自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　專科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p><b>　　自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工

2、作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p>&

3、lt;p>　　設(shè)計(jì)題目：自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)</p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　查閱和參考相關(guān)資料文獻(xiàn)，做出自動(dòng)化立體倉庫的整體設(shè)計(jì)方案.建立自動(dòng)化立體倉庫規(guī)劃設(shè)計(jì)的一般流程,設(shè)計(jì)立體倉庫物流系統(tǒng) ,對所建立的自動(dòng)化立體倉庫進(jìn)行仿真.</p><p>　　2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　?、帕Ⅲw

4、倉庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　?、屏Ⅲw倉庫的物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)</p><p>　?、遣捎糜?jì)算機(jī)圖形模擬物品存取軌跡</p><p><b>　?、染帉懺O(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張萬忠主編，電器與PL

5、C控制技術(shù)[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年</p><p>　　[2]胡學(xué)林主編，可編程控制器教程[M]，電子工業(yè)出版社，2004年</p><p>　　[3]周美蘭主編，PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)[M]，北京：科學(xué)出版社，2006年</p><p>　　[4]曾慶波主編，監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用技術(shù)[M]，哈爾濱工業(yè)出版社，2006年</p><p

6、>　　[5]嚴(yán)盈高主編，西門子S7-200PLC入門[M]，北京：人民郵電出版社，2007年</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p><b>　　自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要：自動(dòng)化立體倉庫作為現(xiàn)代化物流系統(tǒng)中的重要組成部分。自動(dòng)化立體倉庫主要由高層貨架、巷道堆垛機(jī)、

7、出入庫輸送設(shè)備、自動(dòng)控制與管理系統(tǒng)所組成。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)地分析了自動(dòng)化立體倉庫的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了自動(dòng)化立體倉庫的結(jié)構(gòu)特性、貨位分配策略及優(yōu)化分析、物流系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并基于Flexsim仿真優(yōu)化技術(shù)對自動(dòng)化立體倉庫的運(yùn)行狀況進(jìn)行了可視化仿真研究。</p><p>　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)化立體倉庫，貨位分配，巷道堆垛機(jī)，仿真</p><p>　　Design of automati

8、c stereoscopic warehouse</p><p>　　Abstract：As an important part of modem logistics system．It is made up of high-level shelves，stacker crane，in-out conveyor system；automatic control and management system．The

9、design of systematic analysis of the overall planning and design methodof the automated warehouse, on the basis of the design of the automated warehouse structure characteristics, storage location assignment strategy and

10、 optimization of logistics system analysis, optimization design.this thesis studied the simulation of AS/RS</p><p>　　Keywords：Automated Storage and Retrieval System(AS/RS)，Cells Distribution Retrieval Vehicl

11、e(RGV)， Simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1. 1自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)概述1</p><p>　　1. 1. 1自動(dòng)化立體倉庫的概念1</p><p>　　1.

12、 1. 2自動(dòng)化立體倉庫的分類1</p><p>　　1. 1. 3自動(dòng)化立體倉庫的組成3</p><p>　　1. 2國內(nèi)外自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展及現(xiàn)4</p><p>　　1. 2. 1立體倉庫的歷史與發(fā)展4</p><p>　　1. 2. 2我國自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展5</p><p>　　1. 3物流系統(tǒng)

13、仿真及其研究現(xiàn)狀6</p><p>　　1. 3. 1物流系統(tǒng)仿真概述6</p><p>　　1. 3. 2物流系統(tǒng)仿真國內(nèi)外研究現(xiàn)狀6</p><p>　　2 自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2. 1 自動(dòng)化立體倉庫的總體規(guī)劃與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)7</p><p>　　2. 1. 1一般原則

14、7</p><p>　　2. 1. 2主要過程與步驟7</p><p>　　2. 2 自動(dòng)化立體倉庫貨架設(shè)計(jì)模型分析9</p><p>　　2. 2. 1貨架最佳參數(shù)確定模型9</p><p>　　2. 2. 2貨位空間尺寸計(jì)算模型12</p><p>　　2. 3自動(dòng)化立體倉庫具體實(shí)例結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14</

15、p><p>　　2. 3. 1貨架和托盤的設(shè)計(jì)14</p><p>　　2. 3. 2 巷道堆垛機(jī)15</p><p>　　2. 4確定倉庫總體布局23</p><p>　　3 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)24</p><p>　　3. 1巷道堆垛機(jī)的控制方式24</p><p>　　3. 2堆垛機(jī)貨

16、位虛實(shí)檢測24</p><p>　　3. 3 PLC控制系統(tǒng)25</p><p>　　3. 3. 1 PLC輸入輸出I/O點(diǎn)分配25</p><p>　　3. 3. 2 PLC控制系統(tǒng)的程序流程27</p><p>　　4 自動(dòng)化立體倉庫物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)31</p><p>　　4. 1物流管理31<

17、/p><p>　　4. 1. 1貨物存儲模式和貨位分配原則31</p><p>　　4. 1. 2貨位分配原則32</p><p>　　4. 2出入庫作業(yè)調(diào)度優(yōu)化32</p><p>　　4. 2. 1作業(yè)調(diào)度操作方式33</p><p>　　4. 2. 2出入庫作業(yè)調(diào)度原則34</p><p

18、>　　4. 2. 3作業(yè)周期34</p><p>　　5 基于Flexsim的自動(dòng)化立體倉庫運(yùn)行仿真36</p><p>　　5. 1物流系統(tǒng)仿真概述36</p><p>　　5. 2基于Flexsim的物流系統(tǒng)仿真37</p><p>　　5. 2. 1 Flexsim物流仿真軟件37</p><p&g

19、t;　　5. 2. 2 Flexsim仿真模型38</p><p>　　5. 3自動(dòng)化立體倉庫仿真的建立39</p><p><b>　　6 結(jié)論40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　致謝43</b></p

20、><p><b>　　附錄44</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1. 1自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)概述</p><p>　　1. 1. 1自動(dòng)化立體倉庫的概念</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫又稱立體庫，高層貨架倉庫，自動(dòng)倉儲系統(tǒng)AS/RS

21、(Automated Storage and Retrieval System)[1]。所謂自動(dòng)化倉庫是指由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和控制，不需要人工搬運(yùn)作業(yè)，而實(shí)現(xiàn)貨物收發(fā)作業(yè)的倉庫。立體倉庫是指采用高層貨架以貨架或托盤存取貨物，用巷道堆垛機(jī)及其他機(jī)械進(jìn)行作業(yè)的倉庫。將兩種倉庫的作業(yè)技術(shù)結(jié)合稱為自動(dòng)化立體倉庫[2]。它具有占地面積小，存儲量大、周轉(zhuǎn)快的優(yōu)點(diǎn)，是集信息、存儲、管理于一體的高技術(shù)密集型機(jī)電一體化產(chǎn)品[3][4]。</p&g

22、t;<p>　　1. 1. 2自動(dòng)化立體倉庫的分類</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫是一個(gè)復(fù)雜的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，作為一種特定的倉庫形式，一般有以下幾種分類方式[1][6][7][8]：</p><p>　　按建筑形式可分為整體式和分離式兩種。</p><p>　　整體式指貨架除了存儲貨物以外，還作為建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，構(gòu)成建筑物的一部分，即庫房貨架一體

23、化結(jié)構(gòu)，一般整體式高度在12米以上。這種倉庫結(jié)構(gòu)重量輕，整體性好，抗震好。</p><p>　　分離式中存貨物的貨架在建筑物內(nèi)部獨(dú)立存在。分離式高度在12米以下，但也有15米至20米的。適用于利用原有建筑物作庫房，或在廠房和倉庫內(nèi)單建一個(gè)高貨架的場合。</p><p>　　按照貨物存取形式分為單元貨架式、移動(dòng)貨架式和揀選貨架式。</p><p>　　單元貨架式是常見

24、的倉庫形式。貨物先放在托盤或集裝箱內(nèi)，再裝入單元貨架倉庫貨架的貨格中。</p><p>　　移動(dòng)貨架式由電動(dòng)貨架組成，貨架可以在軌道上行走，由控制裝置控制貨架合攏和分離。作業(yè)時(shí)貨架分開，在巷道中可進(jìn)行作業(yè)；不作業(yè)時(shí)可將貨架合攏，只留一條作業(yè)巷道，從而提高空間的利用率。</p><p>　　揀選貨架式倉庫的分揀機(jī)構(gòu)是其核心部分，分為巷道內(nèi)分揀和巷道外分揀兩種方式?！叭说截浨皰x”是揀選人員乘

25、揀選式堆垛機(jī)到貨格前，從貨格中揀選所需數(shù)量的貨物出庫?！柏浀饺颂帓x”是將存有所需貨物的托盤或貨箱由堆垛機(jī)至揀選區(qū)，揀選人員按提貨單的要求揀出所需貨物，再將剩余的貨物送回原址。</p><p>　　(3)按照貨架構(gòu)造形式分類可分為單元貨格式、貫通式、水平循環(huán)式和垂直循環(huán)式。</p><p>　　單元貨格式倉庫中巷道占去了三分之一左右的面積。為了提高倉庫利用率，可以取消位于各排貨架之間的巷道

26、，將個(gè)體貨架合并在一起，使每一層、同一列的貨物互相貫通，形成能一次存放多貨物單元的通道，而在另一端由出庫起重機(jī)取貨，成為貫通式倉庫。根據(jù)貨物單元在通道內(nèi)的移動(dòng)方式，貫通式倉庫又可分為重力式貨架倉庫和穿梭小車式貨架倉庫。重力式貨架倉庫每個(gè)存貨通道只能存放同一種貨物，所以它適用于貨物品種不太多而數(shù)量又相對較大的倉庫。梭式小車可以由起重機(jī)從一個(gè)存貨通道搬運(yùn)到另一通道。</p><p>　　水平旋轉(zhuǎn)式倉庫的貨架本身可以在

27、水平面內(nèi)沿環(huán)形路線來回運(yùn)行。每組貨架由若干獨(dú)立的貨柜組成，用一臺鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)將這些貨柜串連起來。每個(gè)貨柜下方有支撐滾輪，上部有導(dǎo)向滾輪。傳送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，貨柜便相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。需要提取某種貨物時(shí)，只需在操作臺上給予出庫指令。當(dāng)裝有所需貨物的貨柜轉(zhuǎn)到出貨口時(shí)，貨架停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這種貨架對于小件物品的揀選作業(yè)十分合適。它簡便實(shí)用，充分利用空間，在作業(yè)頻率要求不太高的場合是很實(shí)用的。</p><p>　　垂直旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫與水平循環(huán)貨

28、架式倉庫相似，只是把水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)改為垂直面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。這種貨架特別適用于存放長卷狀貨物，如地毯、地板革、膠片卷、電纜卷等。</p><p>　　(4)按所起的作用可以分為生產(chǎn)性倉庫和流通性倉庫。</p><p>　　生產(chǎn)性倉庫是工廠內(nèi)部為了協(xié)調(diào)工序和工序、車間和車間、外購件和自制件物流的不平衡而建立的倉庫；流通性倉庫是一種服務(wù)性倉庫，是為了協(xié)調(diào)生產(chǎn)廠和用戶間的供需平衡而建立的倉庫。這種倉庫

29、進(jìn)出貨物比較頻繁，吞吐量較大。</p><p>　　1. 1. 3自動(dòng)化立體倉庫的組成</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫(AS/RS)是由高層貨架、托盤或貨箱、巷道堆垛機(jī)、出入庫輸送系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、堆垛機(jī)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成的復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)[1][6]。</p><p>　　(1)貨架[9][10]</p>

30、<p>　　貨架用于存放貨物。貨架的高度通常在8m～50m之間。貨架越高，所占用的面積越少。同時(shí)，對貨架的要求也越高。貨架的形式有很多種：</p><p>　　從貨架的制造工藝分為焊接式貨架和組合式貨架兩種。</p><p>　　從貨架的結(jié)構(gòu)形式來分，又可分為單元式貨架、貫通式貨架、旋轉(zhuǎn)式貨架和懸臂式貨架。</p><p><b>　　(2)托盤

31、或貨箱</b></p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫采用貨箱或托盤作為載體來存放貨物。各種外形不規(guī)則的貨物和零散的貨物，采用貨箱存放；大型的規(guī)則的貨物用托盤存放。使用托盤或貨箱方便貨物的管理和存儲，還可以保護(hù)物品免受損傷。托盤多為鋼制、木制或塑料制成。</p><p><b>　　(3)巷道堆垛機(jī)</b></p><p>　　堆垛機(jī)在

32、立體倉庫貨架區(qū)的巷道內(nèi)往復(fù)運(yùn)行，存取貨物，又稱巷道堆垛機(jī)。堆垛機(jī)是整個(gè)自動(dòng)化立體倉庫的核心設(shè)備，通過手動(dòng)操作、半自動(dòng)操作或全自動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。巷道堆垛機(jī)是隨著立體倉庫的應(yīng)用而發(fā)展起來的專用起重機(jī)，通常一個(gè)巷道配備一臺堆垛機(jī)，有時(shí)兩個(gè)巷道或多個(gè)巷道共同使用一臺堆垛機(jī)。巷道堆垛機(jī)是目前國內(nèi)外立體倉庫中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。</p><p>　　巷道式堆垛機(jī)有多種不同的分類形式[12][13]：<

33、;/p><p>　?、侔唇Y(jié)構(gòu)形式分為單立柱型和雙立柱型。</p><p>　　單立柱型堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)由一根立柱和上、下橫梁組成，自重較輕，但剛性較差；雙立柱型堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)由兩根立柱和上、下橫梁組成，剛性好，但該結(jié)構(gòu)堆垛機(jī)的自重比單立柱型堆垛機(jī)重。</p><p>　?、诎粗畏绞椒诸惪煞譃榈孛嬷涡?、懸掛型和貨架支撐型。</p><p>　

34、　地面支撐型堆垛機(jī)由其下部運(yùn)行機(jī)構(gòu)支撐和驅(qū)動(dòng)，堆垛機(jī)整體運(yùn)行于鋪設(shè)在地面的軌道上，堆垛機(jī)上部設(shè)有水平導(dǎo)向輪；懸掛型堆垛機(jī)的貨架下部設(shè)導(dǎo)軌，堆垛機(jī)懸掛于軌道下翼緣上運(yùn)行，運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)在堆垛機(jī)的上部，堆垛機(jī)下部設(shè)有導(dǎo)向輪：貨架支撐型堆垛機(jī)支撐在貨格頂部兩側(cè)軌道上運(yùn)行，貨架下部設(shè)導(dǎo)軌，堆垛機(jī)下部設(shè)導(dǎo)向輪，運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)在堆垛機(jī)的上部。</p><p>　?、郯醋鳂I(yè)方式可分為單元型和揀選型。</p><p&

35、gt;　　單元型堆垛機(jī)以整個(gè)貨箱為單元，進(jìn)行入出庫作業(yè)，堆垛機(jī)載貨臺需備有叉取貨物的裝置；揀選型堆垛機(jī)上設(shè)揀選平臺，由司機(jī)或工作人員揀貨出庫，載貨臺上可不帶貨叉機(jī)構(gòu)。</p><p>　　(4)出入庫輸送系統(tǒng)</p><p>　　出入庫輸送系統(tǒng)是貨架與貨物出入庫口的聯(lián)結(jié)輸送系統(tǒng)。出入庫輸送設(shè)備有輥式輸送機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、出入庫站臺小車(RGV)、自動(dòng)引導(dǎo)小車(AGV)等。自動(dòng)化立體倉庫的出入

36、庫系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)以及采用哪些輸送機(jī)械，需根據(jù)倉庫的整體布局、倉庫的功能以及貨物的類型等情況決定。出入庫系統(tǒng)的輸送速度以及分岔、合流點(diǎn)的數(shù)量等，都要以滿足倉庫的出入庫效率(作業(yè)效率)為原則來確定。</p><p>　　(5)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　控制系統(tǒng)是自動(dòng)化倉庫運(yùn)行成功的關(guān)鍵。沒有好的控制，系統(tǒng)運(yùn)行的成本就會很高，而效率很低。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)化倉庫內(nèi)所用的各種存取設(shè)備

37、和輸送設(shè)備本身必須配備各種控制裝置。這些控制裝置種類較多，從普通開關(guān)和繼電器，到微處理器、單片機(jī)和可編程序，根據(jù)各自的設(shè)定功能，它們都能完成一定的控制任務(wù)，如巷道式堆垛機(jī)的控制控制器(PLC)要求就包括了位置控制、速度控制、貨叉控制以及方向控制等。所有這些控制都必須通過各種控制裝置去實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　1. 2國內(nèi)外自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展及現(xiàn)</p><p>　　1. 2. 1立體倉

38、庫的歷史與發(fā)展</p><p>　　1950年美國首先產(chǎn)生了手動(dòng)控制的橋式堆垛起重機(jī)，這種起重機(jī)的大梁懸掛一個(gè)門架(立柱)，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來搬運(yùn)貨物，與此同時(shí)也提出了高層貨架的新概念，被認(rèn)為是自動(dòng)化倉庫的雛形。1960年左右在美國開始出現(xiàn)了由人工操作的巷道式堆垛機(jī)。隨著立體倉庫的發(fā)展，巷道式堆垛機(jī)逐漸代替了橋式堆垛機(jī)[11]。1963年美國的一個(gè)食品廠在倉庫工作中采用電子計(jì)算機(jī)，成為世界上最早的全自動(dòng)化

39、倉庫。此后，在歐洲各國，由于用地緊張，開始計(jì)劃建造25到30米的高層自動(dòng)化化倉庫。從1967年開始，相繼完成了一些計(jì)算機(jī)管理和計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)化倉庫，1970年安裝了了由貨架支承式改變?yōu)榈孛嬷С惺降母叨冗_(dá)40米的堆垛機(jī)。70年代還提出了采用50米高堆垛機(jī)的可能性。進(jìn)入90年代后，堆垛機(jī)在使用范圍和性能上有了很大的發(fā)展[17]。</p><p>　　在日本，從1967年開始安裝了高度為20到25米的高層堆垛機(jī)，1

40、965年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉庫。此后，日本的自動(dòng)化倉庫技術(shù)和設(shè)備的臺數(shù)都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在各個(gè)部門都安裝了各種各樣的堆垛機(jī)，特別是1973年建成了一座貯藏生鮮食品的自動(dòng)化冷藏庫，這是世界上第一座溫度在零下40攝氏度的極低溫倉庫，解決了低溫條件下堆垛機(jī)工作的可靠性和技術(shù)方面的問題，取得了引人矚目的成果。日本的自動(dòng)化倉庫技術(shù)和自動(dòng)化倉庫的擁有量位居世界前茅[12]。</p><p>　　美國學(xué)者J．A．White

41、將自動(dòng)化技術(shù)在倉儲領(lǐng)域(包括立體倉庫)中的發(fā)展分為五個(gè)階段：人工倉儲階段、機(jī)械化倉儲階段、自動(dòng)化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能化階段。其中智能自動(dòng)化倉儲在九十年代后期以及二十一世紀(jì)的若干千年內(nèi)，將是自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)的主要發(fā)展方向[18][19][20]。</p><p>　　1. 2. 2我國自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展</p><p>　　我國對自動(dòng)化立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制并不晚，19

42、63年研制成第一臺橋式堆垛起重機(jī)(機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所)，1973年開始研制我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫(高15米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé))，該庫1980年投入運(yùn)行。</p><p>　　1995年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸自動(dòng)化立體倉庫是由國內(nèi)獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造的綜合自動(dòng)化程度最高的立體倉庫。近些年，我國自動(dòng)化倉庫技術(shù)發(fā)展很快，已實(shí)現(xiàn)了與其他信息決策系統(tǒng)得集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。

43、據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到2009年底，全國自動(dòng)化立體庫的保有量已超過1500座。2009年建設(shè)的自動(dòng)化立體庫在500座以上，主要集中在機(jī)械制造、汽車、煙草、食品加工、服裝生產(chǎn)、醫(yī)藥生產(chǎn)及流通等行業(yè)。軍隊(duì)自動(dòng)化立體倉庫建設(shè)速度加快，近兩年全軍列入建設(shè)計(jì)劃的自動(dòng)化立體庫有幾十座，各供應(yīng)廠商格外重視該市場領(lǐng)域，今后的競爭將日趨激烈。預(yù)計(jì)2011年形勢會更好，全年自動(dòng)化立體庫建設(shè)數(shù)量將接近800座。</p><p>　　1.

44、 3物流系統(tǒng)仿真及其研究現(xiàn)狀</p><p>　　1. 3. 1物流系統(tǒng)仿真概述</p><p>　　仿真是利用計(jì)算機(jī)來運(yùn)行物流系統(tǒng)的仿真模型，模擬系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及其隨時(shí)間變化的過程，并通過對仿真模型運(yùn)行過程的觀察和統(tǒng)計(jì)，得到被仿真系統(tǒng)的輸出參數(shù)和基本特性，以此來估計(jì)和推斷實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)和真實(shí)性能[47]。20世紀(jì)40年代以來，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)在航空、航天、原子反應(yīng)堆等

45、領(lǐng)域以及電力、石油化工、冶金、機(jī)械等重要工業(yè)部門發(fā)揮著重要的作用。</p><p>　　1. 3. 2物流系統(tǒng)仿真國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著建模仿真技術(shù)本身的發(fā)展與物流管理、自動(dòng)化水平的提高，物流系統(tǒng)仿真技術(shù)水平也不斷提高，推廣應(yīng)用。目前，國內(nèi)外對物流系統(tǒng)仿真的研究主要集中在供應(yīng)鏈庫存控制系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、生產(chǎn)物流系統(tǒng)、倉儲物流系統(tǒng)、港口裝卸系統(tǒng)等[49]。</p&g

46、t;<p>　　1972年，Bafna和Reed[18]對具有高層貨架的自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)計(jì)使用了仿真程序來評估設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。1984年，Rosenblatt和Roll[19]對于自動(dòng)化立體倉庫的仿真模型使用一種搜索程序，尋求減少自動(dòng)化立體倉庫建設(shè)和運(yùn)行的最低費(fèi)用。1983年，Perry等開發(fā)出了優(yōu)化搜尋程序，用于仿真自動(dòng)化立體倉庫模型。1999年，William B，Nordgren對使用Flexsim物流仿真軟件進(jìn)行自動(dòng)

47、化立體倉庫建模的流程進(jìn)行了分析。Ayan Fritz，Stephen Horvath等對自動(dòng)化立體倉庫的系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)進(jìn)行了較為全面的研究，對Flexsim在自動(dòng)化立體倉庫建模流程和優(yōu)化分析方法著重的進(jìn)行了論述。1998年，常發(fā)亮、劉長有等建立了分析自動(dòng)化立體倉庫輸送調(diào)度系統(tǒng)的仿真Petri網(wǎng)模型。2006年，張漢江，肖偉等剛使用Flexsim物流仿真軟件建立了輔助自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)的可視化仿真模型，并使用該仿真輔助設(shè)計(jì)，模型對公司

48、自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證和進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整。劉立軍，阮建敏等利用系統(tǒng)建模和仿真技術(shù)對自動(dòng)化立體倉庫的系統(tǒng)運(yùn)作進(jìn)行分析，通過Flexsim仿真評價(jià)</p><p>　　2 自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2. 1 自動(dòng)化立體倉庫的總體規(guī)劃與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)</p><p>　　2. 1. 1一般原則</p><p>　　一般

49、來說，建設(shè)立體倉庫的主要目的是提高儲存供應(yīng)能力、節(jié)約人力物力、有效銜接生產(chǎn)、加快物資周轉(zhuǎn)、降低物流成本、提高科學(xué)管理技術(shù)水平和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，在自動(dòng)化立體倉庫規(guī)劃設(shè)計(jì)要遵循的一般原則為系統(tǒng)性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。 </p><p>　　第一，自動(dòng)化立體倉庫的規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)考慮系統(tǒng)性原則。立體倉庫是一個(gè)完整的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)一方面要考慮到自動(dòng)化立體倉庫的完整性；另一方面還要考慮它作為供應(yīng)鏈中一個(gè)環(huán)節(jié)，與其他物流環(huán)節(jié)的相互銜

50、接和配合問題。</p><p>　　第二，自動(dòng)化立體倉庫的規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮先進(jìn)性原則。在規(guī)劃和設(shè)計(jì)自動(dòng)化立體倉庫時(shí)，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，如果經(jīng)費(fèi)允許，設(shè)計(jì)者應(yīng)具有一定的前瞻性，盡量采用比較先進(jìn)的物流設(shè)備。這樣，一方面可以保證短期內(nèi)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉庫具有一定的先進(jìn)性，另外也可以減少更換舊產(chǎn)品的經(jīng)費(fèi)，節(jié)約倉庫的建設(shè)維護(hù)成本。</p><p>　　第三，自動(dòng)化立體倉庫的規(guī)劃設(shè)計(jì)還應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)

51、性原則。自動(dòng)化立體倉庫的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，在滿足自動(dòng)化立體倉庫的主要功能的前提下，要求設(shè)計(jì)者為企業(yè)的投入成本著想，盡量減少工程量，減少不必要的項(xiàng)目開支，選用性價(jià)比較高的設(shè)備。</p><p>　　2. 1. 2主要過程與步驟</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫的組成設(shè)備眾多，它是一個(gè)由相互作用、相互聯(lián)系的各種因素和環(huán)節(jié)構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。同時(shí)，作為一個(gè)相對完整的子系統(tǒng)，自動(dòng)化立體倉庫還與企業(yè)供應(yīng)鏈上

52、的其他環(huán)節(jié)相互銜接。因此倉庫的設(shè)計(jì)過程實(shí)際上是一個(gè)不斷分析各種因素之間的相互關(guān)系并做出最合理決策的過程。</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)計(jì)的一般過程和步驟</p><p>　　(1)收集和研究原始資料。在確定要建立自動(dòng)化立體倉庫之后，規(guī)劃設(shè)計(jì)人員需要研究原始資料，經(jīng)過分析和整理后結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行修訂，得出倉庫規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。</p><p>　　(2)確

53、定倉庫形式、作業(yè)方式和貨物單元。在調(diào)查分析入庫貨物的品種的基礎(chǔ)上，首先應(yīng)該確定倉庫的形式。一般采用單元貨位式倉庫，對于儲存品種單一或很少，而批量較大的倉庫則可采用重力式貨架倉庫或者其它形式的倉庫；對于有特殊要求的貨物，可以采用如冷藏、防潮、恒溫等設(shè)施倉庫。根據(jù)以整單元出庫為主還是零星貨物出庫為主，決定是否采用揀選作業(yè)。為了提高出入庫的搬運(yùn)效率，應(yīng)盡量采用復(fù)合式作業(yè)方式，避免采用單入單出模式，也可以采用一次搬運(yùn)兩個(gè)貨物單元(使用雙叉堆垛機(jī)

54、)的作業(yè)方式提高作業(yè)效率。</p><p>　　(3)確定貨物單元形式和貨架設(shè)計(jì)。為了確定貨物單元形式、尺寸和重量，應(yīng)該對貨物進(jìn)行品種分析，選擇最佳的設(shè)計(jì)方法。確定好貨物單元形式后，可以據(jù)此進(jìn)行貨架的設(shè)計(jì)。貨架的設(shè)計(jì)過程實(shí)際上是一個(gè)確定合理的貨架參數(shù)的過程。貨架參數(shù)的確定在立體倉庫設(shè)計(jì)流程中起著重要的作用，貨架參數(shù)將直接決定倉庫布局，合理的參數(shù)可以避免空間的浪費(fèi)，滿足倉庫出入庫能力要求，同時(shí)又降低了立體倉庫的造價(jià)

55、。</p><p>　　(4)確定庫存量和倉庫總體尺寸。立體倉庫的設(shè)計(jì)規(guī)模主要取決于庫存量。如果庫存量已知，在適當(dāng)考慮未來發(fā)展需要的基礎(chǔ)上，可以直接使用這個(gè)庫存量參數(shù)，但是要給出一定的裕量。如果庫存量未知，需要研究原始資料，根據(jù)前幾年的出入庫的數(shù)量和規(guī)律確定庫存量。確定立體倉庫的總體尺寸時(shí)，考慮到容易實(shí)現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)性要求，倉庫不宜設(shè)計(jì)的過高，以lO～20m的高度為宜。倉庫的高度和長度之間的比例關(guān)系一般在0.15—0.

56、4；倉庫的寬度和高度之間的比例關(guān)系一般在0.12—0.4。</p><p>　　(5)選擇機(jī)械設(shè)備類型數(shù)量。選擇機(jī)械設(shè)備類型和數(shù)量主要是為立體倉庫選擇堆垛機(jī)。堆垛機(jī)的數(shù)量主要取決于倉庫的作業(yè)能力，即最大出、入庫頻率。一般情況下，貨架的高和長的比值等于堆垛機(jī)的垂直運(yùn)行速度和水平運(yùn)行速度的比值(一般 1/4～1/6)時(shí)，堆垛機(jī)的效率最高。</p><p>　　(6)立體倉庫的出入庫流量設(shè)計(jì)主要

57、和出入庫搬運(yùn)周期有關(guān)。立體倉庫的搬運(yùn)周期一般取決于巷道堆垛機(jī)的作業(yè)循環(huán)時(shí)間。堆垛機(jī)的出入庫搬運(yùn)分為單一作業(yè)和復(fù)合作業(yè)兩種，堆垛機(jī)的搬運(yùn)周期越短，立體倉庫的出入庫作業(yè)效率也越高。</p><p>　　(7)總體布局設(shè)計(jì)。在完成上述六個(gè)主要步驟之后，便可以根據(jù)作業(yè)要求對自動(dòng)化立體倉庫進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)?？傮w布局設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮立體貨架與作業(yè)區(qū)的銜接方式和貨物單元出入高層貨架的方式。</p><p>

58、　　2. 2 自動(dòng)化立體倉庫貨架設(shè)計(jì)模型分析</p><p>　　2. 2. 1貨架最佳參數(shù)確定模型</p><p>　　貨架的最佳參數(shù)設(shè)計(jì)得到了很多研究和討論，各種設(shè)計(jì)計(jì)算方法在確定貨架最佳參數(shù)時(shí)，雖然所采取的數(shù)學(xué)模型各不相同，但是都是基于一個(gè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想：遵循設(shè)計(jì)機(jī)械化倉庫時(shí)所應(yīng)該采取的經(jīng)濟(jì)性原則，同時(shí)也考慮各種特殊的因素和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使立體倉庫貨架的成本降低，并獲得更高的效率。本章

59、主要使用基于堆垛機(jī)最佳運(yùn)行效率的貨架最佳參數(shù)確定模型?；诙讯鈾C(jī)效率的貨架最佳參數(shù)確定模型是在有空間限制和無空間限制兩種條件下以堆垛機(jī)的使用效率作為目標(biāo)，對貨架的長度和高度進(jìn)行估算，得出貨架的最佳參數(shù)。使用這種方法進(jìn)行貨架最佳參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要計(jì)算出堆垛機(jī)的運(yùn)行周期。堆垛機(jī)的運(yùn)行周期是指堆垛機(jī)完成一個(gè)出入庫搬運(yùn)作業(yè)所需要的時(shí)間，堆垛機(jī)單一作業(yè)循環(huán)和復(fù)合作業(yè)循環(huán)如圖2．1、2．2所示。</p><p>　　圖2.

60、1 堆垛機(jī)單一作業(yè)循環(huán)原理圖</p><p>　　圖2.2 堆垛機(jī)復(fù)合作業(yè)循環(huán)原理圖</p><p>　　堆垛機(jī)從原始位置出發(fā)到指定貨位完成一次取貨或存貨后重新回到原始位置待命為一個(gè)單一作業(yè)循環(huán)；從原始位置出發(fā)到某指定貨位完成一次存貨之后又到另一指定貨位完成一次取貨，然后返回原始位置為一個(gè)復(fù)合作業(yè)循環(huán)。目前我國物流行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、歐洲物料搬運(yùn)協(xié)會的物流標(biāo)準(zhǔn)都選用P1(0.2L，0.67H)，P2

61、(0.67L，0.2H)，L是整個(gè)立體倉庫的貨架總長，H是立體倉庫貨架的總高。對堆垛機(jī)運(yùn)行周期的計(jì)算，就是通過計(jì)算三個(gè)點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間來得到的。另外它還取決于堆垛機(jī)的速度、加速度，以及貨叉完成一次存貨或取貨的時(shí)間。如果堆垛機(jī)啟動(dòng)后同時(shí)在水平和垂直方向上達(dá)到最大運(yùn)行速度，即 Vx/ax=VY/ax，且貨架的設(shè)計(jì)使得堆垛機(jī)作業(yè)時(shí)水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)和垂直運(yùn)行機(jī)構(gòu)同時(shí)到達(dá)貨位，即L/VX=H/VY，能減少堆垛機(jī)作業(yè)等待時(shí)間，堆垛機(jī)作業(yè)效率較高。</

62、p><p>　　(1)對于單一作業(yè)循環(huán)周期的計(jì)算，由圖2.1可知：</p><p><b>　　O點(diǎn)到P1點(diǎn)：</b></p><p>　　X方向運(yùn)行的時(shí)間T1x=L/5VX+VX/aX，Y方向的運(yùn)行時(shí)間T1Y=2H/3VY+VY/aY。</p><p><b>　　O點(diǎn)到P2點(diǎn)：</b></p&

63、gt;<p>　　X方向的運(yùn)行時(shí)間T2X=2L/3VX+VX/aX，Y方向的運(yùn)行時(shí)間T2Y=H/5VY+VY/aY。</p><p>　　根據(jù)堆垛機(jī)單一作業(yè)循環(huán)時(shí)間公式TS=max（T1x，T1Y）+max（T2X，T2Y）+2，堆垛機(jī)單一作業(yè)運(yùn)行時(shí)間有四種情況，比較四種堆垛機(jī)單一作業(yè)循環(huán)時(shí)間，選擇最大值，可得堆垛機(jī)單一作業(yè)循環(huán)時(shí)間表示為：</p><p>　　TS=T2X

64、+T1Y+2=2H/3VY+2L/3VX+VY/aY+VX/aX+2Tf (2.1)</p><p>　　式中:TS為堆垛機(jī)單一作業(yè)循環(huán)時(shí)間，為堆垛機(jī)貨叉伸縮時(shí)間。</p><p>　　H為立體倉庫貨架區(qū)總高，L為立體倉庫貨架區(qū)總長。</p><p>　　為堆垛機(jī)水平運(yùn)行速度，為堆垛機(jī)垂直運(yùn)行速度。</p><

65、p>　　運(yùn)行加速度，為堆垛機(jī)垂直運(yùn)行加速度。</p><p>　　(2)對于復(fù)合作業(yè)循環(huán)周期的計(jì)算，由圖2．2可知：</p><p><b>　　O點(diǎn)到P1點(diǎn)：</b></p><p>　　X方向運(yùn)行的時(shí)間T1x=L/5VX+VX/aX，Y方向的運(yùn)行時(shí)間T1Y=2H/3VY+VY/aY。</p><p><b

66、>　　P1點(diǎn)到P2點(diǎn)：</b></p><p>　　X方向運(yùn)行時(shí)間T2X=7L/15VX+VX/aX，Y方向的運(yùn)行時(shí)間T2Y=7H/15VY+VY/aY。</p><p><b>　　P2點(diǎn)到0點(diǎn)：</b></p><p>　　X方向的運(yùn)行時(shí)間T3X=2L/3VX+VX/aX，Y方向的運(yùn)行時(shí)間T3X=H/5VY+VY/aY。&

67、lt;/p><p>　　根據(jù)復(fù)合作業(yè)循環(huán)周期的計(jì)算公式：</p><p>　　TD=max（T1x，T1Y）+max（T2X，T2Y）+max(T3X，T3X)+4Tf，堆垛機(jī)復(fù)合作業(yè)循環(huán)時(shí)間有八種情況，可得堆垛機(jī)復(fù)合作業(yè)循環(huán)周期是：</p><p>　　TD=2H/3VY+7L/15VX+2L/3VX+VY/aY+VX/aX+4Tf</p><p&

68、gt;　　=17L/15VX+2H/3VY+2VX/aX+VY/aY+4Tf (2.2)</p><p>　　式中：TD為復(fù)合作業(yè)循環(huán)時(shí)間。</p><p>　　在確定堆垛機(jī)的單一作業(yè)循環(huán)周期和復(fù)合作業(yè)循環(huán)周期后，還應(yīng)該分析堆垛機(jī)單一循環(huán)作業(yè)和復(fù)合循環(huán)作業(yè)在堆垛機(jī)整個(gè)作業(yè)過程中的比例，分別為Prop1和Pro

69、p2且Prop1+ Prop2=1。具體的最佳參數(shù)H和L設(shè)計(jì)方法如下：</p><p>　　(1)有空間限制的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法常常用于設(shè)計(jì)的空間已經(jīng)被限制的情況(如已經(jīng)建設(shè)好倉儲庫房只需設(shè)計(jì)貨架的行數(shù)等參數(shù))，此時(shí)由于空間有限，實(shí)際上貨架的行數(shù)和層數(shù)都已經(jīng)基本確定，可以直接使用給定的貨架區(qū)貨架的H和L值進(jìn)行運(yùn)算。因此根據(jù)出入庫能力來確定巷道數(shù)為：</p><p>　　n= P*Pro

70、p1*TS+P*Prop2*TD/3600δ （2.3）</p><p>　　式中：P為每小時(shí)托盤出入庫總量，δ為堆垛機(jī)期望使用效率，n堆垛機(jī)的數(shù)目。求出堆垛機(jī)的數(shù)目n，2n是單伸貨架的排數(shù)，4n是雙伸貨架的排數(shù)。</p><p>　　(2)無空間限制的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法常常用于設(shè)計(jì)空間由設(shè)計(jì)者制定的情況(如倉儲庫房仍未建設(shè)，設(shè)計(jì)者可以自己

71、制定H和L參數(shù))。這種設(shè)計(jì)方法的計(jì)算步驟如下：</p><p>　?、俑鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法推薦倉庫的經(jīng)濟(jì)使用高度H；</p><p>　?、诟鶕?jù)設(shè)計(jì)要求確定堆垛機(jī)的期望使用效率；</p><p>　?、鄯治龆讯鈾C(jī)的單作業(yè)循環(huán)和復(fù)合作業(yè)循環(huán)的比例Prop1和Prop2，并計(jì)算堆垛機(jī)的運(yùn)行周期；</p><p>　?、芨鶕?jù)堆垛機(jī)的期待使用效率公式推導(dǎo)貨

72、架的長度工的計(jì)算式，具體計(jì)算方法如下所示；</p><p>　　根據(jù)堆垛機(jī)的期望使用效率公式：</p><p>　　δ= P*Prop1*TS+P*Prop2*TD/3600n (2.4) </p><p>　　將公式(2．1)、(2．2)帶入公式(2．4)可得貨架長度的計(jì)算公式：</p><p>

73、;　　L=A(B+C+D+E) (2.5)</p><p>　　且A=5400VX*N*δ/{P*(10+7Prop1)},B=10VX *H/VY*(10+7Prop2)</p><p>　　C=15VX2*(1+Prop1)/aX*(10+7Prop2),D=15VX*VY/ay*(10

74、+7Prop2)</p><p>　　E=30Tf*VX*(1+Prop2)/10+7Prop2</p><p>　?、萃茖?dǎo)出貨架的長度估算公式后，將n=1,2,3……。分別帶入該公式，得到n組關(guān)于堆垛機(jī)數(shù)目和貨架長度的解，選擇其中最接近期望值的一組為最佳貨架長度參數(shù)L和堆垛機(jī)數(shù)目n，2n為單伸貨架行數(shù)，4n為雙伸貨架行數(shù)。</p><p>　　2. 2. 2貨位空

75、間尺寸計(jì)算模型</p><p>　　貨架按照存取作業(yè)的方式不同，可以分為托盤貨架(單元貨架)、駛?cè)胧截浖?、閣樓式貨架、重力式貨架、懸臂式貨架、移動(dòng)式貨架、旋轉(zhuǎn)式貨架等。托盤貨架由于架設(shè)施工簡單、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、出入庫存取不受物品先后順序的限制等優(yōu)勢獲得了廣泛應(yīng)用。托盤貨架的貨位存放托盤貨物的方式主要有單貨位單托盤、單貨位雙托盤和單貨位三托盤三種。貨位的空間尺寸取決于貨物(貨箱)尺寸以及托盤貨物存放在貨位上后，托盤四周留

76、出的空間大小。托盤貨架的貨位尺寸如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 托盤貨架貨位尺寸示意圖</p><p>　　圖中：PX為托盤貨物的寬，PY為托盤貨物的長，PZ托盤貨物的高；Cx為貨位的長，CY為貨位的寬，Cz為貨位的高；LX貨架支撐的長，WY貨架支撐的寬，Hz貨架橫梁的高；a、b、c、d為貨位間隙。</p><p>　　由圖2．3可得單托盤貨位的尺

77、寸為：</p><p>　　CX=PX+2a+LX，CY=PY-2b-WY，CZ=PZ+d+Hz</p><p>　　由圖2．3可得雙托盤貨位的尺寸為：</p><p>　　CX=2PX+2a+LX，CY=PY-2b-WY，CZ=PZ+d+Hz</p><p>　　由圖2．3可得三托盤貨位的尺寸為：</p><p>　

78、　CX=3PX+2a+2c+ LX，CY=PY-2b-WY，CZ=PZ+d+Hz</p><p>　　貨架類型的選擇主要依賴于貨物的重量、倉庫的儲存量和空闊的尺寸限制。在確定貨位尺寸時(shí)，必須綜合考慮影響它的因素，根據(jù)具體的貨物類型、選用的堆垛機(jī)和貨架的材料來選擇a、b、c、d等參數(shù)。特別是堆垛機(jī)的定位精度、貨叉的行程和穩(wěn)度都對貨位的結(jié)構(gòu)尺寸有很大影響。</p><p>　　2. 3自動(dòng)化立

79、體倉庫具體實(shí)例結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　某柔性制造實(shí)驗(yàn)室實(shí)施了一項(xiàng)自動(dòng)化立體倉庫建設(shè)項(xiàng)目。項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)：在原來建設(shè)的20m*8m*4m倉儲庫房內(nèi)建設(shè)一個(gè)自動(dòng)化立體倉庫。</p><p>　　2. 3. 1貨架和托盤的設(shè)計(jì)</p><p>　　(1)確定倉庫形式和作業(yè)方式。采用托盤貨架式倉庫，巷道堆垛機(jī)進(jìn)行存取作業(yè)，單一作業(yè)和復(fù)合作業(yè)混合。</p>

80、<p>　　貨架長5.5米,寬2米,高3米.第一、二排每排設(shè)10列，每列設(shè)6層，上面五層存放貨物，下面一層起到支撐作用，一共136個(gè)貨格。貨格尺寸為490mm×630mm×320mm，每個(gè)貨格最大可儲存50kg貨物，托盤使用1100mmX 1100mm規(guī)格，托盤均為鋸木托盤。貨架嚴(yán)格按JB／"1"5323---96(立體倉庫焊接式鋼結(jié)構(gòu)貨架技術(shù)條件，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造和安裝調(diào)試。每兩排貨架由

81、堆垛機(jī)的通行巷道分開，堆垛機(jī)裝有可伸縮的叉式抓取裝置，可以將裝有貨物的托盤送入兩排貨架的深處，從而使倉庫的利用率提高。將收發(fā)貨間分別設(shè)置在雙排型貨架相對的兩端，這樣可保證貨物的連續(xù)移動(dòng)，減少貨物在倉庫區(qū)的運(yùn)輸行程。</p><p>　　貨架采用Q235冷彎薄壁型鋼制作，冷彎型鋼是制作輕型鋼結(jié)構(gòu)的主要材料，采用鋼板或鋼帶冷彎成型制成。它的壁厚不僅可以制得很薄，而且大大簡化了生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。緊固部分使用螺栓緊

82、固，便于安裝與拆卸維護(hù)。</p><p>　　2. 3. 2 巷道堆垛機(jī)</p><p>　　堆垛機(jī)為單立柱巷道堆垛機(jī)，巷道堆垛機(jī)主要由起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、貨叉、機(jī)架(立柱及上橫梁)、載貨臺、電氣設(shè)備和安全及連鎖保護(hù)機(jī)構(gòu)等組成。堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖2.4所示</p><p>　　圖2.4 巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　(1)堆垛機(jī)的載荷

83、計(jì)算</p><p>　　堆垛機(jī)的在和主要是由以下幾部分:堆垛機(jī)的龍門框架的重量,即堆垛機(jī)的立柱重量G、上橫梁的重量G3(包括滑輪組和導(dǎo)輪的重量)、下橫梁的重量GS,堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重量,即驅(qū)動(dòng)輪的重量G7、從動(dòng)輪的重量G6,堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)的重量主要是驅(qū)動(dòng)電機(jī)和底座的重量G4,存取貨物機(jī)構(gòu)的重量,即載貨臺和貨叉的重量G;,貨物重量G2,還有就是電氣控制柜重量G5。</p><p>　　圖

84、2.5 堆垛機(jī)受力圖</p><p>　　據(jù)圖示對于立柱的受力情況可知,兩個(gè)立柱受力情況有所不同,立柱1除受到自身重力G外,受到上橫梁的重力G3、貨物重力負(fù)、存取貨裝置G1,還受到電氣控制柜負(fù),立柱2上橫梁的重力G3、貨物重力G2、存取貨裝置G1以,還受到起升電機(jī)的重力G4。當(dāng)堆垛機(jī)以較高速度運(yùn)行時(shí),立柱還受到慣性力的作用,尤其貨物處于最高位置時(shí),立柱的受力狀況最為不利,這種情況為立柱受力的極限情況。</p

85、><p>　　(2)下橫梁的彎曲變形計(jì)算</p><p><b>　　＋</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　為下橫梁的變形極限,B為主、從動(dòng)輪軸距。堆垛機(jī)在以最大的加速度運(yùn)行時(shí),下橫

86、梁的水平彎曲在控制范圍之內(nèi),不影響堆垛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。</p><p><b>　　根據(jù)公式得到</b></p><p>　　(3)上橫梁的彎曲變形計(jì)算</p><p>　　對于堆垛機(jī)上橫梁受力分析,如圖2.6所示</p><p>　　圖 2.6 上橫梁受力圖</p><p>　　上橫梁受力產(chǎn)

87、生形變,主要是受到載貨臺、貨叉、貨物的重力作用,受自身重力作用,另外,載貨臺加速上升時(shí),上橫梁還受拉力的作用。上橫梁的變形在中點(diǎn)處的撓度最大,由以上幾種受力的作用疊加得到。對于計(jì)算人,根據(jù)圖2.6,質(zhì)點(diǎn)G1、G2、G3的重力作用使上橫梁彎曲變形,質(zhì)點(diǎn)m1與m2加速上升對上橫梁的拉力使得發(fā)生形變。對于上橫梁中點(diǎn)的撓度為F上:</p><p><b>　　式中:</b></p>&

88、lt;p>　　l?一鋼絲繩到立柱軸線距離;</p><p>　　L?一兩立柱軸線間距離;</p><p>　　E?一上橫梁的彈性模量(Mpa);</p><p>　　I?一上橫梁截面對中軸的慣性矩(m?);</p><p><b>　　其他參數(shù)同上。</b></p><p>　　將各參數(shù)的數(shù)

89、值帶入公式得到</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p>　　即:堆垛機(jī)在以最大的加速度運(yùn)行時(shí),上橫梁的水平彎曲在控制范圍之內(nèi),不影響堆垛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定.</p><p>　　(4)運(yùn)動(dòng)中立柱的擺動(dòng)分析</p><p>　　在實(shí)際的工作過程中,通過仔細(xì)的觀察也發(fā)現(xiàn)堆垛機(jī)在啟動(dòng)和停車的一瞬間,立柱會

90、出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象。如果這種擺動(dòng)量過大,有可能會發(fā)生貨物抖落的危險(xiǎn)情況,并且立柱的這種擺動(dòng)對堆垛機(jī)在停車后進(jìn)行取、放貨物是十分不利的。還有就是起升系統(tǒng)鋼絲繩的拉力瞬間加劇,影響鋼絲繩的使用壽命。堆垛機(jī)啟動(dòng)以后,加速度達(dá)到最大時(shí),立柱柱端的擺幅也最大,對此時(shí)柱端進(jìn)行分析,得出最大擺幅。建立堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)模型,并解決其擺動(dòng)問題。由于雙立柱堆垛機(jī)的兩個(gè)立柱在運(yùn)行過程中以共同的頻率,共同擺幅的擺動(dòng)的,所以在本文僅對其中一個(gè)立柱進(jìn)行擺動(dòng)分析,該立柱相當(dāng)于一

91、個(gè)懸臂梁,梁長為2.5m。為簡化計(jì)算,把堆垛機(jī)簡化成理想狀態(tài)下的單質(zhì)點(diǎn)懸臂梁的振動(dòng),如圖2.7所示。</p><p>　　圖 2.7 懸臂梁靜變形曲線</p><p>　　由材料力學(xué)公式得到懸臂梁的靜變形曲線為:</p><p>　　式中， 為梁的自由端的靜力撓度，所以懸梁的的彎曲變形剛度為：</p><p>　　假定作簡諧振

92、動(dòng)，懸臂梁的自由端的變位 方程可以表示為：</p><p>　　梁上相應(yīng)各點(diǎn)的位移可表示為：</p><p>　　相應(yīng)各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，可由y對t取一階導(dǎo)數(shù)而得，即</p><p>　　假設(shè)梁的單位長度的質(zhì)量為 ，梁上任一點(diǎn)長dx的單位質(zhì)量dm= *dx,整個(gè)梁所具有的動(dòng)能為：</p><p>　　得懸臂梁的振動(dòng)頻率為</p&g

93、t;<p>　　其中A梁的自由端的擺幅：</p><p>　　由于初始位置相位角 為零，則堆垛機(jī)立柱的擺動(dòng)方程為：</p><p>　　由于堆垛機(jī)運(yùn)行的導(dǎo)軌不是一根完整的鐵軌,而是由一定長度的鐵軌焊接而成的,焊縫通過打磨機(jī)進(jìn)行打磨,使得焊縫與兩邊的導(dǎo)軌過渡平滑。但是不論怎么打磨,焊縫總是會對堆垛機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響,這樣一來當(dāng)堆垛機(jī)通過這些焊縫的時(shí)候,就會產(chǎn)生激勵(lì)。當(dāng)堆

94、垛機(jī)通過這些間隙時(shí)候的速度不同時(shí),其產(chǎn)生的激勵(lì)頻率就會不同。堆垛機(jī)兩輪的軸距是1.7m,如果堆垛機(jī)的最高速度是1.33m/s的時(shí)候,堆垛機(jī)在通過軌道焊縫的時(shí)候,將會對行走輪產(chǎn)生0.3866Hz頻率的激勵(lì)。</p><p><b>　　固有頻率為:</b></p><p>　　激勵(lì)頻率與固有頻率相差較多。因此,不容易引起立柱的共振。所以對于堆垛機(jī)</p>

95、<p>　　的振動(dòng),主要考慮固有頻率振動(dòng)對立柱擺動(dòng)的影響。</p><p><b>　　(5)堆垛機(jī)組成</b></p><p><b>　　①起升機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)由電機(jī)減速機(jī)、卷筒、鋼絲繩等部件組成，是移動(dòng)載貨臺上、下運(yùn)行的裝置。</p><p>　　起

96、升機(jī)構(gòu)性能及參數(shù)：</p><p>　　電機(jī)：SEW三相交流電機(jī)</p><p>　　速度：4～30 m/min</p><p><b>　　速度控制器：變頻器</b></p><p>　　認(rèn)址方式：編碼器和光電開關(guān)</p><p>　　加速度及減速度：0.2m/s2</p><

97、;p><b>　?、谶\(yùn)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)減速機(jī)、下橫梁和車輪組成。運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在下橫梁一端，下部車輪為主動(dòng)輪，另一端為被動(dòng)輪。</p><p>　　運(yùn)行機(jī)構(gòu)性能及參數(shù)：</p><p>　　電機(jī)：SEW三相交流電機(jī)</p><p>　　速度：4～160 m/min</p&g

98、t;<p><b>　　速度控制器：變頻器</b></p><p>　　認(rèn)址方式：光電開關(guān)和激光測距儀</p><p>　　加速度和減速度：0．3m/s2</p><p><b>　?、圬洸?lt;/b></p><p>　　貨叉是堆垛機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是能夠雙向伸出，以便向兩側(cè)貨

99、格送入(取出)貨物?？s回后，貨叉連同載貨臺一起隨堆垛機(jī)在巷道內(nèi)運(yùn)行。為此，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求是：貨叉完全伸出后，其長度須為原來長度的兩倍以上。貨叉全收回后，結(jié)構(gòu)尺寸需盡量小。</p><p><b>　　貨叉性能及參數(shù)：</b></p><p>　　貨叉結(jié)構(gòu)：三層雙貨叉</p><p>　　電機(jī)：SEW三相交流電機(jī)</p>&

100、lt;p>　　動(dòng)力傳達(dá)方式：齒輪和鏈條傳動(dòng)</p><p>　　叉貨速度：4-30m/min</p><p><b>　　速度控制器：變頻器</b></p><p><b>　　認(rèn)址方式：接近開關(guān)</b></p><p>　　加速度及減速度：0．2m/s2</p><p&g

101、t;<b>　?、軝C(jī)架</b></p><p>　　堆垛機(jī)雙立柱結(jié)構(gòu)形式的機(jī)架如“門“框形式，機(jī)架有上、下橫梁及兩根立柱構(gòu)成，立柱與上、下橫梁之間用法蘭盤聯(lián)結(jié)。堆垛機(jī)的機(jī)架是堆垛機(jī)的骨架，承受和傳遞堆垛機(jī)所擔(dān)負(fù)的各機(jī)構(gòu)的重量以及載重量。由于堆垛機(jī)的工作是頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)及變速運(yùn)動(dòng)，因此對機(jī)架結(jié)構(gòu)要求也很高。</p><p><b>　?、葺d貨臺</b&

102、gt;</p><p>　　載貨臺是貨物單元承載裝置，通過鋼絲沿立柱方向有導(dǎo)向裝置，當(dāng)貨叉取送貨物時(shí)，可以防止貨叉傾斜；當(dāng)載貨臺沿立柱方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向裝置可以防止載貨臺擺動(dòng)。</p><p><b>　?、揠姎庠O(shè)備</b></p><p>　　電氣設(shè)備主要包括電力拖動(dòng)、控制、檢測和安全保護(hù)等強(qiáng)、弱電設(shè)備，三個(gè)主要機(jī)構(gòu)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，目前國內(nèi)外普

103、遍采用的是變頻調(diào)速控制，從而滿足堆垛機(jī)高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)、低速停準(zhǔn)的要求。檢測系統(tǒng)必須具有堆垛機(jī)自動(dòng)認(rèn)址、貨位虛實(shí)探測、貨箱位置檢測等功能。對堆垛機(jī)的控制，目前國內(nèi)外常用PLC(可編程邏輯控制器)控制。PLC的模塊化結(jié)構(gòu)以及遠(yuǎn)程通訊功能，完全可以滿足堆垛機(jī)單機(jī)自動(dòng)控制、全自動(dòng)控制的要求。</p><p>　　2. 4確定倉庫總體布局</p><p>　　根據(jù)上述對自動(dòng)化立體倉庫的規(guī)劃設(shè)計(jì)，

104、最后得到自動(dòng)化立體倉庫總體布局如圖2.8所示</p><p>　　圖2.8 倉庫總體布局</p><p>　　3 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　3. 1巷道堆垛機(jī)的控制方式</p><p>　　該自動(dòng)化立體倉庫采用3種操作方式：手動(dòng)控制(按鈕操作)、單機(jī)自動(dòng)控制(觸摸屏操作)、聯(lián)機(jī)自動(dòng)控制(上位計(jì)算機(jī)操作)。正常情況下使用聯(lián)機(jī)自動(dòng)方

105、式，這時(shí)巷道堆垛機(jī)由上位計(jì)算機(jī)控制，只需人工在上位計(jì)算機(jī)上輸入入庫單/出庫單，其余的工作都由控制系統(tǒng)自動(dòng)完成。當(dāng)通訊線路故障或上位機(jī)故障時(shí)，為了不影響生產(chǎn)，可采用單機(jī)自動(dòng)控制工作方式。</p><p><b>　　(1)手動(dòng)控制方式</b></p><p>　　通過堆垛機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)及按鈕控制堆垛機(jī)水平和提升運(yùn)動(dòng)及貨叉伸縮。同時(shí)運(yùn)動(dòng)速度也可以手動(dòng)選擇。手動(dòng)操作時(shí)，系統(tǒng)給

106、予相應(yīng)的警示信號。同時(shí)，系統(tǒng)將解除大部分的保護(hù)控制。手動(dòng)操作主要用于安裝、調(diào)試和排除故障。</p><p>　　(2)單機(jī)自動(dòng)控制(觸摸屏操作)</p><p>　　用觸摸屏對堆垛機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，控制系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)的取送貨動(dòng)作。觸摸屏操作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對貨物的單送、單取、批送、批取、盤貨等操作，可以實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行工況、故障及查詢歷史故障等功能。</p><

107、;p>　　(3)聯(lián)機(jī)自動(dòng)控制方式(上位計(jì)算機(jī)操作)</p><p>　　監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)作業(yè)計(jì)劃發(fā)出作業(yè)命令，經(jīng)過CP5611卡由MPI網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絊7-300的PLC內(nèi)，S7-300將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過無紅外通訊裝置，將命令通過PROFIBUS-DP網(wǎng)傳給指定的堆垛機(jī)內(nèi)的PLC。堆垛機(jī)上的PLC接到指令后，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成作業(yè)。同時(shí)堆垛機(jī)上的PLC及時(shí)將堆垛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)返回監(jiān)控機(jī)，監(jiān)控機(jī)通過監(jiān)視器

108、顯示堆垛機(jī)的工作狀態(tài)。</p><p>　　3. 2堆垛機(jī)貨位虛實(shí)檢測</p><p>　　堆垛機(jī)在自動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行貨物的搬運(yùn)，在搬運(yùn)過程中需要對貨位虛實(shí)進(jìn)行檢測和監(jiān)控。</p><p><b>　　(1)貨位虛實(shí)探測</b></p><p>　　裝在升降臺上兩個(gè)俯射的漫反射光電開關(guān)，隨時(shí)可向控制系統(tǒng)傳遞貨格或站臺內(nèi)有無托

109、盤的信號，使控制系統(tǒng)能知道是存、還是取，或者是校正系統(tǒng)下達(dá)指令是否正確，若指令正確就執(zhí)行，否則向系統(tǒng)傳送出錯(cuò)信號。</p><p>　　(2)貨物尺寸檢測‘</p><p>　　通過裝在升降臺檢測架上的兩對對射式光電開關(guān)(貨架貨格有兩種存貨高度)對叉取的貨物進(jìn)行超高檢測。貨叉取貨時(shí)，如果貨物超過貨架貨格允許存儲高度，光電開關(guān)光路被遮擋，堆垛機(jī)發(fā)出報(bào)警，并將貨物送回至出入庫站臺小車或貨格。&

110、lt;/p><p>　　(3)載貨臺有無托盤檢測</p><p>　　檢測載貨臺有無托盤是通過裝在升降臺上能檢側(cè)到空、實(shí)托盤的光電開關(guān)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的。</p><p>　　3. 3 PLC控制系統(tǒng)</p><p>　　3. 3. 1 PLC輸入輸出I/O點(diǎn)分配</p><p>　　堆垛機(jī)控制系統(tǒng)所采用的PLC是S7-200

111、 CUP226，總共使用了22個(gè)輸入點(diǎn)、16個(gè)輸出點(diǎn)，具體的I/O點(diǎn)分配如表3．1所示。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)使用擴(kuò)展VO模塊EM221，EM223增加輸入輸出控制點(diǎn)，其I/O點(diǎn)分配如表3．2、3．3所示。</p><p>　　表3．1 控制柜(CPU226)輸入輸出I/O點(diǎn)分配</p><p>　　表3．2 控制柜PLC(EM221)擴(kuò)展輸入點(diǎn)分配</p><p>　　表

112、3．3 控制柜PLC(EM223)擴(kuò)展輸出點(diǎn)分配</p><p>　　3. 3. 2 PLC控制系統(tǒng)的程序流程</p><p>　　編程采用了模塊化的思想，使程序維護(hù)簡單，可擴(kuò)充性強(qiáng)并能夠?qū)崿F(xiàn)代碼重用，提高編程效率。圖3．4、圖3．5、圖3．6、圖3．7給出堆垛機(jī)機(jī)載控制柜PLC(CPU226)主要程序流程。</p><p>　　圖3．4 堆垛機(jī)主程序流程圖<

113、/p><p>　　在堆垛機(jī)主程序流程圖3．4中，堆垛機(jī)每次開機(jī)上電時(shí)，PLC系統(tǒng)通電，然后執(zhí)行用戶編寫的功能模塊程序。PLC系統(tǒng)上電后，首先執(zhí)行圖3．5堆垛機(jī)自檢子程序。堆垛機(jī)自檢子程序主要是判斷上次系統(tǒng)是否是正常關(guān)機(jī)，如果屬于非正常關(guān)機(jī)，堆垛機(jī)有無不安全因素(貨叉是否在收叉位置，載貨臺上有無貨物，貨物位置是否正常等)，存在不安全因素，相應(yīng)巷道的堆垛機(jī)開始報(bào)警，等待故障處理。若正常關(guān)機(jī)，則判斷堆垛機(jī)工作模式。在手動(dòng)操