物流设备系统模块化CAD系统的设计与实现

胥 颖

（兴义民族师范学院 信息技术学院，贵州 兴义 562400）

1 引言

生产自动化是我国制造业今后相当长时期内的主要任务，而物流设备水平则是衡量自动化程度的一个重要标志。目前我国物流产品的设计、制造大多还停留在人工计算、手册查询，单机、单线设计和制造的阶段，这不仅造成产品设计、制造周期长，成本高，还会影响产品的质量可靠性等。物流设备产品大多为非标产品，一般都应根据生产厂家不同的厂房布置、生产能力、发展规划和投资状况等因素进行设计和制造，是动态、变化且较复杂的过程。因此，物流设备产品具有设计周期短、设计任务重的特点。针对这一特点，通过对物流设备系统进行模块化、参数化分析，建立一个方便、快捷、便于掌握的物流设备系统设计软件就显得尤为重要。

2 系统需求分析

快速多变的市场要求物流设备系统设计人员能够快速、敏捷地拿出符合客户需求的、科学合理的设计方案，随着计算机的发展，出现了对物流设备系统设计软件的迫切需求。本文采用模块化、参数化软件设计技术，结合现代物流中心设计的要求，为物流系统规划者提供一套便捷实用的方案设计、设备选用与设计工具软件。这种软件的基本功能如下：

（1）实现物流设备系统计算机辅助设计，该过程是一个反复调整和比对的过程，通过计算机辅助，可大大减少设计人员重复计算工作的繁琐。通过参数化算法的应用，可以生成一个针对某目标的准确方案。

（2）对物流设备系统方案实现计算机辅助绘图。存储系统、搬运系统、输送系统中设备的CAD 图形会在设计过程中自动生成，无需设计人员手工绘制。

3 物流设备系统模块化CAD系统开发

3.1 系统逻辑结构

物流设备系统模块化CAD 系统包括文件操作、储存系统、搬运系统、输送系统、方案报告等5 大模块，系统构成和功能模块分别如图1、图2 所示。

（1）文件操作。文件操作主要是对所有的设计方案进行有效的管理。做一个物流系统设计就定义一个方案文件夹，将方案记录保存下来以备参考与选择。文件操作包括新建、打开、关闭、保存、退出等功能。具体文件菜单如图3 所示。

图3 文件菜单

（2）储存系统。储存系统主要是进行储存设备选型与设备参数化设计，其中包括横梁截面、立柱材料、储存设备选型及储存设备设计。其菜单形式如图4 所示。

图4 储存设备菜单

（3）搬运系统。搬运系统主要是进行搬运设备选型与设备参数化设计，其中包括搬运设备选型及搬运设备设计。由于堆高机种类繁多，本原型系统只以步行跨立式堆高机为例进行原型软件开发。搬运设备的菜单形式如图5 所示。

（4）输送系统。输送系统主要是进行输送设备选型与设备参数化设计，其中包括输送设备选型及输送设备设计。本系统以滚筒输送机为例进行输送机参数化软件系统原型开发。其菜单形式如图6 所示。

（5）方案报告。方案报告包括生成报告和生成CAD 工程图，生成报告的功能是将设计好的系统用文字描述保存在Word 文件中与用表格描述保存在Excel 文件中；生成CAD工程图，是读取储存设备、搬运设备、输送设备设计结果数据库中的数据，并生成CAD 工程图。其菜单形式如图7 所示。

3.2 系统应用流程

如图8 所示，系统流程为：首先通过新建、打开方式将方案打开，再进行储存、输送、搬运等系统的详细参数化设计，并生成方案文档，保存方案，最后将方案图绘制出来。

图5 搬运设备菜单

图6 输送设备菜单

图7 方案报告菜单

4 关键技术

4.1 型钢力学参数计算方法

图8 物流设备系统模块化CAD系统应用流程图

在物流设备系统设计过程中，用到了相当多的型钢材料，如储存系统的货架是由立柱、横梁、腹杆等材料组装而成，这些材料均由型钢做成。因此，设计货架时所选用的型钢的特性是否满足工况条件要求是决定设备是否可靠的关键因素。由此可见，型钢力学参数的计算是物流设备系统设计过程中必不可少的环节。

4.2 物流设备系统选型方法

对于当前倍受关注的物流中心，大量物资要在这里分类、拣选、配送，为了满足现今市场少量多样与高频率的配送需求，其作业方式已不是传统仓库的人力作业所能应付的，因此对于物流系统中硬件设施的选用规划就显得十分重要。要选用何种搬运设备，才能使进货出货顺利；要选用何种储存设备，才能使货品存取方便。这些都是物流系统设计者必须重视的要点。

5 应用实例

已知一个物流中心的货架区域大小，在一定时期内，用于存放某种大小的货物单元，在这种情况下设计一个合理的物流设备系统来完成此种货物单元的存储、搬运和输送工作。

首先，根据用户需求选择最合理的存储设备，如图9 所示，可以给货架一定的限制条件，如是否先进先出、堆栈高度有多高、单位纵深储位有多少等，然后由计算机选择合适的货架；本案例选用托盘横梁式货架，然后进行货架的尺寸设计。

图9 货架选型设计

在设计货架尺寸时，首先设计该区域用于存储货物的实际货架区域，如图10 所示。在给定的货架区域中留出一定的前间隙、后间隙、左间隙、右间隙及上部间隙，计算出货架实际占用的空间。本例中，货架区域长30m，宽20m，高5m，各间隙均取100mm。然后根据用户提供的货物单元的尺寸参数，计算货格的具体尺寸参数，货物单元长1200mm，宽1000mm，高800mm。需要对货格存放货物的数量、货物与立柱、横梁的间隙及货物与货物之间的间隙有一定的限制，据此计算出货格的长、宽、高度。本例中货格存放两个货物，最后利用计算出的中间数据，经过货架总体计算，得到货架总体长、宽、高以及排、列、层等参数，本例中设计出的货架具体参数为货架总长29.13m，货架总体宽19.8m，货架总高4.08m，共22 排，11 列，4层。此时将计算的货架参数结果写入方案数据库，以供生成方案报告时调用。

图10 托盘式货架区域设计

货架总体设计结束，就可以进行搬运设备的设计，如图11所示，先选择搬运设备的类型，本例选用步行跨立式堆高机。

图11 步行式堆高机选型

选型确定后，可以进行堆高机的尺寸参数设计，如图12所示。图12 中数据是由厂家提供的标准参数，由于堆高机的设计发展比较成熟，标准化程度较高，因此可以从厂家提供的数据中选出适合的跨立式堆高机的型号，并提取它的相关数据，用于堆高机所需巷道宽度核算以及实际荷载能力核算。如果堆高机所载货物宽度加大，则堆高机的实际荷载能力将会相应变小。此例中堆高机核定载荷400kg，但由于货物宽度由1000mm，加长到1234mm，因此计算出实际载荷能力只有234kg。

图12 跨立式堆高机选型

然后进行输送机的设计，如图13 所示，同样从输送设备的选型设计入手。本例选用了滚筒式输送机，确定后，可以进行输送机的尺寸设计。本例中滚筒直径设计为50mm，滚筒宽度900mm，滚筒间距70mm，骨架长3000mm，骨架宽度975mm，输送机总体长度3000mm，总体宽度975mm，总体高度905mm，具体设计结果将写入方案数据库—输送设备方案库。

图13 输送设备选型

最后在生成报告菜单的驱动下，生成Word 文字报告、Excel 表格报告，并可将方案结果绘制在AutoCAD 工程图纸上。图14 所示为生成的文字方案报告。图15 所示为本例所生成的物流设备系统方案工程图。同时，Word 报告、Excel 报告及AutoCAD 均将存入项目开始时创建的方案文件夹中，用于项目参考、使用与修改等。

图14 Word文字方案报告

图15 AutoCAD工程图方案报告

6 结论

本文在物流设备系统设计中采用了目前较为先进的模块化、参数化设计方法，在对物流设备系统理论与技术研究的基础上，开发了物流设备系统模块化CAD 系统。该系统在物流设备系统使用最为频繁的储存系统、搬运系统、输送系统的设计与选用中给予设计人员有效的支持，并实现了对各系统的CAD 绘图，大大提高了物流设备系统设计的效率。