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電子商務與智能製(zhì)造技術推動了自動化立體倉庫的快速發展與創新(xīn),在現代物流業中更加注重考慮物流係統整體的密度以及數字化、智能、信息化(huà)集(jí)成應用,而不是僅考慮單一設(shè)備(bèi)和(hé)係(xì)統的能力(lì),產生了“密集倉儲”的概念[1,2]。在物流產業的快速發展過程用中,需要對物流倉儲係統進行全麵規劃和創新設計。與普通立體倉庫相(xiàng)比,密集倉儲土地利用率(lǜ)和空(kōng)間(jiān)利用率(lǜ)上可提高20%~100% 左右,同時作業效率可提高(gāo)20%,運行能耗可(kě)降(jiàng)低30%,單元投資成本可節約10% 左右, 密集倉儲係統因而越來越多地受到行業的關注,其(qí)市場發展前景廣闊[3]。作為麵向密集倉儲的重要搬運設備,智能托盤式四向穿梭車(以下簡稱四向車)是一種智能型(xíng)軌道導引(yǐn)自動換向變軌的搬運設備,在電控係統控(kòng)製(zhì)下,通過(guò)編碼器、RFID、光電(diàn)傳(chuán)感器等數(shù)字化技術精確定位各個輸入、輸出工位,配置智能化調度係統,接收物料後進行自動往複穿梭(suō)搬運,四向車無需人員操作,運行速度快、智能化程度高,適用於各種物流存儲係統,能夠(gòu)促進單元物料快速實(shí)現平麵自動輸送(sòng)。在智能化調度係統的驅使(shǐ)下(xià),多層多車協同並行作業,從(cóng)而(ér)實現精準、高效的作業模式,為企業的物流(liú)存儲係統提供新的(de)物流解決方案(àn)
關鍵機構設計
四向(xiàng)車根據任務要(yào)求,協同往複式提升機,通過行駛軌道在貨架不同層、不同(tóng)貨道內完成作業任務,在(zài)倉庫監控係(xì)統的控製和調度下,整個密集庫可以實現多層多車同時運作,各四向車在工(gōng)作時可以向信息管(guǎn)理係統上傳位置(zhì)、速度、電量、有無貨、故障、工作情況等信息;四向(xiàng)車具備整(zhěng)存整取、倒貨移動、托盤點數等作業功能(néng),實現物料快速出庫和庫存管理(lǐ);其內部設置有避障(zhàng)功能和故障報警提示功(gōng)能,能夠起(qǐ)到(dào)安全保護作用,並及(jí)時反饋故障信息。從硬件係統來看,四向車主要由車架、頂升機構、驅動機(jī)構、車輪(lún)組、電源、電氣(qì)控製等部件組成(見圖(tú)1)。

數字化控製及通訊技術
四向車采用PLC 及工控機(jī)技術,實現邏輯(jí)控製,結合底層路徑自學習算法,確保高速(sù)運行、精準(zhǔn)定位、安全可靠。四向車選用SIMATIC S7 係列PLC 作(zuò)為核心控製器,充分利用其豐富的擴(kuò)展性集成接口,將傳感器模塊、供電(diàn)模塊、無線通訊模塊以及執行(háng)機(jī)構模塊等(děng)集成(chéng),實現整車運(yùn)動導引、驅動控製、執行機構操作,安全防護(hù)等工作。密集庫中采用Zigbee 無線通訊方式,上位控製器通過Zigbee 主模塊向四向車下達任務指令,任務指令傳遞至PLC 完成計算處理後,轉變成具體的控製信號並(bìng)輸送至控製執行機構運動的驅(qū)動控製模塊(kuài)中(zhōng),在該模塊中對驅動直流電(diàn)機進行調速,進而控製執行機構完成相應(yīng)動作(zuò)。在這(zhè)一過程進行中,各類傳感器和RFID 係統將采集(jí)的(de)定(dìng)位、檢測、故障等信息通過Zigbee 子模塊反饋給上位器,並由狀態顯示器反饋給(gěi)倉庫操作(zuò)人(rén)員,實現四向車動態信息的雙向傳遞。控製係統結構如圖(tú)4 所示(shì)。

密集倉儲係統的智能調度技術
基於WCS 可(kě)以實現作業任務設置、貨位決策優化、密(mì)集多深位存儲、多層多四向車作業調度等各種功能。密集倉儲係統采用多任務模(mó)式(shì),為保證四向(xiàng)車集群全局效率提升,需製定合理有效的智能調度策略。智能化調度(dù)包括庫區分配、任務優先級劃定、貨位分配(pèi)、路徑規劃等。在WCS 控製下,密集庫中各設備基於實時路徑規劃完成(chéng)多任務並行作業;設備運行狀態實現3D 可視化監測;作業終端基於可視化界麵對多設備、入出(chū)庫作業、多深位貨物狀態進行(háng)監控,並根據作業數據分析完成(chéng)遠程診斷。密集倉儲係統調度架構如圖(tú)5 所示。

作業能力評估
四(sì)向車的作業能(néng)力受倉庫訂單任務、調(diào)度技術(shù)、存儲策略、作業模(mó)式、設備技術參數等因素的影響(xiǎng),其高低直接影響密集倉(cāng)儲係統的效率。四向(xiàng)車在垂直交叉軌道上切換方向完成貨物的水(shuǐ)平(píng)出入庫,具備單一作業(yè)和複合作業兩種(zhǒng)模式。
在單一作業模式中,四向車一個周期內隻完成一個出(入)庫任務;在複(fù)合作業模式中,設備一個周期內完成入庫和出庫兩個任(rèn)務(wù)。在基於每層一台四向車的(de)係統配置下:
1)在單一作業模式中,四向車入(rù)庫作業和出庫的作業時間相同,假設(shè)每層四向車的平均單一作業時間為t1, 則該(gāi)模(mó)式下的出入庫能力η1 可計算為
2)在複合作業模式中,假設四向車的平均複合作業為t2, 則對應的出入庫η2 為
應用案例
案例四向車已在某公司密集庫項目中得到實(shí)際應用。該密集庫實現化工成品、半成品存儲,整盤入出及揀選出庫等功能(néng),總的占地麵積為1 765 m2,貨(huò)架總體高度為12 m,共有貨位4122 個。單元(yuán)托盤尺寸為1 200mm×1 100 mm×1 200mm/1400mm( 長× 寬× 高),單元最大載重為1000 kg(含托盤)。倉庫中整體入出庫量不少於150 托/h,設備配置有四向車8 台,提升機3 台,輸送(sòng)機係統6套。根據該企業對(duì)現代化物流的不同需求,在做大量的需求調研和分析後,設計出一套符合該(gāi)企業需求、性價比(bǐ)高、可(kě)拓展的方案,經實際測試該密集存儲(chǔ)係統項目建(jiàn)成後與傳統立(lì)體庫相比,庫容量提高了35%,設備(bèi)運行用電量能耗降低了(le)30%。
優越性能
① 提高空間利用率:其空間(jiān)利用率為普通平庫的3-5倍;
② 利用係統對貨品進行準確無誤的管理,減少了在存儲貨物中出現的差錯;
③ 貨物在運送中實現自動(dòng)化,減少貨物的破損率;
④ 從傳統的“結果導向”轉變成“過程(chéng)控製”,從傳統的“數據錄入”轉 變成“數據采集”;
⑤ 先進的物流係(xì)統,提(tí)高企業生產管理水平;
⑥ 適用環境不受層高限製,適用於低於5米高倉庫和(hé)高於24米以上倉庫都很(hěn)適用。
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