趙久龍 趙爽

摘要：以有軌制導(dǎo)車輛（RGV）與升降機(jī)組合的柔性高效立體庫(kù)為研究對(duì)象，為解決傳統(tǒng)高速堆垛機(jī)立體庫(kù)不能滿足60 輛/h大節(jié)拍問題，本立體庫(kù)在水平面內(nèi)采用RGV輸送，在垂直方向采用升降機(jī)輸送。利用CAD軟件規(guī)劃設(shè)計(jì)立體庫(kù)方案二維平面圖，Catia軟件設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)立體庫(kù)的三維模型，通過Plant Simulation軟件仿真驗(yàn)證方案是否滿足大節(jié)拍產(chǎn)能，通過成本核算對(duì)比與傳統(tǒng)堆垛機(jī)立體庫(kù)的投資經(jīng)濟(jì)性。最終得出此柔性高效立體庫(kù)是滿足60 輛/h大節(jié)拍產(chǎn)能并且成本也比傳統(tǒng)立體庫(kù)低，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：汽車車間 柔性 立體庫(kù) RGV

中圖分類號(hào)：N945.13? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? ?DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20220006

Abstract： In this paper， the flexible and efficient warehouse with combination of Rail Guided Vehicle （RGV） and lift was the research object. In order to solve the problem that the traditional high speed stacker spatial warehouse cannot meet the high beat capacity Jobs Per Hour （JPH） of 60 Units/h， this spatial warehouse adopted RGV conveying in the horizontal plane and lift conveying in the vertical direction. CAD software was utilized to plan and design the two-dimensional plan of the spatial warehouse， Catia software was adepted to design the three-dimensional model of the corresponding three-dimensional warehouse， and Plant Simulation software was used to verify whether the solution can meet the high beat capacity， and the economic investment was compared with that of the traditional stacker three-dimensional warehouse through cost calculation. The final conclusion is that this flexible and efficient three-dimensional warehouse can meet the JPH 60 Units/h beat capacity and the economic cost is lower than the traditional three-dimensional warehouse， which has wide application prospect.

Key words： Automobile Production workshop， Flexible， Spatial library， RGV

1 前言

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，是物流倉(cāng)儲(chǔ)中出現(xiàn)的新概念。利用立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)高層合理化，存取自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便化，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是當(dāng)前技術(shù)水平較高的形式。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主體由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入（出）庫(kù)工作臺(tái)和自動(dòng)運(yùn)進(jìn)（出）及操作控制系統(tǒng)組成。貨架是鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物或結(jié)構(gòu)體，貨架內(nèi)是標(biāo)準(zhǔn)尺寸的貨位空間，巷道堆垛起重機(jī)穿行于貨架之間的巷道中，完成存、取貨的工作。管理上采用計(jì)算機(jī)及條形碼技術(shù)[1]。

汽車制造是中國(guó)最早應(yīng)用自動(dòng)化立體庫(kù)的領(lǐng)域之一。東風(fēng)汽車集團(tuán)是最早應(yīng)用自動(dòng)化立體庫(kù)的單位。目前中國(guó)主要汽車制造企業(yè)幾乎無一例外地應(yīng)用自動(dòng)化立體庫(kù)，但都是由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入（出）庫(kù)工作臺(tái)和自動(dòng)運(yùn)進(jìn)（出）及操作控制系統(tǒng)組成的高速堆垛機(jī)立體庫(kù)，而這種高速堆垛機(jī)立體庫(kù)只能滿足30 輛/h（Jobs Per Hour，JPH）左右的節(jié)拍要求。如采用有軌制導(dǎo)車輛（Rail Guided Vehicle，RGV）+升降機(jī)組合立體庫(kù)，在水平面內(nèi)采用RGV輸送，在垂直方向采用升降機(jī)輸送，可適用于大節(jié)拍（如60 輛/h）[2]。在物流行業(yè)，類似形式的立體庫(kù)有廣泛應(yīng)用。在汽車車身儲(chǔ)存方面，國(guó)外及國(guó)內(nèi)個(gè)別研究院等都在開展研究，該形式的立體庫(kù)有廣泛的應(yīng)用前景，應(yīng)用該形式的立體庫(kù)在大節(jié)拍生產(chǎn)線上也是必然的發(fā)展趨勢(shì)，因此，研究開發(fā)出柔性高效立體庫(kù)仿真軟件更是勢(shì)在必行。

2 研究目標(biāo)

a.技術(shù)方面。設(shè)計(jì)規(guī)劃出完整有軌制導(dǎo)車輛+升降機(jī)組合柔性高效立體庫(kù)方案，并且滿足節(jié)拍JPH為60 輛/h。

b.經(jīng)濟(jì)方面。通過成本核算對(duì)比傳統(tǒng)高速堆垛機(jī)立體庫(kù)節(jié)省8%成本。

3 研究設(shè)計(jì)

3.1 方案設(shè)計(jì)

3.1.1 運(yùn)輸方案

利用CAD設(shè)計(jì)軟件規(guī)劃設(shè)計(jì)RGV+升降機(jī)組合柔性高效立體庫(kù)方案，采取入庫(kù)、出庫(kù)各一臺(tái)18.2 m升降機(jī)，進(jìn)庫(kù)高度為9.3 m，出庫(kù)高度為0 m，立體庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)尺寸為18.2 m×42 m，立體庫(kù)分6層，每層獨(dú)立，6層集成一體。RGV采用色帶形式，可以前后、左右運(yùn)行，尺寸為1.6 m×2.2 m。

3.1.2 運(yùn)輸節(jié)拍

整體節(jié)拍JPH為60 輛/h，升降機(jī)速度為60 m/min，滾床速度為48 m/min，RGV運(yùn)行速度為36 m/min，RGV橫移速度為24 m/min。

3.1.3 運(yùn)輸方式

a.第一種方式。進(jìn)口順序隨意，出口順序隨意。

b.第二種方式。按順序進(jìn)庫(kù)，逐層進(jìn)入；按順序出庫(kù)，逐層駛出。

當(dāng)RGV數(shù)量少時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)按節(jié)拍順序進(jìn)庫(kù)，順序出庫(kù)，如果提前知道出庫(kù)順序，增加RGV數(shù)量，可以按節(jié)拍出庫(kù)。

3.1.4 二維方案圖

根據(jù)上文運(yùn)輸方案、運(yùn)輸節(jié)拍、運(yùn)輸方式，利用CAD軟件畫出二維方案圖，具體如圖1～圖2所示。

3.2 三維設(shè)計(jì)

通過Catia軟件對(duì)圖1～圖2紙對(duì)立體庫(kù)的鋼結(jié)構(gòu)、升降機(jī)、RGV、輥床進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，具體如圖3～圖6所示。

3.3 節(jié)拍計(jì)算

3.3.1 RGV節(jié)拍計(jì)算

對(duì)RGV工藝節(jié)拍進(jìn)行詳細(xì)分析，基本數(shù)據(jù)：橫移距離為2 650 mm，運(yùn)行距離為36 000 mm，帶載橫移速度為24 m/min，帶載運(yùn)行速度為36 m/min，空載橫移速度為36 m/min，空載運(yùn)行速度為18 m/min，其它具體參數(shù)如表1所示。

RGV送件再回到下一個(gè)取件位整個(gè)過程需要3 min。如果隨機(jī)出件，滿足1 min節(jié)拍，每層需要3個(gè)RGV。如果同時(shí)滿足進(jìn)件和出件，需要6臺(tái)RGV。如果滿足按順序出件、進(jìn)件，每層依次進(jìn)件（出件），總計(jì)6層，每層的節(jié)拍為6 min，只需要1臺(tái)RGV。

3.3.2 升降機(jī)節(jié)拍

對(duì)升降機(jī)工藝節(jié)拍進(jìn)行詳細(xì)分析，基本數(shù)據(jù)：駛?cè)刖嚯x為 6 000 mm；駛出距離為6 000 mm；升降高度為12 300 mm；輥床速度為48 m/min；升降速度為60 m/min ，其它具體參數(shù)如表2所示。

升降機(jī)節(jié)拍57.2 s小于60 s，滿足工藝運(yùn)輸總結(jié)拍。

3.4 存儲(chǔ)運(yùn)輸控制原理

3.4.1 軟件控制

柔性高效立體庫(kù)控制包括管理系統(tǒng)控制與監(jiān)控系統(tǒng)控制。管理系統(tǒng)控制建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用遺傳算法對(duì)作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)貨位分配策略，出入庫(kù)調(diào)度策略[1]。監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)軟件編寫，方便與上位管理機(jī)構(gòu)和下位執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信。監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)容包括基于組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)方法、監(jiān)控系統(tǒng)的組成及其功能模塊的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)采集與控制的實(shí)現(xiàn)方法[3]。

3.4.2 硬件控制

存儲(chǔ)控制：立體庫(kù)的庫(kù)位存儲(chǔ)狀態(tài)采用光電開關(guān)檢測(cè)庫(kù)存是否在位。在庫(kù)位兩側(cè)分別安裝光電開關(guān)的發(fā)射端和接收端，光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行檢測(cè)確定是否有庫(kù)存在位[4]。

運(yùn)輸控制。立體庫(kù)各層運(yùn)輸RGV采用色帶牽引方式運(yùn)輸。RGV利用讀碼器判斷與色帶寬度距離偏差，從而確定RGV運(yùn)輸牽引方向[5]。

3.5 應(yīng)急故障處理

考慮到立體庫(kù)存儲(chǔ)運(yùn)輸過程可能會(huì)發(fā)生不可控制的故障問題，尤其在以往項(xiàng)目研究中發(fā)生最大概率的庫(kù)位故障問題，導(dǎo)致RGV無法正常出入庫(kù)位或者在庫(kù)位無法正常裝卸貨，對(duì)此問題采取的解決方法是在每層中間的2個(gè)庫(kù)位設(shè)定臨時(shí)緩存庫(kù)位功能，一旦其它庫(kù)位發(fā)生故障問題，可以不受貨位分配策略和出入庫(kù)策略影響直接前往臨時(shí)緩存庫(kù)位進(jìn)行存儲(chǔ)，避免造成擁堵停運(yùn)。

3.6 仿真驗(yàn)證

仿真是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界過程或系統(tǒng)隨時(shí)間運(yùn)行的模擬過程。為了進(jìn)一步研究系統(tǒng)本身以及系統(tǒng)內(nèi)部各實(shí)體之間的關(guān)系，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行真實(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，構(gòu)建一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)或?qū)嶓w模型進(jìn)行驗(yàn)證[6]。

3.6.1 產(chǎn)能驗(yàn)證

將各三維模型進(jìn)行處理優(yōu)化，渲染并轉(zhuǎn)化成Plant軟件應(yīng)用的jt格式導(dǎo)入其中，再根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)的立體庫(kù)方案1：1建立真實(shí)仿真模型，在把各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)輸入模型中，導(dǎo)入生產(chǎn)訂單信息，按真實(shí)規(guī)劃的運(yùn)輸方案、運(yùn)輸節(jié)拍、運(yùn)輸方式，模擬整體立體庫(kù)30天的運(yùn)行過程，驗(yàn)證整體立體庫(kù)的JPH是否滿足60 輛/h，具體仿真模型如圖7，仿真結(jié)果圖8所示。

經(jīng)過仿真驗(yàn)證充分說明，規(guī)劃設(shè)計(jì)的立體庫(kù)方案是切實(shí)可行的，滿足實(shí)際節(jié)拍要求。

3.6.2 RGV數(shù)量最優(yōu)驗(yàn)證

對(duì)單層RGV數(shù)量從2臺(tái)到5臺(tái)分別模擬30天的運(yùn)行并且分別驗(yàn)證5次得到以下結(jié)果，RGV數(shù)量分析結(jié)果如圖9所示。

經(jīng)過對(duì)單層RGV不同數(shù)量進(jìn)行仿真模擬的分析結(jié)果中可以得出，當(dāng)RGV數(shù)量到達(dá)3臺(tái)就滿足產(chǎn)能要求并且產(chǎn)能穩(wěn)定，因此單層RGV最優(yōu)數(shù)量為3臺(tái)。

4 成本核算

4.1 35～45 輛/h成本核算

在35～45 輛/h情況下，RGV立體庫(kù)每層需要2個(gè)RGV。這樣相對(duì)高速堆垛機(jī)立體庫(kù)成本節(jié)省1 764 844元，節(jié)省18.5%。具體對(duì)比核算如表3～表4所示。

4.2 45～60 輛/h成本核算

在45～60 輛/h情況下，RGV立體庫(kù)每層需要3個(gè)RGV。這樣相對(duì)高速堆垛機(jī)立體庫(kù)成本節(jié)省1 224 844元，節(jié)省8.4%。具體對(duì)比核算如表5～表6所示。

綜上述JPH為35～45 輛/h，45～60 輛/h在經(jīng)濟(jì)方面都比傳統(tǒng)高速堆垛機(jī)節(jié)約成本，完成了研究第二目標(biāo)。

5 結(jié)論

a.通過仿真驗(yàn)證規(guī)劃設(shè)計(jì)出的RGV+升降機(jī)組合柔性高效立體庫(kù)方案是切實(shí)可行的，并且滿足JPH節(jié)拍要求，實(shí)現(xiàn)60輛/小時(shí)的產(chǎn)能。

b.通過與傳統(tǒng)高速堆垛機(jī)進(jìn)行成本核算對(duì)比，實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)高速堆垛機(jī)立體庫(kù)節(jié)省8%成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王書琴. 立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)與控制優(yōu)化方法研究[D]. 南京： 東南大學(xué)， 2011.91.

[2] 戴光群. SSE200B型升降機(jī)研發(fā)[D]. 哈爾濱：黑龍江大學(xué)， 2012.1-71.

[3] 鄭單單. 立體倉(cāng)庫(kù)貨位分配及揀選算法的研究[D]. 南京： 南京理工大學(xué)， 2012.

[4] 敖林喆， 唐斌. 基于PLC控制的載重升降機(jī)設(shè)計(jì)[J]. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品， 2018（20）： 131-132.

[5] 曹沖振， 王洪祥， 王鳳芹， 等. AGV的設(shè)計(jì)計(jì)算和不平路況下運(yùn)行穩(wěn)定性的仿真分析[J]. 物流技術(shù)與應(yīng)用， 2019（4）： 128-131.

[6] 黃大巍， 楊世錫， 艾巍， 等. AutoMod仿真技術(shù)在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2015： 3-9.