智能倉儲在高校實驗室的應用研究

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4.0”的提出和發展為背景，闡述了智能倉儲的推廣和應用，介紹了高校實驗室的現狀及存在問題，最后論證了自動化立體倉庫在高校實驗室應用的可行性。

關鍵詞

工業4.0;智能倉儲;高校實驗室

中圖分類號： G647文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.03.084

0 引言

2013年4月，《德國工業4.0戰略》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4.0、智能制造的帶動下，越來越多的工廠企業開始注重自身的倉儲運營管理的高效率、高質量，自動化倉儲系統因作業速度快、處理精確度高、節省勞動力、庫房利用率高等特點在各行各業得到了廣泛的應用。

高校實驗室是實驗教學和實踐人才培養的重要基地，越來越多的高校以實驗室為平臺，組織第二課堂教學、創新實驗項目的申報、組織各類學科競賽，用來培養和提高學生的創新能力。因此，在實驗室實踐活動過程中所涉及的元器件種類數目繁多。那么，如何對實驗室元器件進行科學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用的可行性。

1 立體倉庫的研究和應用

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設備進行貨物出庫或入庫作業的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間進行儲存，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，借助機械設施與計算機管理控制系統實現存入和取出物料的系統。

美國于1959年開發了世界上第一個自動化立體倉庫，并在1963年率先使用計算機對自動化立體倉庫進行控制管理。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展起來。目前，自動化立體倉庫在發達國家己經相當普遍。日本是自動化立體倉庫發展得最快、建造數量最多的國家。據有關資料統計，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，1973機械部北京起重運輸機械研究所開始研制我國第一座由計算機控制的自動化高架倉庫，于1980年投入使用。據不完全統計，截止2015年底，我國累計建成的自動化立體倉庫已超過2000座，主要集中在機械制造、醫藥生產、煙草、食品加工、服裝生產等行業。

2 高校實驗室的現狀和存在問題

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

由于學科競賽所覆蓋的專業面較廣，用到的元器件品種繁多。如大學生電子設計競賽涉及到機電、通信、計算機、電氣和自動化各類專業，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、電機等;大學生機械創新比賽主要用到各類機械類器件，有軸承、螺絲、連接件、配件等等。由于元器件的種類五花八門，數目繁多，勢必會對實驗室元器件的管理增加了繁重的任務。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，急需用的元器件又不易被找出，影響比賽的進度，比賽完剩余的元器件不易完整保存，充分利用，所有元器件的總數領用數量不容易統計等等問題[4]。

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

3 立體倉庫的組成和功能實現

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

3.1 貨物存儲系統

貨物存儲系統的基本構成包括貨架、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。多層貨架一般采用鋼結構，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計為低層貨架。

3.2 貨物搬運系統

貨物搬運系統主要承擔立體倉庫的自動搬運工作，可以代替人工進行取貨和存貨。目前，巷道式堆垛機是主要的存取設備，按照其結構分為兩根立柱和一根立柱兩種形式，堆垛機是可移動的機械部分，可沿上下兩個導軌在巷道中兩排貨架之間做橫向和縱向移動，堆垛機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

自動控制系統，它是用來接受倉庫管理系統的任務，對倉庫系統的各種設備如堆垛機、運輸設備等進行自動控制，自動執行系統各種功能和任務。對于堆垛機的控制，目前多采用模塊化控制方式，使用交流電動機作為驅動，可以實現無極調速，使堆垛機既能高速運行，又可以平穩停車。同時在控制系統中應采取一系列自檢和聯鎖保護措施，防止突然斷電或操作失誤時不發生事故。

3.4 倉儲管理系統

倉儲管理系統，是自動化立體倉庫的應用軟件系統，是自動化倉庫的核心，它相當于人的大腦，向倉庫控制系統下達任務和命令。

倉庫管理系統應具有以下功能，首先能夠對庫存情況進行管理，顯示各個存儲位的存儲狀態，包括每個存儲位的貨物名稱、數量、規格、件數、價格等信息，其次能夠實現出庫、入庫、移庫等操作，能自動生成報表，能夠對出庫、入庫、庫存的實時情況進行查詢和統計。

智能立體倉庫與傳統的倉庫相比，具有很大的優越性，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，保證了貨物質量。同時，機械化智能化的存取方式減少了人工作業，降低了倉庫管理人員的勞動強度，也避免了人為取貨造成的損壞。再次，通過倉庫管理系統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行查找，及時取出，對于緊缺的貨品可以及時發現，進行積極儲備，對貨品進行科學管理。

4 結束語

本文對智能倉儲在高校實驗室的應用進行了一定的研究，分析了目前高校實驗室元器件庫的現狀和存在問題，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行科學管理和有效儲備，是學科競賽和創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

[1]樊桂香，閆執中.自動化倉庫的發展現狀及展望[J].機械管理開發，2010-2（113）.

[2]邵凝寧，蔣國華，楊歡.基于PLC的自動倉儲系統設計[J].制造業自動化，2013（03）.

[3]王佳.淺談自動化立體倉庫在中國的發展[J].現代經濟信息，2014（05）：322-330.

[4]張家棟，陸勇.加強實驗室開放管理促進創新型人才培養[J].實驗室研究與探索，2009，28（8）：167-168.

[5]李小三.堆垛機控制系統關鍵技術研究與設計[D].蘭州交通大學，2014.