自動化立體倉儲庫三維虛擬仿真規劃與設計

張云鵬

（陜西學前師范學院，陜西 西安 710100）

本課題源于對S公司的倉儲系統產生問題的研究，根據實地考察之后提出了設計方案，其中包括了自動化倉儲系統模擬中一些關鍵技術，包含初期的倉庫設計、三維仿真建模、材質、中期的模擬動畫和后期的渲染等等。

近幾年，國內物流行業發展十分迅猛，物流行業市場規模已位居世界第一，整體可見，我國物流行業運行效率提高不少，但還有許多企業的倉儲系統像S公司倉儲系統一樣有著一些問題沒有得到優化。設計層面，傳統方式前期設計緩慢，而且由于公司不能直觀地看出設計的最終效果，導致最后的交工時不滿意的問題，后期要更改設計困難更是極其困難。運輸層面上，還要采用人工搬運的方式，這些不但造成了人力成本的浪費也使得物流效率低下，嚴重阻礙了公司的進一步發展。

一、研究目的及實施方案

（一）研究目的

倉儲前期的設計以及建設和后續管理問題層出不窮，研究目的也是為了解決公司的倉儲系統的設計問題以及人力投入大，效率卻偏低的現象，使物流系統更加合理，降低出錯率提高企業的生產率。

（二）自動化立體倉庫

為了解決對于以上的問題，本文采取了自動化立體倉庫的設計方案。自動立體倉庫可以完美的解決S公司以前傳統方式導致的一系列問題，其主要是由工業結晶大型機器和電子信息技術融合，通過計算機發出的指令進行存放，分類，出貨等一系列技術手段來完成無人操作的工作流程，更加規范化，有效地減少了人力付出，企業也有效減少了人力成本。其主要組成部分由高層貨架和堆垛機以及傳輸系統組成。隨著自動化技術的迭代，土地成本的大大增加，倉儲行業的快速發展，自動化立體倉儲也成為了未來倉儲行業的發展方向。

（三）自動化立體倉庫基本架構

1.貨架

貨架是倉庫的重要組成部分，用來承載貨物。如今有各式各樣的貨架，貨架的架構的好壞和實現倉庫機械化和自動化有著密不可分的聯系，各個公司需要根據自己公司的情況來選擇最合適的貨架。鋼材一般作為首選，承載能力強，穩定。這次設計采用的兩種貨架都屬于固定型擱板式貨架。

2.托盤

托盤的作用在自動化倉庫運轉之中也尤為重要，主要作用被用來運輸更多的貨物，其材料也有很多種類例如：塑料，木制，鋼制，運用最多的還是木制。好的托盤損耗成本可以減少許多，也很好地提高了整體的效率。

3.叉車

叉車在工業領域叉車的運用極其廣泛，無論是工地，倉庫，大量的貨物搬運工作都能看見叉車的影子。在整個自動化倉儲體系中，叉車作為運輸途中的搬運工，不同叉車的不同特性也造成了叉車種類的細分，例如：托盤叉車，托盤叉車有電動托盤叉車手動托盤叉車兩種，一般稱重在兩噸左右，由于沒有設置起升門架，導致托盤式叉車僅僅在平面搬運上得到了廣泛應用。平衡式叉車，平衡式叉車在可謂是運用最廣泛的叉車類型之一，主要特點是在叉車的尾部裝平衡重，其主要是為了克服貨物產生的傾覆力矩，裝有充氣輪胎的平衡叉車，運行速度相對較快且具有一定的爬坡能力。其作用是裝卸，堆垛和搬運成件貨物。

4.貨物輸送——傳送帶

傳送帶是自動化倉儲的核心之一，在當下的工業領域，傳送帶受到了廣泛運用，在一些新技術和惡劣的應用場景下傳送帶的應用越來越多，其成本低，可運輸貨物種類多的特點也是他最重要特點之一。傳送帶可以大大減少人力，更好地實現自動化流程。各類傳送系統在食品，紡織，物流建材等行業都受到了廣泛的運用。

5.堆垛機

堆垛機是自動化的核心之一，自動化倉儲的關鍵標志。其作用主要是運輸成批貨物。他的好壞決定了倉庫的吞吐速度和效率，堆垛機的種類主要分為兩早期的門橋式堆垛機和現在的巷道式堆垛機。其效率高，運行速度快，其自身尺寸小可穿梭在狹小的通道中完成高層貨架作業，完美地提高了倉庫的利用率，此機器的自動化程度極高，無需人工參與操作可自動完成。

6.穿梭機

穿梭機在自動化傳輸環節起到了非常大的作用。通過計算機控制將貨物分類放置到指定位置，速度快效率高，無需人工操作，高度智能化，提高了倉庫傳輸整體的效率，減少了時間成本。

（四）自動化倉庫設計

1.總體設計

設計總體采用分離式架構，倉庫貨架和倉庫沒有緊密的關系，存儲區庫房設計分為兩層，一層主要是存儲大量成件貨物。二層則負責小型貨物的存儲。傳輸環節采用了穿梭機，和門式起重機，傳送帶等，傳送帶的出口頭設有貨物暫存區，等待人為裝車出貨。

2.一層設計

一層采用隔板式重型高位貨架，這類貨架由鋼制成，穩固，防腐，單層承重可達500千克，高度大概在五米，一個貨架分有五層，一層共設有50個高位貨架，總容量足以同時存放125噸貨物。貨架與貨架中間放有堆垛機，總共設置25臺堆垛機，用于將貨物存放至指定位置或者從指定位置取出放置地面。一層東西南北各設有兩臺穿梭機，多線程的活動加快了出庫的效率。倉庫四周圍繞傳送帶，這樣的設計使在任何一個地方都可以較快的傳輸至出口貨物暫存區。

一層進貨流程：叉車將堆垛好的貨物放至相應區域堆垛機，堆垛機接收到信息將貨物放置空余位置，完成入庫。

一層出貨流程：堆垛機通過獲取計算機信息，在指定隔間中將貨物取出放至地面，再經穿梭機來進行轉送至傳送帶傳至貨物暫存區進行人工裝運。

3.二層設計

二層采用閣樓式設計，在已有的一層貨架基礎上設置了隔層，加大了可利用空間，南側設置一塊暫存平臺。二層閣樓劃分為四大分區，A區B區C區D區，用于存放不同種類貨物，每個區域放置20個隔板式低位貨架，共計80個，二層存放多品種小批量貨物，設有兩天傳送動線，內側用于人工分揀將貨物進行分類擺放到相應位置。外側傳送帶作為一二層的傳送帶的橋梁，鏈接一二層傳送帶進行出貨。

二層進貨流程：首先，通過揀貨叉車將托盤貨物放置二樓暫存平臺，經過人工揀選放置傳送帶，通過人工揀選放置指定分區進行入庫。

二層出貨流程：工人按照訂單信息進行分揀放置二層外側傳送帶，傳下一層至出口貨物暫存區。

二、三維模擬仿真

（一）三位模擬仿真概述

設計方案的具體實現，采用了三維模擬仿真技術。三維仿真是對現實在計算機上進行虛擬復現，仿真技術其意義對于工業設計極其重大，它的采用大大地縮短了立體倉庫設計的設計周期，其交互性的特點更加直觀地看出最終效果，使得設計方案更容易理解。虛擬性的特點也使一些環節發生錯誤時，完全可以實時進行修改。不會再有以前傳統方式導致的一些問題，你可以發揮自己全部的設計能力。通過計算機模擬你可以獲得一些數據，實際施工根據這些數據進行參考，將最終設計的質量提升了一個新的高度。

仿真模擬技術主要是通過現有的一些技術手段和三維軟件進行模擬，例如CAD ,AutoDesk Maya，AutoDesk 3Dsmax等軟件進行模擬仿真運行，以及之后的Adobe Premiere動畫導出。

（二）三維場景搭建

1.CAD設計

首先通過CAD輔助設計軟件做出精細的規劃設計，劃分好一層二層貨架擺放，倉庫周邊工業設備的布局以及傳送帶的路線規劃，根據設計好的CAD圖紙，利用3Dsmax進行三維仿真。

2.場景資源制作

3Dsmax這是一款基于Pc客戶端功能極強的三維建模軟件，主要運用在室內設計和游戲行業等。主要在3Dsmax中通過創建基本體，對于點線面的平移，縮放，旋轉，插入循環邊，倒角，焊接點，橋接等命令對托盤，貨架，叉車，貨物，堆垛機，穿梭機等所需的模型資產進行制作擺放。

3.模型材質制作

將制作好的模型導入到Maya中進行材質和動畫的制作。Maya的材質系統也是工業界的運用廣泛的一個模塊之一，材質系統的好壞決定了整個最后的效果，為了使最終出來的效果更加美觀且具有真實性，材質則由基礎顏色貼圖，漫反射貼圖，法線貼圖，高光貼圖等貼圖組成，還要考慮，糙程度，金屬度，光照等參數。首先將材質所需要的基礎顏色貼圖，漫反射貼圖，和法線貼圖屬性連接到輸出節點上，并添加變量節點對于粗糙度，金屬度進行調節，粗糙度調的小，使物體表面較為光滑，金屬度是一個從零到一的參數，越靠近一金屬感越強，越接近零越像塑料材質，本文調至0.7使其高光有個較好的展現，更貼近于金屬材質。

4.動畫制作

下一步進入到動畫階段，通過對于物體的平移，旋轉，打組等操作對于自動化立體倉庫出庫，入庫等的工作流程動畫的一幀一幀制作，以動畫的形式來更好地展現倉庫的布局劃分和工作流程給公司。

5.渲染

接下來，渲染采用了業界流行的Arnold渲染器，是一款集成在Maya軟件中的CPU渲染器，其優點明顯，相對于GPU渲染出的視頻更加精細。本文選擇加入Arnold光照模塊下的Skylight，使渲染時有一個更好的光照效果，為了使渲染出的動畫更加清晰美觀，本文采用了更高的分辨率以及更高的采樣率。

6.導出

最后將動畫導出的序列幀導入Adobe Premiere視頻剪輯軟件進行序列幀動畫合成，進行細致的剪輯后采用了H.264視頻解碼器標準在文件大小相對較小的情況下高質量的導出動畫。

三、總結

時至今日，自動化倉儲的運用，已經受到了業界的認可，近些年的工業自動化程度也越來越高，結構越來越復雜，建成之后的不可逆性，體現出了模擬仿真的重要作用。如今仿真模擬已經成了工業設計流水線上的一環，模擬仿真大大加快了工業自動化的進程，也使得我國在工業上穩居寶座，相信自動化倉庫以后會越來越先進、完美。相信模擬仿真也不會止步于工業界，也會在別的行業發光發熱，使各個行業高速發展。