【導讀】機集成制造系統(tǒng)的一部分，代表了當今物流發(fā)展的趨勢。低在存儲及搬運過程中所損耗的時間，從而降低物流成本，提高收益。監(jiān)控層和執(zhí)行層組成的二級系統(tǒng)。類隨機存儲和定位存儲相結合的貨品存儲策略。按照貨品出入庫頻度進行。貨位存儲區(qū)域劃分，提高了貨位和存儲區(qū)域的利用率。同時針對因同類貨。執(zhí)行系統(tǒng)由進/出貨輥道、機械手、堆垛機三個部分組成。制的程序模塊，實現(xiàn)了各個單元的單動控制與聯(lián)動的順序控制。收出入庫指令，完成相應的出入庫操作。動化水平與工作效率。的物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術發(fā)展的結果。當今世界擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。自動化倉庫應用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)?？删幊炭刂破?，簡稱PLC。在管理層、監(jiān)控層、控制層的網(wǎng)絡結構與通信實現(xiàn)中主要研究OPC通訊實現(xiàn)過程中，

　　

【正文】 貨品進行存儲都有一定的存儲策略，良好的存儲策略可以減少出入庫移動的距離、縮短作業(yè)時間，甚至能夠充分利用存儲空間 .一般常見存儲策略有 :定位存儲、隨機存儲、分類存儲、分類隨機存儲和共享存儲等。 1 定位存儲 :每一貨品都有固定貨位，貨品不能互用貨位，因此必須規(guī)劃每一項貨品的貨位容量不得小于其可能的最大在庫量。定位存儲的優(yōu)點是貨品的貨位可按周轉(zhuǎn)率大小或出入庫頻度來安排，以縮短出入庫搬運距離。缺點是貨位必須按各項貨品的最大在庫量設計，因此儲存區(qū)域平時的使用效率較低?？偟膩碚f，定位存儲容易管理，所需的總搬運時間較少，但 卻需較大的存儲空間。所以此策略較適用于以下兩種情況 :1)廠房空間大 。2)多種少量商品的存放。 2. 分類存儲 :所有的儲存貨品按照一定特性加以分類，每一類貨品都有固定存放的位置，而同屬一類的不同貨品又按一定的法則來分配貨位。分類存儲通常按產(chǎn)品相關性、流動性、產(chǎn)品尺寸、重量或產(chǎn)品特性來分類。分類存儲的優(yōu)點是 :便于暢銷品的存取，具有定位存儲的各項優(yōu)點 :各分類的儲存區(qū)域可根據(jù)貨品特性再作設計，有助于貨品的儲存管理。缺點 :貨位必須按各項貨品最大在庫量設計，因此儲存區(qū)域平均的使用效率低。分類存儲比定位存儲更具有彈性，但 也有與定位存儲同樣的缺點。因而較適用于以下情況 :1)產(chǎn)品相關性大者，經(jīng)常被同時訂購 。2)周轉(zhuǎn)率差別大者 。3)產(chǎn)品尺寸相差大者。 3 隨機存儲 :每一個貨品被指派儲存的位置都是經(jīng)由隨機的過程所產(chǎn)生的，而且可經(jīng)常改變 。也就是說，任何貨品可以被存放在任何可利用的位置。此隨機原則通常按貨品入庫的時間順序存放于靠近出入口的貨位。隨機存儲的優(yōu)點 :由于貨位可共享，因此只需按所有庫存貨品最大在庫量設計即可，儲存區(qū)域的使用效率較高。缺點 :貨品的出入庫管理及盤點工作的進行困難度較高 。周轉(zhuǎn)率高貨品可能被存放在離出入口較遠的位置，增 加了出入庫的搬運距離。因此隨機存儲比較適用于下兩情況 :1)廠房空間有限，需盡量利用儲存空間 。2)種類少或體積較大的貨品 . 4. 分類隨機存儲 :每一類貨品有固定存放位置，但在各類的儲區(qū)內(nèi)，每貨位的分配是隨機的。分類隨機存儲優(yōu)點 :具有分類存儲的部分優(yōu)點，又可節(jié)省儲位數(shù)量，提高儲區(qū)利用率。缺點 :貨品出入庫管理及盤點工作的難度較高。分類隨機儲放兼具分類存儲及隨機存儲的特點，需要的儲存空間介于兩者之間。 5. 共享存儲 :在確定知道各貨品的進出倉庫時刻的前提下，不同的貨品可共享相同貨位的方式稱為共享存儲。共享存儲在管理 上雖然較復雜，所需的儲存空間及搬運時間卻更為經(jīng)濟。 立體倉庫貨物的存儲方略 本文采用的貨品存儲方式是 :分類隨機存儲和定位存儲結合的方式。采用分類隨機存儲和定位存儲相結合的存儲方式兼具了分類隨機存儲和定位存儲的諸多優(yōu)點，使每一類貨品在立體倉庫中都有固定的存儲位置，貨品可以按照周轉(zhuǎn)率大小或出入庫頻度進行存儲區(qū)域的劃分，在此區(qū)域內(nèi)進行出入庫作業(yè)時，可選貨位之間可以靈活使用，提高了貨位和存儲區(qū)域的利用率 .采用這種存儲策略時須按照每類貨品的最大在庫量進行設計，以達到進一步規(guī)劃倉庫貨位管理的目的。 每類貨品 都有一個出入庫頻度，將立體倉庫按照貨品的出入庫頻度劃分了 6 個存儲區(qū)域，保證頻 27 度高的貨品存放在離出入庫臺更近的貨位區(qū)域，然后同頻度的不同類貨品在該存儲區(qū)域分類隨機存放。 把貨品出入庫頻度劃分為 6 個級別， P=｛ 0， 1， 2， 3， 4， 5｝分別表示頻度很少、較少、一般、較多、經(jīng)常和頻繁。根據(jù)一定的統(tǒng)計， P=5~0 的貨品占用貨位數(shù)分別為總貨位數(shù)的百分比為 :20%、40%、 20%、 10%、 5%、 5%。設定的立體倉庫規(guī)模尺寸為 4 巷道、 8 排 20 列 10 層，共計 1600 個貨位，每排 20 個貨位。根據(jù)上述比例，可以得出頻度為 5 的貨品 存放在倉庫的第 1~4 列，頻度為 4 的貨品存放在第 5~2 列，頻度為 3 的貨品存放在第 13 一 16 列，頻度為 2 的貨品存放在第 17~18 列，頻度為 1 的貨品存放在第 19 列，頻度為 0 的貨品存放在第 20 列。 在后數(shù)據(jù)庫中，以歷史數(shù)據(jù)為基礎統(tǒng)計每類貨品的出庫頻度和入庫頻度。人為規(guī)定入庫頻度和出庫頻度在貨品頻度參數(shù)中占相同的權 重，進而將兩者進行求和的結果即作為此貨品的頻度。然后按照上述的比例劃分，得出對應貨品在立體倉庫中的大致存儲區(qū)域，然后同類貨品在同一存儲區(qū)域內(nèi)隨機分配地址。到此為止，己經(jīng)按照貨品頻度實現(xiàn)了貨品的分類隨機存儲和 定位存儲相結合的存儲策略。在進行出入庫操作時，結合電子標簽技術，在掃描電子標簽自動獲得標簽信息時，根據(jù)標簽信息查詢數(shù)據(jù)庫，獲得貨品的包括頻度等在內(nèi)的詳細信息，并在貨品信息欄里進行顯示，讓操作員能明顯地在操作界面上看到每類貨品的大致存儲區(qū)域，從而對貨位選擇可以做出初步的判斷。 立體倉庫貨物的分配 立體倉庫貨物的分配原則 在確定了存儲策略的基礎上，還必須配合貨位分配原則才能決定儲存作業(yè)實際運作的模式。貨位分配考慮的原則是很多的。專門用于倉儲的立體倉庫，其貨位分配原則如下。 1 貨架承載均勻，上 輕下重、分散存放。貨品分散存放在倉庫的不同位置，避免因集中存放造成貨格受力不均勻。較重的貨品存放在下面的貨位，較輕的貨品存放在高處的貨位，使貨架承載穩(wěn)定。 2. 加快周轉(zhuǎn)，先入先出。同類貨品出庫時，先入庫者，先提取出庫，以加快貨品周轉(zhuǎn)。避免因貨品長期積壓產(chǎn)生銹蝕、變形、變質(zhì)及其他損壞造成的損失。 3. 均勻分布原則。提高可靠性，分巷道存放，以防止因巷道堵塞而影響出入庫操作。盡量做到同一品種規(guī)格的貨物在倉庫的各個巷道內(nèi)都有大體上等量的存放，以便出庫時能夠使各巷道的堆垛機同時出庫，提高出庫速度。同時，在很多箱同 一類的貨品集中入庫時，按均勻分布的原則將它們分散到各個巷道進行入庫也可以提高入庫速度。 4. 提高效率，就近出入庫。在線自動化立體倉庫，如為保證快速響應入庫請求，一般將貨品就近放置在入庫臺附近 。如為保證快速響應出庫請求，一般將貨品就近放置在出庫臺附近 。在一個巷道內(nèi)，應該盡量選擇離巷道口較近，位置較低的貨位出入庫。 5. 產(chǎn)品相關性：產(chǎn)品相關性大者在訂購時經(jīng)常被同時訂購，所以應盡可能存放在相鄰的位置。 在管理系統(tǒng)軟件中實現(xiàn)以上原則時，上輕下重的原則與貨品重量有關，先入先出的原則與入庫時間有關。在實現(xiàn)均勻分巷道 存放時，在進行存放前應先計算出各巷道原有的同類貨品存放數(shù)，然后計算出各巷道本次入庫應存放的數(shù)量。 立體倉庫貨物的分配方略 為了實現(xiàn)就近出入庫，針對因同類貨品集中進行出入庫操作而導致巷道阻塞的問題，在進行最終的貨位分配設計時采用一種均勻分配算法，也可以說是按巷道均衡、距離優(yōu)先的出入庫算法。均勻分布就是指在入庫時就近入庫端、先左后右、先下后上、多巷道可同時入庫 。出庫時就近出庫端、多巷道同時出庫。均勻分布分配原則中能描述該原則的屬性有貨位所在的巷道、排、列、層，可以根據(jù)貨位分配原則的特性給這些屬性分別賦 以相應的權值，并按一定算法計算出貨位對應的優(yōu)先權值。注意一個巷道有兩排，所以左排和右排的排權值也不同。 在計算機中實現(xiàn)的貨位自動均勻分配算法是 : 28 Value (left)=line排權值 1 ( ) + list列權值 ( ) + floor層權值 ( ) (1) Va lue (right)=line排權值 2 ( ) + list列權值 ( )+floor層權值 ( ) (2) 公式 (1 )、 (2)分別表示巷道左端、右端貨位優(yōu)先權的算法。其中巷道左端 的排為奇數(shù)，巷道右端的排為偶數(shù)，其中 value 表示優(yōu)先權值， line 表示貨位排， list 表示貨位列， floor 表示貨位層，排權值 1 表示左排的權值，排權值 2 表示右排的權值。排權值 排權值 列權值、層權值這些系數(shù)的取值可根據(jù)倉庫規(guī)模與分配原則而定。對于均勻分布來說，貨位的列反映了貨位離出入庫臺的遠近，根據(jù)距離優(yōu)先的原則，列越大，離出庫臺越近、離入庫臺越遠，因此列的屬性應起主要決定作用，其次是層、最后是排，只要保證列權值大于排權值。在本系統(tǒng)中，作者取排權值 1 為巧、排權值 2 為 列權值為 500、層權值為 450。 在進行出入庫操作時，結合電子標簽技 術，在掃描電子標簽自動獲得標簽信息時，根據(jù)標簽信息查詢數(shù)據(jù)庫，獲得貨品的包括貨位權值等在內(nèi)的詳細信息，并在貨品信息欄里有相應的顯示。在進行出入庫作業(yè)時，通過貨位權值排序后的先后順序進行貨位分配即可實現(xiàn)出入庫貨位的均勻分配，當然參加排序的貨位是該貨品可以存儲或取出的貨位。具體的實現(xiàn)過程將在下一節(jié)中詳細闡述。 如果自動化立體倉庫中的出入庫臺位于巷道的兩端，則在進行入庫操作時將貨位依據(jù)均勻分布算法的優(yōu)先權進行升序排序，首先進行入庫操作的是貨位權值最小的貨位 。相反地，出庫操作將貨位依據(jù)均勻分布算法的優(yōu)先權進行降序排 序，首先進行出庫操作的是貨位權值最大的貨位。相應地 .如果出入庫臺都在巷道的同一側(cè)，在進行出入庫操作時都將貨位依據(jù)均勻分布算法計算的優(yōu)先權進行升序排序，也就是說，此時，優(yōu) 先進行出入庫操作的貨位是權值最小的貨位。在本 文研究工作中，自動化立體倉庫的出入庫臺位于巷道的同一側(cè)，所以在進行出入庫操作時按照后者的貨位分配策略進行出入庫操作。 按照貨位自動均勻分配算法實現(xiàn)的貨位分配可以實現(xiàn)貨品的先近后遠、先左后右、先下后上的多巷道均勻存放。 5. 自動化立體倉庫通信系統(tǒng) 自動化立體倉庫系統(tǒng)分為 3 個層次 :管理層、監(jiān)控層、 執(zhí)行層 。 1. 管理層的主要功能。 管理層是自動化倉儲系統(tǒng)的中樞，與普通的計算機管理系統(tǒng)類似，要負責接受上級生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)布的生產(chǎn)任務，完成出入庫操作、庫存數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計分析等常規(guī)作業(yè)，而且具有倉儲管理的操作流程。在出入庫貨品單下達后，操作人員要根據(jù)此單進行相應的出入庫操作，管理層自動或由操作人員手動選擇相應的貨位進行出入庫操作，同時生成相應的報表統(tǒng)計結果，來完成一個完整的倉儲出入庫操作。同時，還要求管理系統(tǒng)能根據(jù)入庫、出庫的生產(chǎn)任務，發(fā)出命令來觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的通信，發(fā)布入庫、出庫操作任務單，并接 收監(jiān)控系統(tǒng)返回的入庫、出庫任務的完成報告情況。 2 監(jiān)控層的主要功能。 它的主要功能有 :提供倉儲物流系統(tǒng)中的自動化設備運行的動畫形式的彩色模擬顯示畫面 :實時監(jiān)視整個立體倉庫中各部分的運行情況 。動態(tài)顯示堆垛機和出入庫傳輸設備以及各貨物的運行位置 :查看高層貨架的貨位占用情況 :顯示所有任務的當前運行狀態(tài)、出錯報警情況 :根據(jù)上位管理層發(fā)來的命令自動執(zhí)行出入庫操作并實時監(jiān)控動作執(zhí)行情況，并把動作執(zhí)行結果反饋給管理層 :它還能獨立地控制倉庫中所有設備的運行。 3， 執(zhí)行層的主要功能。 它的主要功能是接受監(jiān)控層的出入庫指令 ，控制設備執(zhí)行相應的出入庫任務。目前用 PLC 來實現(xiàn)動作控制。 系統(tǒng)正常運行需要保證三層系統(tǒng)之間通信的順暢和可靠。管理層與監(jiān)控層通過數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)共 29 享和信息交換，管理層把任務命令信息傳達給監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)把任務完成情況再反饋回來 :監(jiān)控層與執(zhí)行層通過組態(tài)軟件和特定的網(wǎng)絡實現(xiàn)通信，監(jiān)控層監(jiān)視并控制執(zhí)行層設備的運行 。執(zhí)行層接收監(jiān)控層的指令，觸發(fā)相應的寄存器，完成出入庫操作，并將完成標志位傳送回監(jiān)控層。到此才算完成一次完整地出入庫操作。 本 文 自 動 化 立 體 倉 庫 系 統(tǒng) 的 三 層 結 構 設 置 如 圖 5 — 1 所示。 管理層與監(jiān)控層的通信及其實現(xiàn)方法 本文管理系統(tǒng)采用 中的 C編程語言作為管理界面開發(fā)工具，采用 SQLServer2020建立后臺數(shù)據(jù)庫。使用 ADO. NET 技術建立與數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系。監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子的組態(tài)軟件 WinCC V5 作為監(jiān)控畫面的開發(fā)工具。 WinCC 可以使用 ODBC、 、 ADO 等方便地訪問歸檔數(shù)據(jù)，提供了 OLE、 DDE、 ActiveX、OPC 服務器和客戶機等接口和控件，可以很方便的與其他應用程序交換數(shù)據(jù) 。 在本系統(tǒng)中，管理系統(tǒng)與 監(jiān)控系統(tǒng)運行在同一計算機上，我們采用 OPC 通訊技術實現(xiàn)管理系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)交換。 OPC 概述 OPC( OLE for Prcess Control)是為過程控制設計的 OLE 技術，由一些世界上技術占領先地位的自動化系統(tǒng)和硬件、軟件公司與微軟公司 (Microsoft)緊密合作而建立的， OPC 基金會負責 OPC 規(guī)范的制定和發(fā)布。 OPC 提出了一套統(tǒng)一的標準，采用 CLIENT/SERVER 模式，針對硬件設備的驅(qū)動程序由硬件廠商或?qū)ｉT的公司完成，提供具有統(tǒng)一 OPC 接口的 SERVER 程序 ，軟件廠商按照 OPC標準訪問 SERVER 程序，即可實現(xiàn)與硬件設備的通信。 OP C 技術本質(zhì)上是采用了 Micorosft 的 COM/DCOM(組件對象模型 /分布式組件對象模型 )技術，COM 主要是為了實現(xiàn)軟件復用和互操作，并且為基于 WINDOWS 的程序提供了統(tǒng)一的、可擴充的、面向?qū)ο蟮耐ㄓ崊f(xié)議 。DCOM 是 COM 技術在分布式計算領域的擴展，使 COM 支持在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)甚至 Intenlet 上不同計算機的對象之間的通訊。訪問過程數(shù)據(jù)的應用程序與通訊網(wǎng)絡的訪問協(xié)議捆綁在一起。使用標準軟件接口 OPC，各個生產(chǎn)商的設備和應 用程序就能以統(tǒng)一的方式連接起來。 倉儲信息管理系統(tǒng) 中間監(jiān)控系統(tǒng) STMATIC200輥道 STMATIC200機械手 STMATIC200堆垛機