臂料箱提升機、庫前輸送系統(tǒng)以及承載式貨架系統(tǒng)為基本設備架構，以自主開發(fā)的高效管理調(diào)度系統(tǒng)為軟件支撐.

在多層堆垛機開發(fā)中，對傳統(tǒng)堆垛機與多層穿梭車技術進行整合與優(yōu)化，采用輕量化、簡潔化的設計理念.其整機以鋁合金型材作為主體框架支撐，采用四輪式承載結構、雙側(cè)同步齒型帶提升方式和勾取式貨叉結構.它具有體積小、自重輕、結構緊湊、技術參數(shù)可靠等特點.堆垛機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行多層布置.每層設備設有單獨維修平臺，可在不影響其他設備的前提下進行維修維護.

料箱提升機采用單立柱雙臂設計，同步齒形帶提升，整體結構布局更簡潔、緊湊、高效.料箱提升機的雙伺服驅(qū)動系統(tǒng)和條碼帶同步認址，使其具有極高的響應特性和認址精度.提升機支臂上安裝的滾筒輸送機負責庫前站臺與各層輸送機之間的接泊過渡.堆垛機與庫前輸送系統(tǒng)及雙工位料箱提升機配合使用，系統(tǒng)通過雙臂提升機對庫前輸送系統(tǒng)與目標層堆垛機進行橋接，實現(xiàn)物料的出入庫操作.

2.2總體設計方案

總體方案設計應該綜合考慮庫區(qū)空間、預期容量、出入庫效率及項目造價等因素.針對上文所述具體案例的項目要求，可確定9跨(每跨4列貨位)、3巷道、2層堆垛機(每層堆垛機負責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)項目投資的最小化.圖1所示為該總體設計方案的倉儲區(qū)立面圖.圖2所示為該總體設計方案的系統(tǒng)平面圖.

圖1 倉儲區(qū)立面圖

圖2 系統(tǒng)平面圖

2.3設備技術參數(shù)

圖3 自動倉庫巷道堆垛起重機作業(yè)循環(huán)效率計算圖

2.4電控系統(tǒng)方案

基于ProfiNet架構構建電控網(wǎng)絡系統(tǒng)時，其網(wǎng)絡設計獨立于計算機系統(tǒng)，使電控系統(tǒng)有較強的擴展性和穩(wěn)定性.通過ProfiNet網(wǎng)絡實現(xiàn)設備之間的數(shù)據(jù)交換，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和及時性.

2.4.1 電控系統(tǒng)功能設定

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

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

(2)在線控制方式：通過接收上位計算機指令，實現(xiàn)各輸送設備的自動控制，對物流和數(shù)據(jù)進行自動傳輸，滿足物流工藝流程的要求.

(3)緊急停止及故障報警：電控柜和觸摸屏具有緊急停止操作功能，當按下急停按鈕時，該控制區(qū)域內(nèi)設備全部停止運行；當系統(tǒng)所控制的設備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠自動診斷并產(chǎn)生相應的聲光報警信號.

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

2.4.2 電源和配電設計

系統(tǒng)電源采用三相五線制.系統(tǒng)配電主要分為動力供電和控制供電.其中，動力供電主要為現(xiàn)場電機等設備提供三相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、計量和檢測器件等供電[3-5].

2.5計算機信息系統(tǒng)

計算機信息系統(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，運行于計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，對自動化立體倉儲系統(tǒng)進行管理和調(diào)度，實現(xiàn)物流設備和系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度以及庫存材料的統(tǒng)一管理和使用[6].

中央服務器通過以太網(wǎng)交換機，采用TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議實現(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)化后分解為設備可執(zhí)行命令，通過ProfiNet工業(yè)以太網(wǎng)傳達給設備控制系統(tǒng)，以便控制設備各執(zhí)行機構的快速和有效運行[7-8].計算機信息系統(tǒng)架構如圖4所示.

圖4 計算機信息系統(tǒng)架構

2.6管理模式

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

3 多層堆垛機倉儲物流系統(tǒng)的優(yōu)勢

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

多層堆垛機倉儲物流系統(tǒng)設計方案的高效布置，有效地解決了傳統(tǒng)單層堆垛機倉儲物流系統(tǒng)的效率瓶頸問題，使系統(tǒng)效率比傳統(tǒng)單層堆垛機成倍提高，且更節(jié)能，將單一設備以高能耗為代價提高技術參數(shù)指標分解為更輕量化的多機作業(yè)模式.該系統(tǒng)可根據(jù)客戶對存取效率的不同要求，相應地擴展或縮減高度空間上的堆垛機層數(shù).由于該系統(tǒng)任務執(zhí)行分散化，單臺設備出現(xiàn)故障或維修停機后，其他設備仍可正常工作，大大降低了由設備停機導致全套設備癱瘓的風險.

4 結束語

多層堆垛機倉儲物流系統(tǒng)以任務執(zhí)行分散化、系統(tǒng)管理條理化為基本設計理念，目前已成功應用于實際案例.該系統(tǒng)具有訂單合理排序和自我修復功能，作業(yè)效率比傳統(tǒng)堆垛機提高了1倍，大大提高了車間運轉(zhuǎn)效率，降低了人工揀選成本與出錯率.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.

作為國內(nèi)首個多層堆垛機倉儲物流系統(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)解決方案的有效補充，是高效率、高密度倉儲系統(tǒng)的典型應用案例.必將在倉儲物流行業(yè)起到示范效應.

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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，研究方向為機械設計及理論.

1006-3269(2017)03-0034-04

TP278

A

10.3969/j.issn.1006-3269.2017.03.008