立体仓库模型

立体仓库模型（精选八篇）

立体仓库模型 篇1

自动化立体仓库是对集装单元实现自动化装卸车、堆拆码、存取并进行自动控制和信息管理的仓储系统,是工厂物流的重要环节,具有存储量大、空间利用高、出错率低及处理速度快等优点。目前对于立体仓库优化技术主要有马维金等对实际堆垛机进行建模基础上的有限元模态分析[1]。前苏联著名工程学家斯麦霍夫提出了仓库最佳货架高度和长度的确定方法,并以货架高度和长度作为连续变量建立了货架和货格的建设费用函数[2]。Lee等假设货格是可以变化的,建立优化模型对货格的高度进行优化,很好地达到了空间利用率高、成本低的目的[3]。Hua等对一种新的立体仓库存取系统的运行周期进行细致分析,并对运行周期进行计算[4]。柳赛男等提出了AGV小车优化调度方法[5]。但这些都没有从根本上对立体仓库进行改进,只是对其中某部分进行优化。本文是将生产中的拉式生产方式应用于立体仓库的作业流程中,以求得提高仓库工作效率。

1 问题描述

当前我国自动化立体仓库在使用中仍存在一些问题,其主要问题是自动化立体库使用效果不明显,使许多库场资源闲置,库场设施设备资源闲置与重复配置矛盾突出。追究其原因主要是没有做好仓库管理和规划的工作。由于外部因素和形势的变化,收发任务、作业量、货物种类变化,但是仓库设备和管理系统没有跟着变化和升级,久而久之就失去了原有的优势。这些问题,严重地制约了自动化立体库的工作效率,使其优越性不能完全地表现出来。

以丰田生产系统(Toyota Production System,简称TPS)为代表的拉动式生产控制,则是一种由市场需求牵引的拉动式生产系统。它通过看板作业,由客户订单来拉动整个生产运作过程[6]。拉式生产是实现将必要的材料和零件,以必要的数量,在必要的时间,送达必要的地点,即一切生产活动包括制造、搬运、交货、供应,只有在需要产生时才发生,是用需求触发和推动生产活动。其基本原理是按照外部需求, 向前一工序提出产品供应要求, 前一工序按本阶段的需求量向上一工序提出要求。以此类推, 重复地向前阶段提要求。

拉式系统物流控制[7]的特点是分散控制,目标是满足每道工序的需求。在这种控制原理中,所有的局部控制使本工序达到要求。图1为物流控制原理示意图。在该模型中,前道工序是由后道工序触发,只有当后道工序条件满足时,前道工序才被触发,避免因缓存工位积累额外存货, 而导致系统出现存货极低的情况发生, 从而提高自动化仓库的整体运行效益。本文将根据拉式系统物流控制的特点,结合TPS,通过模拟运算,研究该拉式控制模型在立体仓库中的可实施性。

图1中,Q${}_{t,t+2}^1$表示对t期末订货,在t+1期中机器人拆垛出库,在t+2期初出库流程作为库存交货对出库发布的指令量。Q${}_{t,t+1}^2$表示在t期末订货,在t+1期末待搬运库存的入库(机器人码垛)指令量;I${}_t^1$表示机器人拆垛中产品t期末在缓存中的库存,d${}_{t,t+1}^2$或Q${}_{t,t+1}^1$中所必需的物料的需求量。

该模型,按照下面步骤确定各道工序的生产指令量:

(1)向第1道工序(出库)发布的生产指令:

$Q{}_{t,t+2}^1=D{}_{t,t+2}+(D{}_{t,t+2}-Q{}_{t-1,t+2}^1)+S{}^1-{\rm I}{}^1(1)$

式(1)中Dt,t+2—在t期末的t+2最终产品需求量的预测值。

S1—最终产品的安全库存。

I${}_t^1$—t期末的最终产品库存。

${\rm I}{}_t^1={\rm I}{}_{t-1}^1+Q{}_{t-2}^1-D{}_t(2)$

(2)对入库结束库存2提出的物料要求:

$d{}_{t,t+1}^2=Q{}_{t,t+2}^1(3)$

式(3)中d${}_{t,t+1}^2$—在t期末对入库后在货架中停留的库存2提出要求,在t+1期初向待出库(机器人拆垛)的库存$\dot{1}$交货的量。

另外,在t+1期初的待出库(机器人拆垛)库存$\dot{1}$的库存量${\rm I}{}_{t+1}^{\dot{1}}$为:

${\rm I}{}_{t+1}^{\dot{1}}={\rm I}{}_t^{\dot{1}}-Q{}_{t-1,t}^1+d{}_{t,t+1}^2(4)$

(3)向第2道工序(入库操作)发布的生产指令:

$Q{}_{t,t+2}^2=d{}_{t,t+1}^2(=Q{}_{t,t+2}^1)(5)$

此外,在t+1期末的入库结束库存2的库存量I${}_{t+1}^2$为:

${\rm I}{}_{t+1}^2={\rm I}{}_t^2-d{}_{t,t+1}^2+Q{}_{t,t+1}^2={\rm I}{}_t^2(=S{\rm I}{}^2)(6)$

式(6)中d${}_{t,t+1}^2$—在t期末的生产加工结束库存3提出要求,在t+1期初向待入库的库存2交货的量。

此外,在t+1期初待入库(机器人码垛)库存$\dot{2}$的库存量$\stackrel{\cdot }{{\displaystyle {\rm I}{}_{t+1}^2}}$为:

${\rm I}{}_{t+1}^{\dot{2}}={\rm I}{}_t^{\dot{2}}-Q{}_{t-1,t}^2+d{}_{t,t+1}^2(7)$

(4)向第3道工序(生产)发布的生产指令:

$Q{}_{t,t+1}^3=d{}_{t,t+1}^2(=Q{}_{t,t+2}^1)(8)$

此外,在t+1期末的生产结束准备入库的库存3库存量为:

${\rm I}{}_{t+1}^3={\rm I}{}_t^3-d{}_{t,t+1}^3+Q{}_{t,t+1}^3={\rm I}{}_t^3(=S{\rm I}{}^3)(9)$

式(9)中SI3—生产结束库存3的标准库存。

在各阶段中,加工结束库存n的标准库存SIn是根据下列假设确定的:

$S{\rm I}{}^n=\overline{D}+{\rm I}{}_s(10)$

式(10)中Is—安全库存(在此模型中当n=1,3时,IS=S1。当n=2时,IS=S2)。

2 模型求解

下面以拉式物流控制模型在立体仓库中应用的例子,假设在t期末对t+2期末最终产品需求量的预测值为D1,3=195件,D2,4=240件,D3,5=200件,D4,6=200件,D5,7=200件。从而得出$\overline{D}=207$件,待加工库存的库存量为$\stackrel{\cdot }{{\displaystyle {\rm I}{}_1^1}}=200$件,最终产品的安全库存量为S1=150件,S2=1 000件,S3=150件,由式(10)得出SI1=357件,SI2=1 007件,SI3=357件。我们设最终产品库存量的初始值为I${}_1^1$=50件,由式(2)得出各时期的最终产品库存量I${}_t^n$见表1,再将所得I${}_t^n$代入式(1)得到对t期末订货,在t+1期中机器人拆垛出库,在t+2期初出库流程作为库存交货对出库发布的指令量Q${}_{t.,t+2}^n$。由式(4)与式(7)可计算出入库与出库的待加工的库存量。具体计算结果如表1所示。

通过该模型,我们得到在各时期对各工序发布的指令量Q${}_{t.,t+1}^n$,Q${}_{t.,t+2}^n$,在立体仓库的运行过程中,通过计算机指令对各工序进行控制,避免了在缓存过多的情况下,又向一道工序发布所需货物量,从而更好地控制机器人入库码垛与出库拆垛的缓存区库存量,缓解了库存积压过多的情况。通过该表格,可以观测出最终产品库存量I${}_t^n$在各时期的各道工序的库存量,可以更好地为企业决策者对生产与库存的管理做调整与决策,从而降低企业成本,提高效率。

3 小结

目前,拉式生产管理方式主要用于生产管理方面,本文则是将拉式物流控制模型用于立体仓库中,根据需求来拉动出库的产品量,借此发出库存与入库的需求指令,以次类推,“拉紧”每一道工序,降低了各工序的库存,消除浪费,进而降低成本,提高企业竞争力[8]。关于该模型在实际的立体仓库中的应用,例如计算机指令如何下达,我们仍需进一步探讨。解决了库存上的管理问题,自动化立体库才能有效地发挥出其应有的能力,才能高效、快速地正常运行。

摘要：随着科技的发展,立体仓库得到了广泛应用,对于它的优化方法研究很多,但都没有从根源上去降低库存成本。本文将拉式物流控制模型应用于高架库的运作过程中,从工序着手,降低库存,从而达到降低码垛与拆垛的缓存区库存量的目的。通过一算例对该模型进行说明,证实该拉式系统模型的可行性与实用性。

关键词：拉式物流控制模型,立体仓库,库存,工序

参考文献

[1]马维金,熊诗波.自动化立体仓库巷道堆垛机的振动测试与工作模态分析.中国机械工程,2004;15(4):287—290

[2](俄)斯麦霍夫.自动化仓库.赵木斋译.北京:机械工业出版社,1984

[3] Lee Y H,Lee M H,Hur S.Optimal design of rack structure withmodular cell in AS/RS.International Journal of Production Econom-ics,2005;98(2):172—178

[4] Hua Yahong,Huang Shellying.Travel time analysis of a new automa-ted storage and retrieval system.Computers and Operations Research,2005;32(6):1515—1544

[5]柳赛男,柯映林.自动化仓库系统AGV小车优化调度方法.设计与研究,2008;(6):23—25

[6]陆政峰.基于推拉式生产控制策略的库存削减研究.物流技术,2010;29(12):118—120

[7]于海江,孙弢,杨德礼.“推式”和“拉式”生产方式下的物流控制模型.信息与控制,2003;(4):314—317

立体仓库项目立项报告 篇2

一、产品背景

自动化立体仓库是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、自动化立体仓库钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。

运用一流的集成化物流理念，采用先进的控制、总线、通讯和信息技术，通过以上设备的协调动作，按照用户的需要完成指定货物的自动有序、快速准确、高效的入库出库作业。

自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分, 它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。

所以，从这些方面我们不难看出，之所以会有越来越多的企业选择自动化立体仓库，与上述中它给企业创造的价值和影响力是分不开的。

二、产品市场

自动化立体仓库，它在我国只是最近几年才开始兴起的。在我国目前的众多领域中都有涉及，不过比较集中的还是在食品饮料中的应用和医药行业中的应用。

近两年国家对土地的管控以及经济发展导致的土地紧张，已迫使更多的企业不得不向空间发展。同时自动化设备越来越普及，现代制造业、物流业均需要自动化的物流、仓储来匹配，这为自动化立体物流、立体仓库的发展带来强大的市场前景。

重庆、成都近几年汽车行业发展较快，新兴企业及外来企业均希望本地企业提供该方面的服务，我们可依拓重庆近几年新建、扩建的制造企业市场，以及生活服务、市政、其它市场等，重点打造以立体仓库形态存在的立体货架、立体车库、银行寄存、包裹分拣类产品，形成我们的核心竞争力。

三、产品雏形

1、组成部分

货架：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。巷道堆垛机：用于自动存取货物的设备。

输送机系统：立体库的主要外围设备，自动化立体仓库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，常见的有辊道输送机，链条输送机，升降台，分配车，提升机机，皮带机等。系统：即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。

自动控制系统：驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统。目前以采用现场总线方式为控制模式为主。储存信息管理系统：亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体库系统的核心。

2、工作原理

现在输送控制系统多采用PROFIBUS现场总线方式。总线与上位机的SIEMENS总线卡连接实现双向高速通信，使得输送系统接收上位机的作业指令，同时向上位机连续发送各子系统设备状态信息。上位机对输送机系统实现实时调度和监视。系统的控制器采用SIEMENS S7-300系列产品，主站通过PROFIBUS总线把分布在现场的各从站（I/O和电机启动器）连接起来进行组网通讯，从而完成输送机作业过程的控制。

控制对象

控制对象主要为输送设备的各种传感器和驱动机构，相关设备包括外形检测装置、称重仪、固定式条码扫描器和电子点阵显示屏等。

控制模式

输送系统一般有手动、单机自动及联机自动三种控制模式。

手动模式一般由单台设备上的旋钮手柄或控制台的HMI触摸屏菜单项设置手动／自动工作模式。在手动模式下，由人工对输送机电机进行启动／停止操作。

单机自动模式 单机自动是输送系统脱离上位机独立运行的作业模式。该模式是在控制台的HMI触摸屏单机作业界面上分别输入起点站号和终点站号，输送系统自动选择路径并完成一次输送作业任务。

联机（在线）自动模式输送系统一般工作在联机自动模式。由上位机下达作业命令，通过控制系统对各台输送设备的分时自动控制，实现物流的自动有序输送。

3、调度监控与管理系统 自动化仓库调度监控与管理系统

自动化仓库的调度监控与管理系统（WC/MS）就是使用计算机实现对自动化仓储系统(Automated Storage/Retrival System)设备全部的运行过程控制、实时监视以及物流信息管理与跟踪。物流信息管理包括作业计划、作业调度、作业过程以及作业变更。计算机调度监控与管理系统是自动化立体仓库系统中的重要组成部分。

WC/MS的设计原则应是实用性、可靠性、先进性和开放（可扩充）性。AS/RS系统层次

完整的AS/RS分为四层，即：服务层、管理层、监控层和执行层。WC/MS管理到上面三层: 服务层 由系统服务器提供数据库服务，通过局域网与管理层进行物料信息的数据交互与处理，并实现与业务系统信息集成与资源共享。

管理层 完成系统的高级管理工作，负责仓库系统的货位管理、入出库管理、查询报表、库存分析、系统维护、故障分析等工作，实现与服务器和监控系统的信息交互与作业指令下达。

监控层 负责接收和转发、协调管理系统的入出库指令，完成作业指令的分解、排队和下达，控制物流设备的各部执行机构；接收和处理控制系统的各种信息的实时采集和动画跟踪。是联系管理和控制系统的心脏。

执行层 通过各环节执行机构，执行、跟踪并依次完成作业指令规定的任务。

4、技术性能

技术先进，采用现场控制总线直接通讯的方式，真正做到计算机只监不控，所有的决策、作业调度和现场信息等均由堆垛机、出入库输送机等现场设备通过相互间的通讯来协调完成。每个货位的托盘号分别记录在堆垛机和计算机的数据库里，自动化立体仓库管理员可利用对比功能来比较计算机的记录和堆垛机里的记录，并进行修改，修改可自动完成和手动完成。系统软、硬件功能齐全，用户界面清晰，便于操作维护。

堆垛机有自动召回原点的功能，即无论任何情况，只要货叉居中且水平运行正常时，可按照下达的命令自动返回原点。这意味着操作人员和维护人员可以尽量不进入巷道。智能的控制系统，可以实现真正的自动盘库功能，避免了以往繁重的人工盘库工作，减轻了仓库管理人员的工作强度，同时保证了出库作业的出错率为零。

控管理系统包括数据管理、入库管理、出库管理、查询、报表、单据与盘库、报警、监控与动画等模块。

四、产品核心及市场优势

1、控制系统是核心竞争力

仓库是一个储物空间，所以它不仅有着存储物料的作用，在整个货品流通过程中，仓库还是一个采购运销配送的中继站，高效的工作方式是必须的。所以在进行仓库规划的时候，在物资进入时就应该依据物资的使用方向、种类等多方面进行考量后进行划分，才能在管理上提高效率。自动化立体仓库就是应势而出现的，可以解决很多传统仓库存在的问题。

首先在占用空间上就可以体现出来，自动话立体仓库采用的大型仓储货架的拼装，配以自动化管理技术，使得岁仓库空间的利用率有了很大的提高，在提倡节能环保的今天，是非常符合时代潮流的，这也是未来仓储发展的趋势。

但这离不开自动化的管理技术，利用计算机可以实现对货物信息的精准化管理，这样可以减少减少存储货物中可能会出现的差错，提高了工作效率。同时，也减少了货品的破损率以及可以很好的满足一些特殊货物对环境的不同要求，能适应不同物料的存储需求。

如果可以有效的利用的话，自动化立体仓库可以形成先进的生产链，在存储中形成自动化的物流系统，使生产能力得到了大幅度的提升，从而促进企业产生更多的利润。

2、竞争优势

优秀的控制系统界面可以缩小与用户的距离，让用户实现无障碍使用。现在许多立体仓库还停留在PLC控制的基础上，对控制、使用人员要求较高，需经过较长时间的专业化培训。我们的产品具有良好的人机界面，从而降低用户的使用难度。

专业的控制系统将输送机、各种传感器、驱动器、PLC、工业PC等，通过标准的I/O连接在一起，形成组网通讯，从而为自动化控制并入ERP成为可能。

软件控制系统，可实现对各环节的远程直面监控，可有效减人员监控带来的各种弊端。同时其开放性端口，可实现多种软件的兼容性。

五、项目风险优势

1、产品属国家高新技术，不仅免增殖税，还免所得税及营业税；

立体仓库货位优化研究 篇3

自动化立体仓库是由多层货架 (货物存储钢结构) 、输送机设备、巷道堆垛机、自动化控制系统、信息存储管理系统等组成。

如图1所示, 货架是用于货物存储的钢结构主体。主要有焊接式、组合式货架等基本形式;巷道堆垛机是用于自动存取货物的机器。按其结构分为单立柱、双立柱等形式;输送机是用于将货物从堆垛机来回运送的设备。输送机分有提升设备, 皮带输送机, 链式输送机等。自动控制系统是用于自动控制立体仓库各个机构的现场级自动化控制系统。信息储存管理系统是用于立体仓库货位管理、出入路径规划, 是自动立体仓库的大脑。

2 货位优化建模

在货品的重量和出库、入库的频率确定之后, 需要采取合适的货位分配方法来分配货物的存储位置。对于AS/RS (Automated Storageand Retrieval System自动存取系统) 的货位进行管理, 本质上就是合理地分配每个货物的货位位置, 使得立体仓库能达到最高出入库效率的基础上, 进一步深化利用货位。

立体仓库的货位优化是在一定的标准规则下, 对货位的存储位置进行安排, 让库位中任何货物能够最为合适的处于自己应该在的位置, 立体仓库整体效率大大提高。优化货位的过程将会关联三个主要的元素:货物、库位和堆垛机。堆垛机根据固定的运行规定把货物运送到目标库位。堆垛机在出入库的过程中是中间执行机构, 是货物、库位当中的衔接机构, 简单来说就是, 把出入库的货物通过堆垛机被运送到已经优化后的库位位置上。立体仓库库位优化的研究元素就是货物、库位和巷堆垛机。要建立其数学模型, 就要将这三种元素的主要属性具象化, 完整考量其之间的关系, 具象化、公式化其中的关系。[1]

2.1 模型的确定

假设存在有m层高n列宽的立体仓库, 层数从低到高依次增大, 列数从离出口最近的位置依次增大, 堆垛机纵向运行速度是Vy, 横向运行速度是Vx, 库位长度是L, 宽度是H, 因此有:

(1) 立体仓库货物排列规则要下层重量比上层重, 这样仓库结构才会稳定, 即每个库位货物的重量与它的层数乘积之和最小最佳, 据此建立数学模型:

式中:f1-每个库位与其层数乘积之和;

Wij-i行, j列库位上货物重量。

(2) 想要最大化提高出入库效率就是要使出入库平率越高的货物库位离出入口越近, 即货物的出入库频率与堆垛机出入此货物的时间乘积之和最小, 据此建立数学模型:

式中:f2-每个货物的存取频率和存取货物时堆垛机运行的时间乘积之和;

tij-i层j列货物的出入库时间;

pij-i层j列货物出入库频率。

这是一个涉及到多目标优化的问题, 有需要到要采用多目标的方法策略解决此问题。可是多目标求解的过程比较繁琐。此次处理多目标问题采用了对两个目标函数赋予权重因子, 将两目标问题简单地变化成了单目标的问题, 就是说不同类型的立体仓库对两目标的侧重要求各有不同, 为了达到简化求解的要求, 赋给两个目标函数的权重一致, 那么函数就成了如下:

两侧乘以2, 既有了最终求解函数:

2.2 货位优化模型

优化方法:使用遗传算法将目标函数得到的解就是可以看做其最优解。

样本使用10行20列, 200个库位的货物, 需要出入库的货物参数在表1中。

将此函数在Matlab中进行运算, 获得f函数变化曲线图, 图2所示。

运算内容小结:在多次的函数的迭代过程中, 函数值f在迭代次数的上升过程中, 一致处于下降趋势, 在迭代值达到170以后, 目标函数值f变化趋于稳定, 达到收敛效果。[3]在图2分析, 得到初始迭代时, f值是1.98×105, 趋于收敛后, 其值成了1.44×105, Matlab运算后的货位分配结果如表2和表3所示。

3 结束语

文章简单介绍了自动化立体仓库出入库库位优化的方式方法, 其中主要涵盖了货物货位构建方法、出入库库位分配原则, 主要有两个目标函数, 仓库货架稳定性关系函数, 出入库效率最大化函数, 分析其中关系建立数学模型, 借助MATLA软件运算求出最佳解。

参考文献

[1]柳赛男, 柯映林, 李江雄, 等.基于调度策略的自动化仓库系统优化问题研究[J].计算机集成制造系统, 2006, 18 (2) :44-46.

[2]蒋字.基于预测模型立体仓库调度策略研究[D].大连:大连海事大学, 2008.

[3]王军锋.自动化立体仓库储位分配策略优化的研究[D].北京:北京邮电大学, 2010.

自动化立体仓库效率优化算法 篇4

自动化立体仓库(Automated Storage and Retrieval System A S/RS)是指在不直接进行人工处理的情况下能自动地存储和取出物料的系统;使用多层货架、在巷道的任何货区的货位下存取货物的叉车和计算机控制、信息通信系统[1]。使用自动化立体仓库既能提高空间利用率、设备存取速度,又能准确无误地对各种信息进行存储和管理,提高信息的准确度。

出入库作业是自动化立体仓库的重要组成部分,出入库作业是否准确、快速决定着整个系统性能的优劣,因此对自动化立体仓库的时间效率问题进行研究是很有必要的。

2 问题描述

2.1 基本假设

该系统基于如下假设进行分析:

①该系统的存取方式是单元货格式(Unit Load,简称UL)。

②仓库内只有一排货架,一台堆垛机,堆垛机可以对货架上的货物进行操作。

③仓库的入库站台和出库站台分别位于货架的两个下角,假设堆垛机不工作时停放在入货站台旁边。

④仓库的出入库站台的宽度跟货位的宽度大小相等。

⑤堆垛机的运行模式为混合模式,堆垛机可在水平方向上和垂直方向上同时运动。

2.2 问题抽象

为了方便理解,我们把问题抽象为以下问题:

自动化立体仓库里的一排货架上有M个空货位,现在有Q1件货物要入库到这排货架(Q1

考虑自动化立体仓库的效率,既要考虑入库效率,也要考虑出库效率,这两个效率是一个整体,要使出入库效率最高必须在这两效率之间取得一个平衡。

因此我们得出出入库效率的计算公式为:

undefined

因此以上问题可以归结为时间最短问题,也就是出入库量一定的情况下,巷道堆垛机运行的时间最短。

在巷道堆垛机运行时,由于堆垛机加速和减速影响,计算精度很难保证,目前研究自动化立体仓库过程中,比较普遍的做法是,利用运动学公式进行计算。在堆垛机到达某货位进行完操作后再返回I/O处的行程时间时,贾煜亮,缪立新[2]提出了先用匀加速直线运动公式分别计算出水平运动的时间TV和竖直方向的运动时间Th,堆垛机到达该货位进行完操作后再返回I/O处的行程时间为:T总=2max(Tv,Th)+D[2],D为放货时间。段其昌,王玮在《自动化立体仓库库位螺旋优化方法》[3] ,一文中为了避开对堆垛机运行时间的麻烦的计算,做了这样的假设:无论空载还是运送不同的货物时运行速度都为匀速不变,用匀速直线运动的方法计算堆垛机运行的时间。显然对堆垛机运行时间的计算的粗放性,会严重影响对仓库系统的效率的计算。

3 解决方案

3.1 堆垛机作业时间的计算问题

从上面的分析我们知道计算巷道堆垛机从一个货位运行到另外一个货位的时间是很复杂的,运用运动学的知识计算的数据很难保证数据的准确性。为了得到更准确的数据,本文提出以数据库存储的历史数据代替计算数据的方法。该方法的总体思路是用数据库存储堆垛机行走的时间。我们将会在这基础上提出优化算法。下面是具体的实现:

在数据库中我们需要维护两张数据表:

“货物信息表”货物信息表存储货物id、名称和入库日期。

“货位信息表”是用来记录每个货格堆垛机操作的所需要的时间。

例如:上图表示一个货架,中间三列里面的坐标表示货格的位置,比如(2,3),x=2表示第2列,y=3表示第3层。左边的(0,1)表示入库站台,右边的(4,1)表示出库站台。虚线的地方(0,2)、(0,3)、(4,2)、(4,3)是出入库站台上的空间,堆垛机可以去到那里,不过那里没有货格,数据库也会存储这些虚货格与出入库站台之间的往返时间。Ti1表示从入库站台(0,1)到货格(2,3)的时间。Ti2表示从货格(2,3)到入库站台(0,1)的时间。To1表示从出库站台(4,1)到货格(2,3)的时间。To2表示从货格(2,3)到入库站台(4,1)的时间。

这时我们发现我们的数据库只存储了某一个货位到出货站台和入货站台之间来往需要的时间,并没有存储任意两个每个货位之间来往需要的时间。在计算堆垛机任意两个每个货位之间来往需要的时间时我们用的是“坐标平移法” :假设我们要就算从货位B到货位C的时间,如果C点在B点的左上方或右下方,就把整个坐标系整体移动,让出货站台的D点与B点重合,计算出这时C点的对坐标,以这个坐标来查询数据库,得到相应的To1或To2,并以此来代替C点到B点的时间。如果C点在B点的左下方或右上方,就把整个坐标系整体移动,让入货站台的A点与B点重合,计算出这时C点的坐标,以这个坐标来查询数据库,得到相应的To1或To2,并以此来代替C点到B点的时间。比如,如上图,我们可以用从D到B的时间代替从B到C的时间,因为从D到B与从B到C的相对位置是一样的,我们有理由相信他们的时间相差不大。

数据库里存储的Ti1,Ti2,To1,To2这四个时间是记录堆垛机运行时间的是历史数据,是在自动化立体仓库建成后让堆垛机装载一定量货物遍历每个货格后得出来的。每个货格对应一条记录。可以对这些数据进行定期的更新。这些数据确定后,一般进行的是读操作,因此不会产生大量的日志记录让数据库难以维护,所以,用数据库记录堆垛机操作时间这种方法是可行的。

3.2 效率优化问题

传统的出入库方法是批量入库和批量出库,也就是先批量入库(出库)再批量出库(入库),这样方法的好处是操作简单,条理分明。缺点是出入库连贯性不强,当出库的队列都较长时,出库和入库两条队列有一条要等待较长时间。

不过批量入库和批量出库也是自动化立体仓库常用的一种操作方法,有时也是必要的操作,所以如可提高这两种操作的方法效率也是必要的。

下面我们先就这两种操作,讨论如何使用上面所说的利用数据库存储堆垛机运行时间的方法来提高出入库效率。

①货物批量入库。

货物批量入库时,堆垛机从入货口把货物送到货架会产生时间Ti1,然后再回到入货站台这样会产生Ti2,为实现整体效率最高我们还要考虑出库的时间To1和To2。

所以,对于一个货物来说,出入库总时间为:

T=Ti1+Ti2+To1+To2

对于一批货物来说,出入库总时间为:

T总=undefined

(其中是第i个货物对应的Ti1|Ti2|To1|To2)

为了找到每次操作的最优货位,我们只要让数据库执行下面的查询语句就可以了。

Select * From货位信息表where (货物id =“or货物id is null) and Ti1+Ti2+To1+To2<=(select min(Ti1+Ti2+To1+To2) from货位信息表where 货物id =”or货物id is null )

在货物出库后把货位信息中的“货物id”更新为空,代表货格为空。

②批量出库。

在批量出库时,因为入库时已经把出库的时间计算了,所以出库时只要按照先进先出的原则出库就可以了,这时查询数据库语句如下:

Select * From货物信息表where 名称=‘洗发水’ order by货物信息表.入库时间asc。(假设要出库的货物名称为洗发水)

在货物出库后把货位信息中的“货物id”更新为空即可。

为了提高自动化立体仓库的效率,以及提高出入库的连贯性,我们设计了一种出入库交替进行的操作。

为了研究的方便,我们先假定入库量总是等于出库量的。出入库交替执行是这样的一个过程:堆垛机从入库站台把一个货物送到某货位,这时先不回到入库站台,而是去取下一个需要出库的货物进行出库,最后再从出库站台回到入库站台。

在出入库交替进行的操作中,根据入库订单总可以确定出库货物的位置,例如,如果出库订单是指定出库货物名称和数量,那么可以根据先进先出的原则进行出库(数据库记录有入库货物的入库时间),如果是出库订单指定的是货物的id,那么按照订单上货物id的顺序进行出库,按照这样的原则我们总可以先确定出库货物的位置。确定入库货物的位置后,下面是确定入库货物的最优货位。

如图2所示,堆垛机从入货站台A取货物运行到B需要时间Ti1,从货位B到出库货位C需要时间Tm,C到出货站台需要时间To21从出货站台回到入货站台需要时间Tn。在计算每个操作的最短时间时,为了使出入库整体最优,我们还要考虑,入库货位的出库时间To22。所以在选择最优货位时,只要让T=Ti1+Tm+To21+To22+Tn最小即可。由于每个操作最先确定的是出库货物的位置,所以To2i在确定出库货物时就定了的,所以计算时不用考虑,Tn是堆垛从出货站台到入货站台的时间,它也是个定值,所以只要保证T=Ti1+Tm+To22最小就可以了。也就是每次操作时查询数据库,找到最小的T=Ti1+Tm+To22值对应的货位就是最优货位。

在出入库交替进行的操作中,在每个操作循环中,入库货物的入库时间、出库时间与出库货物的出库时间的和为:

T=Ti1+Tm+To21+To22+Tn

在整个操作中“出入库交替进行”的操作中,待入库货物的出、入库时间与待出库货物的出库时间的和为:

T总=undefined

(其中Ti1i、Tmi、To2undefined、Tni、To2undefined第i个操作循环对应的Ti1、Tm、To21、To22、Tn)

4 仿真实验

为了演示用数据库存储堆垛机运行时间的可行性和比较出入库交替和传统的先出库后入库的操作方法的效率,我们进行了仿真实验。

4.1 基本假设及说明

①入库件数总等于出库件数。

②出入库分别进行的操作,是用前文讲述的优化方法优化过的。

③因为在出入库分别进行的操作中,先出库会让入库有更多的货位选择,所以下面的实验中出入库分别进行的操作总是先出库后入库。同样,出入库交替进行的操作也是先出库后入库。

④货物出库时都是按照先进先出原则。

4.2 初始化模型

有一个200个货位的货架(10层×20列),货位的编码用(X,Y)坐标表示,X是列数,取值从0到21,其中0和21表示出库站台和虚货位所在的列,Y是层数,取值从1到10。Ti1在水平方向是一个以第0列的Ti1为首项,以30为公差的等差数列,每条记录的Ti2比Ti1小5(入货站台除外),表示满载比空载要慢5。Ti1竖直方向是以第一层的Ti1为首项,公差为30的等差数列。入货站台的Ti1和Ti2规定为0。To1在水平方向是一个以第21列的To1为首项,公差为30的等差数列,每条记录的To2比To1大5。To1竖直方向是以第一层To1为首项,公差为30的等差数列。出货站台的To1和To2规定为0。图3是模拟出来的部分数据,格子里面对应的数字分别是X,YTi1,Ti2,To1,To2。

4.3 实验操作

为了比较货位在不同的位置,及货物量的大小对出入库交替进行和先出库后入库的操作方法效率的影响,我们进行下面三个实验:待出库货物在较低层时;待出货物在较高层,底层没有空货位;待出货位在较高层,底层有足够的空货位。

对于一张出库n件A,入库n件B订单,仿真时,先出库后入库计算的时间是

Tundefinedundefined

出入库交替进行考虑的时间是:

Tundefinedundefined

①待出库货物在较低层时

初始化:往空货架里批量入库150件货物A(这些货物入库时,每次都会选择最优货位,按照先进先出原则,先出库的应该是较低层的货物)。

订单:出库n件A,入库n件B。

仿真结果:

②待出货物在较高层,底层没有空货位

初始化:往空货架里批量入库100件货物A。再批量入库80件货物B。(这些货物入库时,每次都会选择最优货位,所以A的货位都优于B的货位,B在较高层)

订单:出库n件B,入库n件C。

仿真结果:

③待出货位在较高层,底层有足够的空货位。

初始化:往空货架里批量入库100件货物A。再批量入库80件货物B,然后出库100件A。(A先入库,所以A的货位优于B的货位,把A出库后,较低层就会有空货位)

订单:出库n件B,入库n件C。

仿真结果:

④三次试验分析

⑤结论:

从上面的结果可以看出,当待出货物在较高层,底层没有空货位时出入库交替进行操作比先入库后出库操作的省时百分比最大。随着出入货量增大,优化的百分比就会增大。出入库交替进行操作的效率平均比先出库后入库操作的效率高百分之十八。

5 结束语

在计算自动化立体仓库的效率时,堆垛机的运行时间是计算难点,本文提出以历史数据代替计算数据的方法,使问题变得简单化,在处理堆垛机从一个货位到另一个货位有用的时间时运用了坐标平移法,减少了数据库存储的数据量。由于数据库本身具有比较查询的功能,因此查询最小值的问题直接交给数据库,只要在关键字段添加索引即可,因为数据库的读操作不产生日志文件,所以大量的读操作数据库是可以承受的。本文在讨论时只是照单排货架进行讨论,不过本文涉及的方法是具有普遍使用性的,在排货架数据库的货位信息表增加一个z坐标表示排号就可以了。多种货物时,利用货物分类存放原则,划分货位区域,然后利用以上所讨论的方法进行效率优化即可。

摘要：文中对自动化立体仓库的出入库时间效率问题进行讨论。在分析巷道堆垛机运行时间时,为了克服堆垛机加速和减速对计算精度的影响,文中利用数据库记录的巷道堆垛机行走的时间作为优化计算的依据,再利用坐标平移法减少数据库数据的存储量,然后在此基础上设计了效率优化算法,从而使问题变得简单化。

关键词：自动化立体仓库,坐标平移法,优化算法

参考文献

[1]战欣.自动化立体仓库出入库的决策与仿真[D].辽宁:东北大学,2006.

[2]贾煜亮,缪立新.自动化立体仓库中货位实时分配优化问题研究。北京交通大学学报(社会科学版),2007,6(4).

立体化仓库系统仿真优化研究 篇5

随着高技术武器装备系统在战争中的广泛应用, 信息化战争更加具有针对性、快速性和高效性的特点, 对装备器材物资保障的要求也越来越高。信息技术的发展, 以及在军事装备保障领域内的广泛应用, 对我军传统储运体制、模式、方法等诸多方面提出了深刻挑战。过去传统的装备保障管理缺乏科学的规划和可持续发展能力, 在系统资源的配备、行业结构的架构等方面, 难以实现现代化、自动化、最优化;而在流程运作过程中, 尤其是仓储过程与配送过程, 仍以人工的经验管理为主, 忽视了科学的设计和规划方法, 缺乏现代化的管理手段, 很少利用自动化的作业设备, 系统不优化的现象比较明显。所以, 如何建立完善的装备储运体系, 实现仓储的信息化、自动化和智能化, 是亟待发展的目标。

刘昌祺等[1]研究了自动化立体仓库设计, 郝隆誉等[2,3]对低温自动化立体仓库和堆垛机集成化设计进行了研究。针对自动化立体库的系统规划, 谷曼[4]通过仿真方法进行了研究, 刘利军[5]、付强[6]等分别建立了自动化立体仓库存取作业三维模型。石晓辉[7]、张晓萍[8]研究了基于Flexsim的仓储系统仿真问题。在理论研究方面, 林家恒[9]采用两级遗传算法对双伺服机分层旋转货架拣选路径进行优化, 田伟[10]应用改进LK算法求解固定货架拣选优化问题, 张攀[11]、田国会[12]等基于混合遗传算法的固定货架拣选优化问题研究, 宁春林[13]研究了蚁群算法在固定货架拣选路径优化中的应用, I.Potrc[14]研究了多巷道机的存储优化问题。

在现代仓储系统运作过程中, 有时存取物资时间相对集中, 存在集中入库问题, 造成某一时间段缓冲区拥堵的现象, 导致堆垛机利用率不高。针对这一问题, 可通过调整货架参数、货物的出入库量等手段来寻找系统优化的最佳方案。由于货物数量、存取位置等情况复杂, 很难由人工手动完成。本文采用Flexsim软件, 研究单入库作业流程下货物随机存放时的模型进行优化。

1 立体化仓库系统仿真建模

Flexsim是一套系统仿真模型设计、制作与分析的工具软件。它集计算机三维图像处理技术、仿真技术、人工智能技术、数据处理技术为一体, 专门面向制造、物流等领域[8]。运用Flexsim系统仿真软件, 可在计算机内建立研究对象的三维模型, 然后对模型进行各种系统分析和工程验证, 最终获得优化设计或改造方案。

单入库作业流程和单出库作业流程是仓库系统中最为基本的作业方式。单入库作业就是堆垛机从巷道口取一个货物单元送到选定的货位, 然后返回巷道口。单出库作业是堆垛机从巷道口出发到某一个给定的货位取出一个货物单元送到巷道口。本文只采用单入库作业模式讨论货物存放模式的不同对系统效率的影响。

本文建立的立体仓库模型主要由发生器、缓存器、处理机、输送机、巷道堆垛机、高层货架等部分组成, 如图1所示。

2 立体化仓库系统仿真优化方案

Flexsim软件中的Opt Quest优化器用来优化模型中的变量, 以最大化某些特定的输出变量。最优化设计的第一步就是定义模型的决策变量, 最优化决策变量的选择是通过待解决问题的重述获得的。例如, 货架的货位是多少时, 使得货位的利用率达到最佳, 此问题的陈述定义了模型的决策变量即货架的最大容量和货位的利用率。但是, 这两个变量却有不同的用途, 容量最大值是要对其进行改变而进行仿真实验的, 而货位利用率作为结果反馈来体现改变的效果。在制定了变量的名称和类型后, 将此变量与模型中某节点关联起来, 选择持有此最大容量值的节点, 且必须选择具有数值数据的节点, 否则最优化将不能正常进行。定义了决策变量后, 再定义最优化的约束条件, 因为在最优化过程中, 优化器将根据决策变量对若干场景进行实验。约束用来将不能满足约束条件的某些场景剔除出去, 这样优化器就不会将一个无效的场景选作最优化方案。根据评价指标编写目标函数, 设置仿真场景次数和场景运行时间, 对其进行优化, 获得最佳解答。由于Flexsim仿真软件的优化器功能是被限制的, 故无法直接获得优化解。为此, 本文在研究某一变量对系统的影响时视其它变量暂时为常数, 从而避免复杂的分析过程。

假定仓库的入/出库流量不变, 即输入输出的规律曲线不变, 货物的入库规则、存放位置视为变量, 来综合优化系统的资源配置, 找出参数改变与系统效率之间的变化规律, 并通过这种趋势修改实体参数, 直至达到预期目标。

通过仿真可知, 不管是外部卸货的缓冲暂存区还是最终入库的缓冲暂存区都有阻塞的情况。因此要对模型进行改进, 可以增加部分实体, 以便整个系统能够快速运行, 不至于因某一部分的效率而是整个系统受到影响。

对模型编译, 调试通过后, 重置运行。待仿真结束后, 通过“统计>状态报告 (标准报告) ”输出Excel状态报表和标准报表, 如图2-3所示。

3 仿真结果比较与评价

3.1 随机存放模式与有序存放模式的比较

将随机存放模式跟有序存放模式的标准报告的截图进行比较, 如图3-4所示。

图中的标识部分是变化比较明显的数据项。为了更加直观的显示变化, 将优化报告及状态报告的明显变化数据整理如表1所示。

根据上表可以明显发现, 进行有序存放之后, 入库缓存区的压力大大减小了, 由原来的152.9s减少至9.8s, 堆垛机存取时的等待时间也由13.3s减少了一半, 变成6.3s, 货架等待堆垛机取货的时间百分比从77.4%减少到28.8%。有序存放模式下的效率比随机存放大大提高。

3.2 方案优化前后的比较

将随机存放模式改进后的标准报告如图5所示。通过比较, 可以发现很多数据发生了明显变化, 如图中的标识部分。

为了更加直观的显示变化, 将优化报告及状态报告的明显变化数据整理后记录如表2所示。

经过改进, 当加入了处理机后, 入库缓存区1内货物的平均等待时间由491.7s缩小到10s, 缓存区不断释放货物进入两台处理机进行入库检查和扫描;当加入了另一台堆垛机之后, 入库缓存区2内货物的平均等待时间由152.9s缩减到33.1s, 货架等待堆垛机响应的时间百分比也从77.4%减至41.9%。从系统的运行过程来看, 改进后系统运行的流畅度要好于改进前。

4 结束语

针对立体化仓储出入库作业问题, 采用Flexsim软件进行了仿真优化研究, 对不同的存取模式和不同的系统参数进行了仿真和优化, 仿真结果分析表明, 通过优化可以大大提高系统的响应速度, 提高仓库存储效率。通过立体化仓库进行仿真和优化分析, 可以发现实际仓库系统运行中可能出现的瓶颈, 提出的对应改进方案, 提高作业效率。

自动化立体仓库应用及发展展望 篇6

一自动化立体仓库的分类

自动化立体仓库一般指由高层货架、物料搬运设备、控制和管理设备及公用设施等部分组成的,并用自动化物料搬运设备进行货物出、入库作业的仓库。自动化立体仓库除了具有传统仓库的基本功能外,还具有自动分拣、理货的功能。自动化立体仓库基本集成了现代物流输送设备、自动控制系统、现代物流信息采集系统、计算机网络与管理信息系统等高新现代物流技术,能够将信息流与物流进行有机结合,从而全面提高企业的综合物流能力。

自动化立体仓库分类见表1。

(资料来源:中国仓储协会仓储设施与技术应用委员会根据调研数据整理

(资料来源：中国仓储协会仓储设施与技*应用委S会根椐调研数据整理)

资料来源:中国仓储协会仓储设施与技术应用委员会根据调研数据整理)

二自动化立体仓库的优势分析

自动化立体仓库单位面积的储存量可达7.5 (吨/平方米),是普通仓库的5～10倍。自动化立体仓库通过高层货架存储货物,存储区可以向高空发展,以充分利用仓库空间,相对于传统仓库大大节省了占地面积,提高了空间利用率。同时由于使用机械化和自动化设备,货物处理速度快,提高了劳动生产率,有效降低了操作人员的劳动强度。而与计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库更是当今CIMS (计算机集成制造系统)及FMS (柔性制造系统)必不可少的关键组成部分。自动化立体仓库作为当代货架储存系统发展的最高阶段,与自动分拣系统和自动导向车并称为物流技术现代化的三大标志。

具体而言,自动化立体仓库与传统仓库对比,优势见表2。

综上所述,自动化立体仓库在最大限度利用空间,满足生产要求,减轻工人劳动强度,提高生产效率,加强生产和物资管理,减少库存积压资金等方面具有传统仓库所无可比拟的优势,其通过采用计算机等现代信息技术更是有力地推动了企业现代化管理水平的提高。此外,在存储成本方面,自动化立体仓库与传统仓库相比,其优势也很明显。表3是中国仓储协会最新调研的国内某典型物流系统项目中传统仓库与自动化立体库的成本对比。

从表3可知,假定人工成本(6.5万元/年)和土地成本(平均100万元/亩)一定的前提条件下,目前自动立体库前期投资已经明显低于传统库;从长远来看,随着中国土地和人工成本的不断上升,自动化立体库较传统库的优势将日趋明显;从经济性以及发展性来看,自动化立体库将是未来仓储系统发展的首选。

三自动化立体仓库的发展展望

2012年,国内建成的自动化立体库近130多座,共生产了580多台不同规格型号的有轨巷道堆垛机产品,自动化立体库的累积总产值超过58亿元人民币。截至2012年底,全国累计建成的自动化立体库接近1300座,在役的自动化立体库超过1200座。目前建设的自动化立体库规模越来越大,平均货位数在1万个左右,高度均在20米以上,系统更加复杂,设备数量越来越多,应用领域也越来越广。

基于PLC的立体仓库控制系统 篇7

随着我国国民经济飞速的发展和企业现代化生产规模不断的扩大,现代物流系统从六十年代刚刚起步到现在蓬勃发展,其中立体仓库控制系统是不可缺少的重要部分。立体仓库控制系统是以PLC作为控制核心,集自动控制技术、计算机技术、通讯技术和机电一体化技术于一体的高科技控制设备。本文探讨了如何利用德国西门子PLC S7-200实现立体仓库控制,并分别从硬件和软件两个方面进行了分析和研究。此自动控制系统已在营口红塔集团得到了很好的应用。

2 系统概况

自动化立体仓库又称自动存取系统(AS/RS),是一种用高层立体货架储存物资,用自动控制堆垛机进行存取作业和用计算机监控管理的仓库。目前,立体仓库主要有以下几种形式:升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、圆形水平循环式等等。本系统采用巷道堆垛式立体仓库,此系统由PLC、堆垛机、计算机、货架、出入库输送机等设备构成。其中PLC是控制核心,堆垛机是立体仓库的主要存取设备,它是由机架、行走机构、升降机构、载货台、伸叉、导轨构成。堆垛机执行PLC命令去高速度、高密度地自动存取货物,同时在上位机可进行实时监控。

3 系统硬件设计

根据立体仓库控制系统要求,我们采用了德国西门子PLC S7-200 CPU226型号,此类型PLC可以满足多种多样自动化控制的要求,它虽为小型机,但有些功能可与大中型PLC相媲美。S7-200具有很强大的指令系统,具有功能齐全的编程软件和界面友好的工业控制组态软件,同时它有多种功能模块,便于组网,有良好的扩展性。此外,低廉的价格,很高的性价比也是我们采用它的重要原因。尤其它的两路高速脉冲输出(PTO)功能在步进电机控制上非常的方便,它可以直接通过驱动模块来驱动步进电机实现不同的旋转要求,从而实现起步的加速或停止时的减速。

此系统为了保证堆垛机三维位置移动定位的精确性,在同一位置误差不超过10毫米,我们采用两个步进电机控制堆垛机的升降和行走。同时伸叉控制使用直流电动机为执行元件,完成伸出收回动作。堆垛机系统硬件结构图如图1所示。PLC把多种输入信号如控制面板信号和传感器信号采样进来,通过PLC内部逻辑控制和运算处理,输出步进电机驱动所需的PTO脉冲等信号,从而控制堆垛机通过导轨按其指定距离运动,同时输出变量控制直流电动机正反转从而控制伸叉的伸出和收回动作。

此系统的输入信号分为两部分,一是控制面板上的控制按钮,包括急停按钮、自动手动转换开关、左右按钮、上下按钮、伸出和收回按钮。另一部分是各方位的限位开关,包括:上下限位、左右限位、伸出限位和收回限位。此系统的输出相对要复杂一些,S7-200 CPU226支持两路的PTO脉冲输出,分别为Q0.0和Q0.1。PTO可以输出一串占空比50%的脉冲,我们可以控制脉冲的周期和个数,其中周期可以根据需要选用微秒或毫秒,脉冲个数是一个32位的无符号数。此系统用Q0.0来控制上下电机的运动,Q0.1来控制左右电机的运动。另外,步进电机还有正反转控制功能,用Q0.2来控制上下电机的运动方向,用Q0.3来控制左右电机的运行方向。同时,用Q0.4和Q0.5来控制伸叉电机的正反转。

此系统PLC硬件I/O端口分配表如表1所示,硬件接线图如图2所示。

4 系统软件设计

4.1 通讯协议的制定

当选择自动的工作方式,上位机可以通过通讯来控制PLC并最终控制步进电机,实现堆垛机的送货和取货过程。PLC通过串口与上位机做通讯,当有操作的时候会将控制信息发给PLC,PLC收到后发回一个接收到的信息,并在执行完发回一个完成信息。

我们采用计算机编程软件Visual Basic 6.0作为上位机控制软件,在PLC和VB编程的时候设置,两边的波特率都为9600bps,每个字符的数据为8位,一个停止位。通信协议定义如下:

其中,byte1为控制字符(con),设0为入库,设1为出库,设2回原点,设3为停止。byte2和byte3分别为货架左右和上下运动脉冲轮廓号。Chr(13)为回车符表示信息结束。

4.2 向导配置PTO脉冲输出

西门子S7-200有两台PTO/PWM生成器,建立高速脉冲链或脉冲宽度调节波形。一台生成器指定给数字输出点Q0.0,另一台生成器指定给数字输出点Q0.1。一个指定的特殊内存(SM)位置为每台生成器存储以下数据:一个控制字节、一个脉冲计数值和一个循环时间和脉冲宽度值。

我们使用S7-200编程软件STEP7所带的脉冲输出向导来进行脉冲串输出和运动轮廓的配置。PTO的输出直接控制步进电机驱动器的PLS接口,我们只要精确地控制输出脉冲的数量和周期,那么电机就能实现相应的运动距离了。因为步进电机驱动器提供了细分功能,所以不同的细分方式下电机的相同转数则需要不同的脉冲个数。根据公式:(脉冲个数=运行距离/齿轮周长*步进电机每转步数*细分数)计算出运动一格的脉冲数添入向导所提供的轮廓中,在程序中根据各个情况调用不同的运动轮廓来实现运动距离。

立体仓库的入库程序流程图如图3所示,具体梯形图和VB程序省略。

5 结束语

PLC应用于立体仓库控制系统,与传统的继电接触器控制系统相比较,具有通用性强,可靠性高,操作方便,维护简单等优点。此控制系统经过两年多的实际运行,自动化程度高,空间利用率高,减轻了劳动强度,提高了生产效率,已取得了很好的经济效益,具有很好的应用前景。

参考文献

[1]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2006.7.

[2]鲁晓春.仓储自动化[M].北京:清华大学出版社,2002.1.

[3]孙海维.SIMATIC可编程控制器及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.1.

[4]廖常初.可编程控制应用技术[M].重庆:重庆大学出版社,2002.3.

应用3DMAX展示自动化立体仓库 篇8

在工程图纸中,较常见的是CAD工程图表现、计算机仿真表现及效果图表现。CAD图纸虽然表现的最为准确,但其专业性较强,未经专业训练的人很难看懂,虽然AutoCAD软件在不断升级、功能不断强大,立体图已经能在AutoCAD中生成,但对于大部分设计人员来说,制作成三维立体图费时费力。计算机仿真虽然虚拟现实颇具说服力,但其软件昂贵,制作成本相对较高。效果图由于具有直观性、真实性、艺术性等特点,成为展现自动化立体仓库运作效果的首选。

本文介绍3DMAX软件在效果图绘制方面的应用。

效果图制作的基本思路是将AutoCAD或其他二维软件绘制的二维图形导入到3DMAX中,通过命令实现二维到三维的转变,经过赋材质、加灯光、调角度等操作,最后渲染输出图片。下面通过实例进行说明。

①AutoCAD中进行适当删减

并非所有CAD中的线在3D中都能得到充分运用,因此要进行适当的删减,一些中心线、辅助线等可以删掉。在原始CAD图(图1-1)、经过整理后的Top图(图1-2)和Front图(图1-3)中,笔者认为只需要将Top和Front两个视图倒入3D即可,可以提高精度。

②将整理好的CAD图导入3DMAX

在3D中,通过角度锁定、旋转、对齐等命令,将Top和Front视图对齐到正确位置。

③在3DMAX中货架建模

在建模之前,最好预先把立柱、挂片和横梁等进行建模,在后期可以直接运用,避免重复工作。

正式建模时,将立柱、横梁等准备模型直接合并进来,再通过修改器将立柱和横梁的长度挤出到所需数量,一个单元制作完毕后,可借助导入的CAD图进行复制、镜像等,得到最终的货架模型,如图2所示。

④完善立库等型

货架模型制作完毕后,需要增加场景中的物流设备及货物等。堆垛机、输送机、叉车、托盘、货物等模型只需要各合并一个,暂且不要按照CAD工程图中实际数量进行复制。

⑤给模型赋予材质及灯光

立库效果图对材质和灯光方面要求并不是很高。材质只需赋一个Vray材质,通过漫发射来调整颜色,再适当给予反光。在灯光方面,一般模拟阳光即可。

值得注意的是Vray代理物体的运用。在立库中,叉车、输送机、堆垛机等模型会重复运用,而每个模型的面数、点数又很多,会对渲染速度产生影响,Vray渲染器提供的Vary代理物体可以很好地解决这个问题。Vray可以将场景中需要大量复制的复杂模型导出为一个外部网络对象,但这个外部的几何体不会出现在3DMAX场景中,也不占用资源,利用这种方式可以渲染面数超大的场景,且能缩短渲染时间。

以堆垛机为例,在赋予基本材质后,可将其转化为Vray代理物体输出(输出后不能进行编辑修改,因此在输出前要确认不再对其进行修改),然后根据工程图的要求进行复制。在复制代理物体模型时需注意,要以“实例”方式进行复制,否则复制的代理物体将无法正确显示。

⑥调整摄像机

该步骤在效果图制作中尤为重要。在实际制作中,要根据立库本身的类型、特点以及客户需求来选择效果图的表现形式。根据透视视角形式的不同,效果图的表现形式可划分为人视、鸟瞰、半鸟瞰、仰视、变形和局部等。根据实际经验,人视、半鸟瞰、局部等视角更易被客户接受。

人视视角(图3-1)比较适合于中小型立库效果图的绘制,能使建筑显得相对高大、壮观。因为有些客户更关注他们引进的设备是否壮观,是否与其企业文化相匹配,是否能增强自身在行业内的影响力,在这种情况下,效果图的绘制要从立库“壮观、气势磅礴”等方面着手。

半鸟瞰视角(图3-2)透视方法的优点是便于客户全方位观看了解立库的构成及特点,整个布局一目了然,适合大型立库且周边设备较多时的效果图绘制。半鸟瞰视角会从视觉效果上压低建筑,因此,层数较少的立库不宜采用此种透视角度。

局部效果图(图3-3)主要作为辅助图,使客户在宏观了解立库的基本框架后,通过细节、局部图来加深认识,更深入地了解物流运作的各个环节。

综上所述,在效果图透视角度的调整方面,要细致分析客户需求,结合立库本身的特点,通过调整3DMAX中的摄像机来实现最优角度的调整,如图4所示。

⑦渲染输出静态照片

在此不对渲染的测试值、输出光子图等进行详细解释。输出最终成品图(图5)时,在图片保存格式类型中应选取TGA格式。在设置TGA格式属性时,“每像素位数”选择32位,并且以非压缩的形式输出图片。将最终成品图保存为TGA格式,主要是为了方便后期在Photoshop中进行处理。因为它是以通道格式存储图片信息,方便抠图,轻松实现换背景、草地天空的添加等。

⑧Photoshop后期处理

一般情况下,用3DMAX制作的效果图需要用Photoshop图像处理软件对其进行色调、光感、明暗度、虚实反差等处理,以提高立库效果图的逼真程度。尤其是增加配景,更是起到举足轻重的作用。

在立库效果图的后期处理中,先要完成天空、草地的绘制,然后要深入细部,为效果图添加挂角树、人物和远景树等一系列配景。最终效果图如图6所示。

⑨多方面意见美化

让客户尤其是客户的高层人士看到效果图就感觉到气势磅礴,一定会有利于项目的成功进行。因此,效果图要广泛征求多方意见,不断完善,最终提交给客户。