物流設備系統模塊化CAD系統的設計與實現

胥 穎

（興義民族師范學院 信息技術學院，貴州 興義 562400）

1 引言

生產自動化是我國制造業今后相當長時期內的主要任務，而物流設備水平則是衡量自動化程度的一個重要標志。目前我國物流產品的設計、制造大多還停留在人工計算、手冊查詢，單機、單線設計和制造的階段，這不僅造成產品設計、制造周期長，成本高，還會影響產品的質量可靠性等。物流設備產品大多為非標產品，一般都應根據生產廠家不同的廠房布置、生產能力、發展規劃和投資狀況等因素進行設計和制造，是動態、變化且較復雜的過程。因此，物流設備產品具有設計周期短、設計任務重的特點。針對這一特點，通過對物流設備系統進行模塊化、參數化分析，建立一個方便、快捷、便于掌握的物流設備系統設計軟件就顯得尤為重要。

2 系統需求分析

快速多變的市場要求物流設備系統設計人員能夠快速、敏捷地拿出符合客戶需求的、科學合理的設計方案，隨著計算機的發展，出現了對物流設備系統設計軟件的迫切需求。本文采用模塊化、參數化軟件設計技術，結合現代物流中心設計的要求，為物流系統規劃者提供一套便捷實用的方案設計、設備選用與設計工具軟件。這種軟件的基本功能如下：

（1）實現物流設備系統計算機輔助設計，該過程是一個反復調整和比對的過程，通過計算機輔助，可大大減少設計人員重復計算工作的繁瑣。通過參數化算法的應用，可以生成一個針對某目標的準確方案。

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

3 物流設備系統模塊化CAD系統開發

3.1 系統邏輯結構

物流設備系統模塊化CAD 系統包括文件操作、儲存系統、搬運系統、輸送系統、方案報告等5 大模塊，系統構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計方案進行有效的管理。做一個物流系統設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。儲存系統主要是進行儲存設備選型與設備參數化設計，其中包括橫梁截面、立柱材料、儲存設備選型及儲存設備設計。其菜單形式如圖4 所示。

圖4 儲存設備菜單

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

（4）輸送系統。輸送系統主要是進行輸送設備選型與設備參數化設計，其中包括輸送設備選型及輸送設備設計。本系統以滾筒輸送機為例進行輸送機參數化軟件系統原型開發。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計好的系統用文字描述保存在Word 文件中與用表格描述保存在Excel 文件中；生成CAD工程圖，是讀取儲存設備、搬運設備、輸送設備設計結果數據庫中的數據，并生成CAD 工程圖。其菜單形式如圖7 所示。

3.2 系統應用流程

如圖8 所示，系統流程為：首先通過新建、打開方式將方案打開，再進行儲存、輸送、搬運等系統的詳細參數化設計，并生成方案文檔，保存方案，最后將方案圖繪制出來。

圖5 搬運設備菜單

圖6 輸送設備菜單

圖7 方案報告菜單

4 關鍵技術

4.1 型鋼力學參數計算方法

圖8 物流設備系統模塊化CAD系統應用流程圖

在物流設備系統設計過程中，用到了相當多的型鋼材料，如儲存系統的貨架是由立柱、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備是否可靠的關鍵因素。由此可見，型鋼力學參數的計算是物流設備系統設計過程中必不可少的環節。

4.2 物流設備系統選型方法

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

5 應用實例

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

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

圖9 貨架選型設計

在設計貨架尺寸時，首先設計該區域用于存儲貨物的實際貨架區域，如圖10 所示。在給定的貨架區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，貨架區域長30m，寬20m，高5m，各間隙均取100mm。然后根據用戶提供的貨物單元的尺寸參數，計算貨格的具體尺寸參數，貨物單元長1200mm，寬1000mm，高800mm。需要對貨格存放貨物的數量、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據，經過貨架總體計算，得到貨架總體長、寬、高以及排、列、層等參數，本例中設計出的貨架具體參數為貨架總長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結果寫入方案數據庫，以供生成方案報告時調用。

圖10 托盤式貨架區域設計

貨架總體設計結束，就可以進行搬運設備的設計，如圖11所示，先選擇搬運設備的類型，本例選用步行跨立式堆高機。

圖11 步行式堆高機選型

選型確定后，可以進行堆高機的尺寸參數設計，如圖12所示。圖12 中數據是由廠家提供的標準參數，由于堆高機的設計發展比較成熟，標準化程度較高，因此可以從廠家提供的數據中選出適合的跨立式堆高機的型號，并提取它的相關數據，用于堆高機所需巷道寬度核算以及實際荷載能力核算。如果堆高機所載貨物寬度加大，則堆高機的實際荷載能力將會相應變小。此例中堆高機核定載荷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 跨立式堆高機選型

然后進行輸送機的設計，如圖13 所示，同樣從輸送設備的選型設計入手。本例選用了滾筒式輸送機，確定后，可以進行輸送機的尺寸設計。本例中滾筒直徑設計為50mm，滾筒寬度900mm，滾筒間距70mm，骨架長3000mm，骨架寬度975mm，輸送機總體長度3000mm，總體寬度975mm，總體高度905mm，具體設計結果將寫入方案數據庫—輸送設備方案庫。

圖13 輸送設備選型

最后在生成報告菜單的驅動下，生成Word 文字報告、Excel 表格報告，并可將方案結果繪制在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備系統方案工程圖。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 結論

本文在物流設備系統設計中采用了目前較為先進的模塊化、參數化設計方法，在對物流設備系統理論與技術研究的基礎上，開發了物流設備系統模塊化CAD 系統。該系統在物流設備系統使用最為頻繁的儲存系統、搬運系統、輸送系統的設計與選用中給予設計人員有效的支持，并實現了對各系統的CAD 繪圖，大大提高了物流設備系統設計的效率。