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我國自動化立體倉庫的建設與發展
中國立體倉庫的前進
一、背景介紹
立體倉庫的產生和發展是第二次世界大戰之后生產和技術發展的結果。50年代初，美國出現了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫；50年代末60年代初出現了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發展，并形成了專門的學科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發展速度越來越快，成為當今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。
我國對立體倉庫及其物料搬運設備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機（機械部北京起重運輸機械研究所），1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫（高15米，機械部起重所負責），該庫1980年投入運行。到2003年為止，我國自動化立體倉庫數量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計算機進行控制管理而利于企業實施現代化管理等特點，已成為企業物流和生產管理不可缺少的倉儲技術，越來越受到企業的重視。隨著科學技術、信息技術、自動化生產技術及商品化經濟的迅速發展, 生產中所需原材料、半成品、成品及流通環節中的各種物料的搬運、儲存、配送及相應的信息已經不是一個孤立的事物。事實上, 從制造資源計劃(MRPⅡ)到企業資源計劃(ERP)的發展過程中, 物流的各個環節已完成其集成化過程。自動化倉儲、物流及信息流已成為組織生產、連接生產、銷售、管理各網絡中的關鍵節點, 并且作為降低物流費用的重要手段在國民經濟中起著越來越重要的作用。我國第一座全自動化立體倉庫──北京汽車制造廠自動化立體庫, 是北京起重運輸機械研究所研制生產的。20世紀80年代, 自動化立體庫在我國得到應用后, 在20世紀90年代得到迅速發展和廣泛應用。二十多年來, 北京起重所設計制造了各種形式的自動化立體倉庫100余套, 產品廣泛應用于機械、冶金、化工、醫藥、軍工、食品、運輸和電子等行業, 領導和推進了我國物流技術的發展和應用。2000年,北京起重所又完成了我國迄今國產規模最大、技術水平最高的大型全自動化立體庫侖庫──聯想電腦公司集成化物流系統。聯想公司物流系統集成了當前國際上最新的立體倉庫技術, 全系統采用了約30余項新技術。巷道堆垛機是立體倉庫系統的關鍵設備之一, 其中的運行調速技術、激光測距技術、貨叉調速技術、起升機構的認址技術, 變截面立柱技術等10余種新技術均為我國的最新研究應用成果或國際先進技術。輸送機設備采用了組合式結構、懸臂式升降臺等多項新技術和托盤自動收集技術。分配車在運行調整、認址等方面均采用了最新的研究成果。雙車避讓技術的采用使分配車達到了比設計要求更高的能力。貨架結構采用有限元分析。表面處理采用表面噴塑新工藝, 美觀耐用。控制系統采用了PROFIBUS現場總線控制技術, 與R/3系統的高度集成體現了該立體倉庫系統在與大型信息系統集成方面取得的突破成績。聯想公司自動化物流系統是我國自行研制的具有國際先進水平的物, 該系統的成功運行標志著我國物流自動化技術水平又上一個新臺階。
二、技術現狀
一個比較完善的自動化立體倉庫系統主要包括:
(1)貨物的存放、周轉—高層貨架及托盤、貨箱;
(2)入、出庫作業—堆垛起重機;
(3)入、出庫分配系統—輥式、鏈式輸送機、分配車、升降機等;
(4)自控系統—包括由計算機控制的入、出庫設備、分配系統以及各種檢測、保險機構的全部電控裝置;
(5)計算機管理系統—倉庫的賬目管理、數據分析、合理管理貨位、設備運行又庫存情況的狀態顯示等。管理系統與控制系統聯網。
(6)入、出庫頻率不高的立體庫幾個巷道可共用一臺堆垛機，此時應配備堆垛機轉軌設備(如轉軌車)。
我國自動化立體倉庫各主要設備的技術現狀大致如下:
1.高層貨架及托盤、貨箱
高層貨架是自動化立體倉庫的主體結構部分。一般是鋼結構采用焊接或組裝而成。每排貨架分若干列、層單元貨格，每貨格中一般存放1－－3個托盤(貨箱)。目前國內制造的高層貨架一般在20米以下，以10－－15米居多。貨架所用型鋼，焊接式貨架多采用熱軋型鋼。組裝式貨架多采用薄型冷軋型鋼。焊接式結構牢固、耐用，但笨重。組裝式外形美觀，拆裝性能好，運輸方便。因冷軋薄壁鋼截面力學性能好，因此重量輕省鋼材，降低成本，潛力很大。如接插部件設十分合理亦很牢固.是高層貨架的發展方向。貨架結構型式設計一般是當托盤(貨箱對泛寸較大時采用牛腿式結構，每貨格存放一個托盤(貨箱)。托盤尺寸較小時采用橫梁式結構。每貨格可存放1-3個托盤(貨箱)單元。目前橫梁式貨架結構的使用用戶多于牛腿式.并有進一步增加趨勢。托盤(貨箱)目前使用較多的是鋼結構或鋼木結構，但隨著輕型塑料工業和注塑技術的發展.塑料托盤(貨箱)以其美觀、耐腐蝕、重量輕等優點，在較小尺寸及重量的托盤(貨箱)中將占重要地位。
2.堆垛起重機
堆垛機是自動化立體倉庫中存、取貨物作業的主要執行設備。它在貨架的巷道中可承載貨物水平運行、升降、左右伸叉，完成入庫、出庫、倒庫等各種作業功能。為使堆垛機認址準確。水平、垂直、伸叉運動均設置正常運行速度和慢速兩種以上速度(或用變頻無級調速).以減少停車時沖擊.并能準確到位，達到水平運行士lOmm、垂直升降士lOmm，左右伸叉士5mm的停準精度要求。堆垛機設置貨位和載貨臺虛實檢測裝置，防止由于控制(或管理)失誤，在貨位已被占用的情況下重復入庫造成事故。堆垛機設置原位及停準指示.如因慣性或其它原因未停準，堆垛機將按照PC;程序控制自動“糾偏’。此外，堆垛機還設置運行、起止的終端限速、限位開關，并在最終端設機械車擋.防止堆垛機各機構運行超過極限位置。為確保帶司機室的堆垛機司機和貨物的安全，載貨臺設斷繩保護裝置或限速防墜裝置。堆垛機電器系統還設有常規的電器互鎖，失壓保護、零位保護、過載保護等功能目前堆垛機各機構運行速度為:水平運行80m/min:升降10-16m/min:貨叉8-15m/min。
3.人出庫分配系統
在自動控制的立體倉庫中。入、出庫分配系統按照計算機指令將入庫貨物分配至某一巷道口，再由該巷道堆垛機按照指令送到指定的排、列、層貨位。出庫時按照相反方向輸出。在貨物的入口處可設置稱重裝置。超高、超寬尺寸檢測裝置使進入庫區的貨物不會出現超載超重或超尺寸引發事故。
目前輸送貨物大多根據貨物、托盤或貨箱的結構、重量確定用輥式或鏈式輸送機。輸送貨物的交叉路口處往往使用升降機解決高差問題。另外，應設一個輸送通道，使重量、尺寸不合格的貨物(托盤)輸送到指定點整理后再進入庫區。也可用于揀選入、出庫時(散件入、出庫)，將單元貨物送入該處，揀選后返回。 當入、出庫頻率要求不高時，可考慮幾個巷道共用一臺堆垛機。此時應配備轉軌車或其它轉軌設備。以便使堆垛機轉入另一巷道。
4.自控系統
庫區全部可運行設備，如堆垛機、輸送機、升降機、分配車、轉軌車等，以及這些設備的運行保障系統，均應由計算機統一程序控制。控制系統有對機、電及其它故障的報警及診斷顯示功能。并對某些報警可自行處理。各設備運行實現自動銜接，動作可靠。一般選用高質量的可編程控制器(PC)。為確保各機構運行平穩可靠、認址準確，亦應選用高質量的變頻器、光電元件及其它優質控制元件。
5.計算機管理系統
計算機管理系統應能對全部貨位和全部庫存貨物完成以下主要管理功能:
(1)按照要求實現貨物的先進先出、某巷道優先、均勻分布等管理功能，進行入、出庫貨位管理;
(2)按照貨位和貨物品種盤庫、查詢;
(3)打印各種統計報表;
(4)庫存情況分析;
(5)修改數據文件各項內容。
管理機可選用486,586各檔微機，能與下級監控、控制機實現聯機通信。通信方式可采用電纜或封閉型安全滑線，最好采用紅外線信號傳輸系統。安裝簡便，傳輸可靠壽命長。根據需要可在庫區顯要位置和機房內設置設備運行和作業目標的數字、文字或圖形模擬顯示裝置以便監控全部作業過程。
綜上所述我國立體倉庫行業已形成一定規模和開發能力日前立庫市場的主流是:單機自動控制、變頻調速運行機構(因水平運行和貨又伸縮不能同時動作。可使用同一變頻器)、封閉滑觸線供電、載重量600公斤以下，高度10-15米的堆垛機.配以冷軋薄壁型鋼組合式貨架，入、出庫輸送機或手推車。可配備一個管理機負責庫房賬目管理的立體倉庫。但與發達國家相比還有很大差距
目前，美、日等發達國家立庫高度已達幾十米。建庫數均達數千座。堆垛機運行速度超過100m/min，具有形式繁多的入、出庫物流分配系統和安全保障系統。立庫設備的形式根據用途多種多樣。重力式貨架已在成功使用，而國內基本上還是空白。
三、發展好于預期
1.市場發展情況
據不完全統計，截止到2006年底，全國自動化立體庫的保有量已超過500座。2006年建設的自動化立體庫在80座以上，主要集中在機械制造、汽車、煙草、食品加工、服裝生產、醫藥生產及流通等行業，與2005年相比，整個市場有了很大發展。主要表現在:
(1) 煙草行業建設的自動化立體庫數量有所下降，新建立體庫約10座。目前，煙草制造行業還有上一輪全面技改項目中部分尚未完成的項目。煙草銷售企業多采用簡易平庫或叉車立體庫，基本不采用自動化立體庫。如希望煙草行業出現大的市場需求，則要等待煙草制造、經銷企業的進一步升級改造和設備更新換代;
(2)醫藥行業:醫藥生產企業對自動化立體庫的需求依然穩定，2006年建設的自動化立體庫為1020座，像三九制藥、揚子江制藥等企業隨著生產規模的擴大都建設了自動化立體庫。在GSP認證的推動下，醫藥經銷企業對自動化立體庫的需求依然很大，2006年新建自動化立體倉庫超過10座;
(3)機械行業中的一些標準件、緊固件生產企業、閥門、水泵制造企業紛紛建設自動化立體庫;
(4)汽車生產企業雖然在車身及配套件存儲方面均采用了自動化立體庫，但基本采用國外產品，每年汽車行業新建自動化立體庫在10-20座之間;
(5)伊利、蒙牛等大型乳品企業建設自動化立體庫的熱情高漲，2006年該行業建設的自動化立體庫超過15座，而且普遍規模較大，2007年規劃建設的項目還很多，其中包含一定數量的冷凍庫;
(6)雖然家電制造業對自動化立體庫的需求依然不旺，但家電銷售企業如蘇寧等企業紛紛建設自動化物流配送中心，擴大了自動化立體庫的市場;
(7)2006年服裝行業巨頭雅戈爾公司率先建設了服飾自動化物流中心，其中包含1座自動化立體庫。隨著使用效果的凸顯和企業間的傳播，其他企業必然效仿，該行業孕育著巨大的市場;
(8)軍隊自動化立體倉庫建設速度加快，近兩年全軍列入建設計劃的自動化立體庫有幾十座，各供應廠商格外重視該市場領域，今后的競爭將日趨激烈。
2.技術和產品發展情況
面向冷飲生產企業、工作溫度在一20℃以下的自動化立體庫在國內有一定需求，目前國內供應商還不能提供完全符合要求的解決方案和相關產品，只是簡單置換為適用于低溫條件的元器件，或者采取一些局部加熱保溫措施，勉強滿足用戶使用要求，但效果不理想，急需供應商攻關研究，從總體設計和設備研制上全面著手，提供適合行業需要的整體解決方案。
3.供應商發展情況
行業企業總體數量變化不大，除有個別企業經營不善淡出市場外，也有幾家國外廠家加入國內市場競爭，同時出現了國外企業并購國內企業的現象2007年市場需求看好。
2006年自動化立體倉庫市場總體發展是穩健快速雖然總體利潤下降，但各廠家均生產訂單飽滿售結果好于預期。預計2007年形勢會更好，全年自動化立體庫建設規模將接近100座。今后 ，隨著中國企業規模的擴大和數量的增加，以及重視與合理應用土地這一稀缺資源的意識不斷增強，具有節約土地資源優勢、提高企業管理水平的自動化立體庫必將得到更廣泛使用。應用領域的進一步擴大，將對相應設備和技術提出新的、更高的要求，中國企業必須進行全面技術創新和產品升級，才能抓住時代賦予的機遇。
四、適應國情，適度發展
目前我國已基本確立市場經濟。技術的發展無疑受市場的促進或制約。但由于市場還不十分完善和規范，它又往往不只取決于是否需求。尤其對于立體庫這樣的較大項目(少則幾十萬，多則幾百萬或更多)。資金往往成為關鍵。 但隨著各行各業的發展，我國的立體倉庫事業也必將獲得長足進步。今后幾年，管理機與堆垛機及入、出庫分配系統聯網實現全自控的立體倉庫將日益增多.成為立體倉庫市場的主流。隨著市場的擴大，新型式、更高檔次管理、控制系統的立體倉庫將不斷出現，設計、制造適用于各種貨物的專用堆垛機和物流輸送系統將成為立體倉庫生產廠家的重要任務之一。更加輕型、組裝性能更好、穩定性更好的貨架生產工藝和貨架型材軋制工藝也將得到開發和完善。總之，我國自動化倉庫技術將隨著國內市場變化而不斷更新發展.同時.立體倉庫設計制造單位的專業經驗亦將引導促進我國立體倉庫事業的進步。
五、引進先進技術，邁上新臺階
從立體倉庫設計、制造和使用的現狀來看。發達國家走在我們的前面。引進、消化、吸收國外先進產品與技術，最終國產化成為自己的產品，這無疑是一條捷徑。先決條件是要引進先進的、并適合國內市場的項目。決非盲目引進。目前針對立體庫主要設備進行全套技術引進的在國內很少，某種意義上講，誰先走一步。誰將有可能領先一步，占領市場。引進應掌握以下幾點:
(1) 要引進先進的實用產品的全面技術，即不僅引進產品、還應引設計、工藝技術。新穎的設計與先進的工藝手段同樣重要，而工藝技術的提高往往更為耗資費力。
(2)消化吸收要快.盡快掌握成為自己的技術。
(3)盡快國產化.不能長期靠進口配件維持。但要掌握一個原則.即國產替代配套件的質量不應低于進口配件.否則又部分地失去了引進的意義。
(4)引進技術不僅要看到當前市場需求，還要看到未來市場的發展。消化吸收后，產品應是當前市場的先進產品。確立一個較高起點，在此基礎上培養出自己的開發能力。市場變化后，仍處于領先地位。如能達到以上幾點，引進就是成功的。
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每個堆垛都有固定的地址編碼,堆垛機其實是認碼不認“人”，根據地址碼找到相應堆垛的。打個比方，電視遙控器每個按鍵相當一個堆垛，按下某個鍵，那個鍵的特定編碼使電視機知道你讓它做什么，不會出錯。
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