货架存储 – 存储和货架系统 – 自动化存储和检索系统

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自动化存储和检索系统 (AS/RS) 专为制造、分销、零售、批发和机构环境中的零部件和物品的自动化存储和检索而设计。AS/RS 系统于 20 世纪 60 年代开发，最初主要用于处理重型托盘货物，但随着技术的进步，其可处理的货物重量已逐渐减小。这些系统由计算机控制，并维护存储物品的库存。用户通过指定物品类型和数量来检索物品。计算机确定存储区域内的检索位置并规划检索流程。它会将相应的 AS/RS 系统调度到物品所在位置，并指示系统将物品放置在指定的检索点。AS/RS 系统有时会集成传送带和/或自动导引车 (AGV) 系统。这些设备负责将货物移入和移出存储区域，并将其运送到生产车间或装卸码头。存储物品时，托盘或货盘被放置在系统的输入站，库存信息被输入到计算机终端，然后存储和检索设备将货物移动到存储区域，确定合适的存放位置并进行存储。当物品被放入或取出货架时，计算机会相应地更新库存信息。.

存储和检索设备的优势包括减少仓库货物搬运所需的人工、降低库存水平、提高库存跟踪的准确性以及节省空间。与人工存储和检索系统相比，存储和检索设备的货物存储密度通常更高。.

在仓库内，物品可以放置在托盘上，也可以悬挂在连接链条/驱动装置的杆子上进行上下移动。存储和检索设备（SRM）是用于快速存储和检索物料的设备之一。SRM 用于垂直或水平移动货物，也可以横向移动，将物品放置在正确的存储位置。.

即时生产趋势通常要求在托盘级别提供生产资源，而存储和检索机器是组织在生产线旁存储较小物品的一种更快的方法。.

美国物料搬运协会（MHIA）是全球物料搬运行业的非营利性行业协会，该协会及其成员将自动化立体仓库（AS/RS）分为两大类：

• 固定通道（通道限定）和
• 旋转木马/升降机

这两种技术都能实现零件和物品的自动化存储和检索，但它们采用的技术不同。每种技术都有其自身的优缺点。固定巷道系统通常规模较大，而旋转货架和垂直升降模块则可单独或组合使用，但通常适用于中小型应用。.

固定巷道式存储和检索设备主要有两种版本：

• 单桅帆船或
• 双桅帆船

大多数系统都安装在轨道和天花板上，顶部由导轨或通道引导，以确保精确的垂直对齐；但也有一些系统悬挂在天花板上。组成系统的穿梭车在固定的存储货架之间移动，以存储或提取所需的货物（从图书馆系统中的单本书籍到仓库系统中重达数吨的托盘货物）。整个单元在通道内水平移动，穿梭车能够升至所需高度以取放货物，并伸缩以存储或提取位于货架深处的货物。只需在现有货架系统中使用专用穿梭车，即可实现半自动化系统。.

另一种存储和检索设备技术是所谓的穿梭车技术。该技术利用独立的穿梭车实现水平移动，每个穿梭车在货架的不同层级上运行；而位于货架固定位置的升降机则负责垂直移动。由于这两个轴向分别使用两台独立的设备，穿梭车技术能够比传统的存储和检索设备实现更高的吞吐量。.

存储和检索机器在特定站点提取货物，或将货物转移到配套运输系统的其他部分，在那里，进出货物被精确定位以便正确处理。.

此外，还有各种类型的自动化存储和检索系统，它们被称为

• 单元式存储和检索机，中型存储和检索机
• 小型堆垛起重机，垂直缓冲系统/模块
• 垂直升降模块（VLM）
• 垂直旋转式、自动化旋转式存储系统或循环式升降机
• 水平旋转木马

这些系统被称为拣货指示灯系统。它们既可以作为独立单元使用，也可以集成到工作站（称为工作站组或系统）中。这些单元通常与各种类型的拣货指示灯系统集成，并使用微处理器控制器进行基本操作或使用库存管理软件。.

这些系统非常适合将空间利用率提高 90%，生产率提高 90%，准确度提高 99.9% 以上，吞吐量提高到每小时每操作员 750 行或更多，具体取决于系统配置。.

随着工业大规模生产的出现，对内部物料流动以及存储技术的要求也随之提高。为了在更小的空间内存储更多货物，模块化存储系统在20世纪50年代应运而生。这些模块化存储系统由堆垛机进行作业，堆垛机所需的通道空间显著减少，并且能够达到叉车或前移式叉车无法企及的高度。.

首批自动化存储和检索系统（AS/RS）于20世纪60年代问世。与堆垛机不同，这些系统沿巷道运行，因此无需通道即可穿越整个仓库。这不仅通过提高空间利用率增加了存储容量，也提高了性能，因为每个巷道都配备了独立的AS/RS。最初，AS/RS像小型龙门起重机一样沿着仓库天花板运行，并在地面上进行导向。然而，技术很快转向通过地面而非货架或仓库天花板施力，因为这种方式在机械控制上更容易。单轨道、地面安装的AS/RS现在可以实现越来越高的运行速度。.

虽然堆垛起重机以前是由驾驶员手动操作的，但 20 世纪 80 年代信息技术的发展使得堆垛起重机的广泛自动化成为可能。.

这促成了该行业自20世纪90年代以来的强劲增长。在随后的几年里，软件（LSR（仓库控制计算机）和LVR（仓库管理计算机），参见高架仓库）的开发变得日益重要。在机械方面，堆垛机面临着不断提高的性能要求，但其基本原理至今仍未改变。.

该存储和检索设备并非叉车和升降装置的组合体，而是由于其上下导轨的存在，它本质上是一种典型的升降装置，自身沿行驶方向（X轴）移动，升降托架沿提升方向（Y轴）移动。该存储和检索设备从不单独运行，而是始终与负载搬运装置配合使用，该装置直接操作货物或搬运托架（沿Z轴方向）。.

通常情况下，每个巷道都会安装一台存储和检索设备（SRM）。改变巷道布局需要更复杂的设计，并显著增加存储位置的访问时间；尽管如此，这些设备仍然有生产（通常称为“曲线行驶式”SRM）。如果存储和检索分别位于两侧，则每个巷道配备两台SRM也是合理的选择。方案的选择不仅取决于所需的运行时间，还取决于有效载荷、建筑物高度、存储策略等因素。.

机壳

单轨底盘将两个运行轮连接到桅杆或框架上。运行轮在轨道上导向，对于曲线轨道车而言，运行轮安装在万向轴承上。根据轨道类型（例如U型钢、工字钢等热轧型材和铁路轨道）和轮载，单轮或双轮轮箱内使用钢制、塑料或Vulkollan轮（钢制轮毂，铸造弹性体胎面）。根据动力需求，一个或两个轮子均可驱动。.

桅杆

桅杆（立柱）将底盘连接到顶部框架。根据应用的不同，可采用单桅杆或双桅杆结构（框架单元）。升降小车沿桅杆运行。桅杆还包含其他组件，例如带有绳索或链条驱动的起升机构、主控柜、配备个人防护装备 (PPE) 的平台和检修梯，以及通过导轨或电缆链为主控柜和升降小车供电的电源。.

升降车

升降小车主要承载待运输的货物，并配备有用于装卸货物的装置，即所谓的货物装卸装置。.

自动化堆垛机通常在起升小车上配备紧急控制面板（用于故障排除）。手动堆垛机通常设有驾驶室，驾驶室内配备不同级别的设备（个人防护装备、座椅、货架、电脑、扫描仪、灭火器等）。逃生路线的设计也是一个重要的考虑因素。.

升降运动通过绳索、皮带或链条传动实现。为确保在升降小车发生机械故障时升降运动能够自动停止，悬挂系统中安装了安全开关，用于检测绳索松弛或过载。升降小车配备了防止绳索或链条断裂时人员坠落的装置。如果自动导引车 (AGV) 内有人乘坐，则此安全装置尤为重要。.

头部横穿

横梁包含上部小车，并在适用情况下连接两根桅杆。上部小车由导向滚轮组成，这些滚轮在货架轭架（货架排的上部连接结构）上的轨道上运行。对于无法通过弯道的单桅货架，甚至可以省略横梁。.

当轨道系统中布置多辆弯轨式轨道车辆（RBG）时，横梁尤为重要。在这种情况下，必须防止碰撞。防碰撞装置集成在横梁中，横梁本身也起到缓冲作用。.

驱动和功率要求

如今，驱动和升降机构主要采用调速电机，驱动性能不断提升，以缩短作业时间并提高系统效率。由于液压驱动存在较高的污染风险，尤其是在运输货物时，因此已很少使用。.

手动控制

在手动控制模式下，所有运动轴均由操作员乘坐车辆，通过操纵杆或按钮进行控制。采用这种控制方式时，必须在正常运行期间设置逻辑和电气联锁装置，以防止任何意外动作发生。随着自动化程度的不断提高，手动操作的堆垛起重机已不再发挥重要作用。然而，手动操作的机器仍然在使用，尤其是在拣货作业中。.

半自动控制

通过这种控制方式，某些动作序列可以实现自动化。例如，所谓的叉车循环就非常实用：操作员移动到相应的货厢，然后按下按钮启动下一个循环。

伸出伸缩叉 → 抬起伸缩叉 → 收回伸缩叉

自动控制

在自动控制模式下，堆垛起重机的所有动作均由起重机自身自主控制和监控。动作由仓库管理系统提供的订单数据协调。各功能单元之间的数据传输可通过多种方式进行，例如电缆、红外线（光链路）或无线电。.

每个 RBG 都可以通过紧急控制站进行手动移动，从而可以覆盖与仓库管理系统的连接。.

自动化存储和检索系统 (AS/RS) 的成本很大程度上取决于自动化程度、规模、数量和性能规格。小型自动化 AS/RS 的成本约为 10 万欧元，而像上例所示的 AS/RS 则需要约 30 万欧元的投资。.

高效的自动化存储和检索系统为供应链管理提供了诸多优势：

• 高效的存储和检索系统能够帮助企业减少仓库中不必要的零部件和产品数量，并优化仓库物品的组织方式，从而降低成本。自动化流程还能通过高密度存储、更窄的通道和其他措施来创造更多存储空间。.
• 自动化可以降低劳动力成本，同时减少人员需求并提高安全性。.
• 对实体仓库设施（例如货架等）的逻辑表示进行建模和管理。例如，如果某些产品经常一起销售或比其他产品更受欢迎，则可以将这些产品分组或放置在靠近发货区的地方，以加快拣货、包装和发货流程。.
• 实现与订单处理和物流管理的无缝集成，以便从工厂拣货、包装和发货。.
• 追踪产品的存储位置、供应商来源以及存储时长。通过分析这些数据，企业可以控制库存水平并最大限度地利用仓库空间。此外，企业还能更好地应对市场供需，尤其是在旺季。自动化立体仓库系统生成的报告还能帮助企业收集可用于建模和分析的宝贵数据。.

水平旋转货架是由一系列在椭圆形轨道上旋转的货架组成。每个货架都设有可调节的隔间，可配置用于各种标准和定制应用。操作员只需输入货架编号、零件编号或单元位置，旋转货架便会沿最短路径旋转。多个水平旋转货架集成拣货指示灯技术和仓库管理软件（旋转货架单元）用于订单履行。.

订单数量被发送到拣货单元。系统会选择一组订单组成一个批次。操作员只需跟随指示灯，选择旋转货架，并将商品放置在其后的批次工作站即可。每个旋转货架都预先定位，并在拣货过程中旋转。通过采用“货到人”的原则，操作员无需离开当前位置即可完成订单准备。.

一批产品完成后，新一批产品会送入生产线，然后重复上述过程。水平转盘式生产线可节省高达 75% 的占地面积，提高三分之二的生产效率，实现 99.9% 以上的准确率，并且每位操作员每小时可完成高达 750 行的生产。.

水平旋转式存储系统通常比机器人系统性能更好，成本却低得多。水平旋转式存储系统是目前性价比最高的存储和检索设备。.

机器人进料/出料系统也可用于水平旋转货架。机器人单元位于最多三个水平旋转货架的前端或后端，与地面齐平。机器人拾取订单所需的容器，并通常同时进行补货以提高吞吐量。然后，容器被转移到传送带上，由传送带运送到工作站进行拣货或补货。每个单元每分钟最多可处理八笔交易。单个系统可使用最大尺寸为 36 英寸 x 36 英寸 x 36 英寸的容器。.

简而言之，水平旋转货架通常用作“旋转货架”。只需发出简单的“取货”指令，物品就会被送到操作员面前，从而避免了空间浪费。.

自动化立体仓库（AS/RS）应用：大多数存储和检索设备（SRM）技术的应用都与仓储和配送流程相关。然而，SRM 也可用于存储制造过程中的原材料和在制品。.

存储和检索设备的应用领域可分为三类：

• 一般货物的存储和装卸，
• 拣货和
• 货物入库进行中。.

单元货物存储和检索系统以堆垛机和深巷道堆垛机为代表。这类应用通常见于配送中心的成品仓库，在制造业中则较为少见。深巷道系统则应用于食品行业。如上所述，拣货是指提取小于完整单元货物数量的物料。小型装载系统、载人拣货系统和单件拣选系统均适用于这一应用领域。.

自动化存储技术的一个较新的应用是在制品（WIP）仓库。虽然尽量减少在制品数量是理想的，但WIP不可避免，必须进行有效管理。自动化存储系统，无论是自动化存储和检索系统还是旋转式存储系统，都能高效地存储加工步骤之间的物料，尤其适用于批量生产和单件生产。在大批量生产中，WIP通常使用兼具存储和运输功能的传送带系统在各个工序之间进行运输。.

在制品/在产品 – 当前库存

在企业管理中，在制品（WIP）指的是因已下达订单而处于生产各个阶段的库存数量。这包括正在加工的物料以及处于队列或缓冲区中的物料。“Ware-in-Arbeit”（在制品）一词源自英语“work in process”，在德语中也越来越常用。.

生产计划与控制 (PPC) 的一项关键任务是尽可能降低在制品库存。在制品库存会占用流动资金、资金和空间，通常还会导致额外的运输成本，而且除非立即投入使用，否则通常被视为浪费（muda）。由于在制品库存与交货周期之间存在关联（利特尔定律），因此在制品库存也会限制生产的灵活性。.

与当前存货相对应的是流动资产。.

垂直升降机（VLM）可以建造得很高，以适应设施内的可用空间。多个单元可以放置在“吊舱”中，操作员可以在其他单元移动的同时从其中一个单元取货。可变配置包括宽度、高度、载重能力、速度和控制系统。.

VLM（垂直升降模块）是一种电路板控制的自动化垂直升降模块。VLM 内的库存存储在前后托盘位或导轨上。当需要托盘时（可以通过在内置控制面板中输入托盘编号或通过软件请求零件），提取器会在两个托盘柱之间垂直移动，从其位置取出所需的托盘，并将其送到取货点。操作员随后拣选或补充库存，确认后托盘将返回原位。.

VLM系统提供多种配置，适用于各种行业、物流和办公环境。VLM系统可根据设施的可用高度进行定制，即使跨越多个楼层也能充分利用空间。VLM系统能够在不同楼层创建多个访问点，为存储和检索提供了一种创新的解决方案。拣选单元的快速移动，结合库存管理软件，可以显著提高拣选效率。这是通过多个单元同时进行托盘的检索和存储来实现的。与需要对仓库或生产线进行全面改造的大型堆垛机不同，垂直升降模块采用模块化设计，可以轻松集成到现有系统中，或分阶段逐步实施。.

常见应用包括：MRO（维护、维修和运营）、订单拣选、合并、套件组装、零件处理、缓冲、库存存储、在制品、缓冲存储等等。.

垂直升降机可节省空间、提高劳动生产率和拣货准确率、改善员工人体工程学并控制流程。.

大多数 VLM 提供动态空间存储，每次将托盘放回设备时都会测量托盘，以优化空间；安全功能包括可倾斜的托盘架，以便更好地符合人体工程学，以及指示要从每个托盘中取出的确切物品的激光指示器。.

套件

在套件组装中，产品所需的所有材料都会提前收集起来，捆绑成一套，并准备好送到装配线上进行组装。.

垂直升降存储模块（VLSM）

这些系统也称为垂直升降式自动化存储和检索系统 (VLS)。以下所有类型的存储和检索设备均围绕水平通道构建。它们都采用中央通道进行货物存取的原理，区别在于通道是垂直的。垂直升降式存储模块，有些高度可达 10 米或更高，能够在节省工厂宝贵的地面空间的同时，存储大量库存。.

普通货物叉车

托盘堆垛机通常是一种大型自动化系统，设计用于处理存储在托盘或其他标准容器中的单个物品。该系统由计算机控制，其存储和检索设备均为自动化设备，专门用于处理单个物品。.

RGB传送门机器人

这是一种用于仓储和物流的自动化存储和检索系统。它们通常用于轮胎行业，用于堆放轮胎库存。大多数此类系统宽度为 50-60 英尺，平均长度为 200-300 英尺。这些系统使用末端执行器（也称为末端执行器）从传送带上拾取和放置轮胎堆。.

载人系统

与人工或叉车操作相比，载人升降平台系统可以显著节省空间，但它并非真正的存储和检索系统 (SRM)，因为整个过程仍然是人工操作。由于拣货员乘坐平台，并可垂直或水平移动到不同的存储位置，因此存储系统的高度不受拣货员臂展的限制。货架或储物柜的堆叠高度取决于地面承重能力、承重能力、吞吐量要求和/或天花板高度。载人升降平台 SRM 是目前最昂贵的拣货设备类型，但比全自动系统便宜。巷道式 SRM 的高度可达 12 米，造价约为 125,000 美元。因此，必须证明其存储密度和/或生产效率比使用手推车和料箱拣货更高，才能证明投资的合理性。由于垂直移动速度远低于水平移动速度，载人升降平台系统的典型拣货速度为每人每小时 40 至 250 行。这种广泛的适用范围源于载人运输系统运行方案的多样性。载人运输系统通常适用于空间相对有限的低速移动物品。.

高架仓库（HLR）

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• 高架仓库（HBW）

自动化小型零件仓库（AS/RS）

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• 自动化小型零件仓库 (AS/RS) – 自动微型装载系统 – 垂直缓冲系统/模块

适合：

• 缓冲存储：适用于电子商务、零售和制造业