论述自动化立体仓库的概要 自动化立体仓库 自动化立体仓库的定义 在现代物流系统中，自动化立体仓库是一个重要的组成部分，它是一种新型 的 仓 储 技 术 ， 自 动 化 立 体 仓 库 又 称 为 自 动 存 储 / 检 索 系 统 (Automated Storage/Retrieval System，即 AS/RS)，它是物料搬运和仓储科学中的一门综合科学 技术工程
它以高层货架为主要标志，以成套先进搬运设备为基础，以先进的 计算机控制技术为主要手段，由此形成高效率的物流、大容量的科学存储，以适 应现代物流系统的需求
自动化立体仓库是现代物流技术的核心之一，是当代物流技术、仓储技术、 自动化技术高度集成化的产物，它集存储、输送、分发、管理等功能于一体；由 于采用高层立体结构，具有存储容量大、占地面积小的优点，它是工厂物流和计 算机集成制造系统中的重要环节 [18]
同样也在商业流通和城市交通等领域有着广 泛的应用
自动化仓储技术的发展历史和现实已经表明，使用自动化立体仓库能 够带来巨大的社会效益和经济效益 [19]
自动化立体仓库最早产生于 20 世纪 60 年代的美国，到现在大致经历了以下 四代的发展，并逐步向第五代过渡 [20]
① 20 世纪 60 年代产生的第一代机械式立体仓库系统（Mechanical High-rise Warehouse System)中，操作人员可通过一些电器按钮和开关来控制一些机械设备 进行入/出库作业，实现了搬运的机械化； ② 到了70年代末期，随着可编程控制器PLC、自 动 存 取 AS/RS（Automatic Storage and Retrieval System）、自动导引小车 AGVS（Automatic Guided Vehicles）、 条形码阅读器（Bar-code Scanner）等设备在立体仓库中的应用，第二代自动化仓 库系统（Automated High-rise Warehouse System)实现了控制自动化； ③ 到上世纪 80 年代末，计算机技术的异军突起及其在自动化仓库系统中的 成功应用，导致了第三代集成化立体仓库系统的诞生，形成了管理级、监控级、 执行级三级控制结构，上位管理机协调控制整个仓库系统的入/出库作业和库存管 理，并且与上位工厂计算机信息管理网相联结，实现管理微机化； ④ 进入 90 年代，出现了第四代智能型立体仓库系统（Intelligent High-rise Warehouse System），该仓库系统不仅实现了对入/出库作业和仓库信息的全自动处 理，而且还可根据生产计划报表分析、制定出所需材料与劳动力，并依据物资的 现有库存量提出外购建议，当某些物资库存量不能满足生产需要时，系统还可根据现有在库物资适当修改生产计划，并上报工厂相关部门，诸如此类人工智能已 逐步融入了立体仓库系统中； ⑤ 此外，随着电子数据交换 EDI（Electronic Data Interchange）技术的日臻完 善，自动化立体仓库系统逐步向第五代：“3I”（intelligent, Integrated, Information） 仓库系统过渡
2.1.2 自动化立体仓库的分类 2.2 自动化立体仓库的基本组成 自动化立体仓库基本由多排的立体货架构成，还包括物资自动存取设备、输 送系统、堆垛机系统、旋转货架和伺服机系统，自动分拣系统，计算机管理与控 制系统等几部分
7 自动化立体仓库 货 架 巷 道 堆 垛 机 智 能 运 输 车 输 送 机 系 统 管 理 和 控 制 系 统 出 入 库 台 图 2.2 自动化立体仓库的组成 Fig.2.2 the composition of AS/RS 固定货架部分一般由若干仓库巷道组成，每一个巷道由一台或者多台有轨道 巷道堆垛机进行操作
由存放物料的高层立体货架、货箱（或托盘）存取货物的 巷道堆垛机构成
其中，货架是固定的，货物可以存放在托盘或货箱内
高层货 架一般是用于存储货物的钢结构
目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本 形式
托盘（货箱）用于承载货物的器具，亦称工位器具
旋转货架一般由多层可分别独立旋转的货架构成，每一层货架上有若干个货 格，并有一个或多个伺服机，当某个货架旋转至伺服机位置的时候可以进行存取 操作，它适合于存放体积小，重量轻的货物
智能运输车 AGV（Automated Guided Vehicle）是指装备有电磁或光学自动导 引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有可编程功能与停车选择、安全保护以 及各种移载功能的运输小车
入库时，由智能小车负责把货物送入指定上包台;出 库时，再负责把货物运送到相关位置
根据其导向方式分为感应式导向小车和激 光导向小车
巷道堆垛机是用于自动存取货物的设备
按结构形式分为单立柱和双立柱两 种基本形式：按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式
堆垛机是可动 的机械部分，可沿上下导轨在巷道中（两排货架之间）做横向（X 向）移动：其 上设置的货叉可沿堆垛机的立柱导轨作纵向（Y 向）升降运动，在计算机控制下， X 向和 Y 向运动的组合，可使货叉在货架的任何库位实现准确的定位功能，并在 堆垛机运动时往左或往右作伸出或收回运动，用以实现放置或取出托盘和货箱的 功能
输送机系统是立体仓库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛 机将货物移走
输送机种类非常多，常见的有轨道输送机，链条输送机，升降台， 分配车，提升机，皮带机等
自动控制系统主要负责驱动自动化立体仓库系统的各个设备，目前以采用现 场总线控制模式为主
库存信息管理系统也称中央计算机管理系统，是全自动化立体仓库系统的核 心
目前典型的自动化立体仓库系统均采用大型的数据库系统构筑典型的客户机/ 服务器体系，可以与其他系统联网或集成
2.3 自动化立体仓库系统的构成 自动化立体仓库系统是基于现代信息技术、控制技术及计算机通信技术等发 展起来的综合应用系统，是现代物流观念与现代计算机及自动控制技术相结合的 产物
自动化立体仓库系统的结构在不同企业和行业具有不同得特点，从功能层 次上看，可以将自动化立体仓库系统分为 3 个层次：管理层、监控层、执行层
8 个大问题，自动化立体仓库是解决这一问题的最有效的手段之一
2.5 小结 本章介绍了自动化立体仓库的概念、发展、基本构成以及自动化立体仓库系 统构成，并介绍了立体仓库的优势
10 辆造成的压力
或者在有些物资不需要入库就直接出库的情况下，起到中转的作 用
自动化仓储系统对管理层、控制层和执行层 3 个层次的要求各不相同，对于 管理层要求有较强的数据处理能力，具有一定的智能性，例如对库存异常进行报 警，对物流设备利用率过低进行提示，对物流瓶颈提供必要的分析数据等
对监 控层数据处理能力并不一定很强，但要求有较高的实时性，具有较强较快的处理 速度，能够随时将指令送给执行层，并随时监控执行层的运行情况 [17]
对于执行 层，则要求较高的可靠性，减少物流系统的故障率
2.4 自动化立体仓库的优势 ① 提高空间利用率 [26]
早期立体仓库的构想，其基本出发点就是提高空间利用率，充分节约有限且 宝贵的土地
在西方有些发达国家，提高空间利用率的观点已有更广泛深刻的含 义，节约土地，已与节约能源、环境保护等更多的方面联系起来
有些甚至把空 间的利用率作为系统合理性和先进性考核的重要指标来对待，立体库的空间利用 率与其规划紧密相连
一般来说，自动化高架仓库其空间利用率为普通仓库的 2-5 信，这是相当可观的
② 加快货物的存取节奏，减轻劳动强度，提高生产效率
建立以自动化立体仓库为中心的物流系统，其优越性还表现在自动化高架库 具有的快速的出入库能力，能快速妥善地将货物存入高架库中，也能快速及时并 自动地将生产所需零部件和原材料送达生产线
这一点是普通仓库所不能达到的
③ 便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平
传统仓库只是货物储存的场所，保存货物是其唯一的功能，是一种“静态储存”
自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备，小仅能使货物在仓库内按需要 自动存取，而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接，并通过计算机管理 系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节
企业外 购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节，短时储存是为了 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， 这是一种“动态储存”，也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势
④ 减少库存资金积压
经过对一些大型企业的调查了解，由于历史原因造成管理手段落后，物资管 理零散，使生产管理和生产环节的紧密联系难以到位，为了达到预期的生产能力 和满足生产要求，就必须准备充足的原材料和零部件
这样库存积压就成为一个 较大的问题
如何降低库存资金积压和充分满足生产需要，已成为大型企业的一9 设备运行情况等
⑤ 物流系统信息处理
管理系统的计算机不仅要处理全部物资数据，还要在货物入/出库作业时进行 作业调度并向仓库内的有关设备发出各种相应作业命令
主终端通常是由系统管 理员和部门负责人操作
它具有对整个系统管理和控制的最高权限
用户端 1,2,3…n 可分别设置在仓库入库端、出库端或各有关部门
设备 1,2, 3…n 一般都 由自身装备的可编程控制器（PLC）控制
监控层是自动化仓储系统的重要组成部分，它接受来自仓储管理层的指令， 控制物流设备完成指令所规定的任务；另一方面，它实时监控自动物流系统的状 态，将监测到的信息反馈给管理层，为管理层调度决策提供参考
目前一般采用可编程控制器（PLC）来实现控制
监控系统是整个仓储系统实 现自动控制的中心，它沟通并协调各设备之间的联系，控制和检测整个自动化仓 储系统的运行，它具有以下功能： ① 接受管理系统发来的出/入库等任务信息
② 与管理机、堆垛机、龙门吊等现场设备通讯联系
③ 监视堆垛机、入/出输送机、龙门吊等的运行情况，并以图形方式动态显示
④ 检查判别系统状态中的不正常信息，根据不同情况进行相应处理
⑤ 对重操作、误操作分别给出提示和警告
⑥ 运行日志管理，实施自动记录系统运行情况
执行层由自动化的物流机械设备组成
物流设备的控制器接收监控层的指令， 控制设备执行各种操作
包括入/出输送控制系统、入/出输送小车控制系统和堆垛 机/龙门吊控制系统
这些设备的自动控制系统均采用当前应用最为广泛的 PLC 集 中控制系统，以 PLC 为中心，通过通信接口，接收任务信息，采集设备传感系统 的各种信息，通过 PLC 的控制软件，控制 PLC 的输出和设备的各项运动，对货物 进行存、取操作，实现货物的移动与存储
同时通过通讯接口，向上位机发送设 备的实时状态信息
执行层一般包括： ① 自动存储/提取系统，即 AS/RS（Automated Storage and Retrieval System) 包括：货架、堆垛机/龙门吊、出/入库台、缓冲站、临时存放区和输送设备（如 皮带输送机等）等
② 输送车辆，如自动导引小车 AGV（Automated guide vehicle）和空中单轨 自动车（SKY-RAV-Rail automated vehicle）
③ 缓冲站，缓冲站是临时储存物料的货架或装置，以便交接或转移
设置缓 冲站是为了协调各个物流设备的作业速度，保证物流系统正常运作
④ 临时存放区是临时存放物料的货架和区域，以缓冲出入库频繁时给输送车辆造成的压力
或者在有些物资不需要入库就直接出库的情况下，起到中转的作 用
自动化仓储系统对管理层、控制层和执行层 3 个层次的要求各不相同，对于 管理层要求有较强的数据处理能力，具有一定的智能性，例如对库存异常进行报 警，对物流设备利用率过低进行提示，对物流瓶颈提供必要的分析数据等
对监 控层数据处理能力并不一定很强，但要求有较高的实时性，具有较强较快的处理 速度，能够随时将指令送给执行层，并随时监控执行层的运行情况 [17]
对于执行 层，则要求较高的可靠性，减少物流系统的故障率
2.4 自动化立体仓库的优势 ① 提高空间利用率 [26]
早期立体仓库的构想，其基本出发点就是提高空间利用率，充分节约有限且 宝贵的土地
在西方有些发达国家，提高空间利用率的观点已有更广泛深刻的含 义，节约土地，已与节约能源、环境保护等更多的方面联系起来
有些甚至把空 间的利用率作为系统合理性和先进性考核的重要指标来对待，立体库的空间利用 率与其规划紧密相连
一般来说，自动化高架仓库其空间利用率为普通仓库的 2-5 信，这是相当可观的
② 加快货物的存取节奏，减轻劳动强度，提高生产效率
建立以自动化立体仓库为中心的物流系统，其优越性还表现在自动化高架库 具有的快速的出入库能力，能快速妥善地将货物存入高架库中，也能快速及时并 自动地将生产所需零部件和原材料送达生产线
这一点是普通仓库所不能达到的
③ 便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平
传统仓库只是货物储存的场所，保存货物是其唯一的功能，是一种“静态储存”
自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备，小仅能使货物在仓库内按需要 自动存取，而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接，并通过计算机管理 系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节
企业外 购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节，短时储存是为了 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， 这是一种“动态储存”，也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势
④ 减少库存资金积压
经过对一些大型企业的调查了解，由于历史原因造成管理手段落后，物资管 理零散，使生产管理和生产环节的紧密联系难以到位，为了达到预期的生产能力 和满足生产要求，就必须准备充足的原材料和零部件
这样库存积压就成为一个 较大的问题
如何降低库存资金积压和充分满足生产需要，已成为大型企业的一个大问题，自动化立体仓库是解决这一问题的最有效的手段之一
2.5 小结 本章介绍了自动化立体仓库的概念、发展、基本构成以及自动化立体仓库系 统构成，并介绍了立体仓库的优势
