摘要：自动化立体仓库，也叫自动化立体仓储，物流仓储中出现的新概念，利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化。自动化立体仓库，是当前技术水平较高的形式。自动化立体仓库主要分为单元货架式立体仓库、贯通式立体仓库、自动化柜式立体仓库和条型货架立体仓库。并可根据货架高度不同，还可细分为高层立体仓库（15米以上）、中层立体仓库（5～15米）及低层立体仓库（5米以下）等。由于高层立体仓库造价过高，对机械装备要求特殊、且安装难度较大，因而相对建造较少；底层立体仓库主要用于老库改造，是提高老库技术水平和库容的可行之路；目前较多的是中层立体仓库。

一、自动化立体库概述

1.1自动化立体库的概念

    仓库是保管、储存物品的建筑物和场所的总称。自动化仓库是由电子计算机进行管理和控制的，不需要人工搬运作业而实现收发作业的仓库。立体仓库是指采用高层货架配以货箱或托盘储存货物，用巷道堆垛起重机及其他机械进行作业的仓库。自动化立体仓库又称自动存储取货系统，借助机械设施与计算机管理控制系统实现存入和取出物料的系统。自动化立体仓库是自动化仓库与立体仓库的有机结合，实现仓储过程自动化的自动仓储系统。

1.2自动化立体库的发展状况

1.2.1国外发展状况

    美国于1959年开发了世界上第一座自动化立体仓库，并在1963年率先使用计算机进行自动化立体仓库的控制管理。此后，自动化仓库在欧美一些发达国家和日本迅速发展起来。70后代以来，发达国家大力推广商品物流自动化、高速化、信息化，在各大城市纷纷建立了大型自动化立体仓库。进入80年代，自动化立体仓库在世界各国发展迅速，使用范围涉及几乎所有行业。随着科技的不断发展，先进的技术手段在自动化仓库中及时得以应用，实现了信息自动采集、物品自动分拣、自动输送、自动存取，库存控制实现了智能化，自动导引车得到广泛应用，大大提高了仓储作业效率，一座大型自动化立体仓库每小时可完成500～800次出入库作业。

1.2.2国内发展状况

    相对国外发达国家而言，我国的自动化仓库的发展起步较晚，自1974年在郑州纺织机械厂建成我国第一座自动化立体仓库以来，我国自动化仓库领域的发展速度比较缓慢。至1980年我国已经建成和正在施工建设的自动化立体仓库达到21座。

    我国的自动化仓库大部分是简易的中低层小型分离式仓库。货架只有单元货架和重力货架两种。作业方式几乎都是巷道堆垛机配以小车、叉车或输送机等周边设备。这些仓库主要分布在机械制造业，其次是商业、电气行业。

1.3自动化立体库的分类

1.3.1单元货格式立体仓库

    单元货格式立体仓库是一种标准格式的通用性较强的立体仓库，其特点是每层货架都是由同一尺寸的货格组成，货格开口面向货架之间的通道，装取货机械在通道中行驶并能对左、右两边的货架进行装、取作业。每个货格中存放一个货物单元或组合货物单元。

    这种货架以两排为一组，组间留有通道。堆垛机需在通道间行走，所以这种仓库需留有较多的通道，面积利用率约为60％，空间利用率较高。

1.3.2贯通式立体仓库

    贯通式立体仓库是—种密集型的仓库，这种仓库货架之间没有间隔，不留通道，货架紧靠在一起，实际上成了一个货架组合整体。这种货架独特之处在于，每层货架的每一列纵向贯通，象一条条隧道，隧道中能依次放入货物单元，使货物单元排成一列。每层货架中安装一台穿梭子、母车，穿梭子车通过安装在货架底部的轨道行走于货物下方，通过穿梭子车的顶升机构将货物托起后移动货物。

    这种货架全部紧密排列，因而仓库平面利用率和容积利用率可大幅度提高，可达90％。若这种仓库由通道一端入库，通道另一端出库，则可严格实行货物的先进先出，有效防止呆滞货存在。这种仓库的货架两端（或同一端）是独立的进库和出库操作区域，有利于规划仓库作业区，防止进出库作业互相干扰及管理混乱的问题有利于文明管理和提高工作效率。这种货架主要缺点是：很难灵活进行定点存储，货物只能依次出、入自动化仓库，如需定点存储、导出则需先将该货物之前的其他货物倒入其他空余巷道。

1.3.3自动化柜式立体仓库

    自动化柜式立体仓库是小型可移动的封闭式立体仓库，由柜外壳、控制装置、操作盘、贮物箱及传动机构组成。其主要特点是小型化、轻量化、智能化，尤其是封闭性强，有很强的保密性。适合于贵重的电子元件、贵金属、首饰、资料文献、档案材料、音象制品、证券票据等的储存。

二、锂膜后道自动化产线中自动化立体库的组成

    自动化立体库具体由以下几部分组成:高层货架、穿梭子母车、输送机系统、管理软件系统。

2.1高层货架

    货架主要由立柱、横梁、导轨等组成。

图1高层货架

2.1.1立柱

    两根立柱由横撑、斜撑以尼龙自锁螺栓连接而成，可以有效防止螺栓松动后引发货架失稳。

图2立柱安装组成图

3立柱截面形状

2.1.2端面支撑/导轨/横梁

     导轨选用2.75mm的折弯件，穿梭车货架横梁：选用60*40*1.5的矩形管；

图4导轨截面形状

2.2穿梭子母车

2.2.1穿梭母车

     穿梭式母车是一种应用于子母车密集仓系统的单体运动设备。母车采用PLC控制，通过无线通讯与地面设备进行通讯。操作人员可以通过遥控器进行本机操作，也可以在线由上位机操作。监控计算机与管理机通过TCP/IP协议连接。利用车体内部的光电传感器检测穿梭板车或货物驶入或驶离母车；母车的运动采用先进的条码定位和变频技术实现高精度定位。

图5穿梭母车

    穿梭母车的主要技术参数：

    1.载重：1000kg；

    2.行走速度：满载90m/min，空载120m/min；

    3.行走加速度：满载0.5m/s2，空载0.5m/s2；

    4.定位精度：±3mm；

    5.通讯方式：无线通讯。

2.2.2穿梭子车

    穿梭子车主要包括车体系统、电气装置、供电系统、控制系统等。穿梭子车控制系统接收遥控器发出的作业指令，利用SIEMENSPLC处理器，将分布在车体四周和顶面的探测器和传感器的自动信息采集装置采集的信息进行综合处理，保证穿梭子车自动完成入库作业循环、出库作业循环，并可以向上位机控制系统提供穿梭子车运行的当前信息。

图6穿梭子车

    穿梭子车主要技术参数：

    1.载重：1000kg；

    2.行走速度：满载：48m/min；空载：60m/min；

    3.行走加速度：满载：0.5m/s2；空载：1m/s2；

    4.顶升高度：40mm；

    5.定位精度：±5mm。

2.3货物垂直输送机

     货物垂直输送机是子母车系统中垂直运动的重要设备，主要用途为货物的不同层存入和取出。货物垂直输送机采用用多点链条牵引载货台往复运动，PLC自动控制。

图7货物垂直输送机

    货物垂直输送机主要技术参数：

    1.载重：1000kg；

    2.负载最大速度：60m/min；

    3.负载最大加速度：0.5m/s2；

    4.定位精度：±3mm

2.4出入库输送系统

    出入库输送机采用交流异步电机驱动链条，带动货物移动。输送机的控制方式采用手动及联机自动控制方式。

图8链条输送机

2.5管理软件系统

2.5.1管理软件系统结构

    该系统分为仓库管理系统即WMS系统，仓库监控系统即WCS系统。WMS系统管理库存物料信息、出入库数据、库存数据，以及报表的产出。WCS系统负责监控控制执行系统状态以及将WMS的出入库信息转化成指令对其发送并调度执行。PDA手持终端负责物料条码、托盘条码的扫描，实现入库组盘操作。出库实现扫描分拣，提示需要分拣的数量。服务器上安装系统的服务程序以及数据库。WMS系统、WCS系统通过网络与服务器连接，实现数据的写入、读取与共享。

2.5.2仓库管理系统

    本系统为客户端/服务端架构，采用C#语言开发，数据库采用SQLServer，运用计算机技术，对仓储作业的作业计划、作业过程以及作业变更等方面进行管理，从而对仓库物资的实现管理、库存准确查询、库位管理、仓储物资出入管理、物资分拣、物资盘点、实时报表输出等一系列数字化操作。

    该WMS系统涵盖以下功能，参见图9WMS功能架构图。

图9WMS功能架构图。

2.5.3仓储监控系统

     仓库监控软件（WCS），提供与外部系统（如WMS）对接的接口，将管理作业计划转化为作业指令格式，向控制执行系统发送相应货位的入出库作业指令，当WCS服务执行完成或执行失败这些指令时，将向外部系统提供反馈，实现实时接收控制执行系统的作业方式、状态信息以及报警信息，同时图形化动态显示于监控界面。该WCS系统涵盖以下功能，参见图10WCS功能架构图。

图10WCS功能架构图

三、锂膜后道自动化产线中自动化立体库系统设计

3.1自动化立体库系统布局

    该自动化立体库每层17个巷道，每层498个货位，共计2490个货位。每层设置一个子母车巷道，一台子母车系统，共计5套字母车系统。出库、入库分别设置一台货物垂直输送机和出入库输送系统。

图11自动化立体库布局图数字代表：1.穿梭子母车系统2.出库垂直输送机3.入库垂直输送机4.母车巷道5.货架

3.2入库流程

    自动导引小车将货物送至立体库入库口处与入库链条输送机对接，货物通过检测门进行外形检测、条码扫描等检测合格后链条输送机继续向前输送到达垂直输送机处，垂直输送机将货物送至系统调动对应层，穿梭子母车将货物运送到指定货位后，入库完成并更新库存信息。

图12入库流程图图

13入库位置分布图

3.3出库流程

    WMS系统接收客户订单信息后，根据预定原则和库存信息分析订单，下达出库任务；穿梭子、母车将对应托盘取出并运送到出库货物垂直输送机处，由货物垂直输送机将货物运送到一层出，通过链条输送机运送到自动行走小车上，出库结束并更新库存信息。

图14出库流程图

图15出库位置分布图

3.4系统工作能力

    系统综合作业能力：整体效率不低于80托/小时

    注：上述作业能力为综合作业能力包括货物的入库、出库和空托盘的入库、出库以及因作业需求而进行的托盘的货位调整。

四、结论

    锂膜后道自动化生产线中应用的自动化仓储系统中采用了自动输送机械、穿梭子母车、仓库管理系统和仓库监控系统，将仓储过程各环节的作业系统集成为一个有机结合的综合系统，称为仓储管理系统，在仓储管理系统的统一控制指挥下，各子系统密切配合，有机协作，使整个仓储系统的总体效益大大超过了各子系统独立工作的效益总和。大大提高了仓库的单位面积利用率，提高了劳动生产率，降低了劳动强度，减少了货物处理和信息处理过程的差错，合理有效地进行库存控制，能较好地满足特殊仓储环境的需要，提高了作业质量，保证货品在整个仓储过程的安全运行，便于实现系统的整体优化.货品的仓储过程几乎可以不需要人的参与，完全实现了仓储的自动化。