楊潔　王洪波　陳東立　儲(chǔ)天　賀旭

基金項(xiàng)目：

陜西省教育廳專(zhuān)項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目（18JK1023）。

摘 要

以德國(guó)“工業(yè)4.0”的提出和發(fā)展為背景，闡述了智能倉(cāng)儲(chǔ)的推廣和應(yīng)用，介紹了高校實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，最后論證了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在高校實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的可行性。

關(guān)鍵詞

工業(yè)4.0;智能倉(cāng)儲(chǔ);高校實(shí)驗(yàn)室

中圖分類(lèi)號(hào)： G647文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.03.084

0 引言

2013年4月，《德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略》被德國(guó)政府正式提出，瞬間一個(gè)全球性的話題被引爆。隨后，我國(guó)也推出了《中國(guó)制造2025》：從“中國(guó)制造”到“中國(guó)智造”。在工業(yè)4.0、智能制造的帶動(dòng)下，越來(lái)越多的工廠企業(yè)開(kāi)始注重自身的倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)營(yíng)管理的高效率、高質(zhì)量，自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)因作業(yè)速度快、處理精確度高、節(jié)省勞動(dòng)力、庫(kù)房利用率高等特點(diǎn)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

高校實(shí)驗(yàn)室是實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐人才培養(yǎng)的重要基地，越來(lái)越多的高校以實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，組織第二課堂教學(xué)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的申報(bào)、組織各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽，用來(lái)培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐活動(dòng)過(guò)程中所涉及的元器件種類(lèi)數(shù)目繁多。那么，如何對(duì)實(shí)驗(yàn)室元器件進(jìn)行科學(xué)存儲(chǔ)和管理提出了新的要求，本文主要論述了智能倉(cāng)儲(chǔ)在高校實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用的可行性。

1 立體倉(cāng)庫(kù)的研究和應(yīng)用

立體倉(cāng)庫(kù)，一般指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲(chǔ)存貨物，并且用專(zhuān)門(mén)的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備進(jìn)行貨物出庫(kù)或入庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。由于這類(lèi)倉(cāng)庫(kù)能充分利用空間進(jìn)行儲(chǔ)存，故形象的稱(chēng)為立體倉(cāng)庫(kù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)又稱(chēng)自動(dòng)存儲(chǔ)取貨系統(tǒng)，借助機(jī)械設(shè)施與計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)存入和取出物料的系統(tǒng)。

美國(guó)于1959年開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并在1963年率先使用計(jì)算機(jī)對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行控制管理。后來(lái)德國(guó)、意大利、日本等國(guó)家的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)也迅速的發(fā)展起來(lái)。目前，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在發(fā)達(dá)國(guó)家己經(jīng)相當(dāng)普遍。日本是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展得最快、建造數(shù)量最多的國(guó)家。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)日本每年約有上千座各種類(lèi)型的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)投入使用。[1-3]

我國(guó)對(duì)于高架倉(cāng)庫(kù)及搬運(yùn)設(shè)備的研制開(kāi)始并不晚，1963年我國(guó)研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)，1973機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所開(kāi)始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)，于1980年投入使用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2015年底，我國(guó)累計(jì)建成的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)已超過(guò)2000座，主要集中在機(jī)械制造、醫(yī)藥生產(chǎn)、煙草、食品加工、服裝生產(chǎn)等行業(yè)。

2 高校實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要場(chǎng)所，為了培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)期發(fā)展的具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才，越來(lái)越多的高校建設(shè)了開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)生創(chuàng)新中心等多種形式的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)組織學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究和參加各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽，如：大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新比賽，智能車(chē)比賽等，不僅可以使學(xué)生掌握對(duì)各種儀器的使用，同時(shí)也可以培養(yǎng)提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力。

由于學(xué)科競(jìng)賽所覆蓋的專(zhuān)業(yè)面較廣，用到的元器件品種繁多。如大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽涉及到機(jī)電、通信、計(jì)算機(jī)、電氣和自動(dòng)化各類(lèi)專(zhuān)業(yè)，所用到的元器件主要為各類(lèi)電子類(lèi)器件，有便宜的電阻、電容、電路板，也有很貴的傳感器、芯片、電機(jī)等;大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新比賽主要用到各類(lèi)機(jī)械類(lèi)器件，有軸承、螺絲、連接件、配件等等。由于元器件的種類(lèi)五花八門(mén)，數(shù)目繁多，勢(shì)必會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)室元器件的管理增加了繁重的任務(wù)。很多元器件不能做到分門(mén)別類(lèi)放置，多種元件堆放在一起，元器件互相擠壓，就容易被壓壞，在有限的競(jìng)賽時(shí)間內(nèi)，急需用的元器件又不易被找出，影響比賽的進(jìn)度，比賽完剩余的元器件不易完整保存，充分利用，所有元器件的總數(shù)領(lǐng)用數(shù)量不容易統(tǒng)計(jì)等等問(wèn)題[4]。

因此，怎樣充分利用好實(shí)驗(yàn)室這一平臺(tái)，更好的服務(wù)于學(xué)科競(jìng)賽和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究，首先迫切需要解決的就是實(shí)驗(yàn)室元件庫(kù)的科學(xué)管理和有效儲(chǔ)備的問(wèn)題。

3 立體倉(cāng)庫(kù)的組成和功能實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)主要由貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)、貨物搬運(yùn)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)這四大部分組成[5]。

3.1 貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)

貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本構(gòu)成包括貨架、托盤(pán)（存儲(chǔ)箱）等，用于物料的存儲(chǔ)，貨物可以存儲(chǔ)在托盤(pán)或存儲(chǔ)箱內(nèi)。多層貨架一般采用鋼結(jié)構(gòu)，目前主要有組裝式貨架和直接焊接型的貨架兩種形式。貨架根據(jù)高度分為低層貨架、中層貨架和高層貨架。小于5米的為低層貨架，在5米與12米之間的為中層貨架，12米以上的稱(chēng)為高層貨架。對(duì)于小型倉(cāng)庫(kù)，實(shí)驗(yàn)室元器件倉(cāng)庫(kù)可設(shè)計(jì)為低層貨架。

3.2 貨物搬運(yùn)系統(tǒng)

貨物搬運(yùn)系統(tǒng)主要承擔(dān)立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)搬運(yùn)工作，可以代替人工進(jìn)行取貨和存貨。目前，巷道式堆垛機(jī)是主要的存取設(shè)備，按照其結(jié)構(gòu)分為兩根立柱和一根立柱兩種形式，堆垛機(jī)是可移動(dòng)的機(jī)械部分，可沿上下兩個(gè)導(dǎo)軌在巷道中兩排貨架之間做橫向和縱向移動(dòng)，堆垛機(jī)上安裝的物料叉可做伸縮運(yùn)動(dòng)，用于貨物的存儲(chǔ)或貨物的提取功能。

3.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是用來(lái)接受倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的任務(wù)，對(duì)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的各種設(shè)備如堆垛機(jī)、運(yùn)輸設(shè)備等進(jìn)行自動(dòng)控制，自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)各種功能和任務(wù)。對(duì)于堆垛機(jī)的控制，目前多采用模塊化控制方式，使用交流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，使堆垛機(jī)既能高速運(yùn)行，又可以平穩(wěn)停車(chē)。同時(shí)在控制系統(tǒng)中應(yīng)采取一系列自檢和聯(lián)鎖保護(hù)措施，防止突然斷電或操作失誤時(shí)不發(fā)生事故。

3.4 倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)

倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的核心，它相當(dāng)于人的大腦，向倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)下達(dá)任務(wù)和命令。

倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能，首先能夠?qū)?kù)存情況進(jìn)行管理，顯示各個(gè)存儲(chǔ)位的存儲(chǔ)狀態(tài)，包括每個(gè)存儲(chǔ)位的貨物名稱(chēng)、數(shù)量、規(guī)格、件數(shù)、價(jià)格等信息，其次能夠?qū)崿F(xiàn)出庫(kù)、入庫(kù)、移庫(kù)等操作，能自動(dòng)生成報(bào)表，能夠?qū)Τ鰩?kù)、入庫(kù)、庫(kù)存的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)。

智能立體倉(cāng)庫(kù)與傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)相比，具有很大的優(yōu)越性，采用多層貨架存儲(chǔ)貨物，減少了倉(cāng)庫(kù)的占地面積，提高了倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)空間和面積利用率。因?yàn)橛昧Ⅲw貨架來(lái)存儲(chǔ)，貨物可以根據(jù)需求分門(mén)別類(lèi)放置在貨架中，避免相互之間擠壓造成的損壞，保證了貨物質(zhì)量。同時(shí)，機(jī)械化智能化的存取方式減少了人工作業(yè)，降低了倉(cāng)庫(kù)管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也避免了人為取貨造成的損壞。再次，通過(guò)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握倉(cāng)庫(kù)情況，跟蹤每種貨物的庫(kù)存。對(duì)于需要的貨品可以快速進(jìn)行查找，及時(shí)取出，對(duì)于緊缺的貨品可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行積極儲(chǔ)備，對(duì)貨品進(jìn)行科學(xué)管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)智能倉(cāng)儲(chǔ)在高校實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用進(jìn)行了一定的研究，分析了目前高校實(shí)驗(yàn)室元器件庫(kù)的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題，闡述了智能倉(cāng)儲(chǔ)的組成和功能，論證了智能倉(cāng)儲(chǔ)在高校實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的可行性。在高校實(shí)驗(yàn)室中使用智能倉(cāng)儲(chǔ)，不僅可以提高實(shí)驗(yàn)室的空間利用率，同時(shí)可以對(duì)元器件進(jìn)行科學(xué)管理和有效儲(chǔ)備，是學(xué)科競(jìng)賽和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究的有利保障，也是今后實(shí)驗(yàn)室改革的重要課題。

參考文獻(xiàn)

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