自动仓储系统(AS/RS)技术与装备

4.1自动仓储系统(AS/RS)概述

自动仓储系统即AS/RS(Automated Storage and Retrieval System)是指不用人工直接处理、能自动存储和取出物料的系统。自动化仓库技术是现代物流技术的核心,它集高架仓库及规划、管理、机械、电气于一体,是一门综合性的技术。

自动仓储系统即AS/RS是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系统,AS/RS主要通过高层货架充分利用空间进行存取货物,所以称为“自动化高架仓库系统”,也有的称为“自动化立体仓库系统”,高架仓库的最大高度已达40多米,最大库存量可达数万甚至10多万个货物单元,可以做到无人操纵按计划入库和出库的全自动化控制,并且对于仓库的管理可以实现计算机网络管理。

高层货架一般用钢材制作,也可用钢筋混凝土货架。常用的物料搬运设备有巷道式堆垛机、桥式堆垛机、高架叉车、辊子输送机、链式输送机、升降机、自动导向车等。

自动仓储系统AS/RS的出现和发展是第二次世界大战以后生产和技术发展的结果。50年代初,美国出现了采用桥式堆垛起重机的仓库,50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机,1963年美国首先在仓库业务中采用计算机控制,建立了第一座计算机控制的高架仓库。此后,AS/RS在美国和欧洲得到迅速发展。60年代中期以后,日本开始兴建高架仓库,而且发展速度越来越快,成为当今世界上拥有高架仓库数量最多的国家。

我国对高架仓库及其专用的物流搬运设备的研究开发开始得并不晚,早在1963年就开发试制成功了第一台桥式堆垛起重机。70年代中期,我国开始开发研究采用巷道式堆垛起重机和高架叉车的高架仓库。1980年,我国第1座自行研制完成的自动化高架仓库投产。以后,高架仓库在我国得到了迅速的发展。目前我国已建成的立体仓库约有300余座,分布在汽车、化工、电子、机械、烟草、军队后勤等各行业和部门。目前国内对高架仓库的需要不断增加,高架仓库的建设在我国方兴未艾。

4.1.1 自动仓储系统(AS/RS)发展趋势

(1) 自动化程度不断提高。近年来,采用可编程序控制器(PLC)和微机控制搬运设备的仓库和采用计算机管理与PLC联网控制的全自动化仓库在全部高架仓库中的比重不断增加。日本1991年投产的1628座自动化仓库中,64%是计算机管理和控制的全自动化仓库。在生产企业,自动化仓库作为全厂计算机集成制造系统(CIMS)的一部分与全厂计算机系统联网的应用也日渐增多,成为今后的趋势。

(2) 与工艺流程结合更为紧密。AS/RS高架仓库与生产企业的工艺流程密切结合,成为生产物流的一个组成部分,例如,柔性加工系统中的自动化仓库就是一个典型例子。在配送中心,自动化仓库与物品的拣选、配送相结合成为分配中心的一个组成部分。

(3) 储存货物品种多样化。大到长6m以上、重4~10t的钢板、钢管等长大件,小到电子元器件,还有专门用作汽车储存的高架仓库等均已出现。

(4) 提高仓库出入库周转率。除管理因素外,技术上主要是提高物料搬运设备的工作速度。巷道堆垛起重机的起升速度已达90m/min,运行速度240m/min,货叉伸缩速度达30m/min,在有的高度较大的高架仓库中,采用上、下2层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。

(5) 提高仓库运转的可靠性与安全性,降低噪声。在自动控制与信息传输中采用高可靠性的硬、软件,增强抗干扰能力;采用自动消防系统,货架涂刷耐火涂层;开发新的更可靠的检测与认址器件;采用低噪声车轮和传动元件等等。

(6) 开发可供实用的拣选自动化设备和系统。在拣选作业自动化方面正加紧研究开发,但尚未真正达到能可靠地实用的阶段。目前,提高拣选作业自动化程度的途径主要仍限于计算机指导拣选,包括优选作业路线、自动认址、提示拣选品种和数量等等,而拣选动作大多仍由人工完成。

当前,如何合理规划和设计自动化立体仓库,如何实现仓库与生产系统或配送系统的高效联接,已经成为21世纪的重要研究课题。

4.1.2 高架仓库概述

(1)高架仓库的分类

a.按高层货架仓库的建筑形式分:整体式,分离式,见图4.1-1

·整体式。货架既是储存货物的构件,又是建筑承重构件,它上部支承屋盖,四面围上保温墙板就形成了仓库建筑物。这种结构无论在材料消耗、施工量还是仓库空间利用方面,都是比较经济合理的。这种结构重量轻、整体性好、对抗震也特别有利。

·分离式。在仓库建筑物内独立地建起货架,货架与建筑物是分开的。这种形式适用于利用原有建筑物作库房,当仓库高度在12米以下和地面荷载不大时,采用这种形式还是比较方便的。由于这种仓库可以先建库房后立货架,所以施工安装比较灵活方便。

b.按库房高层分。可分高层、中层和低层三种。一般5米以下为低层5~12米为中层,12米以上为高层。























整体式 分离式

图4.1-1 高层货架仓库的建筑形式

在立体库高度上,国外一般认为10m~20m较佳。最高可达40~45m。美国绝大多数仓库高度为13.7~18.3m。18.3m以上的只占10%。30m以上的为数更少。瑞士的推荐高度为15~16m。为了减少建库投资,瑞典各公司在1975年后,倾向于建造8m高的高架库。日本由于多地震的原因,立体库一般比较矮,规模也较小。1972年后简易立体库得到发展。日本单层建筑高7~8m,改建成生产工序型自动化仓库,价格便宜,工作可靠,容易操作,便于中小企业采用。近年来它的数量有较大增加。

我国现行建筑设计防火规范将货架高度超过7m的机械化或自动化控制的高架库定义为高架仓库(即立体仓库)。

c.按库房容量分。高层货架仓库的库容量一般以所能储存货物的单元托盘数表示。一般库容量在2000托盘以下为小型库;库容量在2000~5000托盘的为中型库;库容量在5000托盘以上的为大型库。目前高层货架仓库的最大库容量已达十多万个托盘。

d.按仓库作业的控制方式分。可分为手动控制、远距离控制和电子计算机控制。手动控制包括手动和半自动两种,远距离控制包括单机自动和远距离集中控制两种,电子计算机控制包括离线控制、在线控制和计算机在线实时控制三种。

e.按仓库存取方式分类

·以货物单元存取的仓库

在这种仓库里,货物存放标准容器中或托盘上储存。出库和入库都以整个单元进行。所用的物料搬运机械是适用于整个单元搬运的,例如带伸缩货叉的巷道式堆垛机等。

·拣选式仓库

这种仓库里,货物虽以单元化方式入库和储存,但出库时并非整个单元一起出,而是根据出库提货单的要求从货物单元中拣选一部分出库。这种拣选又可分为二种。一种是仓库工人乘坐拣选式堆垛起重机或叉车到需要取货的货格前,从货物单元中拣选必要数量的货出库。这种方式叫做“人到货前拣选”。另一种方式恰好相反,是用一般的巷道式堆垛机或其它搬运机械将所需货物单元整个搬运出巷道到拣选区,由工人选取必要的数量,然后将带有剩余货物的单元重新送回原址。这种方式叫做“货到人处拣选”。用哪一种合适,需视仓库作业需要决定。如果对于整个仓库来讲,只有拣选作业,而不需要整个单元出库,那么,多采用“人到货前拣选”的方式。但如果仓库作业中仍有相当一部分货物需要整个单元出库,或者拣选出来的各种货物往往还需要按用户的要求进行组合选配,那么也可以采用“货到人处拣选”的方式。

f.按仓库在生产和流通中的作用分类

·单纯储存的仓库

货物以单元化形式入库之后,在货架上储存一定的时间。需要时,出库供使用。绝大多数高层货架仓库都是这样的。

·配送中心式仓库

在这种仓库里,各种货物先是各自以货物单元的形式储存在货架上。出库时,往往需要根据订单的要求将不同货物以不同的数量进行选配,组成新的货物单元,送往需要的地方供使用。典型例子是“配送中心”。这类仓库除了有高货架以外,一般都有比较大的选配作业面积。那里配有许多输送机和拣选作业站以及一系列的配套设备,供进行商品选配之用。

4.1.3 自动仓储系统(AS/RS)的优点及其在物流系统中的作用

AS/RS出现以后,获得了迅速的发展,这主要是因为这种仓库具有一系列突出的优点,在整个企业的物流系统中具有重要的作用。

(1)能大幅度地增加仓库高度,减少占地面积。用人工存取货物的仓库,货架高2m左右。用叉车的仓库可达3~4m,但所需通道要3m多宽。用这种仓库储存机电零件,单位面积储存量一般为0.3~0.5t/m2。而高层货架仓库目前最高的已经达到40多米。它的单位面积储存量比普通的仓库高得多。一座货架15m高的高架仓库,储存机、电零件和外协件,其单位面积储存量可达2~15t/m2,是普通货架仓库的4~7倍。对于一座拥有6000个货位的仓库,如果托盘尺寸为800×1200mm,则普通的货架仓库高5.5m,占地3609m2,而30m高的高架仓库,占地面积仅399m2。

(2)提高仓库出入库频率。自动化仓库采用机械化、自动化作业,出、入库频率高并能方便地纳入整个企业的物流系统,成为它的一环,使企业物流更为合理。

(3)提高仓库管理水平。借助于计算机管理能有效地利用仓库储存能力,便于清点盘库,合理减少库存,节约流动资金。对用于生产流程中的半成品仓库,还能对半成品进行跟踪,成为企业物流的一个组成部分。

(4)由于采用了货架储存,并结合计算机管理可以很容易地实现先入先出,防止货物自然老化、变质、生锈。高架仓库也便于防止货物的丢失、减少货损。

(5)采用自动化技术后,能较好地适应黑暗、有毒、低温等特殊场合的需要。例如:胶片厂储存胶片卷轴的自动化仓库,在完全黑暗的条件下,通过计算机控制自动实现胶片卷轴的入库和出库。

总之,自动仓储系统由于AS/RS这一新技术的出现,使有关仓储的传统观念发生了根本性的改变。原来那种固定货位、人工搬运和码放、人工管理、以储存为主的仓储作业已改变为优化选择货位,按需要实现先入先出的机械化、自动化仓库作业。在这种仓库里,在储存的同时可以对货物进行跟踪以及必要的拣选和组配,并根据整个企业生产的需要,有计划地将库存货物按指定的数量和时间要求送到恰当地点,以满足均衡生产的需求。从整个企业物流的宏观角度看,货物在仓库中短时间的逗留只是物流中的一个环节,在完成拣选、组配以后,将继续流动,高架仓库本身是整个企业物流的一部分,是它的一个子系统。用形象化一些的比喻说法,可以说,使“静态仓库”变成了“动态仓库”。

4.2 货架技术

4.2.1 概述

(1)货架作用及功能

a.货架的概念。就一般字面而言,货架泛指存放货物的架子。在仓库设备中,货架是指专门用于存放成件物品的保管设备,货架在物流及仓库中占有非常重要的地位,随着现代工业的迅猛发展,物流量的大幅度增加,为实现仓库的现代化管理,改善仓库的功能,不仅要求货架数量多,而且要求具有多功能,并能实现机械化,自动化要求。

b.货架的作用及功能。货架在现代物流活动中,起着相当重要的作用,仓库管理实现现代化,与货架的种类、功能有直接的关系。

货架的作用及功能有如下几方面:



·货架是一种架式结构物,可充分利用仓库空间,提高库容利用率,扩大仓库储存能力。

·存入货架中的货物,互不挤压,物资损耗小,可完整保证物资本身的功能。

·货架中的货物,存取方便,便于清点及计量,可做到先进先出。

·保证存储货物的质量,可以采取防潮,防尘、防盗、防破坏等措施,以提高物资存储质量。

·很多新型货架的结构及功能有利于实现仓库的机械化及自动化管理。

(2)货架的种类

按货架形式的不同分:

a.通道式货架。这种形式的货架需按人工作业或机械作业方式,根据所使用不同的机械类型预留一定宽度的通道。其中有货柜式货架、托盘货架和悬臂式货架贯通式货架等。

b.密集型货架,这种形式的货架可大大节省通道面积。其中常见的有移动式货架和重力式货架。

c.回转式货架。这种形式的货架,便于对储存货物的选检。其中常见的有水平回转货架和垂直回转货架,

4.2.2 几种典型货架

(1)通道式货架

a.货柜式货架。一般用于储存小件、零星货物,根据需要可有各种不同格式,其中又可分货格式及抽屉式等等。这种货架一般每格

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