小型自動化倉庫總體設計【全套含CAD圖紙】

喜歡就充值下載吧，資源目錄下展示的全都有，下載后全都有，dwg格式的為CAD圖紙，有疑問咨詢QQ：414951605 或1304139763 引言隨著世界經濟的持續(xù)發(fā)展和科學技術的突飛猛進，現(xiàn)代物流作為現(xiàn)代經濟的重要組成部分和工業(yè)化進程中最為經濟合理的綜合服務模式，正在全球范圍內得以迅速發(fā)展。自動化立體倉庫作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，它是在不直接進行人工干預的情況下自動地存儲和取出物流的系統(tǒng)。它是現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產物，對提高生產率、降低成本有著重要意義。設計重點主要包括：立體倉庫的整體框架、堆垛機的設計各個機構進行受力分析和設計計算，最后進行必要的相關校核并最終確定各個的機構實際取值?？傮w設計要做到：適用性 布局合理、使用方便、易于維修和維護，滿足需要，實行機械化、自動化和使用監(jiān)視管理系統(tǒng)。經濟性 造價低、工期短、維修費用少，效率高、節(jié)約能源，合理利用土地和資源。畢 業(yè) 論 文 設 計 開 題 報 告題目 小型自動化倉庫總體設計 學生姓名 學號所在院(系)專業(yè)班級指導教師 題 目小型自動化倉庫總體設計一、選題的目的及研究意義 1課題目的隨著科學技術和工業(yè)生產的飛速發(fā)展，現(xiàn)代物流技術領域內出現(xiàn)了一種新型倉儲方式自動化立體倉庫.它是以高層貨架為主體，以成套搬運設備為基礎，以計算機控制技術為手段的高效率物流、大容量存儲的機電一體化高科技集成系統(tǒng)。它集機械、電子、計算機、通信、網絡、傳感器和自動控制等多種技術于一體，以搬運機械化、控制自動化、管理微機化、信息網絡化為特征，成為現(xiàn)代化物流設計中產品生產與存儲的樞紐。自動化立體倉庫又稱自動化倉庫、現(xiàn)代智能庫、高層貨架倉庫等，是近年來國際上迅速發(fā)展起來的一種新型倉儲設施，是在不直接進行人工干預的情況下能自動存儲和取出物料的系統(tǒng)。自動化立體倉庫在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的作用是顯而易見的，將自動化倉庫技術應用到物流領域中，充分利用自動化倉庫的優(yōu)勢和特點，實現(xiàn)倉庫信息管理自動化和物品入出庫作業(yè)的自動化，為提高貨物的流通效率發(fā)揮重要的作用。國內外各個行業(yè)采用自動化倉庫的情況己經充分證明，使用自動化立體倉庫能夠產生巨大的社會效益和經濟效益。在貨物流通領域中采用自動化倉庫技術，也將獲得巨大的經濟效益。立體倉庫智能監(jiān)控系統(tǒng)是物流中心的核心，是自動倉儲的計算機控制中心，對于自動倉儲系統(tǒng)而言，貨架、托盤、無人搬運車，堆碼垛機、輸運分揀裝備等屬于硬件系統(tǒng)，是物流為目的達成的基礎，而自動倉儲控制與管理系統(tǒng)就像人的大腦，是自動倉庫控制中樞神經系統(tǒng)，完成物流過程的思維目的，自動倉儲控制與管理系統(tǒng)與企業(yè)計算機管理系統(tǒng)集成，能實現(xiàn)物流系統(tǒng)與企業(yè)的商流、信息流、資金流等無縫對接，起到降低成本的作用，提高服務水平的目的。使其在整個物流過程中發(fā)揮更大的作用。2研究的意義一個國家的物流水平充分反映出來了這個國家的綜合實力和市場競爭力，尤其在跨世紀的未來十年中，物流科學對于經濟發(fā)展的影響顯得格外重要，對于企業(yè)生產來說，物流科學可以帶來巨大的經濟效益，向物流要利潤成為了企業(yè)即席生存和發(fā)展的基礎。物流的關鍵就是對于自動化立體倉庫及成套設備的管理。物流是經濟發(fā)展的命脈，像人體的血液一樣，時刻支撐著人體的各種循環(huán)，維持著生命。在物流學說的研究領域中，工業(yè)企業(yè)物流一直是被關注的焦點，這不僅由于物流組織的好壞直接決定著企業(yè)生產過程是否能夠順利進行，決定著企業(yè)產品的價值和使用價值是否能夠順利實現(xiàn)，而且企業(yè)的物流費用己成為生產成本和流通成本的重要組成部分。在這種情況下，企業(yè)將主要力量花在降低生產成本上是“不得要領”的，明智而有效的方法是改善物流。因此，以降低物流成本、減少資金占用、縮短生產周期為主要目標的物流合理化(Rationalization)被稱為企業(yè)的“第三利潤源泉”、“最重要的競爭領域”，它被放到企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略高度來加以研究和實施。而自動化倉庫作為物流系統(tǒng)的一個樞紐和核心，是物流系統(tǒng)實現(xiàn)物流合理化的關鍵所在，在國民經濟中有著舉足輕重的地位。通常，一種產品要從原材料做成成品，再把成品作為商品，送到消費者手中，需經過兩個基本物流環(huán)節(jié): 前者是物流生產過程(如:加工流水線，自動生產線)，后者是把商品送到消費者手中的物流流通過程?；谏鲜鰞蓚€基本物流環(huán)節(jié)，目前立體倉庫系統(tǒng)主要有兩大應用領域: 其一是各種自動化生產線中的在線立體倉庫系統(tǒng)(如CIMS中的在線立體倉庫系統(tǒng));其二是各種物資配送中心(如超市配貨中心等)。二、綜述與本課題相關領域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應用領域等 1立體倉庫歷史的發(fā)展高層貨架倉庫的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)以后生產和技術發(fā)展的結果。在生產發(fā)展的實際需要和科學技術發(fā)展的現(xiàn)實可能情況下，五十年代初開始出現(xiàn)了自動化立體倉庫，并在實踐中顯示出了其優(yōu)越性，隨即得到迅速的推廣和發(fā)展。自動化倉庫最早產生于60年代的美國，到現(xiàn)在大致經歷了四代的發(fā)展，并逐步向第五代過渡：1950年美國首先產生了手動控制的橋式堆垛起重機，這種起重機的大梁上懸掛一個門架(立柱)，利用門架的上下和旋轉運動來搬運貨物，與此同時也提出了高層貨架的新概念，被認為是自動化倉庫的雛形。1960年左右在美國開始出現(xiàn)了沒有大梁的由人工操作的巷道式堆垛機。隨著立體倉庫的發(fā)展，巷道式堆垛機逐漸代替了橋式堆垛機。1963年美國的一個食品廠在倉庫工作中采用電子計算機，成為世界上最早的全自動化倉庫，20世紀60年代產生的第一代機械式立體倉庫系統(tǒng)中，操作人員可通過一些電器按鈕和開關來控制一些機械設備進行人、出庫作業(yè)，實現(xiàn)了搬運的機械化；此后，從1963年開始，在歐洲各國，由于用地緊張，開始計劃建造2530米的高層自動化倉庫。從1967年開始，相繼完成了一些計算機管理和計算機控制的全自動化倉庫。在日本，從1967年開始安裝了高度為2025米的高層堆垛機，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機全自動化倉庫。此后，日本的自動化倉庫技術和設備的臺數(shù)都有了突飛猛進的發(fā)展，在各個部門都安裝了各種各樣的堆垛機。1970年安裝了由貨架支承式變?yōu)榈孛嬷С惺降母叨冗_40米的堆垛機。70年代美國還提出了采用50米高堆垛機的可能性15。到了70年代末期，隨著可編程控制器PLC、自動存取、自動導向小車、條形碼閱讀器等設備在立體倉庫中的應用，第二代自動化倉庫系統(tǒng)實現(xiàn)了控制自動化。到本世紀80年代末，計算機技術的異軍突起及其在自動化倉庫系統(tǒng)中的成功應用，導致了第三代集成化立體倉庫系統(tǒng)的誕生，形成了由管理級、監(jiān)控級、控制級組成的三級分布式控制結構，上位管理機協(xié)調控制整個倉庫系統(tǒng)的出、人庫作業(yè)和庫存管理，并且與上位工廠計算機信息管理網相聯(lián)結，實現(xiàn)管理微機化。進入90年代后，堆垛機在使用范圍和性能上有了很大的發(fā)展，還出現(xiàn)了第四代智能型立體倉庫系統(tǒng)，該類倉庫系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對出、人庫任務和倉庫信息的全自動處理，而且還可根據(jù)生產計劃報表分析、制定出所需材料與勞動力，并依據(jù)物資的現(xiàn)有庫存量提出外購建議，當某些物資庫存量不能滿足生產需要時，系統(tǒng)還可根據(jù)現(xiàn)有在庫物資適當修改生產計劃，并上報工廠相關部門，諸如此類人工智能已逐步融入了立體倉庫系統(tǒng)中；此外，隨著電子數(shù)據(jù)交換技術的日臻完善。目前，自動化倉庫系統(tǒng)逐步向第五代“3I (Intelligent, Integrated, Information)倉庫系統(tǒng)過渡。美國學者J.A.White將自動化技術在倉儲領域(包括立體倉庫)中的發(fā)展分為五個階段人工倉儲階段、機械化倉儲階段、自動化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能化階段。其中智能自動化倉儲在九十年代后期以及二十一世紀的若干年內，將是倉庫自動化技術的主要發(fā)展方向。第一階段是人工倉儲技術階段，在這一階段，物資的輸送、存儲、管理和控制主要依靠人工實現(xiàn)，至今國內外生產和服務行業(yè)中的許多環(huán)節(jié)都是這一技術的實例，它具有直觀、便于聯(lián)系、減少了過程銜接之間問題等優(yōu)點。第二階段是機械化倉儲技術階段，它包括通過各種各樣的傳送帶、工業(yè)輸送車、機械手、吊車、堆垛機和升降機來移動和搬運物料，用貨架、托盤和移動式貨架存儲物料，通過人工操作機械存取設備，用限位開關、螺旋機械制動和機械監(jiān)視器等控制設備的運行。這一階段經歷的時間比較長。第三階段是自動化倉儲技術階段，這時只是各個設備的局部自動化并各自獨立應用。隨著計算機技術的發(fā)展，工作的重點轉向物資的控制和管理要求實時、協(xié)調和一體化，信息自動化技術逐漸成為倉儲自動化技術的核心。第四階段是集成自動化階段，在七十年代末和八十年代，自動化技術被越來越多地應用到生產和分配領域，“自動化孤島”被集成，在集成化系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的有機協(xié)作，使總體效益和生產的應變能力大大超過各部分獨立效益的總和。第五階段是智能自動化倉儲技術階段，人工智能技術的發(fā)展推動了自動化向更高級的階段智能自動化方向發(fā)展。現(xiàn)在，智能自動化倉儲技術還處于初級發(fā)展階段，到二十一世紀倉儲技術的智能化將具有更廣闊的前景。2國外立體倉庫的發(fā)展現(xiàn)狀目前，自動化立體倉庫在發(fā)達國家已相當普遍，以自動化功能齊全的立體倉庫取代傳統(tǒng)的普通房式倉庫己成為世界倉儲建設發(fā)展的潮流。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國擁有各種類型的自動化立體倉庫20000多座，日本擁有38000多座，德國擁有10000多座，英國有4000多座，前蘇聯(lián)有1500多座。高度達40米以上的巨型立體倉庫數(shù)量越來越多。發(fā)展至今，自動化倉庫在設計、制造、自動化控制和計算機管理方面的技術也日趨成熟20。在總體設計方面，國外已有采用計算機輔助設計的(CAD)即根據(jù)約束條件來確定最佳的貨架高度、巷道數(shù)量、貨架尺寸和堆垛機數(shù)量以及出入庫運行系統(tǒng)的參數(shù)，并用計算機模擬技術來考核倉庫的功能。貨架在國外已系列化、標準化，對貨架的承載能力(包括抗震)進行了很多實驗研究(包括破壞性實驗)，貨架計算采用計算機程序。堆垛機產品已經走入系列化，運行噪聲低，備有各種安全保護裝置，調速性能好。一般都具有完善的貨物位置檢測和貨物尺寸檢測。國外立體倉庫普遍采用抗干擾能力強、工作可靠的可編程控制器來控制巷道堆垛機和出入庫系統(tǒng)，并且用計算機進行貨位管理和庫存管理，倉庫管理計算機與上級管理機聯(lián)網并能與控制系統(tǒng)相接，實現(xiàn)在線控制?，F(xiàn)在國外各發(fā)達國家在自動化倉庫技術中投入大量資金，在倉庫自動化過程各個環(huán)節(jié)即輸入、儲運、輸出上采用新技術。這些新技術集中有以下幾種:自動導向小車系統(tǒng)、磁性導軌裝置、激光掃描儀、條形碼識別、命令揀選系統(tǒng)、儲運機器人、機械手、智能卡車。 3立體倉庫在我國的發(fā)展在我國，立體倉庫的發(fā)展是從70年代初期開始的，是在消化吸收德國西馬克特蘭斯普蘭股份公司專有技術的基礎上開發(fā)出來的。我國進人80年代以來，一些交通運輸部門，物資儲存部門以及現(xiàn)代大中型企業(yè)對老式倉庫進行了技術改造，開始采用自動化立體倉庫，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國擁有立體倉庫500余座，在15米以上的大型立體倉庫100多座，其中全自動化的立體倉庫有30多個。1980年由北京機械工業(yè)自動化研究所等單位研制建成我國第一座自動化立體倉庫，并在北京汽車制造廠投產。從此以后，立體倉庫在我國得到了迅速的發(fā)展。1995年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸長絲自動化立體倉庫是日前由國內獨立設計和制造的綜合自動化程度最高的立體倉庫高度。這些立體倉庫廣泛使用在機器制造業(yè)、電器制造業(yè)、航空港、輕工和化工企業(yè)、商儲業(yè)、軍需部門等各行各業(yè)。目前我國有能力承接立體倉庫設計任務的單位已達數(shù)十家。近些年我國自動化倉庫技術發(fā)展很快，已實現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，至今在我國己建成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達國家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設水平上都有著比較大的差距。 4 未來的發(fā)展趨勢(1).自動化程度不斷提高，近年來采用可編程控制器(PLC)和微機控制搬運設備的倉庫和采用計算機管理與PLC聯(lián)網控制的全自動化倉庫在全部立體倉庫中的比重不斷增加。(2).大型自動化倉庫系統(tǒng)己不再是發(fā)展方向。為了適應工業(yè)發(fā)展的新形勢，出現(xiàn)了規(guī)模更小，反應速度更快，用途更廣的自動化倉庫系統(tǒng)。(3).在堆垛機方面，不斷推出具有新的物理外形和更高性能的設備。最新的開發(fā)包括提高電子和控制技術，在使堆垛機具有更高定位精度的同時，提高搜索能力和運行速度，以期獲得更短的操作周期和更大的生產能力。(4).應用領域日趨廣泛，從制造工廠、商場、機場、港口、軍需部門到地下室冷庫等各行各業(yè)均有采用。倉庫存儲貨物品種也日益多樣化，除了大多數(shù)仍是制成品外，儲存品種越來越多。(5).提高倉庫運轉的可靠性與安全性。在倉庫自動控制與信息傳輸中采用高可靠性的硬、軟件，增強抗干擾能力。國外自動化倉庫這方面發(fā)展的一個方向是普遍采用掃描技術，使貨物的存取和發(fā)送信息做到快速、實時、可靠和準確。(6).在揀選作業(yè)自動化方面，各國正加緊研究開發(fā)可供實用的揀選自動化設備和系統(tǒng)，但尚未真正達到能可靠實用階段。(7).在一些生產企業(yè)，立體倉庫己不僅僅簡單地作為物料的儲存的倉庫，而且與生產企業(yè)的工藝流程緊密結合，成為生產物流的一個組成部分。如柔性加工系統(tǒng)(FIMS)中的自動化倉庫就是一個典型例子。(8).隨著計算機技術的不斷發(fā)展，人工智能技術，特別專家系統(tǒng)在自動化倉庫中的應用日益增多。 應用領域 自動化所先后參加了第二汽車制造廠立體庫、上海虹橋機場國際貨運立體庫、天水長城開關廠FMS板材立體庫、上海寶鋼總廠備件立體庫、國家863計劃中CIMS實驗工程立體庫、濟南第一機床廠中央立體庫、株洲南方航空動力機械有限公司物流系統(tǒng)、儀征化纖股份公司滌綸長絲立體庫、廣東震德塑料機械廠有限公司零部件自動化立體庫等四十余座自動化倉庫的建設, 這些自動化倉庫都達到了當時的國內最高水平, 有的達到了國際先進水平。三、對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術路線）或設計（實驗）方案進行說明，論文要寫出相應的寫作提綱1本論文主要的工作在本文中，首先是對于自動化立體倉庫歷史背景、發(fā)展現(xiàn)狀的介紹，主要介紹了從立體倉庫出現(xiàn)到現(xiàn)在的發(fā)展情況，各個時期的主要特點，還有各國在這一研究領域的進展情況等等，主要是對于美國，日本以及歐洲各國的情況進行介紹，還介紹了現(xiàn)在立體倉庫主流的結構，控制系統(tǒng)，包括立體倉庫的控制系統(tǒng)的分類，立體倉庫中實體結構，信息流控制，物質流控制，監(jiān)控系統(tǒng)的分層等，并對每一個系統(tǒng)所發(fā)揮的作用進行了闡述。 本次設計主要解決的問題有:自動化立體倉庫的構造尺寸及基本布局。自動化立體倉庫的功能原理設計。自動化倉庫中的堆垛機的自動控制。計算機管理系統(tǒng)的設計。解決的思路與方法如下:對自動化立體倉庫構造尺寸及基本布局的設計。根據(jù)自動化立體倉庫存放的貨物的特性選用合適的存儲容器，本次采用托盤式的存儲容器，然后根據(jù)相關的設計經驗來設計托盤。對于貨架的結構和尺寸也采用相關的經驗來設計，（參照現(xiàn)有的貨架來設計）再對進行相應的受力分析來最終定型。根據(jù)允許存放貨物的最大尺寸和貨架的總高度來進行相應堆垛機的選型。對自動化立體倉庫的功能原理設計。存儲和保管功能；調節(jié)供需功能；貨物運輸能力調節(jié)功能的設計。總之，使原來的自動化倉庫從“靜態(tài)倉庫”變成“動態(tài)倉庫”。綜合考慮對堆垛機的自動控制要求擬采用PLC自動控制器配合相關的檢測裝置來控制其相關動作。通過對堆垛機動作的分析理出相應的工藝路線，結合相關的要求統(tǒng)計輸入輸出點的個數(shù)再進行PLC的選型，結合堆垛機的工作方式設計合理的控制面板，對堆垛機的行走方向和升降方向準停位置的確定采用光電開關加奇偶校驗來保證其精度，為了能使堆垛機能平穩(wěn)的運行，對行走方向和升降方向的電機調速采用兩臺變頻器來對相應的速度進行控制。結合整個控制過程對堆垛機動作的相應執(zhí)行進行手動和自動、單周期和連續(xù)控制的PLC程序設計。計算機管理系統(tǒng)可采用條形碼技術和數(shù)據(jù)庫技術來實現(xiàn)四、檢索與本課題有關參考文獻資料的簡要說明1 胡志剛,楊君順.自動化立體倉庫的特點和構造J.西北輕工業(yè)學院學報,Vol.19 Jun.2001.2 胡思昌.全新概念的自動化立體倉庫J.制造業(yè)自動化,2002-7,第24卷（第7期）3 趙炯,熊肖磊,周奇才.工控網絡設計及其在自動化立體倉庫中的實現(xiàn)J.制造業(yè)自動化， 2002-9，第24卷（第9期）4 熊肖磊,趙炯,周奇才.自動化立體倉庫管理與控制系統(tǒng)的實現(xiàn)J.制造業(yè)自動化,2002-4，第24卷（第4期）5 趙炯,張京樹,熊肖磊.自動化立體倉庫中載人聯(lián)機可視化挑選方案及其性能分析J.2002-7. 第23卷(第7期)6 張建軍,王立波.自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)J.工業(yè)儀表與自動化裝置, 2001年(第3期)7 陳駿,施國洪,姚冠新.立體倉庫自動控制系統(tǒng)設計J.江蘇理工大學學報（自然科學版）, 2000-9.第21卷(第5期)8 周奇才,王金諾,趙炯.基于狀態(tài)圖的自動化立體倉庫存取方案的研究J.起重運輸機械,2002.9 陳駿,施國洪.立體倉庫的自動化改造J.制造業(yè)自動化,2000-1.第20卷(第1期)10 尹軍琪.自動化倉庫的發(fā)展及其應用特性J.起重運輸機械,2001.11 斯麥霍夫AA.自動化倉庫M.機械工業(yè)出版社,1984.12 立體倉庫的改造M.Modern Materials Handling,1988(14).13 陳駿.立體倉庫自動控制設備及故障自診斷技術的研究J.江蘇理工大學,1999.14 張建軍.自動化倉庫系統(tǒng)(AS/RS)智能控制研究J.中國礦業(yè)大學博士論文,1999.12.15 吳耀華,王瑩,肖際偉etc.現(xiàn)代物流系統(tǒng)技術的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.機械工程學報,1999.16 張曉萍,顏永年,吳耀華etc.現(xiàn)代生產物流及仿真M.北京:清華大學出版社,1998.17 劉昌祺.自動化立體倉庫設計M.機械工業(yè)出版社,2004年.18 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術M.北京航空航天大學出版社,2003年.19 胡曉朋.電氣控制及PLCM.機械工業(yè)出版社,2005年.20 余成波,胡新宇,趙勇.傳感器與自動檢測技術M.高等教育出版社,2004年.21 趙松年,李恩光,裴仁清.機電一體化系統(tǒng)設計M.機械工業(yè)出版社,2006年.22 鐘福金,吳曉梅.可編程序控制器M.東南大學出版社,2003年.23 韓安榮.通用變頻器及其運用M.機械工業(yè)出版社,24 唐一平，先進制造技術M. 科學出版社, 2006.525 Ya-Hong Hu,Shell Ying Huang,Chuanyu Chen ect.Travel time analysis of a new automated Storage and retrieval systemJ.Computers&Operations Research,2005,Vol.32:p.1515-1544.26 Gu,JX,Goetschalckx,McGinnis ect.Research on warehouse operation: A comprehensive reviewJ.European Journal of Operational Research,2007,vol.177: p.1-21. 五、畢業(yè)論文（設計）進程安排2007年3月19至4月15：查閱資料，調研，編寫開題報告2007年4月16至4月22：系統(tǒng)和功能分析2007年4月23至5月03：總體方案設計2007年5月04至5月15：存儲、傳送系統(tǒng)的規(guī)劃設計2007年5月16至5月27：控制、管理系統(tǒng)的規(guī)劃設計2007年5月28至6月06：檢測、識別、控制裝置2007年6月07至6月12：繪制圖2007年6月13至6月20：編寫說明書六、指導教師意見1對開題報告的評語2對開題報告的意見及建議指導教師（簽名）： 年 月 日 所在院（系）審查意見：負責人簽字(蓋公章) 年 月 日 8Pergamon Computers ind. Engng Vol. 33, Nos 3-4, pp. 677-680, 1997 1997 Elsevier Science Ltd Printed in Great Britain. All rights reserved 0360-8352/97 $17.00 + 0.00 PII: S0360-8352(97)00220-9 An Operation Analysis of Movable Rack Type ASIRS by Use of System Simulator Norio YAMAGUCHI*, Kazuhiro SHIMODA Dept. of Information Systems Engineering, Kyushu Tokai University Kumamoto, JAPAN Abstract We perform the operation analyses of movable rack type AS/RS which is built in among manufacturing resources. Processing time and processing cost to handle each pallet are investigated. We employ the system simulator approach for the analyses. It is clarified that, if the operation conditions such as the speed of the stacker crane and/or rack are properly adjusted, the processing time of each pallet is not so increased in comparison with that in the fixed rack type case. Further, under our assumed conditions concerning the investment, we found that the cost performance of the movable rack type AS/RS accompanied with medium speed stacker crane is comparable with that of the fixed rack type AS/RS equipped with high speed stacker crane. 1997 Elsevier Science Ltd Keywords : AS/RS, System simulator, Movable rack 1. Introduction Considering the recent surroundings of production activities that the product needs of the end user change in a short time and span wide range in kinds, quick findings of the demand and prompt supply are becoming more and more important to every manufacturers. That is, the manufacturer is forced to supply various kinds of products in a short lead time to satisfy users demand. In order to construct the robust manufacturing system which can stand for the above mentioned tough requisitions, designs of manufacturing systems are investigated from various viewpoints 1 . Among them, the optimal operation of material handling facilities is the important factor to be considered to realize the smooth flow of the materials through the system 2,3,4. And, as one solution for the efficient use of various resources in the system, automatic storage and retrieval system (AS/RS) is sometimes built in among resources 5. The functions of this AS/RS are (1) To store and retrieve the common tools used by many resources. (2) To store and retrieve the WIP materials temporally. All the materials are forked with pallet in this AS/RS Here, to build in this type of AS/RS in a restricted space of the factory, we have to take into account both of high density in terms of capacity and swift handling of pallets. 6?7 In this respect, AS/RS which has movable rack is becoming popular. It is certain that we can attain high density in terms of capacity by introducing the movable rack. However, this may lead the increment of the processing time of each pallet because of the concurrent movement of rack and crane. So, we first compare, using system simulator, the processing time of each pallet between fixed and movable rack AS/RSs under various operation conditions. As the next step, we estimate the cost performance of both systems. 2. Modeling The layout of fixed rack type AS/RS we analyze for comparison is shown in Fig.1. In this figure, the bold line indicates the route of stacker crane and intersections 2,4 and 6 are in/out stations for the pallets. In this AS/RS, there are 6 racks, each of which contains 50 cells (10 columns, 5 rows) and hence, we can store 300 pallets. F I I I i I / IIIIiii= i/ I I I I I I I I I I I / llllll, Fig.1 Layout of Fixed Rack Type AS/RS We show in Fig.2 the layout of movable rack type AS/RS we analyze. In this figure, the rack moves along the arrow line and 8 racks, each containing 50 cells, are arranged. / 678 Proceedings of 1996 ICC&IC Fig.2 Layout of Movable Rack Type AS/RS Thus, this AS/RS can store 400 pallets. This means that the capacity increases 33% in comparison with fixed rack type case for the same space. It is noticed that, in this case, the additional route of stacker crane is attached in order that the crane access to the appointed cell is not hindered by the placement of rack. Specifications of AS/RSs are as follows. Cell size is 3 (W)*3 (D)*2 (H) (ft). Distance between I/O station and rack edge is 6 (ft). Crane speed along vertical line is 2 (sec/row). Pick and place time at the I/O station is N(10,2) (sec). Pick and place time at the cell is N(10,2) (sec). The crane works as follows depending on the function. STORE : move to the appointed I/O station - pick the requesting pallet - move horizontally to the place where appointed cell is located - go up to the cell - place the pallet to the cell - go down to the ground line - wait for the next job Experimental conditions are summarized as follows. (a) Job request occurs randomly and inter arrival time of the request follows exponential distribution. (b) Storage and retrieval jobs occur under equal frequency. (c) Cell is appointed randomly. (d) For the movable rack type case, neighboring racks move pair wise, if necessary. Simulation of 8 hours is performed, using system simulator SIMAN 6, for various values of mean inter arrival time of the request. The horizontal speed of the crane is also varied. Obtained results on the mean processing time (including both of storage and retrieval jobs) of a pallet are shown in Fig.3. In this figure, the upper half means the fixed rack type case and the lower one is the case of movable rack type, respectively. 3 lO 3 o RETR/EVE : move horizontally to the place where appointed cell is located - go up to the cell - pick the requesting pallet from the cell - go down to the ground line - move horizontally to the appointed I/(3 station - place the pallet to the station - wait for the next job Here, we employ the following principles for the crane allocation. The crane is allocated to the nearest requesting pallet disregarding its request time. For the pallets which are equally apart from the crane, the FIFO principle is applied. 3, Results and Discussion mean intq ov ne reques iecj 3 0-100 (seo) 300-400 (see) 100-200 (see) n 400-500 (sec) I I 200-300 (see) 500-600 (seo) Fig.3 Mean Processing Time of a Pallet Here, for the movable rack type case, the speed of the rack is taken as 5(sec/depth). We first notice, in this figure, that the mean processing time in the movable rack type case is always longer than that in the fixed rack type case. To make it clear, the area where the processing time is Proceedings of 1996 ICC&IC 679 comparable is shaded with the same pattern in this figure. Next, in both cases, it is noticed that, as the frequency of the request increases beyond the ability of the crane, the processing time increases drastically. From this figure, we may say that the proper combination of crane speed and inter ardval time of the request should be considered. Next, for the movable rack type, we show in Fig.4 how the processing time is affected during the simulation run by the rack speed. Here, the mean inter arrival time of the request is taken as 45 (sec). =I t rack speed = 7 (see/depth) !:f ,= rack speed = 9 (sec/depff) rack speed = 11 epth) i=0 o coo o (o eo xm iota iota ,ooao simulation time (sec) Fig.4 Processing Time of Each Pallet It is noticed that, even for the same inter arrival time, the deviation of the processing time changes depending on the rack speed. This suggests that, if we select the appropriate speed of the rack considering the frequency of the request, we can hold the small processing time in spite of the additional wasting time generated by the rack movement. costs are to be depreciated over ten years. As to the running cost, we assume the following conditions. Wages for the operator are I (10 4 yen/day) regardless of the rack type. Electd power cost is 0.55 (104 yen/day) for fixed rack type and 0.60 (104 yen/day) for movable rack type, respectively. From above conditions, we can calculate the processing cost of a pallet. We show in Fig.5 the cost performance of the system in terms of the crane speed. 13 o 3 12.6 12 11.6 105 . xed rack type / . a. . 5 7 g crane speed (it/see) Fig.5 Processing Cost of a Pallet It is certain that, so far as we focus only on the cost performance, the fixed rack type is superior for wide range of crane speed. Here, we notice that the processing cost in the movable rack type at crane speed of 7 (ft/sec) is comparable with that in the fixed rack type case at crane speed of 11 (ft/sec). And we remember that the capacity of movable rack AS/RS is33% larger than that of the fixed rack AS/RS. Here we meet the trade off problem. That is, we have to consider (a) processing time, (b) cost performance and (c) capacity of AS/RS altogether. Considering the obtained results total wise, we may say that the movable rack type AS/RS accompanied with medium speed stacker crane is preferable to the fixed rack type AS/RS equipped with high speed stacker crane. From now, we discuss on the effect of the capital investment. Assuming that the initial cost becomes more expensive as the speed of the crane increases, we express the initial cost F(v) as FI(v) = 1200 + 100v (104 yen), (1) 4. Conclusions We performed, using system simulator, the operation analyses of AS/RS. System performances are compared between fixed rack type case and movable rack type case. Conclusions are summarized as follows. where v is the horizontal speed of the crane (ft/sec). Next, additional cost F2 to make the rack movable is set up as 500 (104 yen) regardless of the rack speed. These initial For the movable rack type AS/RS, if we choose the crane speed and rack speed appropriately considering the frequency of the request, the 680 Proceedings of 1996 ICC&IC processing time is not increased so much in spite of the concurrent movement of rack and crane. In terms of the capacity and cost performance, it is better to employ a movable rack type AS/RS with medium speed stacker crane rather than a fixed rack type ASIRS equipped with high speed stacker crane. References 1. Noble, J.S. and Tanchoco, J.MA., 1993, Design Justification of Manufacturing Systems-A Review, The Int. J. of Flexible Manufacturing Systems, 5:5-25 2. ed. by Hollier, R.H., 1985, Proc. of the 6th Int. Conf. on Automation in Warehousing, and references therein 3. Ashayeri, J., Gelders, L. and Wassenhove, L.V., 1985, A Microcomputer-based Optimization Model for the Design of Automated Warehouses, Int. J. of Production Research, 23:4:825-839 4. Takakuwa, S., 1989, Module Modeling and Economic Optimization for Large-scale AS/RS, Proc. of the 1989 Winter Simulation Conference, 795-801 5. LIM, J.M. and Hwang, H., 1994, The Machine Layout Problem in a Flexible Manufacturing System with built-in Automated Storage/Retrieval System, Proc. of APORS94, 366-373 6. 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