新型穿梭板式全自动化立体仓库的应用研究

　　穿梭板、立体仓库、超高密度存储、全自动化近十年来，我国白酒行业高速发展，年产值从2004年的612亿元跃升到2012年的3746亿元。与此同时，白酒行业对于仓库配套设施也提出了更高要求，因此部分白酒企业开始了立体仓库或者高架库的建设和应用。

　　就白酒行业而言，目前已有茅台、洋河、剑南春、牛栏山等开始使用或正在建设不同自动化等级的立体仓库，其中现代化程度较高的洋河酒厂一期和二期工程，将灌装线同立体仓库整合的应用方式获得了行业赞誉，在一定时期内起到了标杆的作用。

　　穿梭板高架仓库的应用现状穿梭板可理解为一种可在专用货架内部穿行的输送小车，将货物放置到规定货位后再自动退回到起点，运送下一批货物。与普通自动化立体仓库相比，可不使用巷道式堆垛机，从而将巷道式堆垛机的占地面积用于布置货架；同时也可在有限的场地内，布置3到5层货架（总高近8米），利用人工驾驶高位叉车配合穿梭板完成出人库工作，具有较高的垂直和平面空间利用率，在食品行业中应用较多，目前国内*大的穿梭板高架仓库为河南郑州思念集团的成品冷冻库（共有2万余个货位），但在白酒行业中仅有剑南春集团有一座约2000货位的小型仓库。

　　二、现有方案的不足之处巷道式自动化立体仓库的不足虽然巷道式自动化立体仓库可以将货架延伸至高20米以上的空间，极大提高了垂直空间利用率，但其20%~33%的平面位置必须被巷道式堆垛机占用而不能布置货架，故总体空间利用率尤其是平面利用率并未达到*理想状态。

　　穿梭板高架仓库的不足穿梭板高架仓库不需要使用巷道式堆垛机，仅需在货架两头留两个可以通行高位叉车的通道，故平面利用率比普通自动化立体仓库可以提高20%~33%，但由于高位叉车有效举升高度的限制，此类仓仓库鸟瞰图邮5fil丽胶跤罚5弱丨卯即这弱5Fi「S5S！i酬棚SS酬PI以w瓯r！晷i利昶isssni丽5；画明翮liSi吓陬职财拥3讨f跽卵9帅扑）1俜i附弱财出！8如P8那偬诚<8弱SmTi涵抽I仓库物流方向侧立面右示意图堆垛机4库口输送带/厂区原有地平面库货架高度一般在8米左右，垂直空间利用率有限。

　　三、新型穿梭板式全自动立体仓库建设方案高端白酒为保证口感和品质，都有货架老熟期的要求，例如泸州老窖的国窖1573在灌装完成后均要求在货架上存放6个月以上才能出库，故从白酒品质上讲并不需要仓库具备“任意货位存取货”的功能，而更适合的是遵循“先进先出”

　　原则安排取货。

　　鉴于此，通过研究和对比分析，本方案结合巷道式自动化立体仓库垂直空间利用率高及穿梭板高架仓库平面利用率高的特点，创新出一种新型穿梭板式全自动立体仓库的建设理念。

　　仓库设计方案概述该仓库建设用地为现有厂区绿化用地，可用地面积约6000平方米，其中仓库主体占地4600平方米，分为一层总占地4000平方米的货架区和两层各占地600平方米的附楼（二楼为打码理货区，一楼为装车发货区），设8台堆垛机和10台穿梭板，出人库作业相互独立，出人库能力分别为10万件/8小时，货位数13608个，总库容95.256万件成品酒（以经典装国窖1573，500mlx6瓶/件计算）。仓库鸟瞰图如。

　　为了形象地展示出整座仓库的运行模式，这里采用示意图的方式做进一步介绍。仓库物流方向侧立面右示意图，如。

　　从中可依法向该仓库建设I物流技术与应用I虑到装车发货以及厂区现有物流走向等因素，项目组充分利用这一自然条件，构建如图中“蓝色箭头”所示的物流走向。）入库作业灌装线包装完成的成品酒（单位：托盘）用平板车运至仓库右侧“人库口输送带”，再由右侧“堆垛机”从“人库口输送带”上将托盘送至指定穿梭板上，由穿梭板将托盘送至指定货位，随后穿梭板复位或由堆垛机送至其他巷道等待下一个托盘的到来。

　　穿梭板将托盘送至左侧“堆垛机”，再由左侧“堆垛机”将托盘物流方向穿梭板专用货架通过“出库输送带”送至附楼的二层进行打码理货作业，完毕后由“提升机”将托盘下降到附楼一层的月台上等待装车。

　　仓库内部主要设备介绍本仓库要形成完整的功能需要众多软硬件设备的相互配合，在此将详细介绍本仓库关键的有三种设备及系统：穿梭板专用货架、穿梭板和软件系统。

　　本仓库采用的货架有别于普通立体仓库的货架，其*大特点是货架中贯通有一组轨道，类似于行车轨道，使穿梭板仅能在轨道中行驶。

　　从*大利用空间角度出发，本仓库货架采用54（列）x28（行）x9（层）I物流技术与应用I的排列形式，共计486巷道，换句话说，按照每一个巷道放一种产品，可以放置486种不同品规的成品酒，完全满足泸州老窖高端酒不同品种分开存放的需求。

　　货架布置见和所7K.（2）穿梭板穿梭板是本仓库的关键设备，其用于在设有专用轨道的穿梭式货架系统中升降及沿轨道行驶，以在货架上沿轨道移动货物托盘，实现货物的存取。为保证本仓库稳定运行，项目要求该设备内部所有核心台车设计获CE认证CECertificated穿梭板图电子部件均采用国外先进国家知名品牌元器件，电池选用环保、免维护锂锰电池，电池重量矣20KG，续航时间>8小时；同时须具备多项实用功能，如穿梭板自动盘库功能、自我安全防护救援等。设备图见所示。

　　堆垛机作为现代化物流仓储的基本设备已得到广泛的应用，其结构和功能已为诸多专业人士所熟知，故本文中仅对其与穿梭板的配合和衔接进行部分介绍。

　　本仓库堆垛机主要作用有三个：一是人库时，将码垛好的托盘从人库口的输送带运送至相应的端头货架处待命的穿梭板上；二是理货时，将穿梭板由一个端头货架送至另一个端头货架处，以完成穿梭板在库内的任意移动；三是出库时，将由穿梭板运送至端头货架待取的货物连同托盘一起送至出库口输送带。

　　本仓库所有功能的实现均依靠一套完善和开放的软件系统，该软件系统负责仓库所有设备的调用和运行控制，完全实现库内无人作业。

　　该系统软件由设备控制软件、数据库、应用软件、事务处理类模块、用户界面类模块和接口模块等组成。其中设备运行状态显示模块、设备远程控制模块、自动作业调度模块、通讯管理模块等与监控组态软件共同在监控工作站计算机上运行。事务处理类模块与数据库共同在数据服务器上运行。其它用户操作界面类模块视用户权限可以在管理工作站计算机、人出库工作站计算机上运行。一般情况下人出库操作员在人出库工作站上运行人出库数据处理模块以及数据询模块中被授权的功能。

　　决定本仓库出人库能力的关键是设备能力，尤其是堆垛机和穿梭板的运行速度，因此要满足本仓库出人库能力各为10万件/8小时的需求，只需要核算这两种设备的效率即可。

　　在本系统的设计过程中，将堆操机的水平运行机构的速度设定为四档（见），分别为爬行（4m/min）、低速（30m/min）、中速（70m/min）、高速（120m/min）。PLC进行运动控制时，接收到控制器发出的目的地址，然后对当前地址和目的地址进行比较，计算出当前地址狱蛔i线曲>洒蛔曲线c堆垛机水平运行速度曲线货格列距离目的地址的距离，以一个货格的距离作为一个单位距离。当该距离大于6个单位距离时，采用曲线a的运行方式，在启动和停止时利用一定的加速度启停，从而保证停准的精度，中间位置则利用*大速度运行，从而有效提高效率；当该距离小于6个单位距离时而大于2个单位距离时，则采用曲线h的方式运行；而当该距离小于2个单位距离时，则采用曲线c的方式运行。通过各个速度之间进行切换，既保证了堆垛机工作的效率，也减小了运动中的冲击现象。同样，升降机构的垂直起升运行也设定了H种不同的速度（见），分别为低速（4m/min）、中速（20m/min）、高速（40m/min），在正常运行时，采用高速以提高效率，接近目标时降至低速以利于提高停准的精度。此外，为了保证货物存取的稳定性和安全性，堆垛机货叉的运行速度不得过快，本系统设计中将货叉的伸缩速度分别设置为低速（3m/min）、高速（30ra/min），行程1.35米。

　　按照以上的参数设置。通过专业软件分析，得出堆垛机的作业效率如下入库能力单台堆垛机平均作业效率为：47托盘/小时；人库使用4台堆垛机，则人库能力为：188盘/小时，按每盘70件则人库能力为约10.5万件/8小时；单台堆垛机平均作业效率为：47托盘/小时；出库使用4台堆垛机，则人库能力为：188盘/小时，按每盘70件则出库能力为约10.5万件/8小时；单就堆垛机而言，出人库各使用4台堆垛机符合本仓库出人库各10万件/8小时的能力需求。

　　由于穿梭板是国内仓储行业的新兴设备，理论研究报告不多，故本系统在设计时采用现场实测的方式对相关数据进行采集。相关参数如下：满载*大运行速度58m/min，满载*小运了速度5m/min，加速度0.6m/s2，直线平均运行37米，延时等待时间为1秒。

　　核算过程如下：穿梭板从*近点到*远点距离：s3=37米米由于穿梭板要有如下运行步骤：从接口处取上货物、加速运载货物、高速运载货物、减速运载货物、向货架区放下货物。经实测，其T序衔接总等待时间t4=l秒。

　　综上，穿梭板入库/出库的作业周期T=tl+t2+t3+t4=41秒；单台穿梭板每小时作业效率为：3600+41=87盘/小时。人库/出库设计各采用5台穿梭，各为8=24.3万件/8小时，远大于10万件/8小时的设计值，即本设计穿梭板效率满足要求。

　　（：1.泸州老窖集团有限责任公司设备能源总工程师；2.国家二级建造师，现供职于泸州老窖集团有限责任公司）