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功能说明

自动化高货架仓库设计

说明书

（简版）

参赛小组：

慧鱼组第36小组

作品名称：

高货架仓库

小组成员：

苏宏织、林俞生、刘晨华、程卫民、陈国贞

指导老师：

王腾

一、自动化仓库立体基本介绍…………………………………………………3

二、主要内容和任务分析…………………………………………………………4

三、产品整体介绍……………………………………………………………………..4

四、机构模型的原理图及工作原理……………………………………………7

五、远程控制系统的工作原理……………………………………………………8

六、慧鱼接口板处理器操作模式的选择以及计算机

与接口板的通讯………………………………………………………………….8

6.1 慧鱼接口板概述…………………………………………………………..8

6.2 微处理器的两种处理模式……………………………………………9

七、客户端程序中主要功能模块的设计过程………………………….9

八、优越性能…………………………………………………………………………10

九、系统优点…………………………………………………………………………12

十、发展现状…………………………………………………………………………13

十一、应用领域……………………………………………………………………..14

十二、参考文献……………………………………………………….................15

一、自动化仓库立体基本介绍

仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。

50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库（见图1）；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。

此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。

60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。

我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机，1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15米），该库1980年投入运行。

到2003年为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。

立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。

自动化立体仓库（AS/RS）是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。

运用一流的集成化物流理念，采用先进的控制、总线、通讯和信息技术，通过以上设备的协调动作进行出入库作业。

图1

二、主要内容和任务分析

利用德国慧鱼公司的“智能创意教具”模型设计、装配出较有创意的机构或机械设备模型，模型完成之后应用VB开始编程以及对程序的调试最终能完成对模型的远程控制。

认真复习机械原理、机械设计、自动生产线、VB的基本知识以及学习新的知识（主要为mscomm、winsock、timer三种控件的使用）等。

在实验室熟悉慧鱼模型的元件及其撘建方法，参考现有的模型基础，然后设计出有创意的机械模型。

三、产品整体介绍

（一）慧鱼模型

工作原理

该自动化高货架仓库由智能的控制系统对X（左右）Y（前后）Z（上下）轴三个方向的传动轴的控制实现储物与取物功能。

图2

该模型模拟了一个自动高层货架系统，就像在许多工业企业中应用的那样。

模型由三个传动螺纹传动（分别由三个马达提供动力），一个在X（即左右）方向可动的货架运输车，在货架运输车上装有一个可沿Z（即上下）方向上下运动的笼架，在其中包含一个可沿Y（即左右）方向可伸缩的托盘。

模拟过程中，货物在高层货架仓库上被存入及取出：

货物存储开始，可伸缩托盘先到达预先设置好的货物支架上托取货物，然后托盘收回，同时货架运输车在X，Z方向运动沿着一个最优的路径到达事先设定好的仓库，当货物存入预定仓库后，通过反射式光传感器的控制货架运输车马上移过来，可伸缩的托盘将同时收回。

接着货架运输车同时在X，Z方向运动沿着一个最优的路径回到事先设定好的货物支架，这样循环工作，取出货物过程与存入货柜过程相反。

通过软件可知一个仓库是否被占用。

为了保证货架运输车正常工作，货架的水平位置由限位开关事先设定好，它能使货架运输车到达预定位置前减速。

（二）Iventor三维模型

根据慧鱼模型做出其三维模型（见图2）

图3

四、机构模型的原理图及工作原理

 总体工作流程：

作品拟实现的主要功能有以下三个运动：

①前后运动②左右运动

③上下运动；全景图如下

图4

图5

图6

五、远程控制系统的工作原理

远程控制是在网络上由一台电脑（主控端 Remote/客户端）远距离去控制另 一台电脑（被控端 Host/服务器端）的技术。

远程控制必须通过网络才能进行。

位于本地的计算机是操纵指令的发出端，称为主控端或客户端，非本地的被控计算机叫做被控端或服务器端。

“远程”不等同于远距离，主控端和被控端可以是位于同一局域网的同一房间中，也可以是连入Internet的处在任何位置的两台或多台计算机。

远程控制软件一般分两个部分：

一部分是客户端程序，另一部分是服务器端程序，在使用前需要将客户端程序安装到主控端电脑上，将服务器端程序安装到被控端电脑上。

它的控制的过程是先在主控端电脑上执行客户端程序，像一个普通的客户一样向被控端电脑中的服务器端程序发出信号，建立一个特殊的远程服务，然后通过这个远程服务，使用远程控制功能发送远程控制命令，控制被控端电脑中的各种应用程序运行。

基于VB的远程控制系统通过VB的winsock控件进行数据交换来实现。

winsock是Mcrosoft windows提供的网络编程接口。

它有两种数据交换协议：

TCP协议和UDP协议，本次课程设计运用TCP协议。

六、慧鱼接口板处理器操作模式的选择以及计算机与接口板的通讯

6.1 慧鱼接口板概述 

为了用计算机控制慧鱼教学模型，首先应当有合适的控制软件以及连接计算机与模型的接口。

接口完成软件命令的转换，列入可以启动电机、处理来自传感器的信号等。

接口板上有连向电机、灯、或电磁铁的四个数字量的输入口，还有八个数量和两个模拟量的输入口用来连接开关，光敏、磁敏、热敏电阻等传感器。

慧鱼智能接口板上自带微处理器，通过串行口与计算机相连。

在计算机上编好的程序可以下载到接口板的微处理器上，该微处理器可以独立地执行程序（在所谓主动模式下），这样就不必用电缆连接计算机和行走机器人。

当控制像机械手、绘图机这样的移动设备时，模型与计算机保持连接，计算机即是变量的输入/输出设备，也是它们的显示设备（称为所谓被动模式）。

6.2 微处理器的两种处理模式 

被动模式（本次课程设计所使用的模式）

在被动模式下，程序的处理由计算机完成，因此接口与计算机的连接电缆不能断开。

在每个程序周期中，接口采集来自数字量和模拟输入端的数值然后传送给计算机，计算机再把数字量的输入值传送给接口板，接口板上的微处理器按要求操作相连的电机、灯和电磁铁。

接口板工作于被动模式时，计算机屏幕只能作为输入/输出设备，或程序状态的显示设备。

主动模式 

在主动模式下，程序由接口板自身的微处理器进行处理，而接口板与计算机的连线要断开。

如果软件支持主动模式（如LLWIN V2.1或以上），程序可以下载到接口板的RAM里。

程序下载后，接口板就终止与计算机的连接，此时可以拔掉接口线。

程序驻留在接口板的RAM历直到电源被切断（在不设定程序掉电保护功能时.） 

接口板上的微处理器的计算能力远小于计算机的计算能力。

对于旨在捕获快速计数脉冲的大程序，微处理器便无法累计到全部脉冲，这样的程序只能在被动模式下进行处理。

为了从主动模式切换到被动模式，要切断接口板的供电电源。

这就重新启动了安装在接口板EPROM中的操作软件，于是切换成为被动模式。

如果在计算机上修改了主动模式下的处理程序，而且想把它传回给接口板的微处理器，也必须切断电源。

七、客户端程序中主要功能模块的设计过程

启动VB并新建一个工程，往窗体（Form）中加入1个Winsock控件、1个通信控件（MSComml）以访问串口；12个定时器控件（Timer）以延时查询串口；8个复选框控件及2个按钮组控制四路电机及其状态。

八、优越性能

自动化立体仓库其优越性是多方面的，对于企业来说,可从以下几个方面得到体现：

1、提高空间利用率

早期立体仓库的构想，其基本出发点就是提高空间利用率，充分节约有限且宝贵的土地。

在西方有些发达国家，提高空间利用率的观点已有更广泛深刻的含义，节约土地，已与节约能源、环境保护等更多的方面联系起来。

有些甚至把空间的利用率作为系统合理性和先进性考核的重要指标来对待。

立体库的空间利用率与其规划紧密相连。

一般来说，自动化高架仓库其空间利用率为普通平库的2-5倍。

这是相当可观的。

2、便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平

传统仓库只是货物储存的场所，保存货物是其唯一的功能，是一种“静态储存”。

自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备，不仅能使货物在仓库内按需要自动存取，而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接，并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节。

企业外购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节，短时储存是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成一个自动化的物流系统，这是一种“动态储存”，也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势。

以上所述的物流系统又是整个企业生产管理大系统（从订货、必要的设计和规划、计划编制和生产安排、制造、装配、试验、发运等）的一个子系统，建立物流系统与企业大系统间的实时连接，是自动化高架仓库发展的另一个明显的技术趋势。

3、自动化立体仓库在我国较少的原因：

1980年，我国第一座自行研制的自动化立体仓库开始投产以来，在汽车、化工、电子、烟草等行业的应用逐年增长。

其中，最具典型意义的是我国家电龙头企业海尔集团国际物流中心的立体仓库，该仓库高22米，拥有18056个标准托盘位，包括原材料和产成品两大自动化物流系统，全部实现了现代物流的自动化和智能化。

九、系统优点

1、节约仓库占地面积，使仓库的空间实现了充分的利用。

由于自动化立体仓库采用大型仓储货架的拼装，又加上自动化管理技术使得货物便于查找，因此建设自动化立体仓库就比传统仓库的占地面积小，但是空间利用率大。

在发达国家，提高空间的利用率已经作为系统合理性和先进性的重要考核指标。

在提倡节能环保的今天，自动化立体仓库在节约占地资源上有着很好的效果，也是必将使未来仓储发展的一大趋势。

2、自动化管理提高了仓库的管理水平。

自动化立体仓库采用计算机对货品信息进行准确无误的信息管理，减少了在存储货物中可能会出现的差错，提高了工作效率。

同时，立体自动化仓库在入库出库的货品运送中实现机动化，搬运工作安全可靠，减少了货品的破损率，还能通过特殊设计使一些对环境有特殊要求的货品能有很好的保存环境，比如有毒、易爆的货品，也减少了人在搬运货品时可能会受到的伤害。

3、自动化立体仓库可以形成先进的生产链，促进了生产力的进步。

专业人士指出，由于自动化立体仓库的存取效率高，因此可以有效地连接仓库外地生产环节，可以在存储中形成自动化的物流系统，从而形成有计划有编排的生产链，使生产能力得到了大幅度的提升。

十、发展现状

在人力资本高企的今天，降低企业的各项成本，实现自动化管理成为企业研究的一个重要战略课题。

对于制造业来说，物流成本在其成本中比重是相当大的，统计数据显示，物流费用通常占制造成本50%以上的比例，因此，物料与仓储管理以及成本控制已经成为影响产品市场竞争力的关键，与企业的效益密不可分。

由于自动化立体仓库的作业效率及自动化的技术水平可以使得企业物流效率大幅提升，立体库的基本技术也日益成熟，因此越来越多的企业开始采用自动化立体仓库。

很多企业不仅建设中大型的立体库，也根据需要建设了很多中小型自动化立体库。

据《2013-2017年中国自动化立体仓库行业投资需求与发展前景分析报告》显示，2012年是中国自动化立体库得到较快发展的一年。

2012年初，由于众多物流系统工程项目的纷纷开工，自动化立体库项目建设市场一片繁荣，据不完全统计，2012年建设的具有较大规模的立体仓库在建项目有130多座，截至2012年12月，全国自动化立体库保有量超过1200座。

前瞻网认为，随着国家经济的持续向好和对自动化立体仓库需求较高的烟草、医药、机械等行业的持续快速增长，未来自动化立体仓库面临着较大的市场需求。

以医药行业为例，据国家统计局数据显示，截至2012年，我国工业总产值在2000万以上的企业数量为6075家，以10%的需求量计算，医药行业对自动化立体仓库的需求量就有607套，而保有量不足200套，市场前景可观。

十一、应用领域

自动化立体库在我国应用非常广泛。

概述如下：

工业生产领域：

医药生产：

医药生产是最早应用自动化立体库的领域之一，1993年广州羊城制药厂建成了国内最早的医药生产用自动化立体库。

此后，吉林敖东、东北制药、扬子江制药、石家庄制药、上药集团等数十个企业成功应用自动化立体库。

汽车制造：

国内最早应用应用自动化立体库的领域之一。

中国二汽是最早应用自动化立体库的单位。

目前国内主要汽车制造企业几乎无一例外的应用自动化立体库。

机械制造：

是广泛应用自动化立体库的领域之一。

如三一重工等。

电子制造：

联想等电子领域在2000年后开始采用自动化立体库系统。

烟草制造业：

国内采用自动化立体库最普遍的行业。

而且大量采用进口设备。

典型的如红河、长沙等。

物流领域：

烟草配送：

广泛采用自动化立体库系统。

医药配送：

为了响应GSP认证，大量的自动化立体库被应用到全国医药流通领域。

如国药、上药等。

机场货运：

较早采用自动化立体库的领域。

各主要机场均采用立体库系统，用于行李处理。

地铁：

随着我国地铁建设的蓬勃兴起，自动化立体库应用大面积展开。

商品制造领域：

服装：

服装领域应用自动化立体库是最近几年的事情。

酒：

如洋河、牛栏山等

牛奶：

蒙牛、伊利等企业有应用。

化工：

最早应用自动化立体库的行业之一。

印刷、出版、图书：

也是广泛应用的行业之一。

军事应用：

应用自动化立体库最普遍的领域之一。

后勤、装备等尤为普遍。

此外还有很多领域应用了自动化立体库。

如岩芯库、轮胎库、教学库等。

限于篇幅，不一一例举。

十二、参考文献

[1]XX智库百科[引用日期2013-06-17]

 [2].   刘炳文. Visual Basic程序设计教程    清华大学出版社