自动化立体仓库在物流企业的应用
随着现代物流的快速发展，物流自动化和信息化程度不断提高，近几年现代物流信息技术和物联网等技术在物流系统中得到应用，集成各类物流信息技术和自动化技术的自动化立体仓库在国内各行业得到了广泛应用和迅猛发展，并成为现代物流系统的重要组成部分。
自动化立体仓库的优势及在现代物流系统中的地位 作为现代物流系统中的重要物流节点，自动化立体仓库在物流中心的应用已越来越普遍。目前世界上最高的立体仓库高度已达50米。立体仓库单位面积的储存量可达7.5(t / m2)，是普通仓库的5～10倍。自动化立体仓库通过高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高空发展，以充分利用仓库地面和空间，这就大大节省了库存占地面积，提高了空间利用率，同时由于使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了劳动生产率，有效降低了操作人员的劳动强度。而与计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库更是当今CIMS(计算机集成制造系统)及FMS(柔性制造系统)必不可少的关键环节。可以说，自动化立体仓库是当代货架储存系统发展的最高阶段，它与自动分拣系统和自动导向车并称为物流技术现代化的三大标志。具体而言，自动化立体仓库与传统仓库相比，其优势主要体现在： 对比项目 自动化立体库 传统仓库 空间利用率 充分利用仓库的垂直空间，其单位需占用大面积土地，空间利用率面积存储量远远大于普通的单层仓低。 库（一般是单层仓库的4-7倍）。 储存形态 动态储存：不仅使货物在仓库内按静态储存：只是货物储存的场需要自动存取，而且可以与仓库以所，保存货物是其唯一的功能。 外的生产环节进行有机连接，使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节；通过短时储存使外购件和自制生产件在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成一个自动化的物流系统。 作业效率和高度机械化和自动化，出入库速度主要依靠人力，货物存取速度人工成本 快；人工成本低。 慢；人工成本高。 准确率 采用先进信息技术，准确率高。 信息化程度很低，容易出错。 可追溯性 采用条码技术与信息处理技术，准物料的名称、数量、规格、出入确跟踪货物的流向。 库日期等信息大多以手工登记为主，数据准确性和及时性难以保证。 管理水平 计算机智能化管理，使企业生产管计算机管理很少，企业生产管理理和生产环节紧密联系，有效降低和生产环节紧密度不够，容易造库存积压。 成库存积压。 对环境要求 能适应黑暗、低温、有毒等特殊环受黑暗、低温、有毒等特殊环境境的要求。 影响很大。 综上所述，自动化立体仓库在最大限度利用空间，最大限度满足生产要求，减轻工人劳动强度，提高生产效率，加强生产和物资管理，减少库存积压资金等方面具有传统仓库所无可比拟的优势，其通过采用计算机等现代信息技术更是有力地推动了企业现代化管理水平的提高。此外，在存储成本方面，自动化立体仓库与传统仓库相比，其优势也很明显。以下是国内一个典型物流系统项目中自动化立体库与传统仓库的成本对比： 目标 1.11112个托盘位；2. 人力成本按照4万元/年进行计算 类别 项目 传统库 自动立体库 托盘数（个） 11136个货位 11136个货位 需求与规格 地面面积使用率 35% 65% 层数 3 8 货架面积（平米） 6153 2307 总面积（平米） 17579 3550 建筑承重要求设定为建筑承重要求设定为建筑地面承重 2.5t/m2 6t/m2 建筑单价（万元/平米） 0.20 0.35 基建投资 建筑成本（万元） 3516 1242 单位用地成本（万元/平0.05 0.05 米） 总用地成本（万元） 879 178 基建总成本（万元） 4395 1420 货位数量（个） 11136 11136 货位单位成本（万元） 0.02 0.05 货架投资（万元） 223 557 堆垛机数量（台） 0 6 堆垛机单位成本（万元） 0 230 堆垛机投资（万元） 0 1380 硬件投资 其他配套设备（输送及控0 2000 制系统）（万元） 叉车数量（台） 15 2 叉车单位成本（万元） 20 20 叉车投资（万元） 300 40 硬件总投资（万元） 523 3977 合计投资 4918 5397 人力（个） 25 6 运作及维护费年人力成本（万元/年） 100 24 用 硬件年维护费用（万元/ 20 100 年） 年运行成本合计 120 124
注：资料来源：中国物流技术协会信息中心企业调研资料
从上表中可知，假定人工成本（4万元/年）和土地成本（平均500元/平方米）一定的前提条件下，目前自动立体库前期投资比传统库略大，但从过去10年来看，自动立体库与传统库成本前期投资成本逐步接近；随着中国土地和人工成本的上升，自动化立体库投资成本将比传统库低，从长远来看更为经济划算。 目前，自动化立体仓库的上述优点已经为越来越多的国内企业所重视，并日益成为企业内部物流特别是其打造现代物流系统当中不可或缺的组成部分，成为衡量企业物流运作与管理水平的重要指标。
我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行。到2003年为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。随着科学技术、信息技术、自动化生产技术及商品化经济的迅速发展, 生产中所需原材料、半成品、成品及流通环节中的各种物料的搬运、储存、配送及相应的信息已经不是一个孤立的事物。事实上, 从制造资源计划(MRPⅡ)到企业资源计划(ERP)的发展过程中, 物流的各个环节已完成其集成化过程。自动化仓储、物流及信息流已成为组织生产、连接生产、销售、管理各网络中的关键节点, 并且作为降低物流费用的重要手段在国民经济中起着越来越重要的作用。我国第一座全自动化立体仓库──北京汽车制造厂自动化立体库, 是北京起重运输机械研究所研制生产的。20世纪80年代, 自动化立体库在我国得到应用后, 在20世纪90年代得到迅速发展和广泛应用。二十多年来, 北京起重所设计制造了各种形式的自动化立体仓库100余套, 产品广泛应用于机械、冶金、化工、医药、军工、食品、运输和电子等行业, 领导和推进了我国物流技术的发展和应用。2000年,北京起重所又完成了我国迄今国产规模最大、技术水平最高的大型全自动化立体库仑库──联想电脑公司集成化物流系统。联想公司物流系统集成了当前国际上最新的立体仓库技术, 全系统采用了约30余项新技术。巷道堆垛机是立体仓库系统的关键设备之一, 其中的运行调速技术、激光测距技术、货叉调速技术、起升机构的认址技术, 变截面立柱技术等10余种新技术均为我国的最新研究应用成果或国际先进技术。输送机设备采用了组合式结构、悬臂式升降台等多项新技术和托盘自动收集技术。分配车在运行调整、认址等方面均采用了最新的研究成果。双车避让技术的采用使分配车达到了比设计要求更高的能力。货架结构采用有限元分析。表面处理采用表面喷塑新工艺, 美观耐用。控制系统采用了PROFIBUS现场总线控制技术, 与R/3系统的高度集成体现了该立体仓库系统在与大型信息系统集成方面取得的突破成绩。联想公司自动化物流系统是我国自行研制的具有国际先进水平的物, 该系统的成功运行标志着我国物流自动化技术水平又上一个新台阶。
二、技术现状
一个比较完善的自动化立体仓库系统主要包括: (1)货物的存放、周转—高层货架及托盘、货箱;
(2)入、出库作业—堆垛起重机;
(3)入、出库分配系统—辊式、链式输送机、分配车、升降机等;
(4)自控系统—包括由计算机控制的入、出库设备、分配系统以及各种检测、保险机构的全部电控装置;
(5)计算机管理系统—仓库的账目管理、数据分析、合理管理货位、设备运行又库存情况的状态显示等。管理系统与控制系统联网。
(6)入、出库频率不高的立体库几个巷道可共用一台堆垛机，此时应配备堆垛机转轨设备(如转轨车)。
我国自动化立体仓库各主要设备的技术现状大致如下:
1.高层货架及托盘、货箱
高层货架是自动化立体仓库的主体结构部分。一般是钢结构采用焊接或组装而成。每排货架分若干列、层单元货格，每货格中一般存放1－－3个托盘(货箱)。目前国内制造的高层货架一般在20米以下，以10－－15米居多。货架所用型钢，焊接式货架多采用热轧型钢。组装式货架多采用薄型冷轧型钢。焊接式结构牢固、耐用，但笨重。组装式外形美观，拆装性能好，运输方便。因冷轧薄壁钢截面力学性能好，因此重量轻省钢材，降低成本，潜力很大。如接插部件设十分合理亦很牢固.是高层货架的发展方向。货架结构型式设计一般是当托盘(货箱对泛寸较大时采用牛腿式结构，每货格存放一个托盘(货箱)。托盘尺寸较小时采用横梁式结构。每货格可存放1-3个托盘(货箱)单元。目前横梁式货架结构的使用用户多于牛腿式.并有进一步增加趋势。托盘(货箱)目前使用较多的是钢结构或钢木结构，但随着轻型塑料工业和注塑技术的发展.塑料托盘(货箱)以其美观、耐腐蚀、重量轻等优点，在较小尺寸及重量的托盘(货箱)中将占重要地位。
2.堆垛起重机
堆垛机是自动化立体仓库中存、取货物作业的主要执行设备。它在货架的巷道中可承载货物水平运行、升降、左右伸叉，完成入库、出库、倒库等各种作业功能。为使堆垛机认址准确。水平、垂直、伸叉运动均设置正常运行速度和慢速两种以上速度(或用变频无级调速).以减少停车时冲击.并能准确到位，达到水平运行士lOmm、垂直升降士lOmm，左右伸叉士5mm的停准精度要求。堆垛机设置货位和载货台虚实检测装置，防止由于控制(或管理)失误，在货位已被占用的情况下重复入库造成事故。堆垛机设置原位及停准指示.如因惯性或其它原因未停准，堆垛机将按照PC;程序控制自动“纠偏’。此外，堆垛机还设置运行、起止的终端限速、限位开关，并在最终端设机械车挡.防止堆垛机各机构运行超过极限位置。为确保带司机室的堆垛机司机和货物的安全，载货台设断绳保护装置或限速防坠装置。堆垛机电器系统还设有常规的电器互锁，失压保护、零位保护、过载保护等功能目前堆垛机各机构运行速度为:水平运行80m/min:升降10-16m/min:货叉8-15m/min。
3.人出库分配系统
在自动控制的立体仓库中。入、出库分配系统按照计算机指令将入库货物分配至某一巷道口，再由该巷道堆垛机按照指令送到指定的排、列、层货位。出库时按照相反方向输出。在货物的入口处可设置称重装置。超高、超宽尺寸检测装置使进入库区的货物不会出现超载超重或超尺寸引发事故。
目前输送货物大多根据货物、托盘或货箱的结构、重量确定用辊式或链式输送机。输送货物的交叉路口处往往使用升降机解决高差问题。另外，应设一个输送通道，使重量、尺寸不合格的货物(托盘)输送到指定点整理后再进入库区。也可用于拣选入、出库时(散件入、出库)，将单元货物送入该处，拣选后返回。 当入、出库频率要求不高时，可考虑几个巷道共用一台堆垛机。此时应配备转轨车或其它转轨设备。以便使堆垛机转入另一巷道。
4.自控系统
库区全部可运行设备，如堆垛机、输送机、升降机、分配车、转轨车等，以及这些设备的运行保障系统，均应由计算机统一程序控制。控制系统有对机、电及其它故障的报警及诊断显示功能。并对某些报警可自行处理。各设备运行实现自动衔接，动作可靠。一般选用高质量的可编程控制器(PC)。为确保各机构运行平稳可靠、认址准确，亦应选用高质量的变频器、光电元件及其它优质控制元件。
5.计算机管理系统
计算机管理系统应能对全部货位和全部库存货物完成以下主要管理功能: (1)按照要求实现货物的先进先出、某巷道优先、均匀分布等管理功能，进行入、出库货位管理;
(2)按照货位和货物品种盘库、查询; (3)打印各种统计报表; (4)库存情况分析;
(5)修改数据文件各项内容。
管理机可选用486,586各档微机，能与下级监控、控制机实现联机通信。通信方式可采用电缆或封闭型安全滑线，最好采用红外线信号传输系统。安装简便，传输可靠寿命长。根据需要可在库区显要位置和机房内设置设备运行和作业目标的数字、文字或图形模拟显示装置以便监控全部作业过程。
综上所述我国立体仓库行业已形成一定规模和开发能力日前立库市场的主流是:单机自动控制、变频调速运行机构(因水平运行和货又伸缩不能同时动作。可使用同一变频器)、封闭滑触线供电、载重量600公斤以下，高度10-15米的堆垛机.配以冷轧薄壁型钢组合式货架，入、出库输送机或手推车。可配备一个管理机负责库房账目管理的立体仓库。但与发达国家相比还有很大差距。
目前，美、日等发达国家立库高度已达几十米。建库数均达数千座。堆垛机运行速度超过100m/min，具有形式繁多的入、出库物流分配系统和安全保障系统。立库设备的形式根据用途多种多样。重力式货架已在成功使用，而国内基本