摘要：基于目前立体自动化仓储系统受环境、空间位置的制约，本文所述的仓储堆垛机系统及其控制方法，应用光电检测与 RFID 标签定位技术相结合组成堆垛机定位系统，解决了受环境影响认址不准确的问题及升级了精准定位的认址系统，使用180度转弯的天地轨道设置，解决了立体仓储受空间位置限制的问题。本文研究的仓储堆垛机系统包括：堆垛机、货架（金属挡板和无线射频识别RFID 标签）、轨道；垛机定位系统主要设备包括红外线收发器和、RFID 读卡器、红外线接收发器组成，通过预判断计算位置的方法使得堆垛机可以预先得知货位的位置，无需逐个货位扫描检测并判断是否到达指定位置，提高了堆垛机的工作效率。本系统还通过移动IPAD电脑和网络设备组成了仓储局域网接收\发信息系统（WMS）。
关键词：立体仓储；定位技术；轨道；效率
1.引言
目前国内电子商务对物流配送的及时性要求越来越高，24小时到货已经是普通快递的要求，高效的仓储管理不但可以加快货物流通的速度，降低物流成本，还可以实对货物的有效控制和高效管理，目前立体仓储很大程度受到空间、技术与成本的制约，尤其是存取货物的速度直接影响每单货物的进货、出货速度，从而影响电子商务物流配送的速度，所以在基于有限的空间优化仓储堆垛机定位系统、设计匹配轨道和应用信息化堆垛系统，从而提高系统运作效率很有意义。
现在国内立体仓储堆垛机系统的所应用的信息化技术越来越普及，已经建立有立体仓储定位技术相关研究与实践应用，建立了不同规模的不同应用系统。文献[1]为了提高设备管理信息化水平，研究了面向电能计量设备存储输送系统, 采用一种巷道堆垛机、RFID技术及优化调度算法的智能仓储，并做了实施及应用。文献[2]激光测距仪和激光条码定位技术在自动存储系统工程中的应用中使用了条码定位的技术，在高架货库系统中的堆垛机实际采用激光测距仪做为测距测速传感器,与变频器和 PLC 相结合,解决精确定位的问题。因此，本文结合定位系统相关研究，提出了应用光电检测与 RFID 标签定位技术相结合组成堆垛机定位系统，使用180度转弯的天地轨道设置，应用移动网络技术，组成了立体仓储信息系统（WMS）实现了定位、认址、180度拐弯巷道的功能。
2目前立体自动化仓储存在的问题
2.1定位技术现状及存在问题
目前立体自动化仓储的认址技术大多使用条码认址，而条码在南方会因受南方潮湿天气影响，会发生形变、霉变或者脱落等情况，使得货位定位的准确率降低，如果出现不能读取的情况，对仓储正常运行造成较大的影响。
2.2轨道系统现状及存在问题
仓储配送业务对技术及时间的需求和我国目前电子商务行业的迅速发展及仓储配送 JIT(Just In Time) 服务的要求分不开。现阶段企业应用的自动化立体仓储中，自动化堆垛机（PLC Programmable Logic Controller 设备）一般都是直线轨道存取货物，也就是必须配套直线轨道及货架，则要较大空间的立体仓库和较多数量的自动化堆垛机，一轨道一堆垛机的配置，对于中小型的企业来说，仓储配送空间及一次性投入成本限制了其往自动化仓储配送的发展步伐。在很多企业中都是使用了 PLC 与 WCS（ Warehouse Control System 仓储控制系统）信息进行二次转换，增加了设备成本及使用的局限性。
2.3接收/发信息系统现状
立体仓储的接收发数据需要实时与数据库同步，并且能实时接收发操作指令，为了节省立体仓储系统设备投入成本，并且能提高仓储的效率，目前国内企业都在尝试用各种方式，随着网络技术的发展，提供给企业使用的技术越来越优越，比如国内最大的无人仓储系统使用有线局域网接收\发数据等。
3立体仓储改进技术
为了解决上述的问题，本文提出了一种立体仓储堆垛机及其系统的改进方案，立体仓储堆垛系统包括：仓储堆垛机自动认址系统、仓储巷道天地轨道设置、接收/发信息系统。
3.1 仓储堆垛机自动认址系统改进
由于定位系统的稳定性确定了仓储系统的应用效率，在季节性环境可能会影响定位认址不稳定的情况下，采用RFID、红外线认址及接收/发系统改进了定位系统中的纵、横定位坐标。横坐标定位改进方法是在堆垛机前进方向的左侧，安装红外线发射器，在每个库位的中间位置安装一个金属挡板，当光束经过挡板的反射时候就记录了库位的横坐标位置，金属挡板反射回来的信号可以判断堆垛机所在库位，通过计算可以提前预计货架存货的位置。纵坐标定位的改进方法是在每个库位的纵方向中间固定一个RFID识别芯片，在堆垛机前进方向的左侧方安装RFID的读卡器，RFID 的检测范围可以达到 1-5 米，当读卡器读取了RFID芯片的信息后，就能确定了纵坐标位置，并且能够预判定位置，为堆垛机的减速做准备。模型图如下：
图1：光电认址定位模型图
3.2仓储天地轨道设计
180度拐弯轨道的设计， 根据PLC设备的长度，准确计算了180度拐弯的轨道弧度，安全实现了180度掉头轨道，在一个仓储里面实现了一台堆垛机双向进出库的工作程序，节省了仓储空间和减少了堆垛机的数量。
计算180度轨道的弧度：通过测量堆垛机前后轨道滑轮的长度，计算180度拐弯的弧度，在建设过程中，为了降低噪音，使用了天/地轨固定技术，减少堆垛机高速运行而产生对地面的冲击力及晃动造成噪音。
计算公式：F=mv^2/R
其中由于F的向心力受楼层承受冲击力的限制，所以F的值固定的情况下，m的值越小越好，所以得公式：
=
v^2/R，希望F的向心力越小，则对轨道的质量、堆垛机的质量、所有相关材料的质量进行最大安全性的减重。对于措施有：
1)F是最大向心力（本实训室的F为楼层承受力的2倍）；
2)M堆垛机的重量，建设的电子商务物流配送实训室的堆垛机重量为1000kg，最大负重重量为30kg，由于本次建设的实训室楼层高度只能用2.5米，堆垛机为双立柱，双叉伸堆垛机，受高度和地板的限制，本次建设对堆垛机做了改良：
(1)大堆垛机立柱：由原来的250x250x6.0，更改为160x160x6.0，其单立柱垂直负载200 kg，重量减少65 kg，双立柱垂直负载350 kg，重量减少130 kg；
(2)大堆垛机地横梁：由原来的250x250x6.0，更改为160x160x6.0，其负载强度满足200 kg要求，重量减少35 kg；
(3)大堆垛机顶横梁：由原来的18#槽钢，更改为方管100x50x4.0，其负载强度满足200 kg要求，重量减少55 kg；
(4)大堆垛机卷筒：由原来直径320，更改为250，其负载强度满足200 kg要求，重量减少50 kg；
(5)控制柜：由原来的角钢拼焊，更改为钣金折弯，其负载强度满足要求，重量减少35 kg；
最后2.5米高大堆垛机减重后总重约为460 kg。
3)V是堆垛机最大速度，所选择堆垛机的最大速度可以达到1分钟35米，但是由于受实训室楼层承受力的影响，设置为20米/分钟。
4)R是轨道弧度的半径。
经过计算轨道弧度的直径为d=2.33米。如图2所示：
图2：180度轨道弧度示意图
3．3接收/发信息系统建设
投入IPAD及无线路由器一套，完成跟随堆垛机移动及发送同步信息。应用IPAD上的无线接收堆垛机的请求，发送指令并转换成堆垛机可识别的机器码，则可以完成自动驱动堆垛设备工作，并且可以监控堆垛机的运行速度、温度、设备状态，并且通过IPAD采集固定式条码扫描枪的数据，通过WMS系统控制堆垛机的复位、入库控制、出库控制、移库控制的校验，使用HMI技术使上位机操作PC与底层PLC设备进行无缝集成，减少了堆垛设备、立体仓库中信息采集收发设备。
通过WMS系统控制堆垛机的复位、入库控制、出库控制、移库控制的校验，使用HMI技术使上位机操作PC与底层PLC设备进行无缝集成，减少了堆垛设备、立体仓库中信息采集收发设备。移动信息采集技术实现的工作原理：堆垛机发送数据给IPAD电脑，利用无线网络设备Router（路由器）技术将信号发送到操作的PC电脑，通过WMS系统计算及处理后将结果发送回去IPAD电脑，IPAD电脑直接通过RS485接口，写入堆垛机可识别的操作指令，堆垛机设备直接执行操作，并且能通过WMS系统同步反馈执行的结果给PC电脑和服务器。如图：
图3：移动信息采集技术实现的原理图
4建设完成后立体仓储操作数据
4.1数据对比
经过建设完成了仓储堆垛机自动认址系统、仓储天地轨道设置、接收/发信息系统集成后，任意截取正常运行的入库、出库操作数据，在实训室运作的数据如下表1、表2所示，入库每一单的平均操作时间是3分47秒，出库每一单的操作时间平均3分3秒。
表1：堆垛机入库操作时间
表2：堆垛机出库操作时间
按照每月22天8小时的工作时间计算，预计月完成入库3000单、出库4000单的操作，根据实验室的操作结果充分使用的情况下，计算能完成入库2791单、出库3642单。
图4：操作单数对比图
4.2改进后的立体仓储优势
1）节省企业立体仓储空间，降低投入成本
人力成本越来越高，仓储配送是人力密集型的行业，信息化及自动化仓储运作是目前是本省中小型企业改型的目标，本项研究解决了中小企业仓储的空间小，少投入设备，降低投入成本的困境，在有限的仓储空间中，应用180度拐弯天地轨道的设置，解决了空间问题，并且减低了设备的投入。
2）提高堆垛机进出库的认址精准度
在仓储内堆垛机使用光电与RFID标签定位的技术，解决了南方天气潮湿影响堆垛机认址的准确性，并且通过光电设备准确判断堆垛机即将工作的位置，提前减速，精准停止在存取货架位置上，提高了取货存货的精确度，并且降低了堆垛机工作时间，从而提高了效率。
3）学校实训室建设节省空间及投入成本
由于学校实训室受仓储空间的限制，所以用本研究技术成果建设配送自动化的立体仓储实训室，解决了场地和设备投入成本问题，并且在有限的空间内应用HMI技术完成了PLC设备、RFID设备、红外线识别系统、局域网络技术、WMS系统集成，并且可以扩展到云终端使用技术。
4）一体化教学及校企合作实训基地
本研究技术成果建设电子商务配送自动化的立体仓储实训室，除了能在行业企业发挥重要的作用外，还能满足现代物流专业、电子商务专业的一体化教学需要，完成电子商务物流仓储与配送实训操作实训。本研究成果技术与中国广东中外运供应链管理有限公司校企合作建设了中山仓储实习基地，能完成企业的电子商务物流配送，在2016年的双11购物节期间，为电子商务物流企业解决仓储配送及节约了成本。
5总结与改进思路
本研究成果在学院的电子商务实训室成功运行后，2016年在中外运的中山仓储中安装在电子商务仓储部，虽然本系统的运行已经提升了该企业电子商务物流仓储的单处理量，但运行结果与期望值有差距，入库和出库分别有9.3% 、8.7%的提升空间。所以堆垛机的工作时间还可以进行改进，如果设备安装在一楼底层或者楼层承受力比较大的环境下，在重力不变的情况下，F增大，则速度V也可以提升，同样立体仓储的货架增高的情况下，速度V也可以提速，经过这些改进，实际的运行操作单数可以接近或者期望值。
参考文献：
[1]肖勇,孙勇,方彦军,党三磊,面向电能计量设备流水线检定的智能仓储系统[J].自动化仪表,2015,36(7):18-21.
[2]姜亚洲，激光测距仪和激光条码定位技术在自动存储系统工程中的应用[J].工程建设与设计，2012，（10）：0184-03
作者简介
广州市工贸技师学院，高级讲师，研究方向是电子商务与物流配送。第43届世界技能大赛商务软件解决方案项目国家基地专家，第43、44届裁判。
论文作者:曹小萍
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：堆垛论文; 轨道论文; 系统论文; 设备论文; 技术论文; 操作论文; 电子商务论文; 《基层建设》2018年第30期论文;