智能倉儲在高校實驗室的應(yīng)用研究

楊潔　王洪波　陳東立　儲天　賀旭

基金項目：

陜西省教育廳專項科研計劃項目（18JK1023）。

摘 要

以德國“工業(yè)4.0”的提出和發(fā)展為背景，闡述了智能倉儲的推廣和應(yīng)用，介紹了高校實驗室的現(xiàn)狀及存在問題，最后論證了自動化立體倉庫在高校實驗室應(yīng)用的可行性。

關(guān)鍵詞

工業(yè)4.0;智能倉儲;高校實驗室

中圖分類號： G647文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.03.084

0 引言

2013年4月，《德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略》被德國政府正式提出，瞬間一個全球性的話題被引爆。隨后，我國也推出了《中國制造2025》：從“中國制造”到“中國智造”。在工業(yè)4.0、智能制造的帶動下，越來越多的工廠企業(yè)開始注重自身的倉儲運營管理的高效率、高質(zhì)量，自動化倉儲系統(tǒng)因作業(yè)速度快、處理精確度高、節(jié)省勞動力、庫房利用率高等特點在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

高校實驗室是實驗教學(xué)和實踐人才培養(yǎng)的重要基地，越來越多的高校以實驗室為平臺，組織第二課堂教學(xué)、創(chuàng)新實驗項目的申報、組織各類學(xué)科競賽，用來培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，在實驗室實踐活動過程中所涉及的元器件種類數(shù)目繁多。那么，如何對實驗室元器件進(jìn)行科學(xué)存儲和管理提出了新的要求，本文主要論述了智能倉儲在高校實驗室中應(yīng)用的可行性。

1 立體倉庫的研究和應(yīng)用

立體倉庫，一般指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存貨物，并且用專門的倉儲作業(yè)設(shè)備進(jìn)行貨物出庫或入庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間進(jìn)行儲存，故形象的稱為立體倉庫。自動化立體倉庫又稱自動存儲取貨系統(tǒng)，借助機(jī)械設(shè)施與計算機(jī)管理控制系統(tǒng)實現(xiàn)存入和取出物料的系統(tǒng)。

美國于1959年開發(fā)了世界上第一個自動化立體倉庫，并在1963年率先使用計算機(jī)對自動化立體倉庫進(jìn)行控制管理。后來德國、意大利、日本等國家的自動化立體倉庫也迅速的發(fā)展起來。目前，自動化立體倉庫在發(fā)達(dá)國家己經(jīng)相當(dāng)普遍。日本是自動化立體倉庫發(fā)展得最快、建造數(shù)量最多的國家。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，近年來日本每年約有上千座各種類型的自動化立體倉庫投入使用。[1-3]

我國對于高架倉庫及搬運設(shè)備的研制開始并不晚，1963年我國研制成第一臺橋式堆垛起重機(jī)，1973機(jī)械部北京起重運輸機(jī)械研究所開始研制我國第一座由計算機(jī)控制的自動化高架倉庫，于1980年投入使用。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2015年底，我國累計建成的自動化立體倉庫已超過2000座，主要集中在機(jī)械制造、醫(yī)藥生產(chǎn)、煙草、食品加工、服裝生產(chǎn)等行業(yè)。

2 高校實驗室的現(xiàn)狀和存在問題

實驗室是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要場所，為了培養(yǎng)適應(yīng)新時期發(fā)展的具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)人才，越來越多的高校建設(shè)了開放實驗室、大學(xué)生創(chuàng)新中心等多種形式的創(chuàng)新實驗室，以創(chuàng)新實驗室為平臺組織學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實驗項目的研究和參加各類學(xué)科競賽，如：大學(xué)生電子設(shè)計大賽，大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新比賽，智能車比賽等，不僅可以使學(xué)生掌握對各種儀器的使用，同時也可以培養(yǎng)提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力。

由于學(xué)科競賽所覆蓋的專業(yè)面較廣，用到的元器件品種繁多。如大學(xué)生電子設(shè)計競賽涉及到機(jī)電、通信、計算機(jī)、電氣和自動化各類專業(yè)，所用到的元器件主要為各類電子類器件，有便宜的電阻、電容、電路板，也有很貴的傳感器、芯片、電機(jī)等;大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新比賽主要用到各類機(jī)械類器件，有軸承、螺絲、連接件、配件等等。由于元器件的種類五花八門，數(shù)目繁多，勢必會對實驗室元器件的管理增加了繁重的任務(wù)。很多元器件不能做到分門別類放置，多種元件堆放在一起，元器件互相擠壓，就容易被壓壞，在有限的競賽時間內(nèi)，急需用的元器件又不易被找出，影響比賽的進(jìn)度，比賽完剩余的元器件不易完整保存，充分利用，所有元器件的總數(shù)領(lǐng)用數(shù)量不容易統(tǒng)計等等問題[4]。

因此，怎樣充分利用好實驗室這一平臺，更好的服務(wù)于學(xué)科競賽和創(chuàng)新實驗項目的研究，首先迫切需要解決的就是實驗室元件庫的科學(xué)管理和有效儲備的問題。

3 立體倉庫的組成和功能實現(xiàn)

自動化立體倉庫主要由貨物存儲系統(tǒng)、貨物搬運系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)以及倉儲管理系統(tǒng)這四大部分組成[5]。

3.1 貨物存儲系統(tǒng)

貨物存儲系統(tǒng)的基本構(gòu)成包括貨架、托盤（存儲箱）等，用于物料的存儲，貨物可以存儲在托盤或存儲箱內(nèi)。多層貨架一般采用鋼結(jié)構(gòu)，目前主要有組裝式貨架和直接焊接型的貨架兩種形式。貨架根據(jù)高度分為低層貨架、中層貨架和高層貨架。小于5米的為低層貨架，在5米與12米之間的為中層貨架，12米以上的稱為高層貨架。對于小型倉庫，實驗室元器件倉庫可設(shè)計為低層貨架。

3.2 貨物搬運系統(tǒng)

貨物搬運系統(tǒng)主要承擔(dān)立體倉庫的自動搬運工作，可以代替人工進(jìn)行取貨和存貨。目前，巷道式堆垛機(jī)是主要的存取設(shè)備，按照其結(jié)構(gòu)分為兩根立柱和一根立柱兩種形式，堆垛機(jī)是可移動的機(jī)械部分，可沿上下兩個導(dǎo)軌在巷道中兩排貨架之間做橫向和縱向移動，堆垛機(jī)上安裝的物料叉可做伸縮運動，用于貨物的存儲或貨物的提取功能。

3.3 自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)，它是用來接受倉庫管理系統(tǒng)的任務(wù)，對倉庫系統(tǒng)的各種設(shè)備如堆垛機(jī)、運輸設(shè)備等進(jìn)行自動控制，自動執(zhí)行系統(tǒng)各種功能和任務(wù)。對于堆垛機(jī)的控制，目前多采用模塊化控制方式，使用交流電動機(jī)作為驅(qū)動，可以實現(xiàn)無極調(diào)速，使堆垛機(jī)既能高速運行，又可以平穩(wěn)停車。同時在控制系統(tǒng)中應(yīng)采取一系列自檢和聯(lián)鎖保護(hù)措施，防止突然斷電或操作失誤時不發(fā)生事故。

3.4 倉儲管理系統(tǒng)

倉儲管理系統(tǒng)，是自動化立體倉庫的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，是自動化倉庫的核心，它相當(dāng)于人的大腦，向倉庫控制系統(tǒng)下達(dá)任務(wù)和命令。

倉庫管理系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能，首先能夠?qū)齑媲闆r進(jìn)行管理，顯示各個存儲位的存儲狀態(tài)，包括每個存儲位的貨物名稱、數(shù)量、規(guī)格、件數(shù)、價格等信息，其次能夠?qū)崿F(xiàn)出庫、入庫、移庫等操作，能自動生成報表，能夠?qū)Τ鰩臁⑷霂臁齑娴膶崟r情況進(jìn)行查詢和統(tǒng)計。

智能立體倉庫與傳統(tǒng)的倉庫相比，具有很大的優(yōu)越性，采用多層貨架存儲貨物，減少了倉庫的占地面積，提高了倉庫的存儲空間和面積利用率。因為用立體貨架來存儲，貨物可以根據(jù)需求分門別類放置在貨架中，避免相互之間擠壓造成的損壞，保證了貨物質(zhì)量。同時，機(jī)械化智能化的存取方式減少了人工作業(yè)，降低了倉庫管理人員的勞動強(qiáng)度，也避免了人為取貨造成的損壞。再次，通過倉庫管理系統(tǒng)可以實時掌握倉庫情況，跟蹤每種貨物的庫存。對于需要的貨品可以快速進(jìn)行查找，及時取出，對于緊缺的貨品可以及時發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行積極儲備，對貨品進(jìn)行科學(xué)管理。

4 結(jié)束語

本文對智能倉儲在高校實驗室的應(yīng)用進(jìn)行了一定的研究，分析了目前高校實驗室元器件庫的現(xiàn)狀和存在問題，闡述了智能倉儲的組成和功能，論證了智能倉儲在高校實驗室應(yīng)用的可行性。在高校實驗室中使用智能倉儲，不僅可以提高實驗室的空間利用率，同時可以對元器件進(jìn)行科學(xué)管理和有效儲備，是學(xué)科競賽和創(chuàng)新實驗項目研究的有利保障，也是今后實驗室改革的重要課題。

參考文獻(xiàn)

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[3]王佳.淺談自動化立體倉庫在中國的發(fā)展[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2014（05）：322-330.

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[5]李小三.堆垛機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與設(shè)計[D].蘭州交通大學(xué)，2014.