立体仓库（精选10篇）
立体仓库 篇1
为了适应时代特点, 仓储仓库发生了根本变化。老式仓储仓库占地面积大、储存量小、劳动强度高、自动化水平低, 存在诸多缺点;自动化立体仓库恰恰相反, 是现代物流材料储备系统中迅速发展的一个重要部分, 具有占地面积小、劳动强度低、物流效率高等优点。因此, 武汉大型养路机械运用检修段 (简称武汉大机段) 引进并建设立体仓库, 取代了老式平库。
1 立体仓库简介
立体仓库也叫自动化立体仓库、自动化立体仓储, 是现代物流仓储出现的新概念, 是利用立体仓库设备实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简单化的设备。武汉大机段立体仓库主要由两部分组成, 分别是主库货架系统和副跨 (副库) 大型配件存放区。
1.1 主库货架系统
主库货架系统由立体货架、货箱、有轨巷道堆垛机、出入库输送系统、出入库操作控制系统、信息控制管理系统组成。
(1) 立体货架:立体货架是钢结构体, 为组合装配式结构, 由立柱、横梁、高强度标准件组成, 拆装方便灵活, 表面全部喷塑处理, 喷塑牢靠且漂亮。货架同地面采用化学螺栓连接方式连接。武汉大机段的立体货架共有8排48列13层货架, 共能存放4 992个货箱, 货箱根据货物高度情况分为小货物、大货物存放2种类型。大货箱、小货箱的额定载荷均为500 kg。
(2) 堆垛机系统:包含堆垛机、堆垛机控制系统、天轨、地轨。立体仓库巷道堆垛机共有4台, 额定载荷为500 kg, 共有4个巷道, 堆垛机穿行于货架之间的巷道中, 完成存、取货工作。同时4台堆垛机可相互转换轨道进行作业。任何一台出现故障均可通过移送装置将故障堆垛机移出到特定位置进行维修, 并通过移送装置将另一台正常堆垛机移进进行互换作业。
(3) 出入库输送系统1套:包含出入库输送机4套、升降机4套, 以及外形尺寸检测系统4套、称重系统4套和上下料专用吊具1套。
(4) 出入库操作控制系统 (材料智能库触控系统) :通过触摸屏操作控制堆垛机自动将货箱存放到货架并由货架上取出货箱, 不但方便掌握库存中各类材料的数量和存放位置, 而且整个存放、取出过程完全由电脑自动控制, 大大减少了操作人员工作量。
(5) 信息控制管理系统:主要由计算机管理信息系统、条形码自动识别系统等组成。管理系统配有友好的可视化人机界面, 能够实现数据查询、统计报表等功能, 所有操作易学易会。操作者能够快捷高效地对材料进行管理, 直观方便地检索库存, 并且能够实时查询库存中各类材料的各项数据。
1.2 副跨 (副库) 大型配件存放区
立体仓库副跨 (副库) 主要是存放主库货箱无法装下的大型配件材料, 配备有大货架共60个、液压升降机1台、天车1台、内燃叉车1辆。
副跨货架上主要存放各种滤芯和修复材料配件。副跨内除货架区外, 还主要划分为传动轴存放区、轮对存放区、变矩器存放区、稳定装置存放区、耐磨件存放区、大型配件存放区、捣固架存放区、发动机存放区等, 存放时做到不同类型配件集中存放。
2 立体仓库人员配备及分工
武汉大机段立体仓库共9名工作人员:1名库房管理员、2名程序员、2名库管员、1名核算员、3名货车司机。9名人分工协作, 共同维持立体仓库的正常运作。
库房管理员协调指挥整个立体仓库的正常运转, 对立体仓库的安全、质量、生产管理全面负责;程序员和库管员是全段材料供给的中心驱动泵, 所有材料进出库均要经过他们的点收和配送, 程序员根据车间材料计划核对库存, 负责配件日常进出库的操作及制作进出库单据, 库管员主要负责立体仓库内所有材料的入库点料和出库配料;核算员每月协助程序员做好车间财务报销及成本列支;货车司机把需要的材料配件送达指定地点。
3 立体仓库进出库工作流程
目前立体仓库运转成熟的有2套进出库工作流程:一套是厂家设计规划的;另一套是在使用中摸索出来, 要求厂家改进的流程——扫条形码入出库。
3.1 厂家设计规划的进出库工作流程 (未使用条形码)
3.1.1 物资入库基本流程
物资入库基本流程:来料→库管员清点→库管员将材料对空置货箱操作入库→库管员将入库存货箱号交程序员→程序员制入库单→程序员打印入库装箱清单存档→入库完毕。
3.1.2 物资出库基本流程
物资出库基本流程:车间计划单或故障速报交程序员→程序员制出库单→程序员打印出库拆箱清单交库管员→库管员按照拆箱清单操作出库→出库完毕。
3.1.3 未使用条形码物资进出库基本流程的不足及原因
未使用条形码扫描配件进出库时, 立体仓库最大的问题是账物不符。因材料配件均存放在立体货架上, 不能直观看到实物, 账物分开管理, 容易出现账物不符。未使用条形码扫描出库时, 忽视或没有做好工作流程中的任何一步, 都将影响库存的真实性。
材料配件必须是在立体仓库的计算机信息管理系统里出入账, 而忽略里面一些细节将造成库存账物差异, 库存不准确。造成账物不相符的原因有以下几种: (1) 库管员粗心大意, 自己入货箱后, 书写入库货箱号登记错误, 导致程序员录入立体仓库管理系统也错误, 造成有账无物或有物无账, 进而账物不符。 (2) 程序员根据库管员提供的存货箱号材料清单, 登记入仓库控制系统时出错。有以下几种情况:程序员自己看错, 输入数量或规格型号不对, 造成差异;程序员输入材料时忘记把材料装箱入库, 造成实际上材料没有入库;程序员输入材料时, 装箱入库时输入错误。以上原因均造成库存账物不符。 (3) 库房人员直接调出货箱, 并未在出库程序下账, 造成库房账物不符。 (4) 制作出库清单时忘记拆箱出库, 也造成库房的账物不符。 (5) 库管员多发材料, 但并未与程序员协商, 程序员并未下账, 造成库房账物不符。
3.2 扫描条形码入出库
3.2.1 物资入库基本流程
物资入库基本流程:来料→库管员清点→程序员制作并打印材料条形码→库管员贴条形码→库管员将材料对空置货箱扫描条形码操作入库→库管员将入库存货箱号交程序员→程序员打印入库装箱清单并核对→程序员入库装箱清单存档→入库完毕。
3.2.2 物资出库基本流程
物资出库基本流程:车间计划单或故障速报交程序员→程序员查找出配件存放货箱记录于计划单上→库管员依照计划单将货箱出库→库管员扫描条形码配件出库→程序员打印出配送单核对数量→领料人签认→出库完毕。
3.2.3 扫描条形码入出库的特点
针对立体仓库库存准确率较低的问题, 采用了二维码技术。将材料配件相关信息做成条形码贴在材料配件上, 通过条码扫描枪将信息读出, 并借助计算机信息管理软件将信息存入数据库。
只需用条码扫描枪对贴在材料上的二维码标签进行一次扫描, 该材料配件的身份信息就会全部被读取, 选择材料数量后提交, 立即生成“出库清单”, 完成出库, 账物均完成下账。同理, 材料入库时, 用条码扫描枪读取材料信息, 然后提交生成“入库清单”, 完成入库。这样的入库、出库不但直观, 而且可以保证库存的真实性。
运用扫描条形码入出库流程不仅提高了立体仓库库存的准确率和真实性, 还降低了程序员的工作量。
4 先进的材料数据管理系统
立体仓库的计算机信息管理系统均能以EXCEL表格形式导入或导出数据, 方便工作人员与其他数据对接使用。立体仓库材料配件的配送和入库均通过立体仓库信息管理系统, 所有库内配件进出库在系统内均有记录, 工作人员可直接从系统中导出数据, 作为月度成本核算依据, 省时省力。如每月材料配件的收发料记录、最新库存、成本核算成本分析数据均能从该管理软件中直接导出, 材料供应商、入库日期等信息均在信息系统中显示。信息管理系统还实现了库存信息的自动查询、分类查询等功能。
5 结束语
立体仓库的构想出发点是提高空间利用率, 充分节约占地面积。自动化立体仓库的空间利用率是普通平库的8倍左右。
传统仓库只是货物存储的场所, 保存货物是其唯一的功能。自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备, 不仅使货物在仓库内按需要自动存取, 还可以与仓库以外的生产环节进行有机连接。立体仓库的运用使武汉大机段的材料流转更加迅速、准确。
立体仓库 篇2
正泰集团公司是中国目前低压电器行业最大销售企业。主要设计制造各种低压工业电器、部分中高压电器、电气成套设备、汽车电器、通信电器、仪器仪表等，其产品达150多个系列、5000多个品种、20000多种规格。“正泰”商标被国家认定为驰名商标。该公司2002年销售额达80亿元，集团综合实力被国家评定为全国民营企业500强第5位。在全国低压工业电器行业中，正泰首先在国内建立了3级分销网络体系，经销商达1000多家。同时，建立了原材料、零部件供应网络体系，协作厂家达1200多家。
一、立体仓库的功能
正泰集团公司自动化立体仓库是公司物流系统中的一个重要部分。它在计算机管理系统的高度指挥下，高效、合理地贮存各种型号的低压电器成品。准确、实时、灵活地向各销售部门提供所需产成品。并为物资采购、生产调度、计划制订、产销衔接提供了准确信息。同时，它还具有节省用地、减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金积压等功能。
二、立体仓库的工作流程
正泰立体库占地面积达1600平方米（入库小车通道不占用库房面积），高度近18米，3个巷道（6排货架）。作业方式为整盘入库，库外拣选。其基本工作流程如下：
1入库流程 仓库二、三、四层两端六个入库区各设一台入库终端，每个巷道口各设两个成品入库台。需入库的成品每个巷道口各设两个成品入库台。控制系统通过人机界面接收入库数据，按照均匀分配、先下后上、下重上轻、就近入库、ABC分类和原则，管理计算器自动分配一个货位，并提示入库巷道。搬运工可依据提示，将装在标准托盘上的货物由小电瓶车送至该巷道的入库台上。监控机指令堆垛将货盘存放于指定货位。
库存数据入库处理分两种类型：一种是需操作员在产品入库之后，将已入库托盘上的产品名称（或代码）、型号、规格、数量、入库日期、生产单位等信息在入库客户机上通过人机界面而输入；另一种是托盘入库。
2、出库流程
底层两端为成品出库区，中央控制室和终端各设一台出库终端，在每一个巷道口设有——LED显示屏幕于提示本盘货物要送至装配平台的出门号。需出库的成品，经操作人员键入产品名称、规格、型号和数量后，控制系统按照先进先出、就近出库、出库优先等原则，查出满足出库条件且数量相当或略多的货盘，修改相应帐目数据，自动地将需出库的各类成品货盘送至各个巷道口的出库台上，经电瓶车将之取出并送至汽车上。同时，出库系统在完成出库作业后，在客户机上形成出库单。
3、回库空盘处理流程
底层出库后的部分空托盘经人工叠盘后，操作员键入空托盘回库作业命令，搬运工依据提示用电瓶车送至底层某个巷道口，堆垛机自动将空托盘送回立体库二、三、四层的原入口处，再由各车间将空托盘拉走，形成一定的周转量。
三、立体库主要设施
1、托盘
所有货物均采用统一规格的钢制托盘，以提高互换性，降低备用量。此种托盘能满足堆垛机、叉车等设备装卸，又可满足在输送机上下衡运行。
2、高层货架
采用特制的组合式货架，横梁结构。该货架结构美观大方，省料实用，易安装施工，属一种优化的设计结构。
3、巷道式堆垛机
根据本仓库的特点，堆垛机采用下部支承、下部驱动、双方柱型式的结构。该机在高层货架的巷道内按X、Y、Z三个坐标方向运行，将位于各巷道口入库台的产品存入指定的货格，或将货格内产品到运出送到巷道口出库台。该堆垛机动性设计与制造严格按照国家标准进行，并对结构强度和刚性进行精密地计算，以保证机构运行平稳、灵活、安全。堆垛机配备有安全运行机构，以杜绝偶发事故。其运行速度为4—80mm/min（变频调速），升降速度为3/16mm/min（双速电机），货叉速度为2-15mm/min（变频调速），通信方位为红外线，供电方式为滑触导线方式。
四、计算机管理及监控调度系统
该系统不仅对信息流进行管理，同时也对物流进行管理和控制，集信息与物流于一体。同时，还对立体库所有出入库作业进行最佳分配及登录控制，并对数据进行统计分析，以便对物流实现宏观调控，最大限度地降底库存量及资金的占用，加速资金周转。
在日常存取活动中，尤其库外捡选作业，难免会出现产品存取差错，因而必须定期进行盘库。盘库处理通过对每种产品的实际清点来核实库存产品数据的准确性，并及时修正库存账目，达到账、物统一。盘库期间堆垛机将不做其它类型的作业。在操作时，即对某一巷道的堆垛机发出完全盘库指令，堆垛机按顺序将本巷道内的货物逐次运送到巷道外，产品不下堆垛机，待得到回库的命令后，再将本盘货物送回原位并取出下一盘产品，依此类推，直到本巷道所有托盘产品全部盘点完毕，或接收到管理系统下达的盘库暂停的命令进入正常工作状态。若本巷道未盘库完毕便接收到盘库暂停命令，待接到新的指令后，继续完成盘库作业。
正泰集团公司高效的供应链、销售链大大降低了物资库存周期，提高了资金的周转速度，减少了物流成本和管理费用。自动化立体仓库作为现代化的物流设施，对提高该公司的仓储自动化水平无疑具有重要的作用。
立体仓库 篇3
关键词：zigBee，物流，仓储，智能控制
DoI：10.15938/j.jhust.2016.06.013
中图分类号：11P391.44；TN929.5
文献标志码：A
文章编号：1007-2683（2016）06-0067-06
0.引言
在当今世界，改造物流结构，降低物流成本已经成为市场竞争中企业取胜的重要方法.仓库物流为了能够适应生产的需要，开始向自动化控制的方向进行演变.由半自动化和全自动化组成的现代仓库物流系统包括了由物流管理软件、智能物流设备和控制系统组成.物流系统在国外的设计，往往采用布局规划的方法，美国维吉尼亚理工大学的De LaCruz提出了一种预测控制的方法，该方法根据有关信息智能预测，实时采集有关信息，可能故障出现的情况，以此降低物流系统人工操作造成的各种失误，在我国，北京机械工业自动化研究所设计了一条六万吨级的自动化物流输送系统，是一套针对玻璃纤维各条生产环节和生产工艺的自动化物流输送解决方案；沈阳理工大学机械工程学院王霄，段智敏等开发了一种自动化存储系统，该系统由PLC作为控制核心，适应不同规模的生产线的需要能够进行存储和扩展；徐仰高等，利用现场总线和网络组建的物流系统也多有报导。
目前，我国多数的物流控制系统，还以有线的控制方式为主，存在扩展和结构调整不方便的缺点.本文针对该问题提出了一种基于Zigbee无线网络技术的立体仓库自动化物流控制系统设计方案，该方案采用了星形控制结构，上位机采用了工控机，其他工控机设置为从机，从而构建成星形结构的立体仓库控制自动化物流控制系统.为了有效提高星形控制网络模型中堆垛机的寻址精度，本文还提出了堆垛机的二维模型并进行了Matlab仿真分析。
1.无线ZigBee通信的原理
1.1 Zigbee概述
ZigBee是低功耗局域网协议，其基于IEEE802.15.4标准。
ZigBee技术与其他无线通信技术相比，其具有的优势主要体现在以下方面：
①可靠性高：能够在数据发送时采用碰撞避免机制，从而能够避免出现冲突或者混乱，②安全性高：能够提供使用访问控制清单、安全设定的三级安全模式，③网络容量大，可以容纳最大65000个节点，可容纳255节点在一个协调器中，庞大通覆盖范围达到75m，采用功率放大能够达到几公里覆盖.④成本低：易于开发、协议简单免费，硬件模块便宜.⑤覆盖范围广：覆盖范围达到75m，采用功率放大能够达到几公里覆盖。
因此ZigBee技术很适用于监控的网点多，需要进行数据采集；要求设备成本低，并且数据传输量不大；要求安全性高，数据传输可靠性高；充电电池不便放置，设备体积很小无法采用大的模块；地形复杂，电池供电；需要网络大面积的覆盖等情况下组建立体仓库的自动化物流控制系统。
1.2 ZigBee通讯控制协议
Zigbee的协议栈结构是依据IEEE 802.15.4构建的，ZigBee通讯控制协议由多个层次组成，每个层可以提供特定的服务给上一层，从下往上依次是物理层，MAC层，网络安全层，应用支持子层，应用层.如图1所示ZigBee通讯控制协议层次结构。
物理层是协议的最底层，承担与外界直接作用的任务，应用层可以提供一些应用框架模型为Zig-bee技术的实际应用，对Zigbee技术能够进行开发和应用，其开发应用框架需要根据不同的应用场合来调整.应用支持层在多個器件之间根据服务和需求进行通信，网络层主要应用在WPAN网的组网连接，以及Zigbee的无线个人区域网的网络安全，以及数据管理，MAC层负责维护、建立和结束设备问的无线数据链路，对于模式数据接收和传送进行确认。
2.智能物流控制系统架构分析
自动化立体仓库是智能物流控制系统的核心部分，在商业物流和在企业物流中，成品和原材料都需要仓储中心，为了有效、合理的利用仓储中心的空间，所有企业都会采用大型立体仓库，这种仓库非常庞大，面积有的长达几百平方米，由多个巷道式堆垛机和几十列货架组成，并且还有出入货台和出入库流水线，仓库中的货物可以快速的定位，还可以高效的进行盘点、移库、入库、出库操作。
立体仓库自动化物流控制系统中的堆垛机是非常重要的运输设备，随着立体仓库的出现，巷道式堆垛机也快速的发展起来，在高层货架的巷道内它的主要用途是可以进行往返运行，货物可以存入货格，也可以取出货格内的货物，并且运送到巷道口，其责任包括盘库、出库、进库等操作。
堆垛机的核心控制系统结构如图2所示，堆垛机的核心控制系统通常采用嵌人式运动控制器+交流伺服电机的驱动形式，内置堆垛机控制程序采用了一体化设计，包括了运动控制器和嵌入式计算机.流水线上光电开关利用PLC来实现流水线的信号检测，并且还可以通过各个行程开关进行逻辑的控制。
3.基于ZigBee无线网络的立体仓库
自动化物流控制系统构建方案
3.1Zigbee星形控制网路的设计
ZigBee网络中一般有3类设备.一是网络协调器，是网络的中心节点，它的作用是寻找节点问路由信息、管理网络节点、发送网络信标、存储网络节点信息、不断接受信息，从而构建通信网络，二是指全功能设备，是网络中的路由，担任网络协调者，形成网络，便于其它节点问的连接，三是功能设备，在网络中属于终端节点，只能和全功能设备之间收发信息。
本文提出的Zigbee星形控制网络采用四块Zig—bee模块，分别作为1个协调器和3个终端.通过上位机的COM串口，上位机和协调器通过USB口转串口的方法进行连接控制。Zigbee终端1和导航小车工控机相连，Zigbee终端2和机械臂工控机相连，Zigbee终端3直接做在信号采集板上，直接连接压力开关板上的铜导线.上位机把压力开关采集板上采集到的信号进行无线数据传输，自动导航小车工控机，上位机和机械臂工控机相互通信，上位机可以给自动导航小车工控机和机械臂工控机发送指令，自动导航小车工控机和机械臂工控机可以回馈信息.立体仓库自动化物流控制系统网络结构如图3所示。
Zigbee网络中的协调器节点作为核心节点，在Zigbee网络中每个节点设备都必须有一个唯一的协调器，起到了在Zigbee传感器网络中的主导作用。协调器功能由全功能设备实现，在整个网络中协调器设备具有网络的管理者和构建者的作用，负责选择网络的信道，加入、退出和建立节点。
在新的网络建立时，协调器创建源端点必须告知目标端点，通过链路协议在它们之间进行端点绑定的定义，远程网络作为绑定过程的一部分，协调器会请求修改其绑定表，类似于设备管理器的节点，在多个端点之间协调器节点维护逻辑链路的绑定表，包含两个以上的节点，根据其源端点每个链路需要进行群集的定义，收到网络命令设备请求接入，网络协调器需要判断其加入自己的网络是否允许，如果允许那么就需要分配该网络地址给这个设备，该地址是16位的，并且是网络中唯一的，也可以是64位的地址其是设备本身具有的。
本文研究的Zigbee协调器和终端均采用以CC2430为核心的DTD243A模块，编写程序采用了Zigbee协议栈，为了相互交换信息，从机和上位机需要遵从Zigbee协议栈协议和串口通信协议，并且需要制定三方的通信协议，这样就可以辨别自己应该执行的操作指令，从而方便接收到对方的信息.
软件设计流程如图4所示，在Zigbee终端1上电后进行系统初始化，在从机1界面上显示初始化信息.上位机协调器在加入网络时需要等待终端，如果已经上电复位，那么终端1就需要进行复位，这样就可以加入网络，相应的网络短地址也需要协调器分配给终端1.成功加入网络后，在主从机之问如果没有信息传递，那么就需要侦听，在遇到请求时，需要判断是否主机在给从机发送数据，满足条件的话从机就可以接收数据并显示出来，加入时从机给主机发送数据，主机接收后并显示出来。
设计Zigbee终端2软件的方法，与Zigbee终端1的自动导航小车有相同的地方，最大的区别是Zigbee协调器在两者加入网络时短地址需要进行动态分配.上位机采用单播方式，在Zigbee通信界面中，上位机与从机通信时，需要在从机地址中进行选择，上位机在建立通信后，与其它的从机不能进行操作.每个Zigbee协调器为了能够方便通信，需要对终端的短地址，进行固定，复位次序在3个终端上电分别是：协调器，自动导航小车，终机械臂和压力开关信号采集板，对于相应短地址协调器动态分配的顺序是协调器：Ox0000，自动导航小车：0x1699，终机械臂：Oxl69a，压力开关信号采集板：Oxl69b.为了避免地址混乱，3个终端和协调器的短地址在固定下来以后，就可以方便进行地址的程序的编写，Zig-bee终端3设计方法与终端2类同。
3.2定位入库设计
定位入库首先需要把货物放置于送货处，在监控界面，上位机入库对话框中记录预存的货位，假如已有该货位存货记录在库存记录中，那么预存货位需要重新进行选择，在入库任务开始执行前需要确定预存货位，混合式流水线控制柜通过上位机来发送指令，机械操作可以将货物送至入货台，光电开关在入货台检测到货物有动作发生，于是停止运转，流水线任务操作结束需要给上位机发送回馈，在上位机确认以后，给堆垛机控制柜发送入库指令，堆垛机启动，就可以把货物放到预存的货位上，定位入库流程图如图5所示。
在进行存取货物前，自动化立体仓库的堆垛机需要先到达指定的货位，并且具有自动辨识货位地址的能力，货位的地址在同一巷道内包括了3个参数，z坐标的左右侧，y坐标的货架列、x坐标的货架层，通过这个三维的坐标，货位的地址就可以确定下来，对于堆垛机来说x坐标可以采用水平移动来进行寻找，堆垛机z坐标包含了两个位置，前后移动可以用货叉完成；堆垛机对于Y坐标可以采用上下移动来寻找，堆垛机能自动检测它当前的坐标位置，并能到达指定的货位。
上位机在给堆垛机发送指令后，自动进行认址，并到达目的地址。检测当前的位置方法包括相对认址和绝对认址。
1）相对认址，相对认址是在巷道每列货格上和堆垛机立柱上相应的位置安装认址档板，在升降台上各安装两个光电开关，在堆垛机上下和前后运动时，光电脉冲经过每个货位进行加或减，这样就能够获得地址了，在遇到错误时，地址也会相应出错，堆垛机停止后才会结束认址的操作，相对认址方法可靠性较低，为了能够把认址可靠性提高，可以同时进行认址，利用两个光電开关进行互相校验，如果计数器值遇到差异，就会进行报警。
2）绝对认址，绝对认址在货格每一列上，利用安装的红外光电开关，认址档板安装在载货台上和堆垛机的侧部，通过在每一层上的光电开关，进行位置检测和自动寻址，认址档板在堆垛机通过时，进行透过和挡光，利用光电开关的状态就可以形成位的进制编码，通过计算后XY的坐标就可以得到了.采用绝对认址的方法认址可靠，在调试安装上比较复杂，硬件成本较高，光电开关比较多，但是编程简单。
本课题采用了相对认址的方法，由于每个货位尺寸在组合式货架是相同的，堆垛机载货台中每个货位相应的间距和高度是一样的，在水平运行的时候，每个货位经过的间距相同，运动控制器在堆垛机控制柜需要发出一定间隔和数量的脉冲，电机的转速和时间由变频器进行控制，这样能够省去认址挡板和光电开关.重要的是1号货位要标定好，因为其它货位地址需要根据1号货位来决定。
3.3堆垛机控制模型设计
堆垛机需要在寻址过程中进行入库，出库操作，调速控制采用S型速度曲线，从静止状态启动，然后加速，匀速行走，最后在目的货位进行减速和停止制动，堆垛机在制动，启动，减速，加速过程中，由于存在惯性力的作用，在纵向堆垛机立柱容易发生弯曲变形，尤其在立柱顶端，发生弯曲的挠度最大，对高层货架来说，堆垛机位置会产生很大误差，严重时会发生安全事故，并影响工作效率。
曲线调速控制要以堆垛机行走下横梁的基座位置为依据，可以忽略不计立柱顶端挠度的影响，在遇到立柱挠度最大的情况下，如果载货台定位在立柱顶端，堆垛机就可以进行二维模型的简化，这种情况相当于单立柱的悬臂梁.可以用叠加法计算立柱顶端的挠度。
4.仿真分析
本文采用了Matlab进行立柱顶端的挠度的仿真分析，堆垛机技术在挠度仿真中主要需要的参数为：均匀分布质量的自重81kg/m，集中质量坐标在载货台40，1856mm，最大水平方向的加速度0.8m/s2，集中质量在载货台53kg，堆垛机的立柱高度2560mm，定位寻址精度±3mm。
如果堆垛机在平稳的运行，没有其他干扰，没有振动的环境下，该状态是最理想的情况，对立柱顶端挠度本文采用了Matlab软件对其与加速度的关系进行仿真模拟，结果如图6所示。
从图6可以看出，堆垛机水平行走方向的立柱顶端挠度W与加速度α存在着抛物线的关系，提升的速度越高那么加速度也就越大，这样立柱挠度就会变的很大。
然而堆垛机在实际情况下，由于电压变化，在运行过程中来自自身和外部的振动，要受到不可避免的各种扰动，在Matlab仿真中，通过产生一些随机的噪声，就可以对实际情况进行扰动的模拟，在输出中可以加入理想的状态，这样就可以对加速度和挠度的关系进行模拟仿真，结果如图7和图8所示。
从加入噪声后立柱顶端挠度和加速度关系曲线可以看出，加入正态随机噪声后，曲线某些。
区段都发生的弯曲，有的区段弯曲很大，所以设计或提高堆垛机速度时，有必要充分考虑现场周围的扰动情形。
通过建立堆垛机二维模型，应用Matlab对立柱顶端挠度进行了仿真分析，分析结果表明理想状态下立柱顶端挠度近似正比与水平行走加速度，加入随机噪声后曲线发生较大变形，因此在设计或提升堆垛机行走速度时，必须考虑加速度和扰动带来的立柱挠度的变化，确保设计或提升的速度所导致的立柱最大挠度保持在堆垛机正常运行允许的范围内。
5.结论
在物流控制系统中采用zigbee技术是一种扩展、补充目前现有的组网方式，基于zigbee无线网络技术的立体仓库自动化物流控制系统设计方案，采用了星形控制结构，上位机采用了工控机，其他工控机则可以设置为从机，从而构建了星形控制网络的物流控制系统，实现了智能物流控制系统中自动化入库流水线功能。
立体仓库远程监控系统设计 篇4
关键词：PLC,通信,立体仓库,组态软件
0 引言
自动化立体仓库是以高层立体货架为主体,以成套搬运设备为基础,以计算机控制技术为主要手段组成的高效率物流,大容量贮藏系统。现代化的自动化立体仓库集起重运输机械、自动控制、计算机管理及遥感技术于一体,整个系统实行计算机分级管理,通常由管理级,监控级和操作级组成。各级之间需要远程通信,管理级、监控级应设有监控画面,操作人员通过监控画面实施各种控制与管理。
本设计基于一小型立体仓库模型,利用组态王软件设计监控画面,实现监控管理级与操作级间的远程通信及远程监控。
1 系统操作级的构成
操作级是直接操控被控对象的装置集成。包括立体仓库、PLC控制器及其外围设备。被控对象可在现场控制(利用现场操作台上的键盘、开关、显示器、指示灯等)。也可由监控上位机远程控制(利用监控画面)。
立体仓库模型采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构,电机采用步进电机和直流电机,其关键部分是堆垛机,它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成,其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成,伸叉机构由一台直流电机来控制。它分为上下两层,上层为货台,可前后伸缩,低层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时,伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入,当取到货物或货已送入,则铲叉向后缩回。整个系统需要三维的位置控制。
该系统可实现的功能有:
1)现场手动/自动控制可选;
2)取货;
3)送货;
4)整理。
PLC控制装置中PLC采用西门子-S7-200。输入信号主要有仓位、货台状态检测输入、各轴限位输入、键盘输入(用于现场控制)。输出信号主要有各轴运动输出、工作状态、仓位号显示输出(用于现场控制)。
当进行远程控制时,PLC与上级PC机间要有数据通信,二者之间传递的信息主要是操作命令、工作状态等。
2 系统监控级的设计
监控级监控画面设计采用了组态王软件。下面按组态王程序设计的步骤进行说明:
1)建立组态王新工程
在组态王中,设计者开发的每一个应用系统成为一个工程,所以第一步要建立组态王新工程。
2)定义I/O设备
作为上位机,组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备(I/O设备)。它们一般通过串行口和上位机交换数据。只有在定义了外部设备之后,组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。本设计中使用S7-200 PLC和组态王进行通信。PLC连接在计算机的COM1口。
设备定义完成后,可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“plc200”。在定义数据库变量时,只要把I/O变量连结到这台设备上,它就可以和组态王交换数据了。
3)创建组态画面
按照控制要求,这一步主要创建几个画面:创建立体仓库监控画面,通过该画面实施监控;建立实时数据报表及历史数据报表画面,通过该画面实施管理。
4)构造数据库(定义变量)
数据库是组态王软件的核心部分,工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上,操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场,所有这一切都是以实时数据库为中介环节。所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在TouchView运行时,它含有全部数据变量的当前值。变量在画面制作系统组态王画面开发系统中定义,定义时要指定变量名和变量类型。数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”,数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。该系统变量的定义如图1所示。
5)建立动画连接
定义动画就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样,当工业现场的数据发生变化时,通过驱动程序,将引起实时数据库里的变量的变化。变量的值改变时,在画面上以图形对象的动画效果表示出来;或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。
a)创建显示灯的动画连接
双击图形对象“就绪”灯,可弹出“动画连接”对话框。用鼠标单击“填充属性”按钮,在“变量名”处单击“?”,之后选择\本站点就绪灯,在“颜色设置”中定义正常色为绿色,定义报警色为灰色,其余属性目前不用更改。单击“确定”。同理,其运行状态显示灯变量也如此设置。对于误操作灯,由于需要在误操作时以闪烁的方式显示,填充颜色中定义正常色为红色,报警色为灰色,并且在点选“闪烁”后在表达式里填写表达式“\本站点误操作报警==1”。
b)创建货物画面的动画连接
对于画面中的货物,需要在没有货物的对应仓库中隐藏货物图形,使得画面与实际仓库保持状态一致。为此,需要设置货物的显示或者隐藏条件。双击相应的小车画面,在“动画连接”对话框里选中“隐藏”,弹出隐藏连接对话框。选择表达式为真时隐藏,表达式输入为“\本站点仓位?==0”(其中?为相应的仓库号)。
c)创建按钮画面的动画连接
对于控制面板,作为重要的远程操作输入画面,需要进行相应的设置连接才可以把控制面板的控制要求输入到PLC中,从而进行立体仓库的远程控制。
以“取”按钮为例,双击该按钮后出现“动画连接”对话框,单击命令语言中的“按下时”按钮,出现“命令语言”窗口,在编辑栏里输入以下命令:
\本站点键盘1位=1;
\本站点键盘2位=0;
\本站点键盘3位=1;
\本站点键盘4位=1;
单击命令语言中的“弹起时’按钮,出现命令语言”窗口,在编辑栏里输入命令,如图2所示。
同理可以创建其他按钮的动画连接。
对于“退出”按钮,双击之后在命令语言中单击“弹起时”按钮,在编辑栏里输入命令语言:exit(0)。双击“报表画面”后在命令语言中单击“弹起时”按钮,在编辑栏里输入命令语言:
6)编写命令语言
本系统程序如下:
为了初始化显示灯的状态,在“启动”时的选项框中输入程序:
3 结语
自动化立体仓库采用PLC系统进行自动控制,在上位机(PC机)上利用组态软件完成与PLC的实时远程通信,实现对立体仓库的远程控制和动态监控。还可利用历史数据记录仓库进出货物情况,实现更好的管理。
参考文献
自动化立体仓库观后感专题 篇5
众所周知，随着物流企业的发展，自动化立体仓库被应用的越来越广泛。观看了自动化立体仓库的视频后，我才真正的知道物流现代化装备技术的先进性，在人工操作的基础上利用先进的技术降低了操作的难度和跨度，减少了不必要的浪费。
在视频中，介绍了自动化立体仓库的组成部分；计算机控制堆垛机的运行进行仓储的存取管理；零货区分拣线；流利式货架；仓储管理系统中出库流程、入库流程和补货流程；在库管理的盘点的内容。下面就简单介绍一下视频中给我介绍的内容：
（一）自动化立体仓库包括两个部分：立体库（整货）和零货区分拣线（散、零货），其作用是为了更好的满足订单需求。其中还有包括组合货架（也称高层货架）、新型货架。货架上有不同的货格放贴有不同的标签的周转箱，方便了货物库存管理。自动化立体仓库的控制器中还有各种感应装置：保证准确的将货物放到指定的货位上，如果出现故障，将会报警，货差停止维修。
（二）计算机控制堆垛机的运行进行仓储的存取管理。通过监控级控制和管理级控制堆垛机，点击联入计算机按钮，计算机就会对堆垛机进行控制，再通过WMS管理系统进行操作对出入库管理。
（三）零货区分拣线：组成部分包括传送带（外非动力、内动力）、直升机、分拣道口（同类货物、同订单的货物分拣，方便货物的分拣）三部分。
（四）流利式货架：在补货时，将托盘放在后面，可以保证先进先出。货架上的每个货格都有对应的电子标签，在拣选时，通过扫描标签，货物会在指定货位上显示装置上亮灯即可拣选货物，只需拿被显示亮灯货架上的货物，其拣货方式为采用摘果式拣货。
（五）仓储管理系统包括三个方面：出库流程—入库流程—补货流程。
（1）出库：A.将整箱货物的订单（零货区的拣选），输入管理信息系统中，货物会通过分拣道口，立体仓库自动执行，货物送到指定货位，系统会感应一份核定单，自动分拣货物。
B.零散货物的拣选：使用一个周转箱，两把扫描枪，用一把扫描周转箱条码，点击系统注册，再用另一把再次扫描周转箱，货物会在系统的控制下在货架上显示，则可将周转箱自动分配到不同的分拣道口。而拣选方式有多人拣选和单人拣选
（2）补货：将托盘放在对应的补货区，通过查看系统数据（每个补货有对应的补货单据），是采用人工补货方式，将对应的补货单放入对应的箱中，用手动式叉车将补货箱拖到补货区，在通过货架的电子标签的扫描，货架上的显示装置会显示哪些货架是需要补货的，则可将叉车上对应的货物补到对应的货架上，即完成补货。
（3）入库：将提货单的信息登陆到信息系统中（有新物料则需要现将新物料登记，已有的物料则不用），在进行入库任务操作（将周转箱条码上传，即将基础信息录入，通过系统下达任务，周转箱会被自动化立体仓库中的机器设备放到规定的货区）。
（六）在库管理的盘点：零货区的电子标签盘点（有三种方式：全部盘点、区域盘点和指定货位盘点），根据需求，选择不同的盘点方法。现在模拟进行全部的拣选盘点：下达盘点任务，扫描货架电子标签，对显示货架上的托盘内的货物进行盘点即可。
综上所述，自动式立体仓库的功能还是比较齐全的，但还是不能完全托林人工操作的。
09物流管理四班
立体仓库 篇6
关键词：自动化立体仓库,货位分配,重量优先,分散存放
我港自动化立体仓库是一种多层次存放货物的高架仓库系统, 设有16排、50列、9层共7200个货位, 它把计算机与信息管理和设备控制集成起来, 按照作业指令自动完成货物的存取, 并对库存的货物进行全面管理, 主要由高层货架、入出库输送系统、堆垛机控制系统、管理信息系统、条形码系统等组成。
1 需求提出
立体仓库共有7200个货位, 每个货位承重1.5 t, 若入库时由库管员自主选择空货位入库, 长期下来会出现两个问题: (1) 货架上有的区域货物相对集中, 有的区域比较空闲。 (2) 如果遇到货物集中的巷道的堆垛机检修, 将会影响货物的正常入出库。为解决这一问题, 提出在库存管理系统和手持终端系统中嵌入货位分配策略模块, 系统自动分配货位取代人为主观决定货物存储位置, 以保证整个货架的货位分布处在较为合理的状态, 达到稳固货架整体性能、提高拣货效率和降低仓库使用成本的目的。
2 货位分配的策略选择
货物在仓库中的存储位置是由货位分配的策略来确定的。货位分配考虑的策略很多, 如: (1) 分巷道存放策略。当仓库有多个巷道时, 同种货物分散在不同的巷道进行存放, 以防止因某巷道堵塞影响货物出库。 (2) 货架承载均匀策略。货物分散存放货架的不同位置, 较重的物品存放在下面的货位, 较轻的物品存放在高处的货位, 使货架承载稳定。避免因集中存放而造成货架受力不均匀, 致使货架受损。 (3) 就近入出库策略。为保证快速响应出库请求, 仓库一般将货物就近放置在出库台附近。
结合我港实际情况, 单一的货位分配策略无法满足我们的需求。自动化立体仓库货架较高, 且存储的备件重量较大, 若货架整体重量分布不合理, 长期下来会造成货架重量失衡出现货架变形影响正常出库。此外, 立体仓库存储着东港区大型设备的全部备件, 如果货位分配不合理, 同种备件集中在一个区域内放置, 若出现立体仓库的取料设备—堆垛机发生故障, 将会直接影响备件出库, 耽误设备维修和现场生产, 因此选择以重量均匀分布为主, 兼顾分散存放和就近原则的货位分布策略。
3 货位分配的设计思想
自动化立体仓库由8个巷道16排货架9层7200个货位组成, 有4个堆垛机担负入出库任务, 每个堆垛机负责2个巷道4排货架。货位地址由巷道-排-列-层唯一确定。因此系统自动确定分配一个货位要按照三个步骤来完成。
第一步, 选择堆垛机, 遵循分散存放原则, 即“分巷道存放策略”。在入库的流程中, 分配货位时, 首先按堆垛机号的顺序依次检索, 在其可控制的货架范围内 (每1个堆垛机控制4排货架) 是否存在相同属性的货物, 如果4个堆垛机控制范围内均无此同属性的货物, 则可以确定为顺序号为最小号的堆垛机为目标堆垛机。否则, 如果在某1堆垛机控制的货架范围内存在同属性货物, 则除去此堆垛机号, 在其余3个堆垛机中, 分别计算所控制货架当前承载重量, 选择货架总重量最小的堆垛机号作为目标堆垛机。
第二步, 确定巷道、排。为了使1个堆垛机范围内的重量分配均匀, 在1个堆垛机控制的4排货架范围内选择重量最轻的排为目标排, 如果4排重量相同, 选择最小排号为目标排。以1号堆垛机为例, 负责1号和2号2个巷道, 共4排货架, 其中1号巷道对应1、2排货架, 2号巷道对应3、4排货架, 确定了排即确定了巷道号。
第三步, 确定列、层。在目标排的基础上, 为了更好的让每排货架受力均匀, 在选择列之前把列划分成若干个区域 (如立体仓库共50列, 可每5列划分为一个区域, 10个区域) , 选择重量最轻区域, 如果最轻的目标区域不唯一, 则选择距离库前区最近的区域。区域的划分有助于整体重量的均匀分布, 优于仅从最轻列来确定目标列。在目标区域的基础上, 计算每列的重量, 选择重量最轻的列作为目标列, 如果最轻目标列为多个, 则选择距库前区最近的列, 即区域中最小编号列。在目标列的基础上, 为使货架受力情况良好, 保证货架结构的稳定性, 使得重心在下层, 选择最底层为目的层, 由此得到最终的目标货位地址 (货位地址由排-列-层唯一确定) 。
4 实施效果
通过在软件中嵌入货位分配策略, 使得货位分配科学合理, 有效地保障了立体仓库高层货架的使用性能和稳固性能, 确保了立体仓库有限的空间最大的使用, 同时很好的保障了备件及时出库, 为现场作业生产保驾护航, 备件管理更加规范、准确。作为港口行业第一座自动化立体仓库, 必将发挥其积极作用, 为提升我港的备件管理水平, 提升港口竞争力做出自己的贡献。
参考文献
[1]姚晓明.自动化立体仓库在我国的现状和发展[J].物流技术, 1995, 75 (6) :5-7.
[2]田国会, 刘长有, 林家恒.自动化立体仓库若干优化调度问题及其研究进展[J].山东工业大学学报, 2001, 31 (1) :15-20.
[3]郑凌莺, 言勇华, 陈建平.物流中心仓库货位优化系统的研究[J].物流技术, 2004 (8) :28-30.
自动化立体仓库的优化调度研究 篇7
自动化立体仓库的货位分配及作业调度的优化问题一直是业界研究关注的重点, 所采用的方法包括时态逻辑、模拟退火、遗传算法、神经网络、Petri网等[1,2,3]。其中, 遗传算法在自动化立体仓库调度优化问题上已有多项研究。本文结合调度专家的知识经验, 依据推理策略建立货位管理专家系统, 在此基础上采用遗传算法对自动化立体仓库的调度问题进行建模仿真, 验证了该方法的可行性和有效性。
2 立体仓库模型
自动化立体仓库的出入库调度任务主要包括两个方面:一是作业调度原则, 二是货位管理原则[4]。一般作业调度原则有:先到先服务原则、优先权原则、处理时间最短原则、处理时间最长原则、随机原则、联合出入库原则、中断抢先原则。一般货位管理原则有:分巷道存放原则、就近原则、货架受力均匀原则、先入先出原则、货位分区原则。
3 货位管理的专家系统模型
3.1 专家系统基本结构
专家系统一般由6部分组成:人机接口、知识库、推理机、综合数据库、方法库和解释系统, 其中知识库和推理机是专家系统的两个重要组成部分。
3.2 货位管理知识库的建立
本文研究的货位管理知识库即采用较为普遍的产生式规则。产生式规则以IF条件 (前件) THEN结论 (后件) 为形式, 条件与结论均可以通过逻辑运算AND、OR、NOT进行复合。
知识库中的主要规则表示如下:
R1:IF堆垛机空闲THEN堆垛机状态置为0;ELSE堆垛机状态置为1;
R2:IF堆垛机状态为0 THEN为堆垛机下发指令;
R3:IF货位已经有货THEN货位状态置为1;ELSE货位状态置为0;
R4:IF货位状态为0 THEN可以放入货物;
R5:IF货位状态为1 THEN可以提出货物;
R6:IF货物入库AND出入库频率F>9 THEN货物放入A区 (最靠近出入库台) ;
……
R10:IF货物入库AND出入库频率F≤3 THEN货物放入E区 (最远离出入库台) ;
R11:IF货物入库AND货物重量>1000kg THEN货物放入最底层;
……
R16:IF货物入库AND货物重量<200kg THEN货物放入9-10层;
R17:IF货物入库THEN在相应区域内先左后右、先外后内、先下后上地寻找空货位P (k, m, n) (k为排, m为列, n为层)
在以上规则中, R1~R5是对堆垛机状态的判断及操作, R6~R17是货位管理原则。由于专家系统在本次研究中只参与货品分配过程, 所以简化了知识库, 缩短了数据, 仅仅制定了分配规则。
3.3 推理机制的选择
推理系统负责整个专家系统的运行, 本文采用正向推理机制。
4 组合优化的作业调度问题描述
在得到优化后的货位分配前提下, 建立寻求运输效率最高或运输费用最低的目标函数是解决优化掉问题的关键。本文针对减少堆垛机的空载运行时间, 得出对货物的存取顺序进行排列, 从而达到作业调度最优。
由于6排货架的状态相同, 所以只取一台堆垛机为例, 即只针对两排货架进行研究。设堆垛机在货位点i和货位点j间水平和垂直方向走过的路程之和为
堆垛机在x方向和y方向上独立运行, 单元货格的长宽高为L, 速度恒定为vx和vy, 则运行时间为
由于本文最优化问题不涉及堆垛机的启动、制动时间, 存取货物的货叉伸缩时间以及货物搬运时间, 故忽略以上问题, 则组合优化的目标函数为
5 堆垛机作业优化调度的遗传算法设计
5.1 编码
本文采用顺序表示的遗传基因编码方法。例如:顺序表为C= (12 3 4 5 6 7 8) , 运送路线为:1-3-5-7-2-8-4-6, 则编码为:L= (1 23 4 1 3 1 1) 。
5.2 适应度评价
本文的目标函数为最小化问题, 即堆垛机行驶时间T最短, 故选择适应度函数F=1/f (x) 。
5.3 遗传算法步骤
(1) 随机生成初始种群, 采用顺序编码方案进行染色体编码, 确定最大允许进化代数Gmas。 (2) 按照适应度函数计算染色体适应值。 (3) 选择运算采用比例选择算子。 (4) 交叉运算采用次序交叉法。 (5) 变异算子的设计比较灵活, 本文采用的方法是交换。 (6) 判断终止条件, 如果超过最大代数, 或得到最优解则退出程序, 否则转回步骤2继续执行。
6 结束语
本文在建立自动化立体仓库模型的基础上, 分析立体仓库调度原则, 建立了基于货位分配原则的专家系统知识库和推理机制, 仿真得出较为理想的结果;在此基础上, 利用遗传算法对作业调度进行优化, 减少堆垛机运行路程和时间, 有效地提高自动化立体仓库的效率。本文仅是在前人研究基础上的又一探索, 仍需进一步研究两种人工智能方法在立体仓库实际管理和运行中的应用。
参考文献
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[2]常发亮, 刘增晓, 等.自动化立体仓库拣选作业路径优化问题研究[J].系统工程理论与实践, 2007, 5 (2) :139-143
[3]李梅娟, 陈雪波, 等.自动化立体仓库存取设备优化调度方法研究[J].计算机工程与设计, 2006, 27 (2) :181-183
[4]曾明如, 游文堂, 等.基于专家系统的货位管理与作业调度优化[J].南昌大学学报 (工科版) , 2009, 31 (4) :385-388.
[5]施鸿宝, 等.专家系统[M].西安:西安交通大学出版社, 1990.
成品箱烟高架立体仓库系统设计 篇8
方宁等[2]依据多年的物流系统开发设计经验，对影响高架立库高密度储存的多种巷道堆垛机进行了研究;王兵兵[3]提出了高架立体仓库在烟叶仓储方面的应用思路，但未给出具体设计思路与实现方法。山东京鲁烟叶复烤有限公司作为山东省的龙头复烤加工企业，近几年加工量都在100多万担以上，仓储能力滞后于企业年加工能力的矛盾日益突出。通过对现有库房的仓储管理方式的研究，提出一种既可以改善仓储管理，又可以提高库房利用率的成品箱烟高架立体仓库系统设计方法，以期为提高复烤企业的竞争力提供理论依据，促进复烤企业的可持续发展。
1 系统设计
1.1 基本情况
实验于2008年在京鲁公司4号成品库内进行。库房总长150m，总宽60m，高8m，外围为宽1m的消防通道。按照消防要求平均分成A、B、C、D四个小区，每个小区长73.50m，宽28.50m,A区和C区之间有砖墙进行间隔1m,A区和B区之间有1m间隙。烟箱的尺寸为：长×宽×高=1.115m×0.690m×0.725m。在四个分区中的一个小区A区进行试验设计。
1.2 系统设计（如图1)
设计采用对比试验，实验设两个处理，处理D1：高架货架存放;处理D2：堆垛式存放。
首先按照常规堆垛存放方法存放，计算库房利用率。再通过实体装箱存放试验，找出高架货架存放箱烟的最佳存放方式，通过计算加工成本和存放成本，得出最优实施方案。
2 设计分析
2.1 堆垛式处理库房利用率分析
堆垛式存放要求纸箱支撑强度最多堆放4个烟箱[1]，留出4m的叉车运输和2m的装卸过道，小区内垛位形式如图2所示：
*烟箱高度为0.725m[4],加上生产打包后回涨高度0.1m,打包后烟箱总高为0.825,4个烟箱堆垛。
通过表1和堆垛式存放的要求，A区平面区间利用率%=(23.16×12.25×6)/(73.5×28.5)×100=81.26%，A区立体空间利用率%=(23.16×12.25×6×0.825×4)/(73.5×28.5×8)×100=33.52%。由以上计算可知，堆垛式存放处理(D2)的平面区间利用率达到81.26%，但高度空间利用率仅为33.52%，高度空间利用上面利用率较低。
2.2 高架货架箱烟储存方式设计分析（如表2)
库房最多可以存放8/0.825=9.69≈9个烟箱。利用高架货架[3]存放方式总体设计方案见表2所示，空间利用率均比堆垛式高。8种方案中，空间利用率最高的是第2和第8，其次是第1、3和第7，应该在这五种方案上进行选择。
2.3 高架货架五种方案的运输及装卸管理难易分析（如表3)
产品运输采用包车或托盘货运形式，在进入库房内装卸过程采用电瓶车进行，一是烟叶作为食品不能受到柴汽油气味的污染，二是也节能环保。电瓶车宽度1.1m，升高能力达到5.5m，承载重量为1㎏，运输通道在2.5m以内就可以掉头，方便装卸。在库内用电瓶车按照五种方案进行层高和层数进行实地装卸实验，结果见表3，通过以上实际装卸实验，去除因层间距离小卸取比较困难和不能正确卸取的第2、7、8三种方案，第1和3方案较好。
2.4 高架货架构成成本分析（如表4)
由表4可知，单元分四层，每层之间有35cm的空间，每层共放四箱烟，四箱烟分上下两层，一层两箱。前后货架单元采用贯通式，可根据仓库面积，在满足消防要求的情况下，尽可能串联排列。左右货架单元之间采用并联的形式。选用货架材料为Q235，规格为0.40m×0.24m×0.15m。从节约成本和结合大多企业实际应用的安全性和装卸的方便性，第3种方案为最佳选择。
2.5 两种储存方式利用率分析（如图3)
由图3可知，A区高价货架第三种存放方案中，平面空间利用率=35.5×13×4/(73.5×28.5)=88.13%;高度利用率由表2可知为82.5%;立体空间利用率=86.98%×82.5%=71.75%。
由表5可知，高架货架主要在高度利用率上占有优势，进而立体空间利用率为堆垛式储存的1倍多。
3 系统实施（如图4)
实际图片(如图5)
4 小结
系统应用结果可知，在打叶复烤企业(下转第13页)(上接第2页)利用高架货架储存成品箱烟，仓库的立体体积使用率达到72.71%，是常规堆垛存储方式的1倍多，做大限度有效的提高了仓库的利用，解决了企业存储成本，并且省去查垛方式的大量人力物力，随时灵活的对烟箱的储存情况进行测量箱温以及箱底等部位检查，对复烤企业提高成品箱烟存储效率、降低成本、提高存储能力、改善服务质量，具有重要的应用价值。
参考文献
[1]中华人民共和国烟草行业标准:YC/T137.1-1998复烤片烟包装瓦楞纸箱包装.
[2]方宁,方泳,金桂根.储存密度与堆垛机关系研究,物流技术与应用,2003,6:54-56.
[3]王兵兵.高架立体仓库在烟叶仓储方面的应用,中外技术情报,1996,3:43-43.
立体仓库 篇9
本文中的重力式立体仓库共有4层,分为4个区,A、B区存放大批量的货物,C、D区存放零散货物,E区是没有货架的存储区。
重力式立体仓库的调度问题主要是根据仓库的巷道堆垛机和仓库传输系统等设备的实际位置及运动状态等信息,按照一定的调度规则对所有的任务进行动态生成并进行实时跟踪管理和动态调度,以达到对储运设备的高利用率和避免并发任务的冲突。基于规则的调度方法是根据一定的规则或策略来确定生产系统中的下一步操作,通过运用各种调度规则,能够为局限于规则覆盖范围内的问题产生合理的解决方案。这种方法的特点是不需要进行大量的计算,有了合适的规则就可以很快生成调度方案。本文基于遗传算法,分析了重力式立体仓库的调度规则,建立了较好的调度方案。
1 染色体编码方法
遗传算法主要通过对群体中的个体施加操作来完成优化,它不能直接处理问题空间的参数,只能处理以编码形式表示的个体。因此,要使用遗传算法,就需要将优化问题的解的参数形式转换成基因链码。所以编码是遗传算法中的基础工作之一,本文采用分段整数码对染色体进行编码。
根据货物从入库到出库的整个流程,我们将它分为7段,所以一条染色体的长度为7。仓库中的设备(比如巷道、堆垛机)或者规则集增加时,编码的长度也会增加。各基因段的规则集如表1所示。
2 种群的选择
一个初始种群,即一个染色体集合,集合中每一条染色体都代表一组可用于描述具体调度方案的规则组合。初始种群应该随机选取,只有随机选取才能达到所有状态的遍历,因而最优解在遗传算法中最终得以生存。根据构成染色体的基因段数建立相应个数的随机数生成器,由这些随机数生成器生成预定数量的染色体,形成初始种群。在本文中需要7个随机数生成器,编程时需要一个API函数RAND(参数),参数表示将产生的随机数的范围。
3 适应函数的构造及适应度值的计算
3.1 权重矩阵W
权重矩阵W=(W1,W2,W3,W4)
W1为总作业时间对系统总体性能的权重;W2为平均作业时间对系统总体性能的权重;W3为堆垛机利用率对系统总体性能的权重;W4为其它设备利用率对系统总体性能的权重。如果还有其它的单项性能指标,可继续增加矩阵W的元素。
3.2 决策矩阵B
新种群中各染色体对各性能指标的隶属函数Bij和决策矩阵B=(Bij)m×n。
i表示基因块序号0
3.3 适应度函数向量F
3.4 适应度值的计算
4 运算操作
4.1 选择算子
根据适者生存原则选择下一代的个体。在选择时,以适应度为选择原则。适应度准则体现了适者生存,不适应者淘汰的自然法则。本文采用适应度比例法,也称为轮盘赌选择法。在该方法中,每个个体的选择概率与其适应度值成正比,由此可见:
1)适应度较高的个体,繁殖下一代的概率较大。
2)适应度较小的个体,繁殖下一代的概率较小;甚至被淘汰。
这样,就产生了对环境适应能力较强的后代。对于问题求解角度来讲,就是选择出和最优解较接近的中间解。
4.2 交叉算子
对于选中用于繁殖下一代的个体,随机地选择两个个体的相同位置,按交叉概率PC在选中的位置实行交换。这个过程反映了随机信息交换;目的在于产生新的基因组合,也即产生新的个体。交叉时,可实行单点交叉或多点交叉。在本文中采用单点交叉,例如有个体:S1=2314131,S2=3122121
选择它们的第2位进行单点交叉操作,则有:S1=2322121,S2=3114131
交叉概率Pc太小时难以向前搜索,太大容易破坏高适应值的结构。一般取Pc=0.25-0.75。
4.3 变异算子
根据生物遗传中基因变异的原理,以变异概率Pm对某些个体的某些位执行变异。在变异时,根据随机选择,该个体的一个基因,需进行变异,则在该基因位所能取的最大、最小值区间随机地选一个值以代该基因,从而生成该个体的下一代。
变异概率Pm太小时难以产生新的基因结构,太大使遗传算法成了单纯的随机搜索。一般取Pm=0.01—0.2。
4.4 新群体的选择
变异操作完成之后,在新种群中选最优的L个染色体替换原种群中最差的L个染色体,新一代种群就生成了。新种群进行新一轮进化过程,整个过程经过预定迭代次数之后,适应度值最大的染色体所代表的规则组合为所选定的调度规则组合。
5 C语言环境实验仿真
5.1 程序流程图
图2为程序流程图。
5.2 遗传结果及解码
经过20代的遗传操作,选择适应度最大的染色体(1313121)为最优的调度规则,按照表1进行解码,从左至右分别为第1位至第7位,该条染色体的具体意义为:货物分配巷道规则集(第1位):货物到达后,优先给等待货物较少的巷道分配;建立货物托盘规则集(第2位):货物分批次,分种类,先到先服务;货物分区规则集(第3位):按货物的种类和数量分区;有多个出入库任务时堆垛机的调度规则(第4位):按照先来先服务的规则;入库货位分配规则集(第5位):距离巷道口近的货位被优先入库;出库货位选择规则集(第6位):分批次,最早生产的货物优先出库;货物出库规则集(第7位):按照先进先出的规则出库。
6 结束语
遗传算法是一种启发式算法,是利用简单的编码技术和繁殖机制,模拟自然界群体优胜劣汰的进化过程,实现对复杂问题的求解。基于遗传算法的调度规则决策方法就是将系统的规则集分类并进行编码,然后用遗传算法求解优化结果。
本文重点讨论研究了重力式立体仓库出入库调度的优化策略,提出重力式立体仓库的调度优化数学模型。通过仿真实验及分析可以看出本文提出的采用遗传算法优化策略可以有效地解决重力式立体仓库的货物出入库调度问题,提高了出入库操作的执行效率。
参考文献
[1]陈英海.重力式仓库架构及其关键要素[J].物流技术与应用,2003(7):56-57.
[2]孙世友,唐定普,高博等.重力式立体仓库信息系统规划与设计[J].物流技术与应用,2006(4):80-82.
[3]沈斌,罗起龙.重力式立体仓库的研究[J].制造业自动化,2003,25(5):1-4.
[4]田国会,刘长有.自动化立体仓库若干优化调度问题及其研究进展[J].山东工业大学学报,2001,31(1):12-17.
试析自动化立体仓库的管理与监控 篇10
1 自动化立体仓库的优势
自动化立体仓库采用了计算机、自动化等高科技技术, 使其在企业的仓储物流方面更加灵活、方便、实用。与传统的仓库模式相比, 自动化立体仓库主要优势在于:
1) 空间利用率更高。基于自动化立体仓库技术, 现代的仓库通常建设的非常高。这样, 在占地面积不变的情况下, 可以充分的利用仓库的高度空间, 存储更多的货物。2) 货物自动存取, 节省人力物力。自动化立体仓库由于是通过计算机系统进行控制的, 所以可以实现货物的自动存取, 无需浪费过多的人力和资金[1]。这样可以大大的节约人力资源, 降低人力成本, 且有助于提高工作效率。3) 利用计算机实现资源信息的整合。自动化立体仓库系统包括了货物的出入库、搬运、盘点等多个工作环节, 这些工作环节都具有一定复杂性, 如果这些环节之间相互掺杂和影响, 则可能使堆垛机陷入混乱。所以, 就要对整个系统的资源信息进行整合, 并统一管理, 以增强其稳定性和安全性。4) 利用计算机实现系统最优控制。计算机系统能够精确、快速、不间断的进行工作, 可以实现整个自动化立体仓库系统的正常运转。同时利用计算机完善的运算能力, 对整个仓库的空间进行充分的利用, 对仓库货物进行详细准确的盘点和清算, 有利于使企业节省不必要的开支, 促进了企业的资金周转[2]。
2 自动化立体仓库的管理系统
2.1 自动化立体仓库管理系统的特性
自动化立体仓库的管理系统需要为企业的各个部门准确的提供仓库内货物信息, 及时反映仓库内的真实情况, 为企业各部门计划和开展下一步的工作提供帮助。这就要求自动化立体仓库的管理系统需要具备以下特性:
1) 可靠性。自动化立体仓库的管理系统应当有可靠的不间断的电源供应, 并拥有强大的抗干扰的能力, 以此保证系统在进行数据处理的时候准确无误, 对于错误的数据信息要具备自我检查、修改和报警的能力。对于数据库中的一些重要数据信息, 应该存有备份, 以避免由于系统故障造成重要数据的丢失。2) 灵活性。由于我国的自动化立体仓库技术发展时间较短, 技术上和经验上有很多不足的地方。所以在建设自动化立体仓库的时候, 大多会采用分期建设的方式来进行[3]。这就要求自动化立体仓库的管理系统能够灵活的适应建设前期和后期仓库的外部变化, 不会受到影响。3) 简明性。自动化立体仓库的管理系统最终还是要由人来操作, 而由于其计算机管理系统的技术含量较高, 同时操作人员的技术水平有限。所以, 自动化立体仓库的管理系统应当尽量采用简洁明了、清晰易懂、操作方便的用户界面。4) 可维护性。自动化立体仓库的管理系统在正常运转工作的同时, 应该具有一定的自我维护及修复功能, 以最大限度的保证系统处于正确的运行状态之下。同时, 还应设置一个只有系统最高管理员掌握的二级密码, 以便其拥有系统的最高权限, 对系统进行管理和维护。
2.2 自动化立体仓库管理系统的功能
自动化立体仓库的管理系统是整个仓库的管理和维护者, 是仓库的核心中枢, 所以, 它需要具备以下功能:
1) 出入库作业。接收企业相关部门的货物出入库申请, 并根据现有的库存情况, 计算出存取货物的最佳位置, 并根据出入库所有货物的信息, 计算出最佳的行走路线。通过计算机管理系统, 使出入库的各种相关工作都处在最佳的状态上, 以提高工作效率。2) 数据管理。能够支持对现存所有货物信息的查询, 应提供多种查询方式, 如名称、型号、规格、入库时间等。同时支持一段时间内所有出入库信息的查询, 仓库货物存储量和空位的查询。并支持各种数据表单的查询与打印。最后还要能够对整个系统的数据库进行自我维护。3) 库存分析。结合当前的市场情况和客户需求, 对仓库现有库存进行分析。要根据企业的生产计划以及产品对原材料的需要, 统计和分析仓库内库存是否满足需求, 如果数量不够, 要及时的做出警告提示, 并且编制相应的缺少材料的表格。同时监控各类货物的数量, 如果超出或不足限定数量, 则及时发出警告。并通过对仓库现存货物信息的分析, 对货物周转和资金占用做出报告。
2.3 自动化立体仓库的监控系统
作为监控系统, 应当对自动化立体仓库起到有效的监控功能, 以保证仓库的良好状态和系统的稳定运行。其监控功能主要体现在以下几个方面:
1) 采集管理系统数据。自动化立体仓库的管理系统在执行每一次操作的时候都要发回报告, 报告内包括对当前命令的执行情况、操作设备的运行情况、以及故障情况等信息[4]。监控系统可根据报告内容对管理系统的运行状态进行掌握和管理。2) 实时监视运行状态。监控系统可以对管理系统发回来的状态报告进行分类归纳和整理, 并在屏幕上实时体现仓库各个设备以及管理系统的运行情况, 有利于使工作人员一目了然的掌握管理系统的运行状态。3) 处理异常情况。监控系统可以监测到管理系统运行状态中的一些不正常的信息, 并根据实际情况的不同, 有针对性的给出解决方案和建议, 以维护管理系统的正常运作。4) 人机交互。提供人机交互的功能, 使工作人员能够实时查询当前的管理系统运行状态、产品的生产计划、仓库的库存情况、仓库设备的运行状态等信息, 有助于工作人员直接对系统进行监控。
3 总结
为了能够适应现代化工业生产的发展要求, 自动化立体仓库的管理和监控系统必须能够稳定、高效的运行, 实现管控一体化。更加合理、高效的完成仓储和物流作业。而我国的自动化立体仓库技术还需要不断的开发和完善, 才能更好的为工业生产和仓储物流做出贡献。
参考文献
[1]常志明.生产物流管理[M].冶金工业出版社, 2011.
[2]丁立言.仓储规划与技术[M].清华大学出版社, 2012.
[3]朱宏辉.物流自动化系统设计及应用[M].化学工业出版社, 2009.