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伍強精品課堂:自動化立體庫庫前輸送系統的設計問題

作者:尹軍琪 時間:2022/05/30 來源:伍強智能科技


01 概述

        自動化立體庫已經廣泛應用于物流中心和智能制造工廠,自動化立體庫的型式和技術在近年來得到了迅猛發展,如除了典型的單深度單貨位AS/RS外,逐步發展了雙深度和多貨位的立體庫。在存儲設備方面,除堆垛機外,利用四向穿梭車、子母車等技術構成的立體庫已經逐漸為市場所接受,以AGV作為存取設備的立體庫也在大力推廣。另一方面,庫前輸送系統長期為人們所忽視,關于這方面的研究也不多見。事實上,庫前輸送系統在自動化立體庫中占據了很大的比重,其設計往往成為自動化立體庫最困難的部分。很多自動化立體庫系統,因為庫前輸送系統的設計問題,影響了整個物流中心的性能。本文就來談一談這一方面的問題。

02 庫前輸送系統方案選型及適應性

        自動化立體庫庫前輸送系統的設計方案可謂是五花八門,尤其對于初學者來說,往往會非常困惑,難以選擇。即使對有經驗的設計師,有時也會莫衷一是。因此,識別每一種技術和布局,并了解其適應性是必要的。

      (1)庫臺或直線輸送機布局方案

        最簡單的庫前輸送系統,是采用庫臺或單條輸送機的方式。當然也有用臺車替代輸送機的方案。這一技術在早前的AS/RS中應用廣泛。現在在巷道數很少的情況下(1~3個左右),也時有應用。

        這一方式的最大特點是簡單,成本低廉。對復雜度不高,或入出庫水平不高的立體庫,非常適用。缺點是自動化程度不高,在多巷道情形下,將依賴人工做出判斷。此外,尺寸檢測相對不太完善。安全性不高。

      (2)輸送機方案

        采用輸送機布局,是大多數立體庫的首選。這一技術具有集放能力強、效率高、故障率低、安全可靠等特點。但對于巷道數很多的情況,輸送機有一個限制是輸送能力問題,一般情況下,對于150托盤/小時以內流量來說,輸送機是一個比較合適的選擇。但更大的流量則要考慮分區作業,或采用其它方法。輸送機方案的另一個缺點是剛性太大,不易擴展。

      (3)直線穿梭車方案

        直線穿梭車方案比純粹的輸送機方案要簡單很多,隨著巷道的增加,其性價比逐漸增加,并且適應于特殊情況下完成出入庫作業,如因為入出庫居于一側,需要往復搬運的情形,是比輸送機方案要靈活很多的一種策略。但其輸送能力隨著距離的增加而迅速減少。即使采用多臺車的情形,效果也都很一般。對穿梭車來說,距離不能太遠(50米以內),輸送效率不能太高(80~90次/小時以內)。

       (4)環形穿梭車方案

        相比直線型穿梭車,環形穿梭車可以通過增加車輛的方式提升輸送能力,往往對于比較大的立體庫而言,環形車具有優勢。但環形車有兩個較大的缺點,其一是拐彎段會占據了一定空間,造成空間浪費或增加邊緣巷道設計難度,其二是小車空跑現象嚴重,所以實際效果比理論計算要差很多。

      (5)四向穿梭車方案

        四向穿梭車克服了環形穿梭車的缺點,具有很高的靈活性和柔性。是未來可以大力推廣的庫前輸送系統之一。尤其對于大型的立體庫系統,四向穿梭車具有很高的性價比。四向穿梭車可以通過增加小車的數量,提升入出庫水平。因此,這一布局無論對于出庫量小或大的情形,都很合適。

      (6)AGV方案

        AGV方案類似于四向車方案,具有更高的靈活性和柔性,尤其對遠距離輸送具有較大優勢。需要指出的是,AGV有多種形式,KIVA類AGV采用頂升方式進行移載,因此要設計取放貨的月臺或輸送機,叉式AGV具有更好的性能,可以直接叉取地面上的托盤,但卻價格較高。隨著KIVA類AGV性價比的提升,其應用前景非常看好。

      (7)其它方案

        除此之外的方案還有不少,比如懸掛鏈解決方案就屬于比較特殊的一種,懸掛鏈由于避開了地面的障礙,所以在空間利用方面獨具優勢。往往應用于制造業中的物料配送,連接車間與立體庫。

        應該指出的是,以上所例舉的幾種方案,在實際應用中更多的是一種組合方式出現的。無論哪種解決方案,傳統的輸送機似乎必不可少。

03 庫前輸送系統方案的綜合比較

        每種技術都有其適應的場合,因此并不能籠統的說哪一種技術更先進或更好。總體來說,要比較一種技術選擇是否合理,不僅要從場合的適應性考慮,還要從效率、成本、可擴展性、可適應性等多個方面進行評估。以下就對前述方案進行比較。

        注:

        [1] 交接庫臺的效率決定于叉車的效率和單臺堆垛機的效率。如果巷道數增加,效率自然就會增加。對于單個巷道而言,其效率不應大于30托盤/小時。

        [2] 輸送機方案特別適合于巷道數小于10個的情形,隨著巷道數的增加,總體上就不經濟了,同時,效率也難以滿足要求。

        [3] 環形車可以根據需要增加或減少車輛數量,因此對于巷道數較多的情形是具有優勢的。但巷道數較小時,就沒有意義了,而是可采用更為經濟的直線穿梭車方案貨輸送機方案。

        [4] 四向穿梭車和AGV理論上可以通過增加車輛的數量來提升效率,但對于具體情況而言,還受空間的約束,太多的車輛事實上會造成擁堵。一般情況下,對于一個10個以上巷道的立體庫而言,其輸送能力設計保持在200~300托盤/小時即可,過高會導致投資增加,而且會使得系統平衡被打破。

        [5] AGV的優勢很多,適應情況也很多。當然,從性價比來說,巷道多一些會更好。另一方面,由于車的數量可變,因此,這一技術對于入出庫量的變化有特別的適應性,甚至比四向穿梭車還要更好一些。

        以上的比較是粗線條的,也還有一些指標沒有論述,更沒有結合實際案例來進行說明。因此讀者并不能明白如何去選擇和評價。需要在實踐中不斷揣摩、總結,才能達到好的效果。

        庫前輸送系統的設計要考慮的地方很多,也很復雜。即使是選擇了一種布局方案,要考慮的地方仍然很多。如尺寸檢測、重量檢測、條碼的要求、流程設計、流量計算等,都會影響最終的設計方案。

        比較是一種較為簡單的設計方法。如果實在難以取舍和決斷,不妨對兩個或更多的方案進行比較,這時很多疑惑也許迎刃而解。

        其實,庫前輸送系統也沒有特別復雜。如果按照以終為始的設計理念,即求解一種簡單、高效、成本可控的技術方案即可。

04 結束語

        立體庫庫前輸送系統方案設計,要考慮的因素還有很多,比如多層布局、兩端布局、以及側面布局等,要根據實際需要進行綜合考慮。除功能需要外,要特別考慮的主要是流量即輸送能力、成本和安全性。此外,技術的適應性也是非常重要的因素。

        雖然每一種技術都有其特別合適的用途和最佳應用場合,或者說在特定場合下是非他莫屬。但有時,技術的選擇并不是絕對的。在更多的情況下,會有多種技術是適合的,并非非此即彼這么絕對,這給設計師提出了挑戰。


        與物流的整體概念一樣,物流設備與技術,“快”只是眾多設計指標中的一個。人的誤區是,往往會陷入到一個點而忽視其它的目標,所謂一葉障目不見泰山。對立體庫的庫前輸送系統而言,系統的平衡往往是設計的主要出發點。所謂平衡,即系統的各個組成部分能力的均衡。不要過分追求局部的最大值,那樣的結果不僅對系統無益,往往還有很大的副作用。平衡的設計原則,或許會為我們決定技術的取舍時提供依據。

        從未來的發展看,更高的自動化,更高的柔性是一個大的趨勢,從這一點出發,AGV和四向穿梭車其應用將是未來的主流選擇。


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