自动化仓库中转作业与库容关系的研究论文

《自动化仓库中转作业与库容关系的研究论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动化仓库中转作业与库容关系的研究论文（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 学校代码学校代码_10463_ 密密 级级 硕 士 学 位 论 文 自动化仓库中转作业与库容关系自动化仓库中转作业与库容关系 的研究的研究 作者姓名 刘 娟 指导教师 周全申 教授 学科门类 工学 学科专业 机械设计及理论 培养单位 机电工程学院 完成时间 二 一三年五月 THE STUDIES OF AUTOMATED WAREHOUSE TRANSIT OPERATIONS WITH THE CAPICITY A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate：Liu Juan Supervisor：Prof. Zhou

2、 Quan shen School of Mechanical Engineering The most suitable storage capacity; Simulation Software ; Reasonable match of loading and unloading equipment I 目目 录录 摘 要 I Abstract .II 目 录 I 第一章 前言 .1 1.1 课题的提出及意义 1 1.2 自动化仓库的研究背景 2 1.3 随机模拟法的应用 9 1.4 课题研究内容 .10 1.5 课题的难点及关键点 .10 1.6 本章小结 .11 第二章 随机模拟理论

3、研究 12 2.1 随机模拟理论 .12 2.1.1 随机数的产生方法 .12 2.1.2 随机函数发生器的建立 .13 2.2 本章小结 .22 第三章 自动化仓库仿真模型的建立 24 3.1 自动化仓库中转作业系统工艺分析24 3.2 自动化仓库中转作业系统仿真模型 .26 3.2.1 自动化仓库汽车发放形式 .26 3.2.2 自动化仓库火车接收形式 .26 3.2.3 服务原则 .27 3.3 自动化仓库中转作业系统仿真数学模型的建立 .27 3.3.1 自动化仓库中转作业系统仿真的数学模型 .27 3.3.2 仿真模型模块 .29 3.3.3 等待概率、设备利用率等的确定 .30 3

4、.4 自动化仓库的仿真数据 .31 3.5 本章小结 .36 4.1 软件功能 .37 II 4.2 软件模拟过程的程序框图 .37 4.3 软件的实现 .38 4.3.1 自动化仓库中转作业系统的仿真界面 .38 4.3.2 等待概率、设备利用率的程序实现 .40 4.4 软件仿真 .45 4.4.1 自动化仓库中转暂存库容量仿真 .45 4.4.2 仿真模块界面 .48 4.5 仿真及数据分析49 4.5.1 自动化仓库中转作业与库容的仿真分析 .49 4.5.2 结论 .51 4.6 本章小结 .51 第五章 自动化仓库设备的配置 .53 5.1 自动化仓库货物周转设备的配置 .53 5

5、.2 自动化仓库货架的配置 .53 5.3 自动化仓库搬运设备的配置 .54 5.3.1 自动化仓库搬运设备的选择原则 .54 5.3.2 自动化仓库搬运设备的选择 .54 5.3.3 自动化仓库搬运设备数量的配置 .54 5.4 巷道堆垛机结构稳定性分析 .55 5.5 本章小结 .58 第六章 结论与展望 59 6.1 结论 .59 6.2 展望 .59 参考文献 .61 致 谢 .65 个 人 简 历 66 自动化仓库中转作业与库容关系的研究 1 第一章第一章 前言前言 1.11.1 课题的提出及意义课题的提出及意义 本课题来源于：河南省教育厅基础研究项目：概率分布随机函数发生器理论研

6、究，项目编号为：074SGYS382524；郑州市科技攻关项目：社会与自然随机事 件发生概率理论研究，项目编号为：。 近代工程领域有许多复杂的随机系统，如：物流系统、自然灾害的预报系统、机 电设备可靠性分析系统、虚拟仿真系统、资源配置分析决策系统、移动通信客户服务 系统、重大工程安全评估系统等，此类系统中的某些参数服从某类概率规律，如： a.某工厂大型车间一段时间内机床发生故障的次数服从泊松分布（Poisson）1。 由于受气象变化的影响，散粮船抵港时间是随机的，联合国贸发会根据大量的 调查资料确定货船抵港的规律近似泊松分布2。 b. 自然灾害的预报系统中，防洪时节河水日流量的最大值服从极值分

7、布3。 c. 随机服务系统中的服务时间服从指数分布4。 d. 水文数据序列服从Gamma5分布。 e. 机电设备可靠性分析系统中，机电设备元器件（如轴承）的失效服从威布尔 （Weibull）分布6； 而随机模拟法正是针对对随机过程进行研究，自动化仓库中转作业系统是随机过 程中的一种，因此应用随机模拟理论能将自动化仓库中转作业系统中服从任意概率分 布的离散随机函数系统地以离散函数形式及程序模块形式固定下来，并能适应不同的 计算机语言环境及流行的统计软件，为随机模拟法应用做基础性工作。 现代物流搬运 杂志设计了一个关于 20 世纪世界重要的物流搬运技术与设备 的调查表，结果如表 1-1，从表 1-

8、1 中可以看出 20 世纪发展起来的物料搬动技术与设 备中重要性占前 10 位的是：条形码、计算机控制、自动化高架仓库、自动数据采集、 准时制生产、机器人、物料需求计划软件、高速分拣机、高起升叉车和模拟技术，其 中自动化高架仓库系统在第三位7。统计数据表明：自 2004 年开始中国自动化仓库投 资总额以每年 40%左右的速度递增8，自动化仓库具有空间利用率高、作业效率高、库 容为“动态库容”等优势，因此自动化仓库在物流系统中的作用将越来越重要。将随 机模拟理论应用于自动化仓库接收发放作业与库容的关系研究，建立自动化仓库中转 作业随机仿真数学模型能为国家重点工程建设的方案论证、工程规划、投资决策

9、提供 自动化仓库中转作业与库容关系的研究 2 依据；为自动化仓库中转暂存仓容、物流中心建设规划提供依据；预估商业活动 中可能发生的费用。 表1-1 20世纪世界重要的物流搬运技术与设备1 技术名称选择率,%技术名称选择率,% 条形码76库存周转24 计算机控制58职业安全与健康管理23 自动化高架仓库系统50集装箱21 自动数据采集43高效辅具21 准时制生产43四向托盘17 机器人35计量设备16 物料需求计划软件33自动化高架仓库15 高速分拣机32拣选系统15 高速叉车31链式输送机14 模拟技术31积放式输送机13 自动导向车 （AGV）28自动化电动单轨车5 本课题以自动化仓库作业系

10、统为基础，应用随机模拟法，提出将随机模拟理论应 用于自动化仓库接收发放作业与库容的关系研究中，科学确定工程项目中自动化仓库 库容的大小，并给出等待概率、设备利用率、库容利用率等参数，为自动化仓库的建 设规划提供依据。同时对自动化仓库装卸设备的合理配置进行了分析。 1.1.2 2 自动化仓库的研究背景自动化仓库的研究背景 自动化立体仓库于 1963 年诞生于美国，在此之后，迅速传到其他各国，并且得到 了飞快的发展，成为了一个学科。如今，像美国、日本等国家自动化仓库建库数均达 数千座，其仓库的机械化、自动化、标准化程度也较高，如货物的入出库、移动、码 盘、拆盘、分拣等都是通过计算机系统控制巷道堆垛

11、机、叉车、铲车、吊车和码盘机 器人等进行作业，重力式货架已经在成功使用。 美国进入八十年代，自动化仓库库房数量增加，规模扩大，并走向标准化9。在自 动化立体仓库理论研究方面美国做了很多贡献，其理论的研究以消费者为中心，大胆 的进行创新，因此其不仅是现代物流的发源地，而且是现今世界上这方面最发达的国 家之一，美国的企业对自动化仓库特别注意的两点是：一是仓储成本的控制，二是计 算机系统的升级优化，以提高了仓储的效率；日本非常注重实际，他们认为控制成本 及加强管理是关键，其次要在管理和自动化水平方面有所提高、使服务水平更加专业 化，同时使物流体系环保化。日本于 1969 年建成第一座自动化仓库以来1

12、0，兴建立体 仓库，立体仓库的设计强调立体化和自动化，仓储用地不多，存量立体仓库的利用率 自动化仓库中转作业与库容关系的研究 3 高，当然日本在自动化立体仓库数量方面也是最多的国家之一。荷兰注重采用集约型 分拨中心，仓库的集约度高，成本低，服务效率高；法国政府在规划和制定物流政策 时，十分重视仓储和标准化等物流设施基础建设，货物的包装实现标准化、通用化、 集装化、大型化，货物的分拣、装卸、搬运过程实现机械化、自动化11。西德的自动 化仓库的特点是在各工业部门的分布都相当均匀12。 国外主要研究自动化仓库设计、分析、优化及三维仿真等方面的理论。莱切大学 的 Pierpaolo Caricato

13、和 Antonio Grieco 在基于 AGV 的物料装卸系统下，运用模拟退火 算法有效解决 AGV 设计路径问题13-15。德国杜伊斯堡-埃森大学物流运输系的 Bashir Salah, Mohammed Wasiullah 和 Bernd Noche 对基于斯图尔特高夫平台的自动化仓库进 行设计、优化和分析，预期自动化仓库系统的吞吐量16。Mariagrazia Dotoli, Maria Pia Fanti 等应用着色赋时 Petri 网为多种自动化仓库提供了一种模型，该模型适用于窄巷道 堆垛机及有轨小车，该模型可以对系统动态行为实时监控，也可以应用与离散事件仿 真，该模型的控制策略可

14、以解决调度问题和避免碰撞事件17。南伊利诺伊大学机械和 工业工程系的 HEUNGSOON FELIX LEE 和华盛顿大学系统科学和数学系 SAMANTHA K. SCHAEFER 利用静态和动态结合的方法提出一种最优的存储路径的方 法，该方法具有简单、快速的优点，可以显著减少存储时间，从而提高吞吐量18。技 术方面主要研究自动化仓库的设备控制，物流管理、监控系统的设计及升级优化，自 动寻址识别技术，拣选技术以及仿真软件的开发等，例如，美国邦纳的激光条码扫描 器已在巷道堆跺机中应用。德国乐易电子公司对自动化仓库中传送系统的运动用条码 定位系统进行控制，提高了系统效率，降低了成本，己应用于宜家家

15、居及宝马汽车的 自动化仓库19。 我国在二十世纪九十年代建成了第一座自动化仓库，该仓库是由计算机控制的。 由于土地资源的紧缺，因此，2010 年立体库的面积增幅最大20。再加上货物周转率的 快速要求，产品的低损坏率、低丢失率的要求，使自动化仓库的优势的体现了出来， 因此，我国自动化仓库的数量越来越多，而且自动化仓库对机械设备智能化的要求越 来越高。建设较高水平的自动化仓库势在必行21-22。 在我国自动化仓库迅速发展的同时，不可避免的在使用中会存在一些问题，例如， 存储规模小、存储能力低，设施的技术水平低23，优势不突出，使许多库场资源闲置 24，作业效率低下，有一些企业虽然实现了仓库的自动化

16、，但由于产品单一且批量小， 原来的非自动化仓库的设施设备已经有闲置现象了，而自动化的实现又引入了一些设 备，造成了设备的严重闲置，因此自动化仓库的使用要根据企业自身状况，而不能盲 目的配置。 自动化仓库中转作业与库容关系的研究 4 国内对自动化仓库的发展及应用、关键技术、货位的优化管理、主要设备的配置 及运行的优化控制、存储路径优化、认证识别系统、AGV调度问题、出入库能力、故 障分析、监控与管理系统、三维仿真等方面进行研究。如，机械工业部自动化研究所 的张锡麟，北京起重机械研究所的尹军琪，北京联合大学电子工程学院的姜小丹对自 动化仓库的发展及技术进行研究25。浙江理工大学的林天翔对自动化仓库货位管理进 行优化，提高了吞吐量26。黑龙江省工程咨询评审中心的吴勇，李双祥分析了有轨巷 道式堆垛机的结构及作用27。华红艳、张丹利用蚁群优化算法优化了自动化仓库中的 存取路径28。杨磊、刘会等利用指