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简介
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第九章 物流系统自动化 本章将较全面介绍物流装备的概念、分类和特点，阐述各类装备的基本知识。对于合理选用设备，充分发挥其效能，提高物流系统的自动化程度具有一定的意义。 第一节 概述 物流设备是指用于储存、装卸搬运、运输包装、信息采集和处理等物流活动的设备总称。这些设备按其功能可划分为输送设备、装卸搬运设备、包装设备、储存分拣设备、信息采集与处理设备、集装单元设备等。 现代物流的发展对物流装备提出新的要求：现代物流需要有完善、健全的物流网络体系，网络上结点和结点间的物流活动保持系统性、一致性，要求整个物流网络配合协调，快速的运输，灵活的配送，最优的库存，最快的商品周转，使物流服务快速化、现代化和集成化。 第二节 物料搬运、输送设备 物料的搬运是指在同一场所范围内的、以改变物料的存放（支撑）状态（及狭义的装卸）和空间位置（既狭义的搬运）为主要目的的活动，即对物料、产品、零部件或其他物品进行搬上、卸下、移动的活动。 输送设备是在一定的线路上，沿同一方向连续不断地输送物料的一种搬运设备。常见的输送设备有辊式、链式、轮式、带式、悬挂式等多种形式。 物料输送、搬运在生产领域各个生产环节中起着相互连接与转换作用，使生产能连续正常进行。 物料搬运的一般原则有： 1.保持或提高物料的搬运活性。 2.减少环节，简化作业流程，实现物流合理化。 3.以满足生产工艺的需要为前提，充分发挥机械设备的利用率。 4.实现机械化、自动化的原则。 5.贯彻系统化、标准化原则。 一、连续输送设备 输送机是物流系统作业中重要的且必不可少的设备，其特点在于： 生产率高，设备简单，操作方便。 一定类型的连续输送机只适合输送一定的物品，只能沿着一定路线定向输送，在使用上有一定的局限性。 按结构形式的分类方法分，连续输送机分为三大类： 具有挠性牵引构件的连续输送机 不具有挠性牵引构件的连续输送机 液体输送装置（管道输送）。 （一）带式输送装置 带式输送机典型布置形式 （二）链式输送机 链式输送机由链条、链轮，以及电动机、减速器、联轴器等组成。长距离输送时，还应附加张紧装置和链条支撑导轨，有关电动机、减速器、联轴器的选用与带输送机相同。 1.埋刮板式输送机 链式输送机的形式有平板式输送机、刮板式输送机、斗式提升机、埋刮板式输送机等。 2.斗式提升机 斗式提升机是用链条作为牵引构件，在垂直方向或很大倾斜角的输送方向连续提升散粒物料的输送机，适用于水泥、煤、化工材料、粮食等粒状或碎快状物料。 3.悬挂输送机 悬挂输送系统更加节省空间，更容易与工艺流程结合，因此广泛应用在各个工业部门的流水生产线的各工序之间，如机器制造业、汽车制造业、冶炼厂、建材工业、食品工业及其他经济部门。 4.辊子输送机 辊子输送机主要用来输送具有一定规则形状、底部平直的成件物品。它结构简单、运行可靠、维护方便、经济节能；近20年来，各种通用的和专用的辊子输送机得到了迅速广泛发展。 5.不带挠性牵引件的输送设备 不带挠性牵引件的输送设备除上面讲的辊子输送设备外，还有螺旋输送机、振动输送机、以及气力输送机等均属此类。其工作特点是使物品与推动件分别运动。推动件作旋转运动或往返运动时，靠物品与承载件的摩擦力或惯性力，使物品向前运动，而推动件自身仍保持或恢复到原来位置。 二、自动搬运小车 自动搬运小车是生产系统中搬运物料的一种重要工具。又称自动导引小车AGV（Automatic Guided Vehicle）。AGV是以电池为动力，装有非接触导向装置、独立寻址系统的无人驾驶自动运输车，是物流系统的重要搬运设备，随着工厂自动化、计算机集成系统技术和物流业的发展，自动导向搬运车得到了广泛的应用。 （一）分类 从当前的应用和研制水平看，自动搬运小车分为有轨自动小车和自动导引小车两大类。 自动搬运小车的几种引导方式 1.位姿计算。 2.信标导引。 3.惯性导向。 4.激光导引。 5.其他导引方式。 （二）AGV的主要技术参数及评价指标 1.AGV主要技术参数 （1）额定载重量。是指AGV所能承载的最大重量。 （2）车体尺寸。是车体的外形尺寸，这一参数应与承载货物的尺寸和作业场地相适应。 （3）停位精度。是指AGV作业结束时所处的位置与理论设定位置之间的误差。 （4）最小转弯半径。是指AGV空载低速行驶、偏转程度最大时瞬时转向中心与AGV纵向中心线的距离。 （5）运行速度。是指AGV在额定重量下行驶的最大速度。 （6）工作周期。AGV完成一次工作循环所需的时间。 2.AGV引导技术的评价指标 （1）运行精度。是指小车运行线路和停车定位的精度。 （2）可靠性。引导系统的可靠性包括系统发生失灵、引导机构本身影响或阻止系统正常发挥功能的概率；以及引导机构的耐久性、维修性、安全性等。 （3）灵活性。灵活性是指AGV运行路线变更的难易程度。 （4）可控制性。是指在一定引导方式下AGV启停控制、转弯运行、岔道选择等实现的难易程度，以及小车与中央控制系统之间数据通信的实现方法和性能水平。 （5）系统的成本。 （三）自动导引车系统 自动导引车系统（AGVS）是指自动导引小车所组成的物料搬运和进行作业的机电一体化系统。 1.主计算机 2.系统管理控制器 3.交通控制器 4.车上控制器 第四节 分拣自动化 分拣是指把物品按不同的品种、不同的地点和单位及顾客的定货要求，把货按一定方式进行分类、集中并分配到指定地点。 按分拣的手段不同，分拣可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。 自动分拣是指在从货物进入分拣系统直到将货物送到指定的分配位置的过程中，货物的运送都是按照一定的指令，依靠自动分拣装置来完成。 一、自动分拣设备的结构及组成 自动分拣系统包括以下几部分： 1.收货输送机 2.合流输送装置 3.送喂料输送装置 4.分拣信号输入装置 （1）人工键盘输入。 （2）声音识别输入 。 （3）光学识别输入。 激光识别输入 （4）传感器输入。 （5）射频识别输入。 二、自动分拣装置 1.斜行胶带式分拣。 2.翻盘式分拣装置。 3.斜置辊轮式分拣装置。 4.滑块式分拣装置。 5.摇臂式分拣装置。 6.推出式分拣装置。 三、分拣作业 1.分拣信息： 是对顾客的订单要求进行处理后产生的，是分拣工作的指令，它引导分拣作业进行查找货位，拣取和搬运货物，同时按一定的方式将货物分类、集中。分拣信息包括以下几个部分。 （1）基本部分。货物的品名、规格、数量、重量及货物发送的单元和总量。 （2）主要部分。货物储存位、拣货集中地；储备货物的储存、补货量；补货的登记。 （3）附加部分。货物的价格、代码、标签；货物的包装；发送货物单元的代码和标签等。 2.自动分拣信息的控制系统 3.分拣作业 自动分拣作业有四个环节：货物提取、输送并汇入到识别引导部位；自动识别；自动分拣；自动搬运、包装。 分拣作业消耗的时间主要包括以下4个方面： （1）形成拣货指令的订单信息处理过程所需时间； （2）分拣设备的行走或货物运动的时间； （3）准确找到储位并确认货物及其数量所需的时间。 （4）分拣完毕，将货物集中的时间。 第五节 起重装备自动化 一、起重设备的概念及分类 起重设备是一种循环、间歇运动的机械，用来垂直升降货物或兼做货物的搬运，以满足货物的装卸、转载等作业要求。 按照起重机械具有机构多少、动作繁简的程度以及工作性质和用途，可把起重机械归纳为以下三大类： （1）简单起重机械。 （2）通用起重机械。 （3）特种起重机械。 二、巷道式堆垛机 （一）巷道式堆垛机特点及分类 1.特点 整体结构高而窄，配备货叉伸缩机构取物，货叉可以伸缩； 堆垛机的电力拖动系统能够同时满足运行速度快、启动平稳、停车准确的要求； 采用可靠的安全保护装置，控制系统具有一系列的连锁保护。 2.分类 巷道式堆垛机按不同形式分类可分为： 单立柱型巷道堆垛机 双立柱型巷道堆垛机 地面支撑型巷道堆垛机 悬挂型巷道堆垛机 货架支承型巷道堆垛机 单元型巷道堆垛机 拣选型巷道堆垛机 （二）巷道堆垛机的结构 巷道堆垛机由运行机构、升降机构、货台及装、取货伸缩机构、机架及电力设备及安全保护装置等6部分组成。 1.运行机构 2.升降机构 升降机构由电动机、制动器、卷筒或链轮、柔性件，以及防落安全装置组成。常用的柔性件有钢丝绳和起重链。 升降机构的工作速度一般控制在15-25m/min，最高可达45m/min。升降速度应备有慢速挡，如3-5m/min，主要用于堆垛机平稳准停、货叉短距离取货、放货时的升降。 3.载货台及装、取货伸缩机构 4.机架 机架是堆垛机的主要构件，要求有足够的强度和刚度，有单柱式和巨型框架的双立柱式。 5.电气及安全保护装置 电气装置由电力驱动装置和自动控制装置组成。 除了起重设备常备的安全保护装置与措施如：各机构的终端限位保护和缓冲保护、电动机过热和过电流保护、控制电路的零位保护等外，还应增加下列保护措施。 （1）货叉与行走、升降机构互锁。 （2）空出库、货格虚实探测。 （3）载货台断绳保护。 （4）声光信号。 （5）软件自检措施。 三、其他各类起重设备 1．桥式起重机 2.旋转起重机 由于各类型起重机的结构特点、起重量、起升高度、速度和工作级别等不同，因此使用范围各异。技术参数各异，在起重机选用上要根据有关参数、特点和使用范围进行合理选取。 配备起重机的选择原则，主要根据以下参数进行起重机的类型、型号选择： （1）起重物品的重量、形态、外形尺寸等。 （2）工作场地的条件（长、宽、高，室内或室外）。 （3）工作频繁程度、负荷情况的要求。 （4）生产率的要求。 第六节 自动化立体仓库 一、概述 自动化立体仓库又称高层货架仓库、自动仓储系统AS/RS（Automatic Storage & Retrieval System） 1.自动化立体仓库的特点 （1）高层货架存储。 （2）自动存取。 （3）计算机控制。 2.自动化立体仓库的功能 （1）储存和保管功能。 （2）调节供需功能。 （3）调节货物运输能力。 3.自动化立体仓库的发展 二、自动化立体仓库的构成 1.货物储存系统。货物储存系统由立体货架的货格（托盘或货箱）组成。货架的结构形式可分为分离式、整体式和柜式三种，按其高度分为高层货架（12m以上）、中层货架（5－12m）、低层货架（5m以下），货架按排、列、层组合成立体仓库储存系统。 2.货物存取和传送系统。货物存取和传送系统由有轨或无轨堆垛机、出入库输送机、装卸机械组成。 3.控制和管理系统。控制系统是自动化立体仓库充分发挥其优越性的关键。 三、自动化立体仓库的设计 1.机械系统设计 （1）高层货架设计 首先要根据用户提供的库房空间和库存量，设计仓库的总体尺寸和储存货物的类型，选择仓库的形式和作业方式，据此可确定仓库的巷道数、层数、列数和货架的形式。并且考虑货架的结构形式、材料和货物单元的形式。 （2）巷道式堆垛机的选用 DA05170型巷道式堆垛机的具体参数是： 形式：单立柱、双货叉。 额定载质量：500kg 行走速度：4－8m/min 升降速度：2/12m/min 行走及升降定位精度：≤±10mm 提升高度：≤22.5m 巷道有效宽度：1200mm。 在选定堆垛机型号后，对货架的参数进行校核验算，以符合用户要求。 （3）输送机等设备的选择 仓库输送、搬运还必须利用各种输送机、叉车、自动搬运小车、升降机等其他机械设备构成出入库的运输系统。至于采用那种输送装置，要根据货物的类型、装运条件和仓库的结构等情况决定。 2.控制系统的设计 （1）信息识别系统。信息识别包括对自动化仓库中货物识别、跟踪，堆垛机自动认址、货物位置检测和堆垛机准停等内容。 （2）数据通信。自动化立体仓库由众多子系统组成。各系统之间、各设备之间要进行大量的信息交换。对不同设备的控制器应采用不同的信息接口、通信操作方式及协议。 3.仓库总体尺寸设计 （1）仓库高度 仓库高度代表立体仓库水平的一个主要参数，一般以10~20m为适宜。 如果立体仓库库存量为Ｎ、巷道数为Ａ，货架高度方向上的层数为Ｂ，则每排货架的水平方向上的列数Ｄ就可以根据公式D=N/2AB计算出来，再根据每排货架的列数以及货格横向尺寸就可以确定货架总长度。根据货架总长度、宽度和高度，在结合实际需要，考虑办公室、操作控制室、搬运机械的转弯以及其他辅助设施等，就可以确定仓库的总体尺寸。 （2）立体仓库面积 S—立体仓库所需总面积，m2； a—立体仓库面积利用率，为堆货面积与总面积之比； mq—立体仓库货物的堆存量，t； q—立体仓库单位面积上的货物堆放量，t/m2； E——通过立体仓库的月最大货物存取量（每月30天计算）; K——设计最大入库百分数; t —货物在立体仓库中平均库存期，根据统计的各种货物历年平均库存周期分析确定， H—货物的堆放高度，按照装卸工艺要求确定，m； r—货物堆存量，t/m2。 立体仓库总面积也可以由以下公式计算 f1—存放货物有效存放面积，m2； f2—入库验货场地面积，m2； f3—出库发货场地面积， m2； f4—通道（人行道、车行道）面积，m2； （3）立体仓库通过能力 b为立体仓库货物的月不平衡系数，该系数与货运量、货源、运输工具的衔接、水文气象以及生产管理因素有关。应该参照同类仓库正常情况下不少于连续三年的统计资料来分析确定。一般情况下，运量越大，不平衡系数越小；s、q、a、t意义同前。 4.堆垛机作业循环时间 对多机的作业循环时间可以分为平均单一作业循环时间和平均复合作业循环时间。 （1）平均单一作业循环时间 平均单一作业循环时间是指堆垛机从某一出/入库站开始向所有货格进行入库作业循环（或出库作业循环）所需要的总时间被货格数除所得的时间。单货叉、单伸长式的堆垛机作业时间可以用下式表示。 Ts—平均单一作业循环时间， s； j—货架列数，1~m； k—货架层数，1~n； tjk—单程移动时间，从该入库站开始到j列k层单程移动时间，s； tf—叉货时间，在出入库站或货格处，货物移动的时间，s； ti—停机时间，控制延迟时间等，s。 （2）平均复合作业时间 平均复合作业时间是指入库作业循环后，进行出库作业循环时的作业循环时间。随机确定入库货格和出库货格，计算适当次数的货格间移动时间。把其平均值加在平均单一作业循环时间里，在入库站和出库站的位置不同时，还应该加上它们之间的移动时间。单货叉、单伸长式的堆垛机作业时间可以用以下公式表示。 TD—平均复合作业循环时间， s； j—货架列数，1~m； k—货架层数，1~n； tjk—单程移动时间，从该入库站开始到j列k层单程移动时间，s； tf—叉货时间，在出入库站或货格处，货物移动的时间，s； tt—平均货格移动时间，随机确定入库货格和出库货格，作适当次数货格间移动，求得所需时间平均值，s； ts—出入库站间移动时间，入库站和出库站位置不同时的站间移动时间，s; ti—停机时间，控制延迟时间等，s。 5.堆垛机基准出入库能力 堆垛机的基准出入库能力，是用一小时内能出库或者入库的存储单元数来表示。则平均单一作业循环时间的基准出入库能力为 Ns—每小时的入库或者出库的存储单元数，存储单元/h； Ts—平均单一作业循环时间，s。 平均复合作业循环时间的基准出入库能力为 ND—每小时的入库或者出库的存储单元数，存储单元/h； TD—平均复合作业循环时间，s。 6．自动化立体仓库的布置 （1）高层货架区和作业区的衔接方式 （2）货物单元出、入高层货架的形式 贯通式:指货物从巷道的一段入库，从另一端出库。该方式总体布置简单，便于管理和维修。 同端出入式:指货物入库和出库在巷道的同一端。这种方式采用就近入库和出库的原则，能缩短出入库周期，提高搬运效率。 旁流式:指货物从仓库的一端（或者侧面）入库，从侧面（或者一端）出库，该方式在货架中间分开，设立通道，同侧门相通，从而减少了货格，即较少了库存量。
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