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電子商務(wù)與智能製造技術推動了自動化立體倉庫的快(kuài)速發展與(yǔ)創新,在現(xiàn)代物流業中更加(jiā)注重考慮物流係統整體的密度以及數字化、智能、信息化集成應用,而不是僅考(kǎo)慮單(dān)一設備和係統的能力,產生了“密集倉儲”的概念[1,2]。在物(wù)流產業的快速發展(zhǎn)過程用中,需要(yào)對物流倉儲係統進行(háng)全麵規劃和創新(xīn)設計(jì)。與(yǔ)普通立體倉庫相比,密集(jí)倉儲(chǔ)土地利用率和空間利用率上可提高20%~100% 左右,同時作業效率可提高20%,運行能耗可降低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,其市場發展(zhǎn)前景廣闊[3]。作為麵向密集倉(cāng)儲的重要搬(bān)運設備,智(zhì)能托盤式四向穿(chuān)梭車(以下簡稱四向車)是一種智能型軌道導引自動換向變軌的搬運設備,在(zài)電控係統控製下(xià),通過編碼器、RFID、光電傳感(gǎn)器等數字化(huà)技術精確定位各個輸入、輸出工位,配置智能化(huà)調度係統,接收物料後進(jìn)行自動往複穿梭搬運,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,能夠促進(jìn)單元(yuán)物料快速實現平麵自動輸送。在智能化調度係統的驅使下,多層多車協同並行作業,從(cóng)而實現精準(zhǔn)、高效的作業(yè)模式(shì),為企(qǐ)業的物流存儲係統提供新的(de)物流解決方案
關鍵機構設計
四向車根(gēn)據任務要求,協同往複式提(tí)升機,通過行駛軌道在貨(huò)架不同層、不同貨道內完成作業任務,在倉庫監控係統的控(kòng)製和調度下,整個密集(jí)庫可以實現多層多車同時運作,各四向車在(zài)工作時可以向信息管理係統上傳位置、速度、電量、有無貨、故障、工作情況等信息;四向車具備整存整(zhěng)取、倒貨移動、托盤(pán)點數等作業功能,實現物料快速出庫和庫(kù)存管理;其內部設置(zhì)有避障功能和故障報警提示功(gōng)能,能夠起到安全保護(hù)作用,並及時反饋故障信(xìn)息。從(cóng)硬件係統(tǒng)來看,四向車主要由車架、頂(dǐng)升機構、驅動機構、車輪組、電源、電氣控(kòng)製等部件組成(見圖1)。

數字化控製及通訊技術
四向車采用PLC 及工控機技術,實現邏輯控製,結合底層路徑自學習算法(fǎ),確保高速運行、精準定位、安全可靠。四向車(chē)選用SIMATIC S7 係(xì)列PLC 作為核心控製器(qì),充分利用其豐富的擴展性集成接口,將傳感器(qì)模塊、供電模塊、無線通訊模塊以及執行機構模塊等集成,實現整車運動導引、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(chéng)計算處理(lǐ)後(hòu),轉變成具體的控製信號並輸送至控製(zhì)執(zhí)行機構運動的驅動(dòng)控(kòng)製模塊(kuài)中,在該模塊中對驅(qū)動直流電機進行調速,進而控製執行機構完成相應動作。在這一過程進(jìn)行中,各(gè)類傳感器和RFID 係統將采集的定位、檢測、故障等信息通過Zigbee 子模塊反饋給(gěi)上位(wèi)器,並由狀態顯(xiǎn)示器反饋給倉庫操作人員,實現(xiàn)四向車動態信息的雙向傳遞。控製係(xì)統結構如(rú)圖4 所示。

密集倉儲(chǔ)係(xì)統的智能調度技(jì)術
基於WCS 可以實現作業任務設(shè)置、貨位(wèi)決策優化、密集(jí)多深位存(cún)儲、多層多四向車作業調度等各種功能。密集(jí)倉儲係統采用多任務模式,為保證四向車集群全局效率提升,需(xū)製定合理(lǐ)有效的智能調(diào)度(dù)策略。智能化調度包括庫(kù)區分配、任務優先級劃定、貨位分配(pèi)、路徑規(guī)劃等。在WCS 控製下,密集(jí)庫中(zhōng)各設(shè)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(kě)視化監測;作業終端基於可視化界(jiè)麵對多設備、入出庫作(zuò)業、多(duō)深(shēn)位貨物狀態進行監控(kòng),並根據作業數據分析完成遠程診斷。密集倉儲係統調(diào)度(dù)架構如圖5 所示。

作業能力評估
四向車的作業(yè)能力受倉庫(kù)訂單任務、調度技術、存儲策略、作業模式、設(shè)備技(jì)術(shù)參數等因素的影響,其高低直接影響密集倉儲係統的效率。四向車在垂直交叉軌道上切換方向完成貨物的水(shuǐ)平出入庫,具備單(dān)一作業和(hé)複合作業兩種模式。
在(zài)單一(yī)作業模式中,四向車(chē)一個周期內隻完成一個出(入)庫任務;在複合作業模式中,設備(bèi)一個(gè)周期內完成入庫和出庫兩個任務。在基於(yú)每層一台四向車的係統配置下:
1)在單一作業(yè)模式中,四向車入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(yī)作(zuò)業時間為t1, 則該模式下的出入(rù)庫能力η1 可計算為
2)在複合(hé)作業模式中,假設四向車的平均複合作業(yè)為(wéi)t2, 則對應的出入庫η2 為
應(yīng)用案例
案例四向車已在某公司密集庫項目中得到實際應用。該密集庫實現化工成品、半(bàn)成品存儲,整(zhěng)盤入出及揀選出庫等功能,總的占地麵積為1 765 m2,貨架總體高度為(wéi)12 m,共有貨位4122 個。單(dān)元托盤尺寸為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(rù)出(chū)庫(kù)量(liàng)不少(shǎo)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(de)不同需求,在做大量的需求調研和分析後,設計出一套符合該企業需求(qiú)、性價比高、可拓(tuò)展的方案,經實際測試該密(mì)集存儲係統項目建成後與傳統(tǒng)立體庫相比,庫容量提高了(le)35%,設備運行用電量能耗降低了30%。
優越性能
① 提高空間利用(yòng)率:其(qí)空間利用(yòng)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(huò)物中出現(xiàn)的差錯;
③ 貨物在運送中(zhōng)實現自動化,減少貨物的(de)破損率;
④ 從傳統的“結果導向(xiàng)”轉變成(chéng)“過程控(kòng)製”,從傳統的“數據錄入(rù)”轉 變成“數據采集”;
⑤ 先進的物流係統,提高企業生產管理水平;
⑥ 適用(yòng)環境不受層高(gāo)限製,適用於低於5米高倉庫和高於24米以上倉庫都很適用。
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