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穿梭車貨架在物流系統的應用【中精工業】

2019-03-11

穿梭車貨架在物流系統的應用【中精工業】

       近年來,自動化物流系統在煙草、機電、醫藥、食品、軍隊等領域的應用日益廣泛,相關物流裝備趨于多元化,其技術性能和水平不斷提高。在自動化物流系統中,物料輸送--穿梭車貨架,主要采用鏈式、輥道、帶式輸送機等通用設備,一般均固定在地面上。將上述設備裝上走行輪,沿固定路徑移動,就成為穿梭車。穿梭車具有動態移栽的特點,能使物料在不同工位之間的傳送及輸送線布局更加緊湊、簡捷,從而提高物料的輸送效率。因此,穿梭車在自動化物流系統中應用較為普遍。一般來說,沿固定軌道行走的輸送設備稱為穿梭車(RGV),無軌的稱為自動導引車(AGV),穿梭車貨架在空中輸送的稱為懸掛小車(EMS)。從軌道形式上,穿梭車可分為往復式直行穿梭車和環行穿梭車,環行穿梭車能在同一軌道上運行多輛車體,可大大提高搬運能力,是穿梭車的發展趨勢。

穿梭車貨架

  往復直行穿梭車貨架,往復直行穿梭車貨架是一種用于自動化物流系統中的智能型軌道導引搬運設備。在電控系統控制下,通過編碼器、激光測距等認址方式精確定位于各個輸入、輸出工位,接受物料后進行往復穿梭運輸,主要應用于自動化物流系統中單元物料高速、高效的平面自動輸送,具有高度的自動化和靈活性。往復直行穿梭車主要由車體系統、輸送裝置、認址裝置、導軌系統、報警裝置、電氣裝置等組成。車體系統主要由車架體、行走驅動裝置、裝飾罩組成。車架體是承載其他部件的主體,主要由型鋼焊接而成。行走驅動裝置主要由傳動軸、驅動輪及電機等組成。行走驅動裝置的走行輪采用高科技聚氨酯材料,既提高了輪子耐磨性,又大大減少了輪子與走行輪間的摩擦力,這樣可以延長輪子的使用壽命。此外,車體可根據總體工藝流量需要設計成雙車體,以適應雙工位的需求,可提高總體輸送能力。輸送裝置是物料輸送部分,安裝于車體上,框架采用鋼結構。根據物料的形式,可選擇輥道輸送、鏈式輸送、皮帶輸送等輸送形式,同時可根據總體工藝流量需要設計成雙輸送裝置,以適應雙工位輸送的需求,可大大提高總體輸送能力。認址裝置是穿梭車出入庫站臺的定位信號裝置。認址裝置有鏈條式、同步帶式、摩擦輪式編碼認址,以及激光認址、條碼認址等多種方式,根據不同的電控模式進行選擇。認址裝置的精確性和可靠性直接影響穿梭車的定位精度及運行的平穩性,因此要根據設備的運行能力要求及投資成本選擇不同的認址方式。導軌系統由導軌部分和停止器組成,是承載穿梭車的基礎和行走的導向。導軌有外購輕型鋼軌、專用鋁型材導軌兩種形式。兩種軌道都配置停止器,包括緩沖器和支架等,安裝在軌道兩端,防止穿梭車在意外情況下沖出軌道。軌道類型根據設備的運行能力要求及投資成本進行選擇。

       進行物流系統總體方案設計時,要從整個系統的能力指標、功能要求、總體布局出發。在選型時,首先要提供系統要求處理的流量、路線布局圖,經能力仿真和計算后,才能確定采用的模式。比如,根據能力不同,在相同的速度、控制模式下可選單工位往復式直行穿梭車、雙工位往復式直行穿梭車貨架、一軌雙車雙工位往復式穿梭車貨架;此外,物料大小、形狀也比較重要,決定了移載、輸送的形式。單軌環形穿梭車貨架,單軌環行穿梭車系統是為適應現代化物流系統的快速發展而開發的智能型單軌道導引搬運設備。在電控系統控制下,通過編碼器或條碼認址精確定位于各個輸入、輸出工位,接受物料后進行環形單向運輸。單軌環行穿梭車主要由機械和電氣兩大部分組成,機械部分由穿梭車、單軌軌道系統和維修車等組成,電氣部分由單機控制系統、軌道電源供給系統和計算機調度管理系統組成。行走裝置用于實現穿梭車在單軌上直行或轉彎走行,由前驅動部件(含行走行輪和電機)、后驅動部件(含行走行輪和電機)、2個萬向輪、2組限位導向輪等組成。該裝置是本機的關鍵技術部分,前后驅動裝置與輸送裝置之間用可旋轉的連接件連接,在轉彎時保證可靠、平穩、連續。萬向輪為兩組,分別裝于車體另一側的地上行走部分,并與其上的立柱固定連接,萬向輪與地面接觸。輸送裝置由鏈條、鏈輪、左右框梁和輸送減速電機組成,采用導向輥子導向,導向可靠。


  單軌環行穿梭車的走行輪同樣采用聚氨酯材料。單軌軌道系統,利用導向輪在軌道上導向,穿梭車就沿著軌道運行。軌道采用專用鋁型材,直線度好、承載能力高,還可用于安裝電器各類輔件。軌道分為直行段和轉彎段兩種軌道,其中直行段采用分段設計,以便于安裝,轉彎段最小轉彎半徑為800mm。維修車,在某一臺穿梭車貨架發生故障時,故障穿梭車可離開主線,整個系統并不停止運行,其他穿梭車仍然繼續工作。如果維修車不在主線上,互鎖裝置將啟動,使其他穿梭車停下來,需要維修的穿梭車可安全地移載到拆裝軌道上,輸送和走行均采用變頻控制緩起緩停,以緩和對搬運貨物的沖擊,防止貨物在搬運過程中潰散;與各站臺的接口處設有輸送過渡裝置,使輸送過渡平穩,防止貨物在搬運過程中潰散。編碼器認址方式定位,窄巷道貨架的編碼器使速度控制及停止位置控制簡單化。采用認址控制后,系統的可維護性得到很大的改善,在系統中增加小車及站臺數量也非常簡單。走行裝置,變頻器控制小車的加速或減速,以避免貨物從小車上掉落,使用內部微處理器實現了最優化速度控制(加速及減速)和排隊方式起停。軌道電源供給系統,供電方式采用安全滑觸線或無接觸能量傳輸方式。軌道通訊系統,針對每輛穿梭車發來的搬運請求給予最優化的任務分配,運行可靠,信號不易丟失。可用遙控器模式操作,當使用遙控器將穿梭車切換到本地模式后,穿梭車不再受上位計算機控制。此時,只能使用遙控器操作穿梭車的動作。在此狀態下,穿梭車可完成多段速前進、后退、送貨和取貨操作。窄巷道貨架技術參數,物料輸送速度:車載鏈式輸送機的輸送速度為12~24m/min,穿梭車走行速度為120~250m/min;定位精度:±5mm;最大載重量:1200kg;最小轉彎半徑:800mm。

穿梭車貨架

        穿梭車貨架系統的基本構成,穿梭車貨架系統的基本構成多種多樣,作為一個獨特的物流系統,它與普通的物流自動化系統有許多相似之處,但也有很大不同。其中,調度系統是至關重要的子系統之一,有些功能是之前其他物流系統所沒有的。托盤式穿梭車系統主要用于密集存儲,其收貨系統中主要包括輸送機(包括提升機);儲存系統則包括貨架、穿梭車、提升機等,有些也采用堆垛機(AS/RS)完成穿梭車的換層;發貨系統包括輸送機及揀選系統等。有些系統比較簡單,如穿梭板可以自行構成系統,有些系統則比較復雜,如采用機器人完成入庫碼垛和出庫拆垛等。箱式穿梭車系統主要用于“貨到人”揀選系統,其收貨系統包括收貨換箱工作站和收貨輸送系統;儲存系統包括貨架及軌道、穿梭車(包括多層穿梭車貨架、子母車、四向穿梭車等)、提升機等;發貨系統則包括揀選工作站、包裝工作站和輸送系統等,根據實際應用不同,有些系統會更簡單或復雜一些。穿梭車是系統的核心產品,其本身構成包括車體和移載機構。其中,多層穿梭車只能完成往復運動,有的可以依靠提升機完成換層;四向穿梭車可以完成平面內的x方向和y方向的運動,換層則通過提升機完成;還有一種子母車,母車完成巷道內x方向的運動,子車可以完成y方向的運動。移載機構有很多種形式,其中夾抱式貨叉應用比較多。穿梭車采用電池供電,為滿足作業需要,要求一次完全充電能夠滿足6個小時以上的正常作業,并能夠快速充電;托盤式穿梭車有固定的充電站,箱式穿梭車則采用多種充電形式,如在提升機上充電就是一種快速充電的方式。


       穿梭車貨架系統的關鍵技術及難點分析,以下關鍵技術的發展深刻影響著穿梭車系統的市場應用。最早的穿梭板小車,采用的是半自動控制方式,結構和系統簡單,電池技術是影響其應用的關鍵技術之一。每次完全充電能滿足的工作時間成為穿梭板的一個瓶頸。而高性能的電池價格昂貴,使得穿梭板小車的應用非常有限。隨著電池性能的不斷提高,量產以后價格下降,穿梭板小車才得以廣泛應用。電量監測技術,在早期,一個很大的困難是小車的電量監測,設想一下小車突然沒有電時怎么辦?而這種情況確實每天都在發生。如果不能有效地監測到小車的電量,問題就無法解決。這一問題會造成全自動的系統和大型系統無法應用,這也是穿梭車系統遲遲不能推廣應用的關鍵原因之一。 通訊和定位技術,早期的穿梭板由于通訊問題導致定位不準確,進而出現大量空位情況,而設備通訊故障頻繁導致維護很困難,也在很大程度上影響其使用。不同類型穿梭車系統的技術難點,托盤式四向車為立體儲存提供了新的解決方案,是對立體庫存儲技術的重大突破,傳統以AS/RS為主的立體存儲設計思想因此受到了很大沖擊。然而,四向車系統的路線設計是非常困難的,越大的系統,調度系統難度越大;此外,由于增加了橫向和縱向的軌道,系統交通管制也是一個非常大的問題,這些問題不解決好,也將無法大規模使用。 多層穿梭車的發明解決了“貨到人”揀選系統中長期困擾人們的存取速度問題。在此前,盡管miniload堆垛機的速度已經提高到驚人的350m/min,但存取效率還是局限在每臺小車每小時作業100多次,多層穿梭車輕松突破了這一極限。多層穿梭車首先解決了快速充電問題,現在的快速充電裝置可以在數秒之內充電并滿足小車幾分鐘的作業要求,這樣,小車完全可以實現24小時不間斷工作,這是一個重大的技術突破。此外,多層穿梭車的貨叉設計也是重點。隨著市場分工越來越精細,現在已經有成熟的貨叉可以選用。貨叉的成本約占小車總成本的40%,從這一點也可以看出其重要性。選擇與評價穿梭車貨架的系統,對設計和使用者來說,如何選擇和評價穿梭車系統非常關鍵。主要應該注意以下幾個方面:出入庫作業能力,出入庫作業能力是衡量穿梭車系統的重要指標。包括輸送系統、提升機、穿梭車、堆垛機等所有關聯系統或設備的作業能力的匹配,以及揀選工作站的能力等。在實際設計中,要求一個拆零揀選工作站達到600行以上的揀選能力是非常普遍的情況,這對工作站、輸送系統的設計也提出了很大挑戰。穿梭車貨架的儲存能力基本是一個靜態指標。不同的設備和技術所能夠達到的儲存能力是不一樣的。一般情況下,儲存能力越高越好。密集庫系統對儲存指標要求比較高,但拆零揀選系統卻并不特別追求這一點。要注意儲存能力和存取能力的一致性,有時過分追求單一指標是沒有意義的。

       軟件系統,對于箱式穿梭車系統來說,其難點在于軟件系統,如何快速高效地響應訂單的揀選要求,是考驗一個穿梭車系統的關鍵內容。而對于托盤式穿梭車來說,四向車的控制系統是難點,密集庫的管理與作業流程設計與普通倉庫也大不一樣。 可靠性指標,沒有什么比可靠性指標更重要的了。什么是可靠性指標?很多人不是很明白;在FEM標準中,有一個可用度指標可以用來描述系統的可靠性。其計算公式是:具體應用到穿梭車系統,可以將系統分為若干部分,對于串行系統,每部分的權重為1,對于并行系統,每個并行支線的權重為1/n(n為并行子系統的數量)。系統的可用時間是指系統總時間扣除故障恢復時間所剩余的時間。FEM規定,系統的可用度大于97%才能正式上線運行。市場需求及發展趨勢,穿梭車的誕生,為密集存儲和快速拆零揀選提供了十分有效的解決方案,是物流裝備技術的一次重大創新,它甚至改變了AS/RS系統長期以來獨占市場的格局,所以一經推出便廣受用戶歡迎。對于未來的發展趨勢,行業內多數專家都表現出極大的樂觀。托盤穿梭車,托盤式穿梭車的應用,徹底改變了密集存儲系統的概念,甚至可以說是一種顛覆。從簡單的穿梭板應用,到子母車,再到四向車系統,其發展軌跡一直圍繞著密集存儲進行。

穿梭車貨架

           與傳統的AS/RS系統相比,根據方案不同,其存儲密度會提高30%~50%不等,優勢是:四向穿梭車不受空間形狀的限制,幾乎可以在任意的空間中布置,這是AS/RS所無法比擬的優勢。雖然AS/RS系統也有雙深度存儲技術以增加存儲密度,但無論存儲密度還是對空間的要求,都與穿梭車優勢相去甚遠。密集存儲系統的應用場景非常多,如煙草原料和成品、食品飲料、工業制造等行業,尤其在冷鏈物流領域有很大的用武之地。傳統的冷庫不僅空間利用率低,而且作業環境非常惡劣,托盤式穿梭車的發明大幅度提升了存儲密度,也改善了作業環境,可謂一舉多得,市場前景非常廣闊。目前存在的問題是,由于穿梭車系統對貨架要求比較高,增加了系統的成本,為需要快速入出作業的系統帶來了成本壓力。

         箱式穿梭車,如果說托盤式穿梭車是為密集存儲而生,箱式穿梭車則完全是為拆零揀選而生,一個巷道可以達到每小時1000余次的揀選作業量,這在以前是無法想象的。箱式穿梭車在拆零揀選方面的應用更為廣闊,可以適應于多種現場情況,這是與miniload不同的地方;此外,miniload的存取能力受到限制,無法滿足“貨到人”揀選的需求。與傳統的閣樓式貨架比較,穿梭車系統存儲效率更高,揀選更為準確,對人的需求也大幅度降低,這是其具有巨大優勢的幾個方面。當然,成本是其劣勢之一。但隨著人工成本的不斷增加,這一點很快會達到平衡,并顯示出優勢。過去幾年來,智能物流成為行業最亮眼的明星。人們暢想的智能物流到底是什么?其中最關鍵的共識是:智能物流是實現大規模定制化生產的基礎。所謂大規模定制化生產,簡單來說就是要將以前的“千人一面”市場需求轉變為滿足“千人千面”的個性化需求。從這個意義上講,生產物料需要拆零,配送也需要拆零,拆零揀選將是未來的主要揀選形態;由此可見箱式穿梭車的價值所在。

        多年前,人們預測物流未來的發展趨勢,往往樂觀地認為未來物流中心規模將越來越小,理想甚至是庫存等于0為標志的JIT模式。但是事與愿違,隨著社會物質的極大豐富,現在的物流中心,規模變得越來越龐大,品規數變得越來越多,訂單越來越細,拆零比例越來越高,揀選和配送速度變得越來越快,這正是一個大規模定制化系統的真實反映。B2C電子商務的興起,很好地詮釋了這一變化趨勢的客觀需求,并在很短的時間內使之成為現實。可以預見的是,穿梭車系統的應用將越來越廣泛,規模也將越來越大,其前景不可限量。


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