第八章 物流自动化技术

第八章物流自动化技术

第一节物流自动化系统设计与模型

一、物流系统计算机仿真

1、物流系统设计面临的问题

2、物流系统计算机仿真设计流程——见书P256图8—1

3、系统仿真的一般步骤

二、物流系统的数学模型

1、模型

可用排队模型来描述物流系统的活动，排队系统解决的主要是服务与被服务的问题。系统模型见书P257图8—2。

2、物流排队模型的组成

有两个基本单元组成：顾客和服务台。

顾客——这里“顾客”即为“物料”；

服务台——这里的“服务台”即为：“仓库、运输设备、装卸设备和操作工人等。”

服务过程的三个基本因素：接受服务、进行服务、等待接受服务的队列。

排队问题的核心是解决系统的效率和效益，即确定适当的服务台数量和服务时间，减少排队等待时间，缩短物料的储运周期。

3、系统参数

一般分为三类：输入参数、状态参数、输出参数。

三、自动化物流系统的层次

有书P258图8—3可知，自动化物流系统分为三个层次：管理层、控制层、执行层。

管理层、控制层、执行层的主要功能

四、自动化立体仓库的设计与规划

下图为塔式自动化停车库，右图为结构示意图。

其中，总体规划包含七个方面的内容：

（1）库场的选择与规划——涉及运输配送成本，内容是库场的选点及平面的布置

（2）仓库型式和作业方式——涉及作业效率

仓库型式：一般采用单元货格式仓库，此外还有重力式货架仓库和贯通式仓库。如下图所示。

单元货格式仓库重力式货架仓库贯通式仓库作业方式：尽量少采用单作业方式（即单入库或单出库），而尽量多采用复合作业方式（即迂回或回程地进行搬运作业）。

（3）货物单元的形式和货格尺寸设计

货物单元尺寸：在确定货物单元时，应尽量采用标准推荐的尺寸，以利于与其他物料搬运和运输机具相匹配。标准货物单元的长、宽尺寸为：800mm×1000mm；800mm×1200mm；1000mm×1200mm。

货格尺寸：取决于在货物单元四周需留出的净空尺寸和货架构件的有关尺寸。

（4）确定库存量和仓库总体积尺寸

库存量是指同一时间内储存仓库内货物单元数。

仓库内采用存储和搬运机械的数量取决于仓库的最大出入库频率。一般，每台堆垛机每小时平均出库或入库30～40个货物单元。一个巷道的货位数以不超过1500～2000个为宜。

代表立体仓库技术水平的一个主要参数是仓库高度，高度通常为10～20m。

（5）出、入库搬运周期及出、入库能力验算

搬运周期主要取决于巷道堆垛起重机的作业循环时间，而堆垛机的作业循环时间又分：单一作业和复合作业两种。

（6）自动化立体仓库的总体布置。这种布置主要解决两个问题：

①高货架区和作业区的衔接方式——可采用无轨的高架叉车和堆垛机（巷道式、桥式、拣选式）与其他搬运机械配套衔接，只有这样才能把入库作业区、出库作业区（包括检验、拣选、包装、发运等作业）形成一个完整的物流系统。大体上这种衔接方式有以下四种：叉车——出、入库台方式，参见书P263图8—4；

自动搬运车——出、入台方式；

自动搬运车——输送机方式，参见书P264图8—5；

叉车（或升降级）——连续输送机方式，常用的连续输送机有：辊式（辊道和辊柱）输送机、链式输送机和带式输送机。见下图。

辊道输送机滚柱输送机

链式输送机带式输送机

②货物单元出、入高层货架的形式

主要有：贯通式、同端输入式、旁流式。一般优先采用同端出入式布置。

（7）自动化立体仓库的控制方式和管理方式

采用堆垛起重机的控制方式，一般可分为：手动、半自动、单机自动、集中自动、联机自动控制和CIMS控制等六种方式。

立体仓库的管理方式一般可分为：台帐管理、穿孔卡结合台帐管理、计算机管理三种。

第二节仓库自动化

一、自动化仓库概述

（一）自动化仓库

1、AS/RS定义：自动化仓库系统（Automated Storage and Retrieval System，AS/RS）：是在不直接进行人工处理的情况下能自动地存储和取出物料的系统。

2、立体仓库：立体仓库（也称高架仓库）是指采用高层货架储存货物，用起重、装卸、运输机械设备进行货物出库和入库作业的仓库。

立体仓库一般由高层货架、仓储机械设备、土建公司设施、控制与管理设施等部分组成。

立体仓库最高可达40多米，最大库存量可达10多万个货物单元。如下图所示：

自动化立体仓库

3、自动化立体仓库的功能

有：储存和保管、调节供需、货物运输能力调节等功能，以及明显地节约仓库面积和充分利用空间的作用。

4、自动化仓库的优点——主要有：高层货架储存、自动存取、计算机控制等优点。（二）自动化仓库的分类与构成

1、分类

（1）按货架形式分，有：单元式货架仓库——使用最广，通用性也较强；其概略构造如下图所示：

单元式自动化仓库概略构造图

贯通式货架仓库——又分重力式和梭式小车式货架仓库两种；见下图：

贯通式货架系统重力式货架系统

循环货架仓库——这种仓库的货架本身就是一台垂直提升机或在水平面内沿环形路线来回运行的输送机，如是循环货架仓库又可分为：垂直循环和水平循环两种货架仓库。

（2）按建筑形式分，有：整体式和分离式两种；

（3）按控制方法分，有：手动控制、自动控制和遥控三种立体仓库；

（4）按作业方式分，有：单元货架式、移动货架式、拣选货架式三种立体仓库；

托盘单元式电动移动货架式单元-拣选式（5）按在物流系统中的作用分，有：生产性仓库和流通型仓库两种；

（6）按自动化仓库与生产联系的紧密程度分，有：独立性仓库和紧密型仓库；

（7）按库存容量分，有：大、中、小型立体仓库。

2、构成。自动化仓库主要由：土建设施、机械设施、电器设施三大类设施组成。其中机械设备包括：货架、货箱与托盘、搬运设备、运输设备。

二、货架

1、立体货架

立体货架是立体仓库的承重构筑物，其投资约占整个仓库设备总投资的1/3～2/3。

立体货架的有许多种，按其高度可分为：高层（＞12米）、中层（5～12米）、低层（＜5米＝三种立体货架。高层货架多采用整体式结构。型式见下图。

高层货架重力式货架

2、重力货架

重力式货架的每一个货格就是一个具有一定坡度的滑道。在重力式货架中，每个存货滑道只能存放同一种货物。它适宜于少品种大批量货物的存取，型式见上图。

3、贯通式货架

可供叉车（或带货叉的无人搬运车）弛入、存取单元托盘货物的货架。叉车作业通道与货物保管场所合一。型式见下图。

4、阁楼式货架

阁楼式货架的底层货架不但是保管物料的场所，而且是上层建筑承重梁的支撑(柱)，可设计成多层楼层(通常2-3层)，配有楼梯、扶手和货物提升电梯等。型式见下图。

贯通式货架阁楼式货架

5、移动式货架

移动式货架是在货架的底部安装有运行车轮，可在地面上运行的货架。适用于库存品种多，出入库频率较低的仓库；或库存频率较高，但可按巷道顺序出入库的仓库。

移动式货架广泛应用于办公室存放文档，图书馆存放档案文献，金融部门存放票据，工厂车间、仓库存放工具、物料等。型式见下图。

移动式货架

6、托盘货架

除这些之外，还有：旋转式货架、屏挂式货架和组合式货架。

三、计算机管理与控制

1、自动化仓库是用计算机的优点

2、计算机的功能

有：货物的识别和跟踪、出/入库操作、库存管理、堆垛机等搬运设备的控制等功能。

3、自动认址与位置检测。分：堆垛机自动认址和货物单元自动认址两种。

四、自动化仓库的计算机管理与控制系统

（一）计算机管理系统

下图为某自动化仓库的计算机管理系统

1、立体仓库的管理方式

大致分为三种：台帐管理、穿孔卡片结合台帐管理、计算机管理。

2、自动化仓库计算机管理系统

（1）主要功能

包括：库存管理和货位管理。

（2）货位管理的原则

入库的通用原则：均匀分布原则、“就近入/出库”原则、对货架受载有利的原则等。

出库的通用原则：“先入先出”原则、未满单元先出库原则、均匀分布原则等。

（3）货位管理的算法

（4）库存管理

包含十个方面的内容。

（二）计算机控制系统

下图为某自动化仓库的计算机控制系统及系统结构

1、立体仓库控制方式

有：手动、半自动、单机半自动、遥控、全自动、联机自动和计算机集成制造系统等7种控制方式。

2、计算机控制系统的结构

有两种：集中控制系统结构、分层分布式控制系统结构。

3、自动化立体仓库的通信

现代化立体仓库物流系统的信息流如书P284图8—6所示。

第三节物流自动化设备

自动化仓库的出、入库输送机系统如下图所示：

自动化仓库出入库输送机系统

一、输送和搬运设备

（一）输送设备

自动输送机是输送多种物品、短暂存储货分拣的一种理想设备，是仓储自动化系统的主要组成部分。按输送货物的类型自动化输送设备可以分为：

1、单元物品输送设备

有：辊道式、链式、悬挂式输送机，链板式垂直提升机，单轨电动小车和搬运机器人。

（1）辊道式输送机

辊道式输送机是利用辊子的转动来输送单元物品的输送机，它可沿水平或曲线路径进行输送。外形如下图所示。

辊道式输送机链式输送机

按驱动方式又分为：无动力辊道输送机、动力辊道输送机（链传动／摩擦传动）。

（2）链式输送机

链式输送机是利用链条牵引、承载，或由链条上安装的板条、金属网、辊道等承载物料的输送机。外形如上图所示。

（3）悬挂输送机

悬挂输送机属于链条（也可为钢索）牵引式的连续输送机。悬挂输送机是规模较大的工厂综合机械化输送设备。外形如下图所示。

悬挂输送机单轨电动小车（4）单轨电动小车

在特定的空中轨道上运行的电动小车，可组成一个承载的、全自动的物料搬运系统。如上图所示。

此外还有链板式垂直提升机和搬运机器人。

2、散碎物料输送设备

（1）皮带式输送机

带式输送机是一种利用连续而具有挠性输送带连续地来输送物料的输送机。或在装配、检验、测试等生产线上输送单位质量不太大的成件物品。型式见下图。

皮带式输送机集装袋（2）集装袋

集装袋又称柔性集装箱，是集装单元器具的一种，配以起重机或叉车，就可以实现集装单元化运输。它适用于装运大宗散状粉粒状物料。型式见上图。

（3）提升机

如斗式提升机。

（4）气力输送系统

例如粉粒状物料或比重轻的散碎物料的管道输送系统。

（二）搬运输备

1、叉车

叉车是仓库作业必备的设备，叉车的种类繁多，有高低位拣选叉车、前移式叉车、侧面叉车，如下图所示。此外还有集装箱叉车、内燃叉车、电瓶叉车等。

高位拣选叉车前移式叉车侧面叉车高位拣选叉车操作台上的操作者可与装卸装置一起上下运动，并拣选储存在两侧货架内物品的叉车。适用于多品种少量入出库的特选式高层货架仓库。起升高度一般4～6米，最高可达13米。

前移式叉车是一种门架（或货叉）可以前后移动的叉车，适用于车间、仓库内工作。

侧面叉车是一种货叉和门架位于车体侧面的装卸作业车辆，称侧面叉车。适用于长大物料的装卸和搬运。

2、托盘搬运车

托盘搬运车是对单元托盘货物进行装卸和短距离运输作业的专用设备，有搭乘式和步行式两种。外形如下图所示：

步行式电动托盘搬运车搭乘式电动托盘搬运车

3、自动导引小车（AGV）

AGV（Automatic Guided V ehicle）是指装有自动导引装置，能沿规定的路径行驰，车体上具有编程和停车选择装置、安全保护装置以及各种移载功能的运输小车。外形如下图。

自动导引小车（AGV）

4、集装箱叉车

集装箱叉车是集装箱码头和堆场上常用的一种集装箱专用装卸机械，主要用作堆垛空集装箱等辅助性作业，也可在集装箱吞吐量不大（年低于3万标准箱）的综合性码头和堆场进行装卸与短距离搬运。外形如下图所示。

集装箱叉车

5、集装箱跨运车

如书P288图8—7所示，

二、自动起重和分拣设备

（一）自动起重设备

1、高架叉车

高架叉车又称三向堆垛叉车，即叉车向运行方向二侧进行堆垛作业时，车体无须作直角转向，这样作业通道就可大大减少，提高了面积利用率；此外，高架叉车的起升高度比普通叉车要高，一般在6m左右，最高可达13m。如下图所示。

高架叉车

2、巷道式堆垛起重机

巷道式堆垛起重机是在高层货架的窄巷道内作业的起重机，是自动化仓库的主要设备，又称有轨堆垛机。作业高度6～24m，最高可达40m。外形如下图。

3、桥式堆垛起重机

桥式堆垛起重机是用于高架仓库存取作业的一种仓库作业机械，也适用于无货架的堆垛作业，主要适用于高度在12米以下的仓库。

巷道式堆垛起重机拣选式电动堆垛机

4、拣选式电动堆垛机

拣选式电动堆垛机的特点是没有货叉，人和货物同在一个有栏杆的平台上，依靠升降和水平移动来完成作业，它用于一般的立体仓库或普通平房仓库中。如上图所示。

（二）分拣设备

按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣三大类。在分拣系统中，分拣机是最主要的设备，分拣机的种类十分繁多，一般有链式、钢带、胶带、辊道、悬挂式和滑块横向推出式分拣机等。

1、横向推出式

钢带式横向推出推出分拣机是一种使用较多的分拣设备，其每小时分拣能力可达万件以上。一般情况下，分拣的货物不受包装形态的特殊限制，能用输送机运送的货物可全部使用。其型示如下图所示。

横向推出式

2、升降推出式

这种分拣机最适合于分拣底面平坦的纸箱、托盘状的各种货物。但不能分件很长的、或者底面不平坦的货物。外形参见书P290图8—9。

3、倾斜式

倾斜式分拣机又可分为：盘式和板式两种。

4、悬吊式

悬吊式分拣机是用装在悬吊装置上的钳子或支架吊起物品，输送到指定位置放下物品或转换到另外的分支线路上进行分拣的装置。主要是用于对保管、搬运的成批货物的分拣。三、集装箱与托盘

集装单元、集装单元化和单元负载的概念

1、集装箱

集装箱可分为两大类：普通货物集装箱和特种货物集装箱。如下图所示。

集装箱

（1）普通货物集装箱

有：内柱式、外柱式、折叠式和薄壳式四种。其结构与类型参见书P293图8—10和图8—11。

（2）特种货物集装型

有：干货类、通风类、保湿类和框架类四种。通风类结构见书P294图8—12。

2、托盘

托盘是现代工商业生产、运输、装卸、堆存货物的一种重要集装工具。根据材质的不同，可分为木制、钢制、塑料、纸质及复合等多种托盘。

（1）托盘尺寸。一般为：800mm×1200mm；1000mm×1200mm。

（2）托盘分类。按结构分有：平托盘、箱式托盘、柱式托盘和轮式托盘四种。示例如下图所示。

木制两向平托盘钢制四向平托盘

钢制箱式托盘网箱托盘

柱式托盘轮式托盘

四、物流自动化系统的配置

1、货物单元包装与运输工具之间的配置

配置方式参见书P296图8—14。

2、集装单元搬运系统作业的改进

改进方式参见书P297图8—15。

3、集装箱港口与陆地装卸系统

五、配送系统

1、物流配送系统

物流配送系统以自动化立体仓库为基础，以电子商务信息技术为核心，通过计算机网络技术把自动化仓库的功能和订货、发货处理连接在一起，实现了物质资料从供应方提价给需求方，满足了信息社会发展的需要。

下面两个图为物流中心的分拣配送系统。

2、悉尼奥运的出口物流系统其配送系统如下图所示

作业：P297第2题