自動化立體倉庫

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

自動化立體倉庫（Automatic Storage ＆ Retrieval System，簡稱AS/RS），也稱為高層貨架倉庫

　　自動化立體倉庫一般是指採用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應的物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業的倉庫。由於這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。

　　立體倉庫的產生和發展是第二次世界大戰之後生產和技術發展的結果。50年代初，美國出現了採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採用電腦控制技術，建立了第一座電腦控制的立體倉庫。此後，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發展，並形成了專門的學科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，並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製開始並不晚，1963年研製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年開始研製我國第一座由電腦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。到目前為止，我國每年新建自動化立體倉庫數量大約在100座左右。立體倉庫由於具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、採用電腦進行控制管理而利於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。自動化高架倉庫應用範圍很廣，幾乎遍佈所有行業。在我國，自動化高架倉庫應用的行業主要有機械、冶金、化工、航空航天、電子、醫葯、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機場、港口等。

　　自動化立體倉庫是現代物流系統中迅速發展的一個重要組成部分, 它具有節約用地、減輕勞動強度、消除差錯、提高倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質、降低儲運損耗、有效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優點。與廠級電腦管理信息系統聯網以及與生產線緊密相連的自動化立體倉庫更是當今CIMS(電腦集成製造系統)及FMS(柔性製造系統)必不可少的關鍵環節。

　　自動化立體倉庫主要由三大類設施組成：

　　(一)土建及公用工程設施

　　1．庫房。庫存容量和貨架規格是庫房設計的主要依據。

　　2．消防系統。對於自動化立體倉庫而言，由於庫房規模大，存儲的貨物和設備較多且密度大，而倉庫的管理和操作人員較少，所以倉庫內一般都採用自動消防系統。要看防火等級，防火等級高的，必要要設置自動噴淋系統。

　　3．照明系統。

　　4．動力系統。

　　5．通風及採暖系統。

　　6．其他設施。如排水設施、避雷接地設施和環境保護設施等。

　　(二)機械設備

　　1．貨架。貨架的材料一般選用鋼材，鋼貨架的優點是構件尺寸小，製作方便，安裝建設周期短，而且可以提高倉庫的庫容利用率。自動化立體倉庫的貨架一般都分隔成一個個的單元格，單元格是用於存放托盤或直接存放貨物的。

　　2．貨箱與托盤。貨箱和托盤的基本功能是裝小件的貨物，以便於叉車和堆垛機的叉取和存放。採用貨箱和托盤存放貨物可以提高貨物裝卸和存取的效率。

　　3．堆垛機。堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的設備，它是隨自動化立體倉庫的出現而發展起來的專用起重機。巷道機可在高層貨架間的巷道內來回運動，其升降平臺可作上下運動，升降平臺上的貨物存取裝置可將貨物存入貨格或從貨格中取出。

　　4．周邊搬運設備。搬運設備一般是由電力來驅動，由自動或手動控制，把貨物從一處移到另一處。這類設備包括輸送機、自動導向車等，設備形式可以是單機、雙軌、地面的、空中的、一維運行(即沿水平直線或垂直直線運行)、二維運行、三維運行等。其作用是配合巷道機完成貨物的輸送、轉移、分揀等作業。在倉庫內的主要搬運系統因故停止工作時，周邊設備還可以發揮其作用，使作業繼續進行。

　　(三)電氣與電子設備

　　1．檢測裝置。檢測裝置是用於檢測各種作業設備的物理參數和相應的化學參數，通過對檢測數據的判斷和處理可為系統決策提供最佳依據，以保證系統安全可靠地運行。

　　2．信息識別設備。在自動化立體倉庫中，這種設備必不可少，它是用於採集貨物的品名、類別、貨號、數量、等級、目的地、生產廠、貨物地址等物流信息。這類設備通常採用條形碼、磁條、光學字元和射頻等識別技術。

　　3．控制裝置。自動化立體倉庫內所配備的各種存取設備和輸送設備必須具有控制裝置，以實現自動化運轉。這類控制裝置包括普通開關、繼電器、微處理器、單片機和可編程式控制器等等。

　　4．監控及調度設備。監控及調度設備主要負責協調系統中各部分的運行，它是自動化立體倉庫的信息樞紐，在整個系統中舉足輕重。

　　5．電腦管理系統。電腦管理系統用於進行倉庫的賬目管理和作業管理，並可與企業的管理系統交換信息。

　　6．數據通信設備。自動化立體倉庫是一個構造複雜的自動化系統，它由眾多的子系統組成。各系統、各設備之間需要進行大量的信息交換以完成規定的任務，因此需要大量的數據通信設備作為信息傳遞的媒介，這類設備包括電纜、遠紅外光、光纖和電磁波等。

　　7．大屏幕顯示器。這是為了倉庫內的工作人員操作方便，便於觀察設備情況而設置的。

　　自動化立體倉庫是一個複雜的綜合自動化系統，作為一種特定的倉庫形式，一般有以下幾種分類方式：

　　1.按照建築物形式分類

　　按建築形式可分為整體式和分離式兩種。

　　（1）整體式：是指貨架除了存儲貨物以外，還作為建築物的支撐結構，構成建築物的一部分，即庫房貨架一體化結構，一般整體式高度在12米以上。這種倉庫結構重量輕，整體性好，抗震好。

　　（2）分離式：分離式中存貨物的貨架在建築物內部獨立存在。分離式高度在12米以下，但也有15米至20米的。適用於利用原有建築物作庫房，或在廠房和倉庫內單建一個高貨架的場所。

　　2.按照貨物存取形式分類

　　按照貨物存取形式分為單元貨架式、移動貨架式和揀選貨架式。

　　（1）單元貨架式：單元貨架式是常見的倉庫形式。貨物先放在托盤或集裝箱內，再裝入單元貨架的貨位上。

　　（2）移動貨架式：移動貨架式由電動貨架組成，貨架可以在軌道上行走，由控制裝置控制貨架合攏和分離。作業時貨架分開，在巷道中可進行作業；不作業時可將貨架合攏，只留一條作業巷道，從而提高空間的利用率。

　　（3）揀選貨架式：揀選貨架式中分揀機構是其核心部分，分為巷道內分揀和巷道外分揀兩種方式。“人到貨前揀選”是揀選人員乘揀選式堆垛機到貨格前，從貨格中揀選所需數量的貨物出庫。“貨到人處揀選”是將存有所需貨物的托盤或貨箱由堆垛機至揀選區，揀選人員按提貨單的要求揀出所需貨物，再將剩餘的貨物送回原地。

　　3.按照貨架構造形式分類

　　可分為單元貨格式、貫通式、水平旋轉式和垂直旋轉式。

　　（1）單元貨格式倉庫：類似單元貨架式，巷道占去了三分之一左右的面積。

　　（2）貫通式：為了提高倉庫利用率，可以取消位於各排貨架之間的巷道，將個體貨架合併在一起，使每一層、同一列的貨物互相貫通，形成能一次存放多貨物單元的通道，而在另一端由出庫起重機取貨，成為貫通式倉庫。根據貨物單元在通道內的移動方式，貫通式倉庫又可分為重力式貨架倉庫和穿梭小車式貨架倉庫。重力式貨架倉庫每個存貨通道只能存放同一種貨物，所以它適用於貨物品種不太多而數量又相對較大的倉庫。梭式小車可以由起重機從一個存貨通道搬運到另一通道。

　　（3）水平旋轉式倉庫的貨架：這類倉庫本身可以在水平面內沿環形路線來回運行。每組貨架由若幹獨立的貨櫃組成，用一臺鏈式傳送機將這些貨櫃串連起來。每個貨櫃下方有支撐滾輪，上部有導向滾輪。傳送機運轉時，貨櫃便相應運動。需要提取某種貨物時，只需在操作臺上給予出庫指令。當裝有所需貨物的貨櫃轉到出貨口時，貨架停止運轉。這種貨架對於小件物品的揀選作業十分合適。它簡便實用，充分利用空間，適用於作業頻率要求不太高的場合。

　　（4）垂直旋轉貨架式倉庫：與水平旋轉貨架式倉庫相似，只是把水平面內的旋轉改為垂直面內的旋轉。這種貨架特別適用於存放長捲狀貨物，如地毯、地板革、膠片捲、電纜捲等。

　　自動化立體倉庫的主要優點有以下幾個方面：

　　1．由於能充分利用倉庫的垂直空間，其單位面積存儲量遠遠大於普通的單層倉庫(一般是單層倉庫的4-7倍)。目前，世界上最高的立體倉庫可達40多米，容量多達30萬個貨位。

　　2．倉庫作業全部實現機械化和自動化，一方面能大大節省人力，減少勞動力費用的支出，另一方面能大大提高作業效率。

　　3．採用電腦進行倉儲管理，可以方便地做到"先進先出"，並可防止貨物自然老化、變質、生鏽，也能避免貨物的丟失。

　　4．貨位集中，便於控制與管理，特別是使用電子電腦，不但能夠實現作業的自動控制，而且能夠進行信息處理。

　　5．能更好地適應黑暗、低溫、有毒等特殊環境的要求。例如，膠片廠把膠片卷軸存放在自動化立體倉庫里，在完全黑暗的條件下，通過電腦控制可以實現膠片卷軸的自動出入庫。

　　6．採用托盤或貨箱存儲貨物，貨物的破損率顯著降低。

　　自動化立體倉庫的主要缺點：

　　1．由於自動化立體倉庫的結構比較複雜，配套設備也比較多，所以需要的基建和設備的投資也比較大。

　　2．貨架安裝精度要求高，施工比較困難，而且工期相應較長。

　　3．存儲彈性小，難以應付高峰的需求。

　　4．對可存儲的貨物品種有一定限制，需要單獨設立存儲系統用於存放長、大、笨重的貨物以及要求特殊保管條件的貨物。

　　5．自動化立體倉庫的高架吊車、自動控制系統等都是技術含量極高的設備，維護要求高，因此必須依賴供應商，以便在系統出現故障時能得到及時的技術援助。這就增強了對供應商的依賴性。

　　6．對建庫前的工藝設計要求高，在投產使用時要嚴格按照工藝作業。

　　每個自動化立體倉庫的設計都分幾個主要的階段，每個階段都有其要達到的目標。

　　(一)設計前的準備工作

　　需求分析(準備階段)是第一階段，在這一階段里要提出問題，確定設計目標，並確定設計標準。要通過調研搜集設計的數據，找出各種制約條件，並對其進行細緻的分析。設計主要包括以幾個方面：

　　1．要瞭解建庫的現場條件，包括氣象、地形、地質條件、地面承載能力、風及雪載荷、地震情況以及其他環境的影響。

　　2．在自動化立體倉庫的總體設計中，機械、結構、電氣、土建等多專業相互交叉、相互制約，這就要求第三方物流企業在進行設計時必須考慮到各專業的需要。例如，機械的運動精度要根據結構製作的精度和土建的沉降精度而選定。

　　3．要制定出第三方物流企業對倉儲系統的投資、人員配置等計劃，以此來確定倉儲系統的規模和機械化、自動化的程度。

　　4．要對與第三方物流企業倉儲系統有關的其他方面的條件進行調查瞭解，例如，貨物的來源，連結庫場的交通情況，貨物的包裝，搬運貨物的方法，貨物的最終去向和運輸工具等等。

　　(二)庫場的選擇與規劃

　　庫場的選擇和佈置對於倉儲系統的基建投資、物流費用、勞動條件等都有重要的意義。考慮到城市規劃、第三方物流企業的整體運作，自動化立體倉庫最好選在靠近港口、碼頭、貨運站等交通樞紐，或靠近生產地或原材料產地，或靠近主要的銷售市場，這樣可以大大地降低第三方物流企業的費用。庫場地址是否合理對於環境保護、城市規劃等也有一定的影響。例如，選擇在受到交通限制的商業區建立自動化立體倉庫，一方面與繁華的商業環境不協調，另一方面要花高價購買地皮。最重要的是，由於受到交通限制，只能每天半夜來運送貨物，這顯然是極不合理的。

　　(三)確定倉庫形式、作業方式和機械設備參數

　　倉庫的形式需要在調查入庫貨物品種的基礎上確定。一般都採用單元貨格式倉庫，如果存儲的貨物品種單一或很少，而且貨物批量較大，可以採用重力式貨架或者其他形式的貫通式倉庫。根據出入庫的工藝要求(整單元或零散出入庫)來決定是否需要堆垛揀選作業，如果需要揀選作業，再確定揀選作業的方式。

　　為了提高出入庫搬運效率，應儘量減少單作業方式(即單人庫或單出庫)，要儘量採用複合式作業方式(即迂迴或回程也進行搬運作業)。或者採用一次搬運兩個單元格貨物的作業方式，具體做法是：在堆垛機的臺上設置兩副貨叉，它們可以分別伸縮，也可以同時伸縮，以存取兩個單元格的貨物。還有一種方法就是把貨架的深度加大，設計成兩個貨物單元大小，相應的也要把堆垛機的貨台增寬一倍，貨叉要增長一倍，這樣要叉取一個貨物單元時，貨叉只要伸出一半就可以了，如果要同時叉取兩個貨物單元時，只要把貨叉全部伸出就可以了。在自動化立體倉庫中還有一種作業方式常被採用，這就是所謂的"自由貨位"方式，即貨物可以就近入庫，特別是對於出入庫頻繁和超長、超重的貨物，應當儘量在到貨和發貨的地點附近作業，這樣做不但可以縮短出入庫時間，還節省了搬運費用。

　　自動化立體倉庫所使用的機械設備有很多種，一般都包括巷道堆垛機、連續輸送機、高層貨架，自動化程度高的還有自動導向車。在進行倉庫的總體設計時，要根據倉庫的規模、貨物的品種、出入庫頻率等選擇最適合的機械設備，並確定這些設備的主要參數。

　　(四)確定貨物單元形式及規格

　　由於自動化立體倉庫的前提是單元化的搬運，所以確定貨物單元的形式、尺寸和重量是一個非常重要的問題。它會影響到第三方物流企業對倉庫的投資，而且會影響到整個倉儲系統的配備、設施等問題。因此，為了合理確定貨物單元的形式、尺寸和重量，應根據調查和統計的結果，列出所有可能的貨物單元形式和規格，並做出合理的選擇。對於那些形狀和尺寸比較特殊或者很重的貨物，可以單獨處理。

　　在貨物單元形式和規格都確定後，還應確定貨格的尺寸，貨格尺寸取決於貨物單元四周留出的凈尺寸和貨架構件的有關尺寸。一般來說這些凈尺寸都是根據實際情況和有關經驗、數據來確定的。

　　(五)確定庫容量(包括緩存區)

　　庫容量是指在同一時間倉庫可容納的貨物單元數，這對自動化立體倉庫來說是一個非常重要的參數。由於在庫存周期會受到許多預料之外因素的影響，因此庫存量的波峰值有時會大大超出自動化立體倉庫的實際庫容量。除此之外，有的自動化立體倉庫僅僅考慮了貨架區的容量，而忽視了緩存區的面積，結果造成緩存區的面積不足，使得貨架區的貨物出不來，庫房外的貨物進不去。

　　(六)庫房面積與其他面積的分配

　　由於總面積是一定的，而許多第三方物流企業在建造自動化立體倉庫時只重視辦公、實驗(包括研發)的面積，卻忽視了庫房面積，因此造成了這種局面，即為了滿足庫容量的需要，只好通過向空間發展來達到要求。但是貨架越高，機械設備的採購成本和運行成本也就越高。除此之外，由於自動化立體倉庫內最優的物流路線是直線形的，但在倉庫設計時往往會受到平面面積的限制，造成本身物流路線的迂迴(往往是s形，甚至是網狀)，這會增加許多不必要的投入和麻煩。

　　(七)人員與設備的匹配

　　不管自動化立體倉庫的自動化程度有多高，具體運作時仍需要一定的人工勞動，因此工作人員的數量要合適。人員不足會降低倉庫的效率，太多又會造成浪費。自動化立體倉庫採用了大量先進的設備，因此對人員的素質要求比較高，人員素質跟不上，同樣會降低倉庫的吞吐能力。第三方物流企業需要招聘專門的人才，並對其進行專門的培訓。

　　(八)系統數據的傳輸

　　由於數據傳輸路徑不通暢或數據冗餘等原因，會造成系統數據傳輸速度慢，甚至無法傳輸的現象，因此要考慮自動化立體倉庫內部以及與第三方物流企業上下級管理系統間的信息傳遞的問題。

　　(九)整體運作能力

　　自動化立體倉庫的上游、下游及其內部各子系統的協調，有一個木桶效應的問題，即最短的那一塊木板決定了木桶的容量。有的倉庫採用了很多的高科技產品，各種設施設備也非常齊全，但是由於各子系統間協調性、兼容性不好，造成整體運作能力比預期差很多。