杨洁 王洪波 陈东立 储天 贺旭
基金项目：
陕西省教育厅专项科研计划项目（18JK1023）。
摘 要
以德国“工业4.0”的提出和发展为背景，阐述了智能仓储的推广和应用，介绍了高校实验室的现状及存在问题，最后论证了自动化立体仓库在高校实验室应用的可行性。
关键词
工业4.0;智能仓储;高校实验室
中图分类号： G647文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.03.084
0 引言
2013年4月，《德国工业4.0战略》被德国政府正式提出，瞬间一个全球性的话题被引爆。随后，我国也推出了《中国制造2025》：从“中国制造”到“中国智造”。在工业4.0、智能制造的带动下，越来越多的工厂企业开始注重自身的仓储运营管理的高效率、高质量，自动化仓储系统因作业速度快、处理精确度高、节省劳动力、库房利用率高等特点在各行各业得到了广泛的应用。
高校实验室是实验教学和实践人才培养的重要基地，越来越多的高校以实验室为平台，组织第二课堂教学、创新实验项目的申报、组织各类学科竞赛，用来培养和提高学生的创新能力。因此，在实验室实践活动过程中所涉及的元器件种类数目繁多。那么，如何对实验室元器件进行科学存储和管理提出了新的要求，本文主要论述了智能仓储在高校实验室中应用的可行性。
1 立体仓库的研究和应用
立体仓库，一般指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存货物，并且用专门的仓储作业设备进行货物出库或入库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间进行储存，故形象的称为立体仓库。自动化立体仓库又称自动存储取货系统，借助机械设施与计算机管理控制系统实现存入和取出物料的系统。
美国于1959年开发了世界上第一个自动化立体仓库，并在1963年率先使用计算机对自动化立体仓库进行控制管理。后来德国、意大利、日本等国家的自动化立体仓库也迅速的发展起来。目前，自动化立体仓库在发达国家己经相当普遍。日本是自动化立体仓库发展得最快、建造数量最多的国家。据有关资料统计，近年来日本每年约有上千座各种类型的自动化立体仓库投入使用。[1-3]
我国对于高架仓库及搬运设备的研制开始并不晚，1963年我国研制成第一台桥式堆垛起重机，1973机械部北京起重运输机械研究所开始研制我国第一座由计算机控制的自动化高架仓库，于1980年投入使用。据不完全统计，截止2015年底，我国累计建成的自动化立体仓库已超过2000座，主要集中在机械制造、医药生产、烟草、食品加工、服装生产等行业。
2 高校实验室的现状和存在问题
实验室是培养学生创新精神和实践能力的重要场所，为了培养适应新时期发展的具有创新精神和实践能力的高素质人才，越来越多的高校建设了开放实验室、大学生创新中心等多种形式的创新实验室，以创新实验室为平台组织学生进行创新实验项目的研究和参加各类学科竞赛，如：大学生电子设计大赛，大学生机械创新比赛，智能车比赛等，不仅可以使学生掌握对各种仪器的使用，同时也可以培养提高学生创新思维能力。
由于学科竞赛所覆盖的专业面较广，用到的元器件品种繁多。如大学生电子设计竞赛涉及到机电、通信、计算机、电气和自动化各类专业，所用到的元器件主要为各类电子类器件，有便宜的电阻、电容、电路板，也有很贵的传感器、芯片、电机等;大学生机械创新比赛主要用到各类机械类器件，有轴承、螺丝、连接件、配件等等。由于元器件的种类五花八门，数目繁多，势必会对实验室元器件的管理增加了繁重的任务。很多元器件不能做到分门别类放置，多种元件堆放在一起，元器件互相挤压，就容易被压坏，在有限的竞赛时间内，急需用的元器件又不易被找出，影响比赛的进度，比赛完剩余的元器件不易完整保存，充分利用，所有元器件的总数领用数量不容易统计等等问题[4]。
因此，怎样充分利用好实验室这一平台，更好的服务于学科竞赛和创新实验项目的研究，首先迫切需要解决的就是实验室元件库的科学管理和有效储备的问题。
3 立体仓库的组成和功能实现
自动化立体仓库主要由货物存储系统、货物搬运系统、自动控制系统以及仓储管理系统这四大部分组成[5]。
3.1 货物存储系统
货物存储系统的基本构成包括货架、托盘（存储箱）等，用于物料的存储，货物可以存储在托盘或存储箱内。多层货架一般采用钢结构，目前主要有组装式货架和直接焊接型的货架两种形式。货架根据高度分为低层货架、中层货架和高层货架。小于5米的为低层货架，在5米与12米之间的为中层货架，12米以上的称为高层货架。对于小型仓库，实验室元器件仓库可设计为低层货架。
3.2 货物搬运系统
货物搬运系统主要承担立体仓库的自动搬运工作，可以代替人工进行取货和存货。目前，巷道式堆垛机是主要的存取设备，按照其结构分为两根立柱和一根立柱两种形式，堆垛机是可移动的机械部分，可沿上下两个导轨在巷道中两排货架之间做横向和纵向移动，堆垛机上安装的物料叉可做伸缩运动，用于货物的存储或货物的提取功能。
3.3 自动控制系统
自动控制系统，它是用来接受仓库管理系统的任务，对仓库系统的各种设备如堆垛机、运输设备等进行自动控制，自动执行系统各种功能和任务。对于堆垛机的控制，目前多采用模块化控制方式，使用交流电动机作为驱动，可以实现无极调速，使堆垛机既能高速运行，又可以平稳停车。同时在控制系统中应采取一系列自检和联锁保护措施，防止突然断电或操作失误时不发生事故。
3.4 仓储管理系统
仓储管理系统，是自动化立体仓库的应用软件系统，是自动化仓库的核心，它相当于人的大脑，向仓库控制系统下达任务和命令。
仓库管理系统应具有以下功能，首先能够对库存情况进行管理，显示各个存储位的存储状态，包括每个存储位的货物名称、数量、规格、件数、价格等信息，其次能够实现出库、入库、移库等操作，能自动生成报表，能够对出库、入库、库存的实时情况进行查询和统计。
智能立体仓库与传统的仓库相比，具有很大的优越性，采用多层货架存储货物，减少了仓库的占地面积，提高了仓库的存储空间和面积利用率。因为用立体货架来存储，货物可以根据需求分门别类放置在货架中，避免相互之间挤压造成的损坏，保证了货物质量。同时，机械化智能化的存取方式减少了人工作业，降低了仓库管理人员的劳动强度，也避免了人为取货造成的损坏。再次，通过仓库管理系统可以实时掌握仓库情况，跟踪每种货物的库存。对于需要的货品可以快速进行查找，及时取出，对于紧缺的货品可以及时发现，进行积极储备，对货品进行科学管理。
4 结束语
本文对智能仓储在高校实验室的应用进行了一定的研究，分析了目前高校实验室元器件库的现状和存在问题，阐述了智能仓储的组成和功能，论证了智能仓储在高校实验室应用的可行性。在高校实验室中使用智能仓储，不仅可以提高实验室的空间利用率，同时可以对元器件进行科学管理和有效储备，是学科竞赛和创新实验项目研究的有利保障，也是今后实验室改革的重要课题。
参考文献
[1]樊桂香，闫执中.自动化仓库的发展现状及展望[J].机械管理开发，2010-2（113）.
[2]邵凝宁，蒋国华，杨欢.基于PLC的自动仓储系统设计[J].制造业自动化，2013（03）.
[3]王佳.浅谈自动化立体仓库在中国的发展[J].现代经济信息，2014（05）：322-330.
[4]张家栋，陆勇.加强实验室开放管理促进创新型人才培养[J].实验室研究与探索，2009，28（8）：167-168.
[5]李小三.堆垛機控制系统关键技术研究与设计[D].兰州交通大学，2014.
