2024上海物流展|第24屆亞洲國(guó)際物流技術(shù)與運(yùn)輸系統(tǒng)展覽會(huì)(CeMAT ASIA)

時(shí)間：2024年11月5日－11月8日 地點(diǎn)：上海新國(guó)際博覽中心

中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、德國(guó)漢諾威展覽公司、漢諾威米蘭展覽（上海）有限公司

展會(huì)介紹

亞洲物料搬運(yùn)和物流技術(shù)行業(yè) 具 規(guī) 模 的國(guó)際 展 會(huì) 之 一，亞洲國(guó)際物流技術(shù)與運(yùn)輸系統(tǒng)展覽會(huì)（簡(jiǎn)稱亞洲物流展）自2000年以來(lái)已成功舉辦了23屆，作為德國(guó)漢諾威全球工業(yè)系列展的一員，CeMAT ASIA始終秉承德國(guó)漢諾威展會(huì)科技、創(chuàng)新及服務(wù)的先進(jìn)理念，立足中國(guó)市場(chǎng)，為各展商提供高端展示平臺(tái)。

參展詳情：馮先生131 2255 2507

多穿系統(tǒng)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)可靠性分析研究

隨著全球物流行業(yè)的不斷發(fā)展和客戶需求的不斷提升，物流儲(chǔ)存和搬運(yùn)效率成為了當(dāng)今物流行業(yè)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。在現(xiàn)代物流中，多穿系統(tǒng)作為一種高效、智能化的物流解決方案，吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。多穿系統(tǒng)通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)和智能化控制，能夠?qū)崿F(xiàn)高密度的貨物存儲(chǔ)、快速搬運(yùn)和高效的倉(cāng)儲(chǔ)管理，從而為物流企業(yè)提供了全新的儲(chǔ)存和搬運(yùn)方案。

首先，隨著設(shè)備零部件物資的日益增多，對(duì)于物資的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)運(yùn)需求也逐漸增加，所以對(duì)于高密度、自動(dòng)化存儲(chǔ)方案的需求變得日益迫切。因?yàn)椴煌愋秃推放频男⌒拓浳镏苻D(zhuǎn)箱的尺寸可能存在差異，這導(dǎo)致貨物在儲(chǔ)存過(guò)程中難以有效地堆疊和排列，這使得倉(cāng)儲(chǔ)容量不能被充分利用[1]。因此如何科學(xué)規(guī)劃高密度貨架系統(tǒng)、滿足小型貨物的存儲(chǔ)需求，并且提供新型的解決方案是本文需要解決的問(wèn)題。

其次，如何對(duì)多穿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行科學(xué)合理的驗(yàn)證[2]，從而滿足不同用戶的需求，是本文需要解決的第二個(gè)問(wèn)題。

1.改進(jìn)式物流系統(tǒng)規(guī)劃步驟

首先，對(duì)規(guī)劃的物流系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，收集與物流系統(tǒng)相關(guān)的資料。包括客戶的貨物種類、規(guī)格，以及倉(cāng)庫(kù)的平面圖、立體圖、結(jié)構(gòu)參數(shù)和地面承重能力等數(shù)據(jù)。然后根據(jù)客戶需求初步確定物流系統(tǒng)的總體規(guī)劃，確定倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)規(guī)模。

其次，設(shè)計(jì)合理的倉(cāng)庫(kù)布局，劃分各功能區(qū)的位置。并確定多層貨架的高度和位置，然后根據(jù)貨物種類和存儲(chǔ)頻率，正確劃分貨物存儲(chǔ)區(qū)域，提高貨物存取效率。

然后，選擇適合的高速穿梭車，考慮其載重能力、運(yùn)行速度等因素，以滿足高密度的貨物存儲(chǔ)需求。

最后，使用有限元分析技術(shù)對(duì)多穿貨架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和分析，驗(yàn)證貨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，保證物流系統(tǒng)規(guī)劃方案滿足用戶的需求。

2.多穿系統(tǒng)的核心設(shè)備

多穿系統(tǒng)是一種新型的倉(cāng)儲(chǔ)模式，用于存取50kg以下的周轉(zhuǎn)箱或紙箱，其作業(yè)效率比傳統(tǒng)的箱式堆垛機(jī)立體庫(kù)提高數(shù)倍[3]。如圖1所示，該系統(tǒng)由硬件設(shè)備系統(tǒng)和管理軟件系統(tǒng)兩部分組成，其中硬件設(shè)備系統(tǒng)包括高層立庫(kù)貨架、高速穿梭車、高速提升機(jī)、庫(kù)端站臺(tái)和外設(shè)輸送系統(tǒng)[4]。為了實(shí)現(xiàn)高速存取貨物的目的，系統(tǒng)每層配置一臺(tái)或多層共用一臺(tái)高速穿梭車，通過(guò)穿梭車向每層相接的庫(kù)端站臺(tái)取放貨物，再由高速提升機(jī)與庫(kù)端輸送站臺(tái)對(duì)接進(jìn)行貨物周轉(zhuǎn)運(yùn)輸，以此完成周轉(zhuǎn)箱或紙箱的快速存取作業(yè)。

圖1 多穿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)高速穿梭車

高速穿梭車是多穿系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，用于在貨架間高速完成貨物的存取和搬運(yùn)作業(yè)，如圖2所示。因?yàn)楦咚俅┧筌嚲邆渌竭\(yùn)行和貨叉伸縮的動(dòng)作，所以通過(guò)在貨架間的軌道上往復(fù)運(yùn)行，穿梭車能夠快速存取貨位上的貨物，實(shí)現(xiàn)出庫(kù)、入庫(kù)和搬運(yùn)任務(wù)。而且高速穿梭車在系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)和任務(wù)進(jìn)度可以通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。因此，高速穿梭車在多穿系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，通過(guò)其快速且準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)和操作，實(shí)現(xiàn)了貨物高效的存取和搬運(yùn)，提升了整個(gè)系統(tǒng)的作業(yè)效率和效益。

圖 2 高速穿梭車

(2)高速提升機(jī)

高速提升機(jī)是多穿系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，用于完成立體庫(kù)貨架的端部與各貨架層的庫(kù)端站臺(tái)相接的任務(wù)，以此實(shí)現(xiàn)貨物的快速出庫(kù)和入庫(kù)作業(yè)，如圖3所示。高速提升機(jī)主要作用是實(shí)現(xiàn)貨物在貨架層間的往復(fù)運(yùn)輸，完成周轉(zhuǎn)箱或紙箱的快速轉(zhuǎn)運(yùn)。高速提升機(jī)與庫(kù)端站臺(tái)相連，通過(guò)載貨臺(tái)上的輥道、皮帶或貨叉將貨物接送到庫(kù)端站臺(tái)，并在各設(shè)備層間往復(fù)運(yùn)行。高速提升機(jī)的運(yùn)行速度決定了整個(gè)多穿系統(tǒng)的作業(yè)效率，其響應(yīng)速度的快慢、定位是否精準(zhǔn)是系統(tǒng)性能高低的重要體現(xiàn)。

圖 3 高速提升機(jī)

(3)庫(kù)端輸送站臺(tái)及周邊輸送機(jī)

庫(kù)端輸送站臺(tái)是多穿系統(tǒng)中連接高速提升機(jī)與周邊輸送機(jī)的紐帶，用于貨物的出入庫(kù)輸送和緩存。庫(kù)端輸送站臺(tái)通常采用輥道機(jī)或皮帶機(jī)等多種輸送形式，可以根據(jù)系統(tǒng)的需求和作業(yè)節(jié)拍進(jìn)行調(diào)整。它與高速提升機(jī)進(jìn)行對(duì)接，完成貨物的接送和轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)。周邊輸送機(jī)是指與高速提升機(jī)相連，執(zhí)行配送、分揀等輸送流程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的入庫(kù)、出庫(kù)和”貨到人”揀選等功能的機(jī)器設(shè)備。庫(kù)端輸送站臺(tái)和周邊輸送機(jī)通過(guò)與多穿系統(tǒng)的其他設(shè)備相連接，共同協(xié)作完成貨物的運(yùn)輸、分揀和存儲(chǔ)等工作。因此，庫(kù)端輸送站臺(tái)和周邊輸送機(jī)是多穿系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，為倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)提供了高效的貨物輸送和處理能力。

3.有限元分析技術(shù)

有限元計(jì)算方法是結(jié)構(gòu)評(píng)估的有力工具，基于有限元技術(shù)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、可靠性分析、動(dòng)力學(xué)分析等已經(jīng)成為工程應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其是在大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化問(wèn)題方面，有限元分析已經(jīng)成為必不可少的步驟。本文采用有限元分析技術(shù)驗(yàn)證多穿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性。

1.需求分析

以G倉(cāng)庫(kù)為例，進(jìn)行多穿系統(tǒng)規(guī)劃方案研究。G倉(cāng)庫(kù)屬磚混建筑，建設(shè)時(shí)間為2009年，總建筑面積1980m2，倉(cāng)庫(kù)區(qū)域長(zhǎng)90m，寬22m，高8.5m，西側(cè)有兩扇卷閘門，尺寸為高3.9m，寬4.1m。存儲(chǔ)物資有多種小型器材。物資品種數(shù)約為5000個(gè)，最高出庫(kù)品種為每天300個(gè)。為了滿足G倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)需求，因此本文采用改進(jìn)式的物流系統(tǒng)規(guī)劃方案設(shè)計(jì)合理的倉(cāng)儲(chǔ)方案滿足G倉(cāng)庫(kù)的作業(yè)需求。

2.功能區(qū)劃分 

根據(jù)G庫(kù)房作業(yè)流程和應(yīng)用需求，設(shè)置入出庫(kù)作業(yè)區(qū)，庫(kù)前輸送區(qū)、周轉(zhuǎn)箱儲(chǔ)存區(qū)、應(yīng)急作業(yè)區(qū)、應(yīng)急通道、輔助用房等功能區(qū)域。

（1）庫(kù)前作業(yè)區(qū)

庫(kù)前作業(yè)區(qū)是庫(kù)房對(duì)外交接的主要區(qū)域，用于實(shí)現(xiàn)物資的出入庫(kù)作業(yè)、空箱存儲(chǔ)、盤點(diǎn)等。庫(kù)前作業(yè)區(qū)的功能主要為入庫(kù)和出庫(kù)。

（2）庫(kù)前輸送區(qū)

采用自動(dòng)輸送系統(tǒng)對(duì)入、出庫(kù)的周轉(zhuǎn)箱進(jìn)行自動(dòng)輸送，主要由相關(guān)輸送設(shè)備等組成。

（3）周轉(zhuǎn)箱存儲(chǔ)區(qū)

周轉(zhuǎn)箱自動(dòng)存儲(chǔ)區(qū)用于周轉(zhuǎn)箱物資的快速入庫(kù)存儲(chǔ)以及快速出庫(kù)。該區(qū)域主要由周轉(zhuǎn)箱貨架、檢修通道、維修平臺(tái)、安全防護(hù)欄等組成。采用 600mm×400mm×280mm的周轉(zhuǎn)箱為存儲(chǔ)基本單元，貨架為雙深位貨架，儲(chǔ)量11520個(gè)（其中中件貨位3840個(gè)）。

（4）應(yīng)急作業(yè)區(qū)

應(yīng)急作業(yè)區(qū)用于應(yīng)急揀選出庫(kù)作業(yè)和設(shè)備維修作業(yè)。

（5）應(yīng)急作業(yè)通道

應(yīng)急作業(yè)通道連接庫(kù)前作業(yè)區(qū)和庫(kù)后作業(yè)區(qū)，在應(yīng)急人工揀選時(shí)，利用搬運(yùn)設(shè)備可以將物資快速搬運(yùn)到站臺(tái)發(fā)貨。

（6）輔助用房

輔助用房主要用于出、入庫(kù)作業(yè)單據(jù)交接、電腦辦公、系統(tǒng)監(jiān)控等。

3.G倉(cāng)庫(kù)多穿系統(tǒng)規(guī)劃方案

G倉(cāng)庫(kù)多穿系統(tǒng)規(guī)劃方案占地長(zhǎng)55m、寬18m，占地面積約990m2。多穿系統(tǒng)提供高速穿梭車、貨架，并且同時(shí)提供相關(guān)成套設(shè)備及軟件控制系統(tǒng)。

本方案設(shè)計(jì)4個(gè)巷道穿梭車立體庫(kù)，總貨位數(shù)為11520個(gè)，中件貨位3840個(gè)，同時(shí)提供11620個(gè)周轉(zhuǎn)箱。4個(gè)巷道共計(jì)配置4臺(tái)換層提升機(jī)、8臺(tái)周轉(zhuǎn)箱提升機(jī)。8臺(tái)周轉(zhuǎn)箱提升機(jī)包括4臺(tái)周轉(zhuǎn)箱入庫(kù)提升機(jī)、4臺(tái)周轉(zhuǎn)箱出庫(kù)提升機(jī)、8臺(tái)穿梭車。貨架前端設(shè)置1套周轉(zhuǎn)箱輸送系統(tǒng)，包含訂單箱揀選輸送線，出入庫(kù)輸送線。庫(kù)前作業(yè)區(qū)配置1套入庫(kù)站臺(tái)、4套揀選操作臺(tái)、1套復(fù)核包裝臺(tái)、1套自動(dòng)稱重及限高檢測(cè)系統(tǒng)，與此同時(shí)配置相應(yīng)的控制系統(tǒng)、輔助作業(yè)平臺(tái)等，如圖4所示。

圖 4 方案布局圖

本方案設(shè)計(jì)2層輸送線，上層為待揀的周轉(zhuǎn)箱線，下層為揀選完成的周轉(zhuǎn)箱線，待揀的周轉(zhuǎn)箱與揀選完成的周轉(zhuǎn)箱互不干涉，已完成揀選的周轉(zhuǎn)箱可及時(shí)返庫(kù)。上層為出入庫(kù)輸送線，輸送面高度為1050mm，主要輸送庫(kù)內(nèi)周轉(zhuǎn)箱至揀選臺(tái)、入庫(kù)周轉(zhuǎn)箱至庫(kù)內(nèi)，也可將庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)的空箱輸送至揀選臺(tái)及空箱集中出庫(kù)口。下層為訂單箱輸送線，輸送面高度350mm，主要輸送空訂單箱，將空訂單箱補(bǔ)給至各個(gè)揀選站臺(tái)，同時(shí)也可將揀選后的訂單箱集中輸送至集貨站臺(tái)。

（1）訂單柔性揀選設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)多樣化訂單揀選

單訂單集中揀選模式：適用于單個(gè)訂單量較大的模式。當(dāng)單訂單揀選量較大時(shí)，系統(tǒng)支持4個(gè)操作臺(tái)可同時(shí)揀選一個(gè)訂單，按照不同物資種類和數(shù)量均衡分到不同的揀選臺(tái)同時(shí)揀選。

多訂單同時(shí)揀選模式：適用于單個(gè)訂單量較小的模式。當(dāng)單訂單揀選量較小時(shí)，系統(tǒng)支持4個(gè)操作臺(tái)分別揀選4個(gè)不同的訂單。

（2）模組化設(shè)計(jì)，每個(gè)模組可獨(dú)立運(yùn)行

在本方案中設(shè)計(jì)了4個(gè)巷道，每個(gè)巷道均為一個(gè)模組（圖5所示），在整個(gè)存儲(chǔ)策略中，相同設(shè)備零部件物資盡可能存放在不同的巷道、不同的層，當(dāng)任務(wù)并發(fā)時(shí)，可從多處直接入庫(kù)或出庫(kù)（如圖6所示），使系統(tǒng)設(shè)備的能力***化。

圖 5 模組化設(shè)計(jì)圖

圖 6 單模組獨(dú)立運(yùn)行示意圖

（3）輸送大循環(huán)設(shè)計(jì)

4個(gè)巷道庫(kù)前區(qū)輸送線通過(guò)“大環(huán)線”互相連通，4個(gè)巷道與4個(gè)揀選臺(tái)之間的互聯(lián)互通，真正實(shí)現(xiàn)原箱的連續(xù)循環(huán)揀選（如圖7所示），即一個(gè)揀選臺(tái)揀選完成的庫(kù)存箱可輸送至其余揀選臺(tái)進(jìn)行揀選作業(yè)?？杀苊舛嘀匦枨蟮膸?kù)存周轉(zhuǎn)箱回庫(kù)后再被送至指定揀選臺(tái)，可有效提高系統(tǒng)能力，提高系統(tǒng)整體出入庫(kù)及揀選效率。

圖 7 輸送循環(huán)設(shè)計(jì)圖

4.系統(tǒng)動(dòng)線分析

如圖8所示，G倉(cāng)庫(kù)的入庫(kù)、出庫(kù)動(dòng)線形式為分流式，應(yīng)急作業(yè)動(dòng)線形式為直線型，保障了作業(yè)安全。

圖 8 物流動(dòng)線圖

5.系統(tǒng)存儲(chǔ)密度分析

本方案和改造前隔板貨架進(jìn)行對(duì)比分析，貨架允許高度為3.1m，改造前采用高位叉車進(jìn)行存取作業(yè)。貨架改造前后，單個(gè)貨位尺寸保持不變，即貨位長(zhǎng)度、寬度和高度都保持不變，因此可忽略貨架層數(shù)和貨架列數(shù)對(duì)存儲(chǔ)密度的影響，只需要考慮巷道寬度變化對(duì)貨架排數(shù)和存儲(chǔ)密度帶來(lái)的影響。存儲(chǔ)區(qū)有效寬度為15m，改造前可布局3個(gè)巷道6排貨架，改造后可布局4個(gè)巷道8排貨架，總寬度為14.8m（詳見表1），小于原有存儲(chǔ)區(qū)寬度，因此和改造前相比存儲(chǔ)密度提高33%以上。

表 1 改造前后存儲(chǔ)區(qū)貨架排列分析

6.基于有限元分析的系統(tǒng)可靠性驗(yàn)證

為了確保多穿系統(tǒng)貨架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、以及貨架的穩(wěn)定性、安全性的問(wèn)題，因此建立如圖9所示的有限元分析模型。通過(guò)分析計(jì)算貨架的立柱平行巷道方向的側(cè)向偏轉(zhuǎn)（如圖10）、垂直巷道方向的側(cè)向偏轉(zhuǎn)（如圖11）、平行巷道水平載荷以及垂直巷道水平載荷整體等效應(yīng)力（如圖12、圖13），對(duì)多穿貨架系統(tǒng)進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)有限元分析結(jié)果（詳見表2），得出此方案立柱在平行巷道方向的側(cè)向偏轉(zhuǎn)、垂直巷道方向的側(cè)向偏轉(zhuǎn)以及平行和巷道水平載荷整體等效應(yīng)力數(shù)據(jù)，均低于《鋼貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范CECE23:90》中所要求的貨架偏轉(zhuǎn)***值，滿足設(shè)計(jì)要求。因此該方案規(guī)劃設(shè)計(jì)的多穿系統(tǒng)的貨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性以及可靠性均滿足多穿系統(tǒng)運(yùn)行的要求，規(guī)劃方案的可靠性得以滿足。

表 2 靜力分析表

圖 9 有限元分析模型

圖 10 立柱平行巷道水平載荷時(shí)貨架側(cè)向偏轉(zhuǎn)

圖 11 立柱垂直巷道水平載荷時(shí)貨架側(cè)向偏轉(zhuǎn)

圖 12 平行巷道水平載荷時(shí)貨架等效應(yīng)力

圖 13 垂直巷道水平載荷時(shí)貨架等效應(yīng)力

本文通過(guò)合理的多穿系統(tǒng)規(guī)劃方案，將不同尺寸的貨物存放在合適的位置，***程度地提高G倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)密度。應(yīng)用多穿系統(tǒng)后G倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)密度提高33%，同時(shí)通過(guò)有限元分析技術(shù)對(duì)多穿貨架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性等方面的驗(yàn)證和優(yōu)化，確保貨架在承載重量的情況下保持穩(wěn)定，避免一定的安全隱患。本文理論結(jié)合實(shí)際，提高了多穿系統(tǒng)規(guī)劃方案的合理性和科學(xué)性，為其他的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)規(guī)劃提供一定的參考方向。

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