【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于ANSYS的立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與分析

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 1 第一章 緒 論 題研究的背景及意義 國(guó)物流的現(xiàn)狀 1978 年，我國(guó)從日本引進(jìn)了物流的概念 ； 2001 年 4 月，原中國(guó)物資流通協(xié)會(huì)正式更名為中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)，我國(guó)的物流基礎(chǔ)工作自此全面展開(kāi) ；同年年底， 中國(guó)成為 員國(guó)， 2005 年底，我國(guó)的物流市場(chǎng)全面對(duì)外開(kāi)放 ； 2006年，國(guó)家“十一五”規(guī)劃中，“大力發(fā)展現(xiàn)代物流業(yè)”首次進(jìn)入國(guó)家的發(fā)展規(guī)劃 ；2009 年 3 月，物流業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃正式出爐，確定了振興物流業(yè)的主要任務(wù)和重點(diǎn)工程 ； 2011 年 3 月，發(fā)展、調(diào)整和變革成為物流業(yè)貫徹“ 十二五”的基本特點(diǎn) ； 2011 年 8 月， 國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)出 關(guān)于促進(jìn)物流業(yè)健康發(fā)展政策措施的意見(jiàn) ，物流業(yè)迎來(lái)多重利好。今天，物流業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，它囊括了運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、加工、配送、信息等諸多活動(dòng)，它推進(jìn)了生產(chǎn)，拉動(dòng)了消費(fèi)，吸納了為數(shù)眾多的就業(yè)人口，在保持增長(zhǎng)、擴(kuò)大內(nèi)需、調(diào)整結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)國(guó)力等方面發(fā)揮著重要作用。 從總體來(lái)看，我國(guó)社會(huì)物流總額規(guī)模龐大、增長(zhǎng)迅速，自 2005 年至 2012 年，全社會(huì)物流總值從 億元上升到 177 萬(wàn)億元，體現(xiàn)了物流業(yè)較為旺盛的發(fā)展需求。從物流業(yè)增加值來(lái)看，“十 一五”期間從 12271 億元到 27310 億元，保持了年均 增速。而同期，我國(guó)物流總費(fèi)用占 比例 則穩(wěn)中有降，雖然降幅僅約 但在物流需求規(guī)模逐年增加的前提下，這一比例的逐步降低，意味著我國(guó)物流業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益在不斷增加，運(yùn)行質(zhì)量在不斷提高 1 。 在物流業(yè)發(fā)展的宏觀環(huán)境方面，“十一五”期間，從中央到地方，各級(jí)各類物流規(guī)劃漸成體系，使物流業(yè)的發(fā)展目標(biāo)更明確，步驟更清晰 ; 在政策扶持方面，各級(jí)政府從設(shè)施建設(shè)、資金投入、企業(yè)培育、裝備更新、人才培養(yǎng)、土地、稅費(fèi)等各個(gè)層面對(duì)物流業(yè)的發(fā)展給予 了政策傾斜和大力支持，保障了物流業(yè)良好的運(yùn)行勢(shì)頭。 物流基礎(chǔ)設(shè)施的增加和改善是我國(guó)物流業(yè)發(fā)展的又一體現(xiàn)。截至 2012 年 ，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá) 公里，高速公路里程達(dá) 公里，雙雙躍居世界第二 ； 民航航空業(yè)務(wù)規(guī)模業(yè)已成為全球第二大航空運(yùn)輸系統(tǒng) ； 港口吞吐量已經(jīng) 連續(xù) 6 年保持世界第一 2 。目前全國(guó)規(guī)劃和在建的物流園區(qū)超過(guò) 600 個(gè)， 倉(cāng)儲(chǔ)、蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 2 配送等設(shè)施現(xiàn)代化水平不斷提高，一批區(qū)域性物流中心逐步形成。物流技術(shù)設(shè)備加快更新?lián)Q代，物流信息化建設(shè)有了突破性進(jìn)展 3 。 在物流技術(shù)發(fā)展方面，目前，運(yùn)輸、庫(kù)存、裝卸、 包裝、集裝箱化等一系列現(xiàn)代物流技術(shù)已被我國(guó)物流企業(yè)認(rèn)真學(xué)習(xí)并大量采用 ； 同時(shí)，我國(guó)約有 39%的物流企業(yè)運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息分類編碼技術(shù)、條碼技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)、 信息技術(shù)對(duì)企業(yè)的綜合管理和操作流程加以改進(jìn)，通過(guò)多種途徑和各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，提高企業(yè)的綜合效益。經(jīng)過(guò) 30 多年的探索和積累，我國(guó)物流業(yè)在規(guī)范化、信息化和智能化建設(shè)方面已經(jīng)邁出了可喜的步伐。 雖然我國(guó)物流業(yè)發(fā)展迅速，成效顯著，但是，發(fā)展時(shí)間短暫的中國(guó)物流業(yè)總體水平仍然偏低，存在問(wèn)題比較突出， 主要 體現(xiàn)在以下幾方面 4： 1物流資源利用率低。一方面因?yàn)閭鹘y(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)因其在倉(cāng)儲(chǔ)凈空高度往往得不到利用而造成大量空間資源的閑置浪費(fèi)；另一方面因?yàn)閭鹘y(tǒng)倉(cāng)庫(kù)的管理和作業(yè)模式均采用原始的作業(yè)方式，倉(cāng)庫(kù)設(shè)備的能力沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，在一定程度上也造成了浪費(fèi)。 2作業(yè)質(zhì)量引起的損耗較大。一方面是傳統(tǒng)的平面?zhèn)}庫(kù)物流自動(dòng)化水平較低，貨物的進(jìn)入庫(kù)基本是人工利用叉車進(jìn)行作業(yè)，而由于人工操作不當(dāng)會(huì)造成貨物碰撞損耗；另一方面是因?yàn)殄e(cuò)誤作業(yè)或錯(cuò)誤配送所引起的錯(cuò)誤成本，特別是藥品的配送，會(huì)引起更嚴(yán)重的后果。 3信息流和物流無(wú)法做到適 時(shí)統(tǒng)一。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)往往信息化程度較低，導(dǎo)致整體物流管理水平低下，無(wú)法向客戶提供優(yōu)質(zhì)和靈活的物流服務(wù)。另一方面會(huì)因信息流和物流無(wú)法統(tǒng)一而造成上面所述的錯(cuò)誤成本，使總體倉(cāng)儲(chǔ)成本提高。 4作業(yè)效率低下。傳統(tǒng)的平面?zhèn)}庫(kù)是“人工一叉車一貨架”的作業(yè)模式，其作業(yè)速度根本無(wú)法與立體倉(cāng)庫(kù)中的“計(jì)算機(jī)一堆垛機(jī)一貨架”的作業(yè)模式相比，大大影響物流企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。 決問(wèn)題的方法 在現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的過(guò)程中，物流以低成本高效率及全方位管理越來(lái)越多的占據(jù)物流服務(wù)的市場(chǎng)，而立體倉(cāng)庫(kù)可從物流成本、物流服務(wù)質(zhì)量和物流 效率等方面來(lái)促使物流企業(yè)提高核心競(jìng)爭(zhēng)力。 隨著現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式的變革和市場(chǎng)外部條件的變化，以降低原材料成本和進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)來(lái)降低產(chǎn)品成本的空間越來(lái)越小，這使得他們把目光轉(zhuǎn)向蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 3 有著“第三利潤(rùn)源泉”的物流環(huán)節(jié)上來(lái)。而傳統(tǒng)的自給自足式的物流服務(wù)不管從經(jīng)濟(jì)效益上還是系統(tǒng)化、專業(yè)化程度上都無(wú)法與專業(yè)的物流企業(yè)相比，這使得越來(lái)越多的企業(yè)為了優(yōu)化企業(yè)資源配置和增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，將不屬于企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力范疇的物流業(yè)務(wù)外包，促使我國(guó)物流 (處在高速發(fā)展的道通上。 為了解決上述問(wèn)題， 一部分物流企業(yè)建設(shè)了立體倉(cāng)庫(kù)。那么物流企業(yè)建設(shè)立體倉(cāng)庫(kù)究竟能給企業(yè)帶來(lái)哪些好處呢 ?這里從以下幾方面簡(jiǎn)單介紹一下 5： 1信息流和物流有機(jī)結(jié)合，全面提高企業(yè)的管理水平。 目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)第三方物流企業(yè)均采用傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)，即普通貨架、叉車等組成的倉(cāng)庫(kù)。這些倉(cāng)庫(kù)一般均采用原始的作業(yè)方式 看單作業(yè)，作業(yè)人員根據(jù)打印出來(lái)的出庫(kù)單或入庫(kù)單，利用叉車進(jìn)行貨物的出入庫(kù)，雖然有些條件好一點(diǎn)的平面?zhèn)}庫(kù)也利用條形碼和 線射頻技術(shù)在一定程度上提高了管理水平，但在進(jìn)行作業(yè)時(shí)還是需要人工去尋找目標(biāo)貨物，在出入庫(kù)時(shí)也需要人工掃描確 認(rèn)，也就是說(shuō)在作業(yè)過(guò)程中，信息流和物流無(wú)法做到真正的統(tǒng)一。 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的出現(xiàn)則解決了這個(gè)問(wèn)題，它把高層貨架、堆垛機(jī)、周邊的出入庫(kù)設(shè)備和貨物的信息流有機(jī)結(jié)合，使倉(cāng)庫(kù)作業(yè)計(jì)算機(jī)化，應(yīng)用功能完備的標(biāo)準(zhǔn)化物流管理軟件，操作簡(jiǎn)單、報(bào)表齊全，同時(shí)還具備物流分析功能，為企業(yè)制定生產(chǎn)綱領(lǐng)提供及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析資料，全面提高企業(yè)管理水平和電子商務(wù)能力，為用戶贏得更強(qiáng)的物流核心競(jìng)爭(zhēng)力。 2充分利用倉(cāng)庫(kù)的高度和平面空間，提高空間利用率。 隨著國(guó)家對(duì)土地資源監(jiān)控越來(lái)越嚴(yán)，地土地成本也在急劇增加，如何降低占地成本也引起各第三方物 流企業(yè)的重視。傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)一般都不高，因?yàn)槠胀ú孳嚥嫒「叨扔邢?，一般都在十米以下，而立體倉(cāng)庫(kù)的高度可達(dá) 5，可以很大程度的提高空間利用率，降低占地成本。 同時(shí)，一般叉車的所需的通道都很寬，約在 3 米左右，而立體倉(cāng)庫(kù)的核心設(shè)備堆垛機(jī)的寬度只需在 左右，在平面空間上也提高了利用率，達(dá)到降低占地成本的目的。雖然有些叉車 (如窄巷道叉車 )所需的通道寬度也較小，但因其價(jià)格較堆垛機(jī)要高，從成本上考慮并不合算，而且其作業(yè)效率也不如堆垛機(jī)。 3充分發(fā)揮自動(dòng)化設(shè)備的作業(yè)能力，提高倉(cāng)庫(kù)作業(yè)的效率。 由于立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了作 業(yè)計(jì)算機(jī)化，而且其核心作業(yè)設(shè)備堆垛機(jī)的運(yùn)行速度可達(dá)速度 80300 米 /分鐘，可實(shí)現(xiàn)快速整盤出入庫(kù)作業(yè)、揀選作業(yè)、配送作業(yè)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率比較普通倉(cāng)庫(kù)將提高 100 500%。 4提高作業(yè)正確率，降低過(guò)失成本。 作為第三方物流企業(yè)，倉(cāng)庫(kù)所儲(chǔ)存的貨物是來(lái)自不同客戶的不同產(chǎn)品，而且蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 4 還會(huì)不斷地更換新的客戶，倉(cāng)庫(kù)作業(yè)人員不可能對(duì)貨物都很熟悉。而傳統(tǒng)的平面?zhèn)}庫(kù)很大程度上要依賴人的判斷來(lái)作業(yè)，這就導(dǎo)致錯(cuò)誤作業(yè)發(fā)生，產(chǎn)生過(guò)失成本。而立體倉(cāng)庫(kù)則會(huì)完全避免這種過(guò)失成本，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)根據(jù)作業(yè)指令來(lái)指定入庫(kù)或出庫(kù)的貨位 (也可人工指 定 )，無(wú)需依賴作業(yè)人員的判斷。 立體倉(cāng)庫(kù)還可與 系統(tǒng)無(wú)縫連接，降低人工成本，實(shí)現(xiàn)作業(yè)無(wú)紙化等。 綜上所述 ，立體倉(cāng)庫(kù)可以從物流成本、物流服務(wù)質(zhì)量和物流效率等方面增強(qiáng)物流企業(yè)和競(jìng)爭(zhēng)力。建設(shè)一個(gè)高效、高品質(zhì)的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)已成為眾多物流企業(yè)提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要需求 6。 體 庫(kù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與前景 內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 立體倉(cāng)庫(kù)最早產(chǎn)生于 60 年代的美國(guó)，到現(xiàn)在大致經(jīng)歷了四代的發(fā)展： 1950 年美國(guó)首先產(chǎn)生了手動(dòng)控制的橋式堆垛起重機(jī)，這種起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門架 (立柱 )，利 用門架的上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)搬運(yùn)貨物，與此同時(shí)也提出了高層貨架的新概念，被認(rèn)為是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的雛形。 1960 年左右在美國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)了沒(méi)有大梁的由人工操作的巷道式堆垛機(jī)。隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道式堆垛機(jī)逐漸代替了橋式堆垛機(jī)。 1963 年美國(guó)的一個(gè)食品廠在倉(cāng)庫(kù)工作中采用電子計(jì)算機(jī)，成為世界上最早的全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)， 20 世紀(jì) 60 年代產(chǎn)生的第一代機(jī)械式立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中，操作人員可通過(guò)一些電器按鈕和開(kāi)關(guān)來(lái)控制一些機(jī)械設(shè)備進(jìn)行人、出庫(kù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了搬運(yùn)的機(jī)械化；從 1963年開(kāi)始，在歐洲各國(guó)，由于用地緊張，開(kāi)始計(jì)劃建造 25的高層 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。從 1967 年開(kāi)始，相繼完成了一些計(jì)算機(jī)管理和計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。在日本，從 1967 年開(kāi)始安裝了高度為 20的高層堆垛機(jī)， 1969 年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。 1970 年安裝了由貨架支承式變?yōu)榈孛嬷С惺降母叨冗_(dá) 40 米的堆垛機(jī)。 70 年代美國(guó)還提出了采用 50 米高堆垛機(jī)的可能性 7。到了 70 年代末期，隨著可編程控制器 動(dòng)存取、自動(dòng)導(dǎo)向小車、條形碼閱讀器等設(shè)備在立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用，第二代自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制自動(dòng)化。 1980 年后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的異軍突起及其在自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，導(dǎo)致了第三代集成化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的誕生，形成了由管理級(jí)、監(jiān)控級(jí)、控制級(jí)組成的三級(jí)分布式控制結(jié)構(gòu)，上位管理機(jī)協(xié)調(diào)控制整個(gè)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的出、人庫(kù)作業(yè)和蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 5 庫(kù)存管理，并且與上位工廠計(jì)算機(jī)信息管理網(wǎng)相聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)管理微機(jī)化。 1990 年后，堆垛機(jī)在使用范圍和性能上有了很大的發(fā)展，還出現(xiàn)了第四代智能型立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，該類倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)出、人庫(kù)任務(wù)和倉(cāng)庫(kù)信息的全自動(dòng)處理，而且還可根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃報(bào)表分析、制定出所需材料與勞動(dòng)力，并依據(jù)物資的現(xiàn)有庫(kù)存量提出外購(gòu)建議，當(dāng)某些物資庫(kù)存量不能滿足生產(chǎn)需要時(shí)，系統(tǒng)還可根據(jù)現(xiàn)有在庫(kù)物資適當(dāng)修改 生產(chǎn)計(jì)劃，并上報(bào)工廠相關(guān)部門，諸如此類人工智能已逐步融入了立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中；此外，隨著電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)的日臻完善。目前，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)逐步向第五代“ 3I (庫(kù)系統(tǒng)過(guò)渡。 我國(guó)立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展是從 70 年代初期開(kāi)始的，是在消化吸收德國(guó)西馬克 特蘭斯普蘭股份公司專有技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。國(guó)內(nèi)第一座自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)是鄭州紡織機(jī)械廠冷作二車間的模具庫(kù)，建成于 1974 年 2 月，與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)也開(kāi)始了自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的研究工作。 1977 年北京汽車制 造廠與自動(dòng)化研究所合作，動(dòng)工興建了該廠的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，該庫(kù)屬于整體式結(jié)構(gòu)，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。稍后，北京商業(yè)儲(chǔ)運(yùn)公司與河南糧食科研所和中科院自動(dòng)化研究所合作，興建了該公司的針織品自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。 80 年代初，一些部隊(duì)倉(cāng)庫(kù)和少數(shù)企業(yè)率先使用具有高層貨架，并利用堆垛起重機(jī)進(jìn)行入、出庫(kù)作業(yè)的立體倉(cāng)庫(kù)。由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)和制造均處于初級(jí)階段，用戶對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)所應(yīng)能達(dá)到的功能不了解，因此，對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的要求不高。只有少數(shù)立體庫(kù)采用 制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)認(rèn)址，光電探測(cè)貨位 多數(shù)的堆垛機(jī)仍使用手動(dòng)控制 入、出庫(kù)作業(yè)。它與一般平庫(kù)比較，主要是利用空間，增加庫(kù)存量、減少占地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和減少貨物破損率。盡管如此，立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)已較為明顯地被人們所看到。隨著土地價(jià)值的不斷上漲和現(xiàn)代化管理要求越來(lái)越高，立庫(kù)產(chǎn)品越來(lái)越多地進(jìn)入國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)。 80 年代至 90 年代初，立體倉(cāng)庫(kù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造有了很大的發(fā)展，全國(guó)至少有十幾家科研單位和生產(chǎn)廠家在進(jìn)行立體倉(cāng)庫(kù)的科研、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造 8。 1980年由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所等單位研制建成我國(guó)第一座立體倉(cāng)庫(kù)，并在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此以后，立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到了迅速的 發(fā)展。先后建成了第二汽車制造廠立體庫(kù)、天水長(zhǎng)城開(kāi)關(guān)廠 材立體庫(kù)、上海寶鋼總廠備件立體庫(kù)、國(guó)家 863 計(jì)劃中 驗(yàn)工程立體庫(kù)、濟(jì)南第一機(jī)床廠中央立體庫(kù)、株洲南方航空動(dòng)力機(jī)械有限公司物流系統(tǒng)、儀征化纖股份公司滌綸長(zhǎng)絲立體庫(kù)、廣東震德塑料機(jī)械廠有限公司零部件自動(dòng)化立體庫(kù)、浙江正泰電器集團(tuán)立體倉(cāng)庫(kù)、伊利液態(tài)奶立體倉(cāng)庫(kù)、蒙牛乳業(yè)立體倉(cāng)庫(kù)和中國(guó)人民解放軍軍需、器材立體倉(cāng)庫(kù)等百座自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的建設(shè) , 近些年來(lái)，倉(cāng)儲(chǔ)物流行業(yè)已有了自己的學(xué)術(shù)組蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 6 織，定期在全國(guó)范圍內(nèi)交流學(xué)術(shù)經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)目前我國(guó)立體倉(cāng)庫(kù)行業(yè)的設(shè)計(jì)制造水平， 參照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)制定出了一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，使立體倉(cāng)庫(kù)的科研、設(shè)計(jì)、制造進(jìn)入規(guī)范化發(fā)展。 近些年我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)發(fā)展很快，已實(shí)現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，至今在我國(guó)己建成的集成化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)還不多，我國(guó)的立體倉(cāng)庫(kù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無(wú)論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著比較大的差距。 體 庫(kù)的應(yīng)用前景 一個(gè)國(guó)家的物流水平充分反映出來(lái)了這個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，尤其在跨世紀(jì)的未來(lái)十年中，物流科學(xué)對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響顯得格外重要，對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，物流科 學(xué)可以帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，向物流要利潤(rùn)成為了企業(yè)即席生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。物流的關(guān)鍵就是對(duì)于立體倉(cāng)庫(kù)及成套設(shè)備的管理。 物流是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，像人體的血液一樣，時(shí)刻支撐著人體的各種循環(huán)，維持著生命。在物流學(xué)說(shuō)的研究領(lǐng)域中，工業(yè)企業(yè)物流一直是被關(guān)注的焦點(diǎn)，這不僅由于物流組織的好壞直接決定著企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是否能夠順利進(jìn)行，決定著企業(yè)產(chǎn)品的價(jià)值和使用價(jià)值是否能夠順利實(shí)現(xiàn)，而且企業(yè)的物流費(fèi)用己成為生產(chǎn)成本和流通成本的重要組成部分。在這種情況下，企業(yè)將主要力量花在降低生產(chǎn)成本上是“不得要領(lǐng)”的，明智而有效的方法是改善物流。 因此，以降低物流成本、減少資金占用、縮短生產(chǎn)周期為主要目標(biāo)的物流合理化 (稱為企業(yè)的“第三利潤(rùn)源泉”、“最重要的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域”，它被放到企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略高度來(lái)加以研究和實(shí)施。而自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)作為物流系統(tǒng)的一個(gè)樞紐和核心，是物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物流合理化的關(guān)鍵所在，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著舉足輕重的地位。 立體 庫(kù)的出現(xiàn)與發(fā)展，應(yīng)該是與工業(yè)、科技的發(fā)展相適應(yīng)。現(xiàn)代化大生產(chǎn)，越來(lái)越促使工業(yè)生產(chǎn)社會(huì)化、專業(yè)化、集中化。生產(chǎn)的高度機(jī)械化和自動(dòng)化必然要求物資的供應(yīng)和分發(fā)要及時(shí)、迅速、準(zhǔn)確。由于其具有很高的空間利用 率、很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，越來(lái)越受到企業(yè)的重視。立體化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)能否得到迅速的應(yīng)用和發(fā)展，已成為工廠設(shè)計(jì)中高科技的一個(gè)象征。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，倉(cāng)庫(kù)技術(shù)將進(jìn)一步向系統(tǒng)化、自動(dòng)化、無(wú)人化方向發(fā)展，倉(cāng)庫(kù)管理也將向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)發(fā)展。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在企業(yè)的廣泛應(yīng)用將為進(jìn)一步提高企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮著重要的作用。 目前，立體倉(cāng)庫(kù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已相當(dāng)普遍，以自動(dòng)化功能齊全的立體倉(cāng)庫(kù)取代蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 7 傳統(tǒng)的普通房式倉(cāng)庫(kù)己成為世界倉(cāng)儲(chǔ)建設(shè) 發(fā)展的潮流。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)擁有各種類型的立體倉(cāng)庫(kù) 20000 多座，日本擁有 38000 多座，德國(guó)擁有 10000 多座，英國(guó)有 4000 多座，前蘇聯(lián)有 1500 多座。高度達(dá) 40 米以上的巨型立體倉(cāng)庫(kù)數(shù)量越來(lái)越多 9。 我國(guó) 立體 庫(kù)使用中存在的主要問(wèn)題是利用率低、效果不明顯、規(guī)模不確定、優(yōu)勢(shì)不突出，使許多庫(kù)場(chǎng)資源閑置，特別是一些產(chǎn)品批量小而單一的生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化，庫(kù)場(chǎng)設(shè)施設(shè)備資源閑置與重復(fù)配置矛盾突出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)擁有立體倉(cāng)庫(kù) 1000 余座，在 15 米以上的大型立體倉(cāng)庫(kù) 100 多座，其中全自動(dòng)化的立體倉(cāng)庫(kù)有 30 多個(gè)。 1995 年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸長(zhǎng)絲立體倉(cāng)庫(kù)是日前由國(guó)內(nèi)獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造的綜合自動(dòng)化程度最高的立體倉(cāng)庫(kù)高度 10。 商務(wù)部提出了“十二五”時(shí)期商務(wù)發(fā)展的九大任務(wù)中提出“加快構(gòu)建現(xiàn)代流通網(wǎng)絡(luò)，全面提升流通效率和水平，大力發(fā)展第三方物流，支持大型連鎖企業(yè)發(fā)展統(tǒng)一配送，鼓勵(lì)中小企業(yè)發(fā)展共同配送，支持物流企業(yè)拓展服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)功能，提高物流組織化和專業(yè)化水。加強(qiáng)城市現(xiàn)代配送中心建設(shè)，完善大中城市社會(huì)化配送網(wǎng)絡(luò)。 這對(duì) 立體 庫(kù)的發(fā)展及應(yīng)用創(chuàng)造了良好的前景。 論文研究的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu) 文研究的主要內(nèi)容 本課題針對(duì)蘭州石化公司使用的 太原剛玉物流工程有限公司生產(chǎn)的 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)貨叉 在存取貨物時(shí)頻繁出現(xiàn)沖擊振動(dòng)大， 存取貨定位不準(zhǔn)、運(yùn)行不 太 穩(wěn)定、存取貨不到位 等現(xiàn)象。作者 利用 算機(jī)軟件對(duì)貨叉的力學(xué)性能進(jìn)行 了 分析，為 克服以上問(wèn)題， 提高存取貨物的準(zhǔn)確率，改進(jìn) 堆垛機(jī) 貨叉 的性能 作了大量分析研究 。單立柱有軌巷道式堆垛機(jī)如圖 1示，堆垛機(jī)貨叉機(jī)構(gòu)如圖 1示。 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 8 圖 1單立柱巷道式堆垛機(jī) 圖 1垛機(jī)貨叉機(jī)構(gòu) 該堆垛機(jī)主要技術(shù)性能與參數(shù)如表 1示。 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 9 表 1垛機(jī)主要技術(shù)性能與參數(shù) 項(xiàng)目 技術(shù)性能與參數(shù) 結(jié)構(gòu)形式 單立柱落地式 載荷 載荷尺寸 450W x 450D x 300H 量 100運(yùn)動(dòng)速度 走 行 18m/ 升 18m/ 叉 15m/行范圍 走行距離： 2m 升降距離： 3.6 m 伸縮距離： 左 /右 600 機(jī)類型 行 走 交流伺服電機(jī) 升 交流伺服電機(jī) 叉 交流伺服電機(jī) 定載重量 1000N (100主要內(nèi)容如下： 1 建立貨叉 結(jié)構(gòu) 模型 貨叉伸縮機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)的取放物料裝置，是比較重要的裝置，通過(guò)三維軟件建立其結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行原理仿真。 2貨叉的力學(xué)性能分析 對(duì)貨叉伸縮機(jī)構(gòu)建立 真模型，網(wǎng)格圖，并進(jìn)行力學(xué)分析，通過(guò)有限元分析得到在重力作用下的變形情況。 3貨叉的模態(tài)分析 對(duì)貨叉整機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析，提取了前 8 階固有頻率、主振型及振型圖，可得到貨叉結(jié)構(gòu)的自振頻率和相應(yīng)振型，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 4貨叉 諧響應(yīng)分析與控制 在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)諧響應(yīng)分析，得出貨叉伸縮機(jī)構(gòu)沿伸縮運(yùn)動(dòng)方向的激振力的諧響應(yīng)曲線，可以得到單立柱堆垛機(jī)在受外界激勵(lì)作用下各階危險(xiǎn)頻率的變形情況，設(shè)計(jì)時(shí)盡量使這些固有頻率避開(kāi)外激勵(lì)的頻率可以避免發(fā)生共振，有效地減小振動(dòng)幅值，從而控制相應(yīng)的激振力的頻率，避開(kāi)該振型下的共振。 5貨叉結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以提高其靜動(dòng)態(tài)特性 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 10 文的組織結(jié)構(gòu) 第一章主要對(duì)本課題研究的背景暨我國(guó)物流的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明，闡述立體倉(cāng)庫(kù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，并針對(duì) 太原剛玉物流工程有限公司生產(chǎn)的 單立柱巷 道堆垛機(jī)貨叉進(jìn)行研究。 第二章主要介紹立體倉(cāng)庫(kù)的組成及功能，立體倉(cāng)庫(kù)的關(guān)鍵設(shè)備 用 件建立三級(jí)直線差動(dòng)式貨叉結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行模擬仿真，并分析了貨叉的運(yùn)動(dòng)特性。 第三章主要利用 件建立三級(jí)直線差動(dòng)式貨叉有限元模型，并對(duì)貨叉叉板位移為 300、 400、 500、 600個(gè)不同位置進(jìn)行仿真模型加載并求解，獲取了貨叉的變形情況。 第四章主要建立模態(tài)分析方程和諧響應(yīng)分析方程，并利用 件對(duì)貨叉模型進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，獲取了貨叉的固有頻率及 振動(dòng)特性。 第五章主要針對(duì)貨叉進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，建立了優(yōu)化模型，并對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行靜態(tài)、模態(tài)及諧響應(yīng)分析。 第六章主要對(duì)本課題的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)及存在的問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明，并展望了立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉的情況，為今后設(shè)計(jì)、分析及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 11 第二章 立體 庫(kù)及堆垛機(jī)貨叉系統(tǒng)簡(jiǎn)介 體 庫(kù)簡(jiǎn)介 體 庫(kù)的概念 立體 庫(kù)又稱為自動(dòng)存儲(chǔ)自動(dòng)檢索系統(tǒng) (s/是一種新型 的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，是物料搬運(yùn)和倉(cāng)儲(chǔ)科學(xué)中的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。立體 庫(kù)是以先進(jìn)的計(jì)算機(jī) 控制技術(shù)為主要手段，可以在不直接進(jìn)行人工處理情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和提取物料，它以多層立體貨架為主要標(biāo)志，配以先進(jìn)的搬運(yùn)設(shè)備 (包括堆垛機(jī)、智能運(yùn)輸車及其配套的運(yùn)行設(shè)施、托盤、貨箱等 )，由此而組成高效率的物流、大容量和科學(xué)地儲(chǔ)藏，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)、物資交流和倉(cāng)儲(chǔ)的需要。立體倉(cāng)庫(kù)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)是涉及到物流監(jiān)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)、設(shè)備控制及貨位優(yōu)化管理等技術(shù)領(lǐng)域的綜合工程項(xiàng)目。 立體 庫(kù)是機(jī)械和電氣，強(qiáng)電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品，是由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)。主要由貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)，貨物存取和傳送系統(tǒng)，控制和管 理等三大系統(tǒng)組成，還有與之相配套的供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、稱重計(jì)量系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)等。 立體 庫(kù)具有高效的倉(cāng)儲(chǔ)能力、優(yōu)化的倉(cāng)庫(kù)管理、快速準(zhǔn)確的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)操作，能節(jié)省大量的生產(chǎn)資源，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，圖 2立體 庫(kù)的示意圖。 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 12 圖 2立體 庫(kù)的示意圖 體 庫(kù)的組成 立體 庫(kù)是由倉(cāng)庫(kù)建筑物、高層貨架、巷道式堆垛機(jī)、周邊設(shè)備和控制系統(tǒng)等組成 10。 1高層貨架及倉(cāng)庫(kù)建筑 立體 庫(kù)從總體結(jié)構(gòu)上看，可分為整體式和分離式兩種形式。整體式是指?jìng)}庫(kù)建筑 與高層貨架互相連接，形成一個(gè)不可分開(kāi)的整體。其貨架結(jié)構(gòu)既是存放貨物的支架，又是倉(cāng)庫(kù)的立柱和倉(cāng)庫(kù)側(cè)壁的支撐，倉(cāng)庫(kù)的墻壁和屋頂都固定在高層貨架上。分離式是指?jìng)}庫(kù)建筑與高層貨架是相互分離的，貨架安裝在倉(cāng)庫(kù)建筑物之內(nèi)。但無(wú)論哪種形式，高層貨架都是主體結(jié)構(gòu)。 2巷道堆垛機(jī) 用于自動(dòng)存取貨物，是立體 庫(kù)中的主要堆垛和搬運(yùn)設(shè)備。按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式；按服務(wù)方式分為直道、彎道和轉(zhuǎn)移車三種基本形式。 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 13 它主要由立柱、載貨臺(tái)、貨叉、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)等所組成。到目前為止，巷道式堆垛機(jī)已經(jīng)有了很大的改 進(jìn)。為了提高作業(yè)能力和作業(yè)效率，其運(yùn)行起升、貨叉速度都有明顯提高；改善了調(diào)速技術(shù)，提高了停準(zhǔn)精度；自動(dòng)控制技術(shù)和保護(hù)措施日趨完備。 3輸送系統(tǒng) 是立體 庫(kù)的周邊設(shè)備，主要有液壓升降平臺(tái)、輥式輸送機(jī)、鏈條輸送機(jī)，升降臺(tái)，分配車、臺(tái)車、叉車、 統(tǒng) (自動(dòng)導(dǎo)向小車 )等，負(fù)責(zé)將貨物運(yùn)送到堆垛機(jī)或從堆垛機(jī)將貨物移走。這些設(shè)備與堆垛機(jī)互相配套，互相銜接，構(gòu)成一個(gè)完整的裝卸搬運(yùn)系統(tǒng)，完成物資的進(jìn)出庫(kù)作業(yè)。 4自動(dòng)控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng)是立體 庫(kù)的“指揮部”和“神經(jīng)中樞”。它控制堆垛機(jī)和各種周邊設(shè)備的運(yùn)行，自動(dòng)完成貨物 的存入與揀出。立體倉(cāng)庫(kù)中的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要指檢測(cè)裝置、信息識(shí)別裝置、控制裝置、通信設(shè)備、監(jiān)控調(diào)度設(shè)備、計(jì)算機(jī)管理設(shè)備以及大屏幕顯示器和圖像監(jiān)視等設(shè)備。 體 庫(kù)的 功能 立體倉(cāng)庫(kù)的功能一般包括自動(dòng)收貨、存貨、取貨、發(fā)貨和信息查詢等 11。 1收貨 指?jìng)}庫(kù)從供應(yīng)方接受各種產(chǎn)品、材料或半成品，收存入倉(cāng)庫(kù)的過(guò)程。收貨時(shí)需要站臺(tái)或場(chǎng)地供運(yùn)輸車輛?？浚枰灯脚_(tái)作為站臺(tái)和載貨車輛之間的過(guò)橋，需要裝卸機(jī)械完成裝卸作業(yè)。卸貨時(shí)需要檢查貨物的品質(zhì)和數(shù)量以及貨物的完好狀態(tài)，確認(rèn)完好后方能入庫(kù)存放。一般的立體倉(cāng)庫(kù)從 貨物卸載經(jīng)查驗(yàn)進(jìn)入自動(dòng)系統(tǒng)的接貨設(shè)備開(kāi)始，將信息輸入計(jì)算機(jī)，生成管理信息，由自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行貨物入庫(kù)的自動(dòng)操作。 2存貨 指自動(dòng)化系統(tǒng)將貨物存放到規(guī)定的位置，一般是放在高層貨架上。存貨之前首先要確定存貨的位置。某些情況下可以采取分區(qū)固定存放的原則，即按貨物的種類、大小和包裝形式來(lái)實(shí)行分區(qū)存放。隨著移動(dòng)貨架和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)可以做到隨意存放，既能提高倉(cāng)庫(kù)的利用率，又可以節(jié)約存取時(shí)間。 3取貨 是指自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)需求從庫(kù)房貨架上取出所需貨物。取貨可以有不同的取貨原則，通常采用的是先進(jìn)先出的原則，即在 出庫(kù)時(shí)，先存入的貨物先被取出。對(duì)某些立體倉(cāng)庫(kù)來(lái)說(shuō)，必須能夠隨時(shí)存取任意貨位的貨物，這種存取貨要求搬運(yùn)蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 14 設(shè)備和地點(diǎn)能頻繁更換。 4發(fā)貨 是指取出的貨物按照嚴(yán)格的要求發(fā)往用戶。根據(jù)服務(wù)對(duì)象的不同，有的倉(cāng)庫(kù)只向單一用戶發(fā)貨，有的則需要向多個(gè)用戶發(fā)貨。發(fā)貨時(shí)需要配貨，即根據(jù)使用要求對(duì)貨物進(jìn)行配套供應(yīng)。 5信息處理 是指能隨時(shí)查詢倉(cāng)庫(kù)的有關(guān)信息和伴隨各種作業(yè)產(chǎn)生信息報(bào)表單據(jù)。在立體倉(cāng)庫(kù)中可以隨時(shí)查詢庫(kù)存信息、作業(yè)信息以及其它相關(guān)的信息。這種查詢可以在倉(cāng)庫(kù)范圍內(nèi)進(jìn)行，有的可以在其他部門或分廠進(jìn)行。 體 庫(kù)的 使用意義 由于使用高層貨架存儲(chǔ)貨物，存儲(chǔ)區(qū)可以大幅度地向高空發(fā)展，充分利用倉(cāng)庫(kù)地面和空間，因此，節(jié)省了庫(kù)存占地面積，提高了空間利用率。目前世界上最高的立體倉(cāng)庫(kù)高度已達(dá) 50 米。立體倉(cāng)庫(kù)單位面積的儲(chǔ)存量可達(dá) /平方米，是普通倉(cāng)庫(kù)的 5 至 10 倍。采用高層貨架儲(chǔ)存，并結(jié)合計(jì)算機(jī)管理，可以容易地實(shí)現(xiàn)先入先出，防止貨物的自然老化、變質(zhì)、生銹或發(fā)霉。立體倉(cāng)庫(kù)也便于防止貨物的丟失及損壞。 低勞動(dòng)強(qiáng)度 使用機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)行和處理速度快，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操 作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，能方便地進(jìn)入企業(yè)的物流系統(tǒng)，使企業(yè)物流更趨合理化。 采用自動(dòng)化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場(chǎng)合的物品存儲(chǔ)需要。如國(guó)內(nèi)已有的冷凍物品自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和存儲(chǔ)膠片的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，在低溫和完全黑暗的庫(kù)房?jī)?nèi)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)貨物的出入庫(kù)作業(yè)。從而改善工作環(huán)境，保證安全操作。 高物料調(diào)節(jié)水平，加快儲(chǔ)備資金周轉(zhuǎn) 由于自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)采用計(jì)算機(jī)控制，對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，能減少貨物處理過(guò)程中的差錯(cuò)，而利用人工管理不能做到這一點(diǎn)。同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利 用倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存能力，便于清點(diǎn)和盤庫(kù)，合理減少庫(kù)存，加快儲(chǔ)備資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動(dòng)資金，從而提高倉(cāng)庫(kù)的管理水平。 快物資周轉(zhuǎn)，降低成本 作為生產(chǎn)過(guò)程的中間環(huán)節(jié)，具有原材料、在制品和成品的緩沖存儲(chǔ)功能，在自動(dòng)化和機(jī)械化設(shè)備處理下，自動(dòng)化程度提高，各種物料庫(kù)存周期縮短，從而降蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 15 低了總成本。對(duì)不同運(yùn)輸方式、不同裝運(yùn)方式、不同狀態(tài)的物料銜接，改變運(yùn)輸方式，改變裝運(yùn)方式和采用有效的技術(shù)，都會(huì)帶來(lái)費(fèi)用的降低。 立體 庫(kù)的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè) 信息管理的自動(dòng)化。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)往往也是企業(yè)信息系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，決策者根據(jù)庫(kù)存信息制定戰(zhàn)略和計(jì)劃，指揮、監(jiān)測(cè)和調(diào)整企業(yè)行為。由于倉(cāng)儲(chǔ)信息管理及時(shí)準(zhǔn)確，便于決策者隨時(shí)掌握庫(kù)存情況，根據(jù)生產(chǎn)及市場(chǎng)情況及時(shí)對(duì)企業(yè)計(jì)劃做出調(diào)整，提高生產(chǎn)的應(yīng)變力和決策力。 總之，立體 庫(kù)的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)變?yōu)樽杂蛇x擇貨位，按需實(shí)現(xiàn)先入先出的機(jī)械化、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)。在儲(chǔ)存的同時(shí)，可以對(duì)貨物進(jìn)行必要的揀選、組配，并根據(jù)具體需要 ,有計(jì)劃地將庫(kù)存貨物按指定的數(shù)量和時(shí)間要求送到合適的地點(diǎn)，滿足均衡生產(chǎn)的需要。立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)使“靜態(tài)倉(cāng)庫(kù)”變成了 “動(dòng)態(tài)倉(cāng)庫(kù)”。 垛機(jī)貨叉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 堆垛機(jī)的主要機(jī)械動(dòng)作有 :轉(zhuǎn)運(yùn)車巷道運(yùn)輸行走，貨物周轉(zhuǎn)箱自動(dòng)提升下落，貨叉伸縮向立體貨架存物取貨。其中，貨叉的自動(dòng)伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)難度最大，主要體現(xiàn)在： （ 1） 為了盡可能合理利用立體貨架空間，自動(dòng)伸縮貨叉機(jī)構(gòu)在滿足剛度要求的前提下，應(yīng)盡可能降低自身高度，結(jié)構(gòu)也不宜復(fù)雜龐大。 （ 2） 為使貨物在立體貨位上擺放整齊，穩(wěn)定可靠，貨叉伸出行程應(yīng)大于等于物品周轉(zhuǎn)貨箱的長(zhǎng)度。 （ 3） 為使堆垛機(jī)存物取貨動(dòng)作靈活可靠，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)應(yīng)盡可能減小摩擦阻力和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)間隙。 （ 4） 根據(jù)巷道堆垛機(jī) 的工作空間限制，為使貨叉結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能降低造價(jià)，伸縮貨叉的原動(dòng)機(jī)應(yīng)重量輕、體積小，動(dòng)作行程短，滿足貨叉雙向伸縮的工作行程要求。 垛機(jī)貨叉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 該堆垛機(jī)貨叉采用 3 級(jí)直線差動(dòng)式貨叉機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)直線雙向伸縮 12。 1上叉 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 16 處于 3 級(jí)貨叉的最上面，其結(jié)構(gòu)如圖 2示，材料為碳素鋼，是直接叉取托盤的裝置。 圖 2垛機(jī)貨叉機(jī)構(gòu)中的上叉結(jié)構(gòu)圖 2中叉 處于 3 級(jí)貨叉的中間，其結(jié)構(gòu)如圖 2示，材料為碳素鋼，它在下叉上運(yùn)動(dòng)，是上叉在其上運(yùn)動(dòng)的支撐部件。 圖 2堆垛機(jī)貨叉機(jī)構(gòu)中的中 叉結(jié)構(gòu)圖 3下叉 處于 3 級(jí)貨叉的最下層，其結(jié)構(gòu)如圖 2示，材料為碳素鋼，它固定在載貨臺(tái)上，是中叉在其上運(yùn)動(dòng)的支撐部件。 圖 2堆垛機(jī)貨叉機(jī)構(gòu)中的下叉結(jié)構(gòu)圖 齒條 側(cè)板 上臺(tái)面 軸承母 下叉滾輪導(dǎo)軌 上叉滾輪導(dǎo)軌 齒輪 聯(lián)結(jié)板 軸承 齒條 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 17 4驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 伸叉機(jī)構(gòu)裝在載貨臺(tái)上，載貨臺(tái)在輥輪的支撐下沿立柱上的導(dǎo)軌作垂直行走方向的運(yùn)動(dòng) (起重 )，垂直于起重一行走平面的方向?yàn)樯觳娴姆较?。從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，伸縮貨叉設(shè)計(jì)具有典型性，貨叉完全伸出后，其長(zhǎng)度約為原來(lái)長(zhǎng)度的兩倍以上。 堆垛機(jī)伸縮貨叉必須采用一種能使原動(dòng)機(jī)動(dòng)作行程增倍的雙向驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，為此，在本案中選擇了齒輪齒條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 5安全保護(hù)裝置 堆垛機(jī)是一種起重機(jī)械，它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運(yùn)行。為了保證人身及設(shè)備的安全，堆垛機(jī)必須配備有完替的硬件及軟件的安全保護(hù)裝置，并在電氣控制上采取一系列連鎖和保護(hù)措施。 （ 1）貨叉伸縮終端處設(shè)有機(jī)械和電氣限位裝置。 （ 2）載貨臺(tái)上還設(shè)有檢測(cè)貨叉是否回位、如貨叉沒(méi)有回位，堆垛機(jī)不能水平運(yùn)行，以避免發(fā)生事故。 垛機(jī)貨叉機(jī)構(gòu)的工作原理 貨叉伸縮機(jī)構(gòu)采用三級(jí)直線差動(dòng)式貨叉的機(jī)構(gòu)原理驅(qū)動(dòng)形式。這種結(jié)構(gòu)形式的貨叉由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和上、中、底三叉以及導(dǎo)向部分構(gòu)成，下叉?zhèn)让嫜b有滾輪并固定在載貨臺(tái)的臺(tái) 架上 ,中叉的下板與工字行導(dǎo)軌相連 ,上叉的頂板與立板相連 ,在立板上裝有滾輪。貨叉電機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn) ,齒輪帶動(dòng)齒條及中叉運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于底叉向兩側(cè)伸出一定距離，同時(shí)，由于齒輪齒條倍增機(jī)構(gòu)，上叉沿著中叉的工字行導(dǎo)軌，相對(duì)中叉向外伸出更長(zhǎng)的距離當(dāng)齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，貨叉向右伸出，當(dāng)齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，貨叉向左伸出，實(shí)現(xiàn)向貨位內(nèi)存取貨物。如圖 2示。 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 18 圖 2叉伸縮機(jī)構(gòu)工作圖 如圖 2示，直線差動(dòng)行程倍增機(jī)構(gòu)為 1 個(gè)滾動(dòng)齒輪和 2 個(gè)齒條組成的直線差動(dòng)機(jī)構(gòu)，從動(dòng)齒條在滾動(dòng)齒輪的上方，固定齒條在滾動(dòng)齒輪的下方，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，滾動(dòng)齒輪與固定齒條的節(jié)點(diǎn)為二者的速度瞬心，當(dāng)滾動(dòng)齒輪相對(duì)于固定齒條滾動(dòng)時(shí)，從動(dòng)齒條將沿滾動(dòng)齒輪中心運(yùn)動(dòng)方向，以滾動(dòng)齒輪中心二倍的速度平行移動(dòng)。這樣，就形成了從動(dòng)齒條相對(duì)于滾動(dòng)齒輪中心速度與行程的增倍機(jī)構(gòu) 13。 圖 2線差動(dòng)行程倍增機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是上叉相對(duì)于中叉伸出的距離為伸出行程的 2/3,而中叉相對(duì)于下叉伸出的距離為伸出行程的 1/3,上叉與中叉之間、中叉與下叉之間均有合適的導(dǎo)向接觸長(zhǎng)度，保證 3 層貨叉伸出時(shí)的相對(duì)剛度要求。 體 庫(kù)貨叉的運(yùn)動(dòng)特性 叉的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 堆垛機(jī)貨叉是一種需要經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)的機(jī)械。而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中其速度、蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 19 加速度和加速度的變化率也是變化的量，從而對(duì)機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和振動(dòng)，這就是通常所說(shuō)的動(dòng)載荷。例如，升降系統(tǒng)中，當(dāng)開(kāi)始起升和下降時(shí)，由于頻繁開(kāi)閉起升電機(jī)和制動(dòng)裝置會(huì)產(chǎn)生力矩沖擊的動(dòng)力載荷。升降系統(tǒng)的起升繩索屬于彈性系統(tǒng)，當(dāng)繩索從松弛狀態(tài)突然起升時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊并引起動(dòng)力載荷。此外，電動(dòng)機(jī)平衡度較差，鏈條、鏈輪傳動(dòng)及各種零件的制造誤差和缺陷都能使機(jī)構(gòu)激振而產(chǎn)生動(dòng)力載荷；以及與緩沖器發(fā)生碰撞都會(huì)引起振動(dòng)和沖擊，在機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生較大的動(dòng)力載荷。 貨叉系統(tǒng)中，當(dāng)貨叉伸出和縮回時(shí)，由于頻繁開(kāi)閉電機(jī)會(huì)產(chǎn)生力矩沖擊的動(dòng)力載荷 ,貨叉伸縮采用齒輪齒條驅(qū)動(dòng)，由于齒輪、齒條的跳動(dòng)，嚙合間隙及制造的誤差使機(jī)構(gòu)激振而產(chǎn)生動(dòng)力載荷，以及與行程開(kāi)關(guān)碰撞接觸都會(huì)引起振動(dòng)和沖擊，都會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力載荷。 所以載貨升降及貨叉系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可以概括為間歇、重復(fù)、循環(huán)、頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)，在工作過(guò)程中伴隨有動(dòng)力載荷 14。 叉的速度曲線分析 貨叉由于在起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中，伴隨有振動(dòng)和沖擊，當(dāng)載貨臺(tái)加速上升或減速下降時(shí)，有超重 ;當(dāng)載貨臺(tái)加速下降或減速上升時(shí)，有失重現(xiàn)象。貨叉伸縮 機(jī)構(gòu)在起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中，也伴隨有振動(dòng)和沖擊，當(dāng)取存貨物的時(shí)候，要求貨叉運(yùn)行平穩(wěn)，盡量減少?zèng)_擊和振動(dòng)，若過(guò)大會(huì)對(duì)堆垛機(jī)立柱產(chǎn)生沖擊，影響定位精度?？梢?jiàn)，速度變化的選擇是就顯得更為重要。選擇得適當(dāng)，不但可以載貨臺(tái)和貨叉運(yùn)行平穩(wěn)，同時(shí)還能提高載貨升降系統(tǒng)的運(yùn)行效率。所以研究載貨升降及貨叉系統(tǒng)理想速度曲線，合理選擇速度曲線，對(duì)提高載貨升降系統(tǒng)和貨叉系統(tǒng)運(yùn)行品質(zhì)是非常重要的。如果能夠?qū)铀俣惹€以及對(duì)應(yīng)的速度曲線作深入的推導(dǎo)后應(yīng)用于計(jì)算和控制程序設(shè)計(jì)中，將會(huì)加強(qiáng)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可行性，為動(dòng)態(tài)分析仿真和參數(shù)分析提供很好的 依據(jù)。 載貨升降臺(tái)的運(yùn)行速度曲線有梯形、拋物線形、 S 曲線速度曲線三種形式。梯形速度曲線的運(yùn)行效率較高，但其加速度容易突變，對(duì)提升機(jī)構(gòu)造成過(guò)大的沖擊，引起較大的振動(dòng)，帶來(lái)不安定因素。正弦速度曲線的加速度按正弦變化，加速度變化率不恒定，沖擊和振動(dòng)相對(duì)較小，但正弦函數(shù)計(jì)算復(fù)雜，不適用于產(chǎn)生實(shí)時(shí)速度信號(hào)，且分析不方便。 S 曲線速度實(shí)際上是有梯形速度曲線與拋物線相結(jié)合而構(gòu)成的，在曲線的加、減速的始、末端均呈拋物線形，中間為直線形，而實(shí)際的運(yùn)行速度曲線與平穩(wěn)性有極大的關(guān)系，它隨速度的控制方式的不同而變化，一般包括動(dòng)加速階 段、穩(wěn)速運(yùn)行階段和減速制動(dòng)階段。這種速度曲線的各項(xiàng)蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 20 分析和計(jì)算都較為方便，可使運(yùn)動(dòng)特性得到很好的改善，在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。 貨叉伸縮的運(yùn)行速度曲線有線性、非線性和 S 三種曲線，前二種曲線特性與載貨臺(tái)升降系統(tǒng)中的梯形、拋物線速度曲線特性一樣，但 S 曲線形適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，其變頻器頻率上升和下降速度較慢，從而減少貨叉的沖擊和振動(dòng)。 為了使貨叉具有光滑加減速曲線，既滿足倉(cāng)位定位速度快，貨叉運(yùn)行平穩(wěn)，又能滿足出入庫(kù)頻率高的要求，本文選用 S 曲線 14進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。 S 速度曲線如圖 25所示，與 圖 2應(yīng)的還有貨叉的加速度和加加速度（躍度）曲線，分別如圖 2圖 2示。圖中， m 分別為貨叉的速度最大值、加速度最大值以及加加速度（躍度）最大值。 圖 2速度曲線 圖 2速度曲線 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 21 圖 2加加速度曲線 叉伸縮的運(yùn)行曲線參數(shù)計(jì)算 貨叉伸縮運(yùn)行速度曲線的計(jì)算，一般都是在給定合理的運(yùn)行最大速度，同時(shí)設(shè)定 最大加速度及加速度變化率的條件下，計(jì)算出提升系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。設(shè)載貨臺(tái)在圖 2示的 S 速度曲線中的最大速度、最大加速度及加速度變化率分別為 m ，以此為依據(jù)確定曲線的其它參數(shù)。由于載貨臺(tái)運(yùn)行在變速度下，以運(yùn)行的時(shí)間段來(lái)區(qū)分計(jì)算，可將一個(gè)完整的 S 形曲線分為 0 7 個(gè)時(shí)間段，即加加速段 加速段 減速段 速段 加速段 減速段 減減速段 速段的速度是根據(jù)輸送能力的要求和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率及電耗較小的原則確定的，加 (減 )速段的加速度一般是根據(jù)運(yùn)行系統(tǒng)的慣性力和沖擊力引起升降系統(tǒng)的振動(dòng)、沖擊效應(yīng)以及防滑條件來(lái)確定的 16。 設(shè) 段的加速度變化率分別為 1， 2， 3， 4，運(yùn)行的時(shí)間為 據(jù)幾何關(guān)系可在每個(gè)時(shí)間段計(jì)算貨叉的運(yùn)行速度、加速度和運(yùn)行位移如下。 1 02)選擇 閉對(duì)話框 文選擇的單元類型為 料屬性是與幾何模型無(wú)關(guān)的本身屬性，例如楊氏模量、密度等。雖然材料屬性并不與單元類型聯(lián)系在一起，但是由于計(jì)算單元矩陣時(shí)需要材料屬性，了方便用戶，還對(duì)每種單元類型列出了相應(yīng)的材料類型，根據(jù)不蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 33 同的應(yīng)用，材料屬性可以是線性或者非線性的。與單元類型及實(shí)常數(shù)類似，一個(gè)分析中可以定義多種材料，每種材料設(shè)定一個(gè)編號(hào)。貨叉主要結(jié)構(gòu)材料為 45 鋼，但必須定義其楊氏模量、密度、泊松比。其他材料屬性不需要給出。 楊氏模量： 105度： 0松比： 0. 3 貨叉由上叉、中叉和下叉構(gòu)成，在 別建立上叉、中叉和下叉實(shí)體模型如圖 3示。 然后按單立柱巷道式堆垛機(jī)上叉、中叉和下叉間相互位置關(guān)系，將上叉、中叉和下叉模型移動(dòng)到位。然后運(yùn)用 爾運(yùn)算將所有的體進(jìn)行相加；考慮到計(jì)算機(jī)性能，本文建模時(shí)對(duì)單立柱巷道式堆垛機(jī)貨叉系統(tǒng)做了部分簡(jiǎn)化。 布爾操作可以對(duì)幾何圖元進(jìn)行布爾運(yùn)算， 的布爾計(jì)算操作包括加 (減 (求交 (分解 (接 (搭接 (。它們不僅適用于簡(jiǎn)單的體素的圖元，也適用于從 統(tǒng)傳入的復(fù)雜的幾何模型。在缺省的情況下，布爾操作完成后輸入的圖元被刪除。被刪除的圖原編號(hào)變成“自由”的（這些自由的編號(hào)將附給新創(chuàng)建的圖元，從最小的自由編號(hào)開(kāi)始）。對(duì)上叉、中叉和下叉實(shí)體模型進(jìn)行布爾運(yùn)算后便得到貨叉系統(tǒng)的仿真模型。為分析貨叉系統(tǒng)位移對(duì)貨叉受載后變形的影響 。 本章按上述方法 ，可以 建立貨叉系統(tǒng) 任意 位移 （從 0 600加載仿真模型，為了求解方便，作者選擇了貨叉位移分別為 300400500600仿真模型。對(duì)貨叉模型進(jìn)行布爾運(yùn)算之后，運(yùn)用自由劃分網(wǎng)格的方式對(duì)貨叉系統(tǒng)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于 立體庫(kù)堆垛機(jī)貨叉建模與 分析 34 圖 3 上叉、中叉和下叉仿真模型 模型施加載荷和求解 對(duì)下叉底面施加全約束 24,25。 本章仿真工作臺(tái)受 1000N 的載荷情況下貨叉系統(tǒng)的靜態(tài)變形，假設(shè)承載面尺寸為： 150 245 ，因此對(duì)模型工作臺(tái)施加 面力。 叉位移為 300 的仿真模型加載與求解 加載如圖 3示，對(duì)加載后的模型求解得