1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1 绪论

自动化立体仓库也称自动存取系统，它是一种用高层立体货架（托盘系统）存储物资，用自动控制堆垛机进行存取作业，用计算机控制管理的仓库。自动化立体仓库除了具有传统仓库的基本功能外，还具有分拣、理货的功能，以及在不直接进行人工处理的情况下，自动存储和取出物料的功能。

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。与厂级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)必不可少的关键环节。

2 研究意义

立体仓库的特点在于以高层立体货架为标志，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，高效率地利用仓储空间，节约时间和人力进行各种作业，具有巨大地社会效益和经济效益，因此被普遍应用于机器制造业、电器制造业、航空港、轻工和化工企业、商储业、军需部门等各行各业。 其中自动化的立体仓库更是具有广阔市场前景。它集机械、电子、控制、计算机技术于一体，具有科技含量高，货物存取效率高和自动化程度高等优点，在物流监控技术、计算机应用技术、通信技术、货位优化管理等技术领域都有很好的应用。从制造工厂、商场、机场，到港口、军需部地下室冷库到都少不了立体仓库的身影，特别是随着人们生活水平的提高，我国的机动车数量日益猛增，传统的停车场已经不能满足人们的需求，于是人们将立体仓库这一理念和技术应用于停车库，很多城市都相继出现了立体停车库，使停车难的问题逐渐得以缓解，所以为了更好的合理利用资源、保证产需均衡、提高物流效率，我们对于自动化立体仓库的研究迫在眉睫。

3 自动化立体仓库的形成

自动化立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的高架仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机高架仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的高架仓库。此后，自动化高架仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。60年代中期，日本开始兴建高架仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化高架仓库最多的国家之一。

其发展经历了几个历程：

第一代：产生于6O年代的美国，第一代机械式立体仓库系统(Mechanical Highrise Warehouse System)，操作人员通过电器开关按钮来控制机械设备进行出入库作业，实现了搬运的机械化；

第二代：7O年代末，随着PLD，AS／RS，AGVS，Barcode Scanner等设备在立体仓库的应用，实现了控制自动化；

第三代：80年代末，计算机技术在自动化立体仓库的应用，诞生了集成化立体仓库系统，形成了由管理级，监控级，控制级组成的三级分布式控制结构，上位管理机协调控制整个仓库系统的出入库作业和库存管理，并且与下位工厂计算机信息关联网相联结，实现管理微机化；

第四代：9O年代，第四代智能型立体仓库系统，可实现对出入库任务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适当的建议等；

第五代： 目前向”3I”(intelligent，integrated，information)仓库系统过渡。

自动化立体仓库（AS/RS）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、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。立体仓库的建筑高度一般在5米以上，最高的可达50米，常用的立体仓库高度在7-25米之间。窟内高层货架每两排合成一组，每两组货架中间设有一条巷道，供巷道堆垛起重机和叉车行使作业。每排货架分为若干纵列和横排，构成货架或存货位，用于存放托盘或货箱。巷道堆垛起重机自动对准货位存取货物，通过周围出库、入库的搬运系统完成自动存取作业。

4 应用领域

自动化立体库在我国应用非常广泛。概述如下：

4.1 工业生产领域：

1 医药生产：医药生产是最早应用自动化立体库的领域之一，1993年广州羊城制药厂建成了国内最早的医药生产用自动化立体库。此后，吉林敖东、东北制药、扬子江制药、石家庄制药、上药集团等数十个企业成功应用自动化立体库。　　2 汽车制造：国内最早应用应用自动化立体库的领域之一。中国二汽是最早应用自动化立体库的单位。目前国内主要汽车制造企业几乎无一例外的应用自动化立体库。　　3 机械制造：是广泛应用自动化立体库的领域之一。如三一重工等。　　4 电子制造：联想等电子领域在2000年后开始采用自动化立体库系统。　　5 烟草制造业：国内采用自动化立体库最普遍的行业。而且大量采用进口设备。典型的如红河、长沙等。

4.2 物流领域：

1 烟草配送：广泛采用自动化立体库系统。　　2 医药配送：为了响应GSP认证，大量的自动化立体库被应用到全国医药流通领域。如国药、上药等。　　3 机场货运：较早采用自动化立体库的领域。目前各主要机场均采用立体库系统，用于行李处理。　　4 地铁：随着我国地铁建设的蓬勃兴起，自动化立体库应用大面积展开。

4.3 商品制造领域：

1 服装：服装领域应用自动化立体库是最近几年的事情。　　2 酒：如洋河、牛栏山等　　3 牛奶：蒙牛、伊利等企业有应用。　　4 化工：最早应用自动化立体库的行业之一。　　5 印刷、出版、图书：也是广泛应用的行业之一。

4.4 军事应用：

应用自动化立体库最普遍的领域之一。后勤、装备等尤为普遍。

4.5 其他：

此外还有很多领域应用了自动化立体库。如岩芯库、轮胎库、教学库等。

5 我国自动化立体仓库技术的市场应用现状和企业概况

5.1 按行业划分的市场保有量分析：

我国自动化立体仓库技术的市场应用经历了漫长的过程。目前已经几乎覆盖了国民经济的各个方面。下面对市场应用作简单描述 。

表1 我国自动化立体仓库的应用情况表

数据来源：中国物流技术协会信息中心2010年调研报告

注：以上数据根据各主要企业业绩汇总而来，仅统计带有自动化立体库和自动输送系统的项目。其他未统计行业包括金融、市政、防爆等类型物流系统，总保有量约30-50套，未单独列出。根据中国物流技术协会信息中心2010年的调研报告，中国目前已经建成的自动化物流系统中，烟草占17%，医药占13%，汽车占10%，机械制造占8%，连锁零售占8%，食品饮料行业站8%，机场占5%，军队占5%，出版印刷占4%，其他占22%。在机场自动化物流系统中，分为仓储系统和行李系统。其中行李系统主要为国外进口。

5.2 2010年我国市场情况分析：

根据中国物流技术协会信息中心2010年的调研报告，我国2010年自动化立体仓库系统及相关产品的总市场约为150亿，分布如下：

表2 自动化立体仓库及相关产品市场情况表　　

数据来源：中国物流技术协会信息中心2010年调研报告

注：上表在引用时去掉了非自动化仓储系统部分的货架及周边设备；一般情形下，立体库货架占总投资的30-40%，个别达到50%。

6 自动仓储在我国的展望发展

目前，自动立体仓储的发展出现了如下景象：

1．需求趋势：目前，部队、乳业、烟草、低温食品、铁路、地铁、制造业等行业的市场需求增大。预计近几年部队、铁路、地铁、石油行业将有较大的需求潜力；已经建库的大型企业出现了继续增加需求的趋势；早期投建的仓库或自动化立体仓库由于技术和电气元器件更新换代出现了更新改造的需求，同时国外如印度、泰国等企业开始进口中国立体仓库，这都给国内企业创造了机会。

2．土地资源紧张，迫使众多的厂家寻找自动化立体仓库。大家知道，国家确定了人均1.5亩地全国18亿亩的土地红线，在这个大政策下，要想批一块土地，实在很难。而向高处发展的自动化立体仓库，由于其较高的容积率，使得企业加大了对自动化立体仓库的投入。由于国家对土地资源管理的加强，土地使用成本不断增加迫使人们充分利用空间提供土地的利用率。同时自动化立体仓库的设备、外围设备及控制水平在不断提高，自动化、智能化、高效率、高精度、低损耗、高管理水平的存储和存取方式更适合于现代批量的要求。

3．随着全球化的进程进一步加快，流通物资和流动人员的急剧增加，提高运力和运输效率，是交通运输的必然选择。近几年，我国加快了告诉铁路建设的速度。仅铁道部《动车组运用检修设施建设意见》中就提出到2020年高速铁路动车检查库线要建成140条，而每条都需要配备自动化立体仓库3-4座。

4．在制造业中，大企业追求规模化。短时间内，中国制造业还将是中国经济发展的支柱，大规模的集中生产和全球经济萎缩和购买力的不平衡发展必然导致生产的不均衡发展，这时库存调节就成为必要。所以自动化立体仓库在量能需求上出现较大增长。

5．小企业追求实用化，盲目追求形象化的现象已经减少。比如某印刷更需要在使用中因印刷产品的不同，对于匹配、寻找管理提出较高要求，应用自动化立体仓库更多的层面是未来对模具的信息管理。

6．追求数量最小化的员工。随着国家整体文化素质的提高，劳动力出现了紧张局面，对于密集型劳动力的需求，对于强度大的劳动力的需求出现了新的趋势，更多的企业老板被劳动员工的培养、流动、管理搞的焦头烂额。用一个自动化仓库可以节约30%#8212;90%的管理员工，同时有助于解决员工的保险福利劳动纠纷等问题。

7．标准的模块式自动化立体仓库系统已引起人们的关注。这种系统在硬件和软件方面比传统的根据用户要求而提供的自动化立体仓库有更多的现成产品，而且价格较低，交货期短

8．新技术的应用成为一个企业决胜于千里之外的法宝。企业和人一样，如果没有活到老学到老的精神，企业的成长就会成为问题，一个新技术一经推出，企业就应该尝试在自己的行业进行应用，比如无线供电技术，目前在物流行业开始得到应用。

从这些发展竞争态势看，接下来相当长的时间内我国自动化立体仓库的发展将会大有作为，仓储领域也正等着迎接一场纵向空间的革新。

7 优越性能

自动化立体仓库其优越性是多方面的，对于企业来说,可从以下几个方面得到体现：　　1 、提高空间利用率　　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平库的2-5倍。这是相当可观的。　　2、 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，不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。　　以上所述的物流系统又是整个企业生产管理大系统（从订货、必要的设计和规划、计划编制和生产安排、制造、装配、试验、发运等）的一个子系统，建立物流系统与企业大系统间的实时连接，是目前自动化高架仓库发展的另一个明显的技术趋势。　　自动化立体仓库在我国较少的原因：　　1980年，我国第一座自行研制的自动化立体仓库开始投产以来，在汽车、化工、电子、烟草等行业的应用逐年增长。其中，最具典型意义的是我国家电龙头企业海尔集团国际物流中心的立体仓库，该仓库高22米，拥有18056个标准托盘位，包括原材料和产成品两大自动化物流系统，全部实现了现代物流的自动化和智能化。

8 自动化立体仓库的分类　

自动化立体仓库是一个复杂的综合自动化系统，作为一种特定的仓库形式，按照不同的分类方式划分，有以下几种分类方式：

8.1 按照建筑物形式分类

按建筑形式可分为整体式和分离式两种。

第一、整体式：是指货架除了存储货物以外，还作为建筑物的支撑结构，构成建筑物的一部分，即库房货架一体化结构，一般整体式高度在12米以上。这种仓库结构重量轻，整体性好，抗震好。

第二、分离式：分离式中存货物的货架在建筑物内部独立存在。分离式高度在12米以下，但也有15米至20米的。适用于利用原有建筑物作库房，或在厂房和仓库内单建一个高货架的场所。

8.2 按照货物存取形式分类

按照货物存取形式分为单元货架式、移动货架式和拣选货架式。

第一、单元货架式：单元货架式是常见的仓库形式。货物先放在托盘或集装箱内，再装入单元货架的货位上。

第二、移动货架式：移动货架式由电动货架组成，货架可以在轨道上行走，由控制装置控制货架合拢和分离。作业时货架分开，在巷道中可进行作业；不作业时可将货架合拢，只留一条作业巷道，从而提高空间的利用率。

第三、拣选货架式：拣选货架式中分拣机构是其核心部分，分为巷道内分拣和巷道外分拣两种方式。”人到货前拣选”是拣选人员乘拣选式堆垛机到货格前，从货格中拣选所需数量的货物出库。”货到人处拣选”是将存有所需货物的托盘或货箱由堆垛机至拣选区，拣选人员按提货单的要求拣出所需货物，再将剩余的货物送回原地。

8.3 按照货架构造形式分类

　　可分为单元货格式、贯通式、水平旋转式和垂直旋转式。

　　第一、单元货格式仓库：类似单元货架式，巷道占去了三分之一左右的面积。

　　第二、贯通式：为了提高仓库利用率，可以取消位于各排货架之间的巷道，将个体货架合并在一起，使每一层、同一列的货物互相贯通，形成能一次存放多货物单元的通道，而在另一端由出库起重机取货，成为贯通式仓库。根据货物单元在通道内的移动方式，贯通式仓库又可分为重力式货架仓库和穿梭小车式货架仓库。重力式货架仓库每个存货通道只能存放同一种货物，所以它适用于货物品种不太多而数量又相对较大的仓库。

　　第三、水平旋转式仓库的货架：这类仓库本身可以在水平面内沿环形路线来回运行。每组货架由若干独立的货柜组成，用一台链式传送机将这些货柜串连起来。每个货柜下方有支撑滚轮，上部有导向滚轮。传送机运转时，货柜便相应运动。需要提取某种货物时，只需在操作台上给予出库指令。当装有所需货物的货柜转到出货口时，货架停止运转。这种货架对于小件物品的拣选作业十分合适。它简便实用，充分利用空间，适用于作业频率要求不太高的场合。

　　第四、垂直旋转货架式仓库：与水平旋转货架式仓库相似，只是把水平面内的旋转改为垂直面内的旋转。这种货架特别适用于存放长卷状货物，如地毯、地板革、胶片卷、电缆卷等。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

（1）本课题研究或解决的问题

本设计要求设计完成一个自动化物料仓库堆垛机。使其能自动、严密、准确、快速的反应，并且满足设计的各项技术要求（包括实现物料的输送、检测、入库、出库等过程的自动化，提高自动化程度，降低成本，减轻工人劳动强度等方面）。结合硬件结构，确定合适的软件结构和程序设计方法，研究其工作流程、绘制plc设计图。

（2）本课题拟采用的研究手段