物流設(shè)備系統(tǒng)模塊化CAD系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

胥 穎

（興義民族師范學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)院，貴州 興義 562400）

1 引言

生產(chǎn)自動化是我國制造業(yè)今后相當(dāng)長時期內(nèi)的主要任務(wù)，而物流設(shè)備水平則是衡量自動化程度的一個重要標(biāo)志。目前我國物流產(chǎn)品的設(shè)計、制造大多還停留在人工計算、手冊查詢，單機(jī)、單線設(shè)計和制造的階段，這不僅造成產(chǎn)品設(shè)計、制造周期長，成本高，還會影響產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性等。物流設(shè)備產(chǎn)品大多為非標(biāo)產(chǎn)品，一般都應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠家不同的廠房布置、生產(chǎn)能力、發(fā)展規(guī)劃和投資狀況等因素進(jìn)行設(shè)計和制造，是動態(tài)、變化且較復(fù)雜的過程。因此，物流設(shè)備產(chǎn)品具有設(shè)計周期短、設(shè)計任務(wù)重的特點。針對這一特點，通過對物流設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行模塊化、參數(shù)化分析，建立一個方便、快捷、便于掌握的物流設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計軟件就顯得尤為重要。

2 系統(tǒng)需求分析

快速多變的市場要求物流設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計人員能夠快速、敏捷地拿出符合客戶需求的、科學(xué)合理的設(shè)計方案，隨著計算機(jī)的發(fā)展，出現(xiàn)了對物流設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計軟件的迫切需求。本文采用模塊化、參數(shù)化軟件設(shè)計技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代物流中心設(shè)計的要求，為物流系統(tǒng)規(guī)劃者提供一套便捷實用的方案設(shè)計、設(shè)備選用與設(shè)計工具軟件。這種軟件的基本功能如下：

（1）實現(xiàn)物流設(shè)備系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計，該過程是一個反復(fù)調(diào)整和比對的過程，通過計算機(jī)輔助，可大大減少設(shè)計人員重復(fù)計算工作的繁瑣。通過參數(shù)化算法的應(yīng)用，可以生成一個針對某目標(biāo)的準(zhǔn)確方案。

（2）對物流設(shè)備系統(tǒng)方案實現(xiàn)計算機(jī)輔助繪圖。存儲系統(tǒng)、搬運系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)中設(shè)備的CAD 圖形會在設(shè)計過程中自動生成，無需設(shè)計人員手工繪制。

3 物流設(shè)備系統(tǒng)模塊化CAD系統(tǒng)開發(fā)

3.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

物流設(shè)備系統(tǒng)模塊化CAD 系統(tǒng)包括文件操作、儲存系統(tǒng)、搬運系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、方案報告等5 大模塊，系統(tǒng)構(gòu)成和功能模塊分別如圖1、圖2 所示。

（1）文件操作。文件操作主要是對所有的設(shè)計方案進(jìn)行有效的管理。做一個物流系統(tǒng)設(shè)計就定義一個方案文件夾，將方案記錄保存下來以備參考與選擇。文件操作包括新建、打開、關(guān)閉、保存、退出等功能。具體文件菜單如圖3 所示。

圖3 文件菜單

（2）儲存系統(tǒng)。儲存系統(tǒng)主要是進(jìn)行儲存設(shè)備選型與設(shè)備參數(shù)化設(shè)計，其中包括橫梁截面、立柱材料、儲存設(shè)備選型及儲存設(shè)備設(shè)計。其菜單形式如圖4 所示。

圖4 儲存設(shè)備菜單

（3）搬運系統(tǒng)。搬運系統(tǒng)主要是進(jìn)行搬運設(shè)備選型與設(shè)備參數(shù)化設(shè)計，其中包括搬運設(shè)備選型及搬運設(shè)備設(shè)計。由于堆高機(jī)種類繁多，本原型系統(tǒng)只以步行跨立式堆高機(jī)為例進(jìn)行原型軟件開發(fā)。搬運設(shè)備的菜單形式如圖5 所示。

（4）輸送系統(tǒng)。輸送系統(tǒng)主要是進(jìn)行輸送設(shè)備選型與設(shè)備參數(shù)化設(shè)計，其中包括輸送設(shè)備選型及輸送設(shè)備設(shè)計。本系統(tǒng)以滾筒輸送機(jī)為例進(jìn)行輸送機(jī)參數(shù)化軟件系統(tǒng)原型開發(fā)。其菜單形式如圖6 所示。

（5）方案報告。方案報告包括生成報告和生成CAD 工程圖，生成報告的功能是將設(shè)計好的系統(tǒng)用文字描述保存在Word 文件中與用表格描述保存在Excel 文件中；生成CAD工程圖，是讀取儲存設(shè)備、搬運設(shè)備、輸送設(shè)備設(shè)計結(jié)果數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并生成CAD 工程圖。其菜單形式如圖7 所示。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用流程

如圖8 所示，系統(tǒng)流程為：首先通過新建、打開方式將方案打開，再進(jìn)行儲存、輸送、搬運等系統(tǒng)的詳細(xì)參數(shù)化設(shè)計，并生成方案文檔，保存方案，最后將方案圖繪制出來。

圖5 搬運設(shè)備菜單

圖6 輸送設(shè)備菜單

圖7 方案報告菜單

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 型鋼力學(xué)參數(shù)計算方法

圖8 物流設(shè)備系統(tǒng)模塊化CAD系統(tǒng)應(yīng)用流程圖

在物流設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計過程中，用到了相當(dāng)多的型鋼材料，如儲存系統(tǒng)的貨架是由立柱、橫梁、腹桿等材料組裝而成，這些材料均由型鋼做成。因此，設(shè)計貨架時所選用的型鋼的特性是否滿足工況條件要求是決定設(shè)備是否可靠的關(guān)鍵因素。由此可見，型鋼力學(xué)參數(shù)的計算是物流設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計過程中必不可少的環(huán)節(jié)。

4.2 物流設(shè)備系統(tǒng)選型方法

對于當(dāng)前倍受關(guān)注的物流中心，大量物資要在這里分類、揀選、配送，為了滿足現(xiàn)今市場少量多樣與高頻率的配送需求，其作業(yè)方式已不是傳統(tǒng)倉庫的人力作業(yè)所能應(yīng)付的，因此對于物流系統(tǒng)中硬件設(shè)施的選用規(guī)劃就顯得十分重要。要選用何種搬運設(shè)備，才能使進(jìn)貨出貨順利；要選用何種儲存設(shè)備，才能使貨品存取方便。這些都是物流系統(tǒng)設(shè)計者必須重視的要點。

5 應(yīng)用實例

已知一個物流中心的貨架區(qū)域大小，在一定時期內(nèi)，用于存放某種大小的貨物單元，在這種情況下設(shè)計一個合理的物流設(shè)備系統(tǒng)來完成此種貨物單元的存儲、搬運和輸送工作。

首先，根據(jù)用戶需求選擇最合理的存儲設(shè)備，如圖9 所示，可以給貨架一定的限制條件，如是否先進(jìn)先出、堆棧高度有多高、單位縱深儲位有多少等，然后由計算機(jī)選擇合適的貨架；本案例選用托盤橫梁式貨架，然后進(jìn)行貨架的尺寸設(shè)計。

圖9 貨架選型設(shè)計

在設(shè)計貨架尺寸時，首先設(shè)計該區(qū)域用于存儲貨物的實際貨架區(qū)域，如圖10 所示。在給定的貨架區(qū)域中留出一定的前間隙、后間隙、左間隙、右間隙及上部間隙，計算出貨架實際占用的空間。本例中，貨架區(qū)域長30m，寬20m，高5m，各間隙均取100mm。然后根據(jù)用戶提供的貨物單元的尺寸參數(shù)，計算貨格的具體尺寸參數(shù)，貨物單元長1200mm，寬1000mm，高800mm。需要對貨格存放貨物的數(shù)量、貨物與立柱、橫梁的間隙及貨物與貨物之間的間隙有一定的限制，據(jù)此計算出貨格的長、寬、高度。本例中貨格存放兩個貨物，最后利用計算出的中間數(shù)據(jù)，經(jīng)過貨架總體計算，得到貨架總體長、寬、高以及排、列、層等參數(shù)，本例中設(shè)計出的貨架具體參數(shù)為貨架總長29.13m，貨架總體寬19.8m，貨架總高4.08m，共22 排，11 列，4層。此時將計算的貨架參數(shù)結(jié)果寫入方案數(shù)據(jù)庫，以供生成方案報告時調(diào)用。

圖10 托盤式貨架區(qū)域設(shè)計

貨架總體設(shè)計結(jié)束，就可以進(jìn)行搬運設(shè)備的設(shè)計，如圖11所示，先選擇搬運設(shè)備的類型，本例選用步行跨立式堆高機(jī)。

圖11 步行式堆高機(jī)選型

選型確定后，可以進(jìn)行堆高機(jī)的尺寸參數(shù)設(shè)計，如圖12所示。圖12 中數(shù)據(jù)是由廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，由于堆高機(jī)的設(shè)計發(fā)展比較成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，因此可以從廠家提供的數(shù)據(jù)中選出適合的跨立式堆高機(jī)的型號，并提取它的相關(guān)數(shù)據(jù)，用于堆高機(jī)所需巷道寬度核算以及實際荷載能力核算。如果堆高機(jī)所載貨物寬度加大，則堆高機(jī)的實際荷載能力將會相應(yīng)變小。此例中堆高機(jī)核定載荷400kg，但由于貨物寬度由1000mm，加長到1234mm，因此計算出實際載荷能力只有234kg。

圖12 跨立式堆高機(jī)選型

然后進(jìn)行輸送機(jī)的設(shè)計，如圖13 所示，同樣從輸送設(shè)備的選型設(shè)計入手。本例選用了滾筒式輸送機(jī)，確定后，可以進(jìn)行輸送機(jī)的尺寸設(shè)計。本例中滾筒直徑設(shè)計為50mm，滾筒寬度900mm，滾筒間距70mm，骨架長3000mm，骨架寬度975mm，輸送機(jī)總體長度3000mm，總體寬度975mm，總體高度905mm，具體設(shè)計結(jié)果將寫入方案數(shù)據(jù)庫—輸送設(shè)備方案庫。

圖13 輸送設(shè)備選型

最后在生成報告菜單的驅(qū)動下，生成Word 文字報告、Excel 表格報告，并可將方案結(jié)果繪制在AutoCAD 工程圖紙上。圖14 所示為生成的文字方案報告。圖15 所示為本例所生成的物流設(shè)備系統(tǒng)方案工程圖。同時，Word 報告、Excel 報告及AutoCAD 均將存入項目開始時創(chuàng)建的方案文件夾中，用于項目參考、使用與修改等。

圖14 Word文字方案報告

圖15 AutoCAD工程圖方案報告

6 結(jié)論

本文在物流設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計中采用了目前較為先進(jìn)的模塊化、參數(shù)化設(shè)計方法，在對物流設(shè)備系統(tǒng)理論與技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了物流設(shè)備系統(tǒng)模塊化CAD 系統(tǒng)。該系統(tǒng)在物流設(shè)備系統(tǒng)使用最為頻繁的儲存系統(tǒng)、搬運系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)的設(shè)計與選用中給予設(shè)計人員有效的支持，并實現(xiàn)了對各系統(tǒng)的CAD 繪圖，大大提高了物流設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計的效率。