智能立體倉庫在深圳南山圖書米樂 M6館的應用

　　南山圖書館是深圳市南山區(qū)標志性的文化建筑之一，其中2021年完工并投入運營的智能立體書庫為圖書館的重要組成部分。南山圖書館立體書庫通過優(yōu)化布局規(guī)劃，合理利用四向料箱穿梭車、穿梭車提升機、飛梭機器人（智能AGV）等設施，實現(xiàn)圖書的自動存取、流通分揀、出庫入庫，并與網(wǎng)上借閱系統(tǒng)相對接，為市民提供了便捷的借書服務，引領(lǐng)圖書館智能借書新風尚。

　　隨著我國圖書館數(shù)量規(guī)模和體系不斷完善，以及讀者群體壯大，圖書館應用智能立體倉庫成為大勢所趨，也是圖書館信息服務轉(zhuǎn)型升級、邁向智能化運營的重要手段。通過進一步借助現(xiàn)代化信息技術(shù)，將能顯著增強公共文化內(nèi)容的供給能力，提升信息資源使用率和圖書館服務效能，推動全民閱讀，更好地滿足人民精神文化需要。

　　位于深圳市的南山圖書館，在1997年建造之初的設計藏書容量為60萬冊，隨著館藏圖書持續(xù)增加，截至2020年底，館藏紙質(zhì)文獻已達100多萬冊，遠超其設計容量，導致大量圖書無法上架，約達40%的館藏圖書無法供讀者閱讀[1]。如何滿足讀者的閱讀需求，提高閑置圖書的利用率，已成為南山圖書館所面臨的困局。為此，南山圖書館引入了“智能立體倉庫系統(tǒng)”項目，通過該項目可實現(xiàn)圖書的高密度存儲和高效率分揀，將長期無法正常借閱的館藏資源實現(xiàn)盤活，實現(xiàn)圖書資源的最大化利用。

　　深圳市南山圖書館是集合儲存、調(diào)劑、服務、物流、信息化、文獻加工與典藏功能于一體的圖書存儲中心和文獻資源保障基地。南山圖書館占地面積為13700平方米，總建筑面積達16400平方米，其中智能立體書庫總建筑面積達1600平方米，是繼蘇州第二圖書館后全國第二個采用自動化立體倉庫技術(shù)的圖書館。

　　該智能立體書庫主打“智能書庫”與“網(wǎng)上借閱”相結(jié)合的服務，即自動化立體倉庫系統(tǒng)與網(wǎng)上借閱系統(tǒng)、數(shù)字圖書館管理系統(tǒng)相對接，主要包含圖書下架、書庫管理、圖書預借、設備運維這四大功能體系。讀者無需找書，可通過自助借書終端借到所需的圖書[2]。

　　智能立體書庫又稱“自動化立體書庫”，基于自動存儲和檢索系統(tǒng)（automated storage and retrieval systems，AS/RS），不需要人工直接處理，自動存儲和揀選出圖書的書庫。作為物流倉儲行業(yè)在圖書館書庫的衍生品，智能立體書庫具有節(jié)約用地資源、減少圖書管理員工作強度、提升圖書館智能科技化程度、提升圖書文獻流通率的特點，有利于提升圖書館文獻存儲空間，以節(jié)省成本支出[2]。

　　南山圖書館智能立體書庫的主要管理與運營系統(tǒng)是無錫凱樂士科技有限公司規(guī)劃建設的自動化立體庫。該智能立體書庫采用了兩套自動化系統(tǒng)，分別是自動化立體書庫系統(tǒng)和飛梭（Free Shuttle）庫系統(tǒng)（見圖1），兩套系統(tǒng)共用一個操作系統(tǒng)，設備各自獨立運行，最大程度地提升了智能立體書庫的工作效率。

　　自動化立體書庫的硬件設施構(gòu)成，米樂 M6主要可分為四個部分：料箱、貨架陣列、四向料箱穿梭車、穿梭車提升機。

　　①料箱：采用塑料材質(zhì)，具備抗熱性和抗化學腐蝕性，能為圖書提供良好的保護。尺寸規(guī)格為600mm×400mm×230mm，最大承載重量為40kg。該自動化立體書庫共有料箱儲位6200個，料箱內(nèi)最多能容納100本圖書，預計能存儲62萬冊圖書，現(xiàn)已存儲60萬冊。

　?、谪浖荜嚵校翰捎媒M合式Q235鋼材質(zhì)框架結(jié)構(gòu)，用于承載料箱，該自動化立體書庫共設置了7排貨架，每排8層，每層最大負荷為200kg。

　?、鬯南蛄舷浯┧筌嚕合噍^于以往傳統(tǒng)的穿梭車，四向料箱穿梭車更具靈活性，且能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，在穿梭車提升機的配合下，可到達貨架的任意位置。底層控制采用當前成熟PC控制模塊，保證進出貨效率。米樂 M6取放貨時，兩側(cè)均可操作，提高了貨物存儲密度，節(jié)省了倉庫空間。四向料箱穿梭車的技術(shù)參數(shù)，詳見表1。

　　④穿梭車提升機：能將穿梭車更換到不同層高貨架的設備；主要由框架部分、電機系統(tǒng)、轎廂、阻擋機構(gòu)構(gòu)成，如圖2所示。

　　框架部分主要由鋁型材和部分加工件構(gòu)成，底板通過膨脹螺釘與地面固定；底板和頂板上裝有尼龍緩沖裝置，轎廂若沖過限位機構(gòu)，在與底板和頂板接觸時可以起到緩沖作用；框架上裝有同步帶，并分別與電機系統(tǒng)和轎廂系統(tǒng)連接。電機系統(tǒng)是設備的動力部分，固定在框架地板上，通過兩個同步帶輪和同步帶連接，控制轎廂的上下動作。

　　轎廂是提升機完成穿梭車換層功能的主要部分。轎廂通過16個導向輪裝在框架的內(nèi)部，并通過兩組同步帶調(diào)節(jié)上下高度；在接收到上層系統(tǒng)命令要更換穿梭車的層高時，電機通過傳動帶帶動轎廂上下移動，到達附近位置時由傳感器精確定位；轎廂穩(wěn)定后，推桿會帶動轎廂內(nèi)的導軌與阻擋機構(gòu)的導軌對接，迎入穿梭車，推桿收回，穿梭車在轎廂內(nèi)部停穩(wěn)后，轎廂移動到指定層位，推桿再次推動并與阻擋機構(gòu)導軌對接，穿梭車駛出換層提升機。

　　阻擋機構(gòu)是防止穿梭車在轎廂未就位時就駛?cè)胩嵘龣C的保護機構(gòu)。在穿梭車接到換層命令，并行駛到換層提升機邊緣時，若轎廂未到達，則阻擋機構(gòu)處于關(guān)閉狀態(tài)；當轎廂部分準備就緒時，阻擋機構(gòu)接到上層命令后，會處于打開狀態(tài)，允許穿梭車通過并駛?cè)朕I廂內(nèi)。

　　①料箱：飛梭庫所有料箱的規(guī)格型號、材質(zhì)均與自動化立體書庫料箱一致，飛梭庫共有料箱儲位6000個。

　　②貨架陣列：飛梭庫的貨架也采用了組合式Q235鋼材質(zhì)框架結(jié)構(gòu)，貨架尺寸為2150mm×500mm×2800mm，設有8層，每層最大負荷為200kg。

　　③飛梭：又稱飛梭機器人，是凱樂士科技有限公司研發(fā)出的一款新型智能AGV。該飛梭機器人基于標準底盤的軟硬件平臺開發(fā)，通過與上位系統(tǒng)配合，從而實現(xiàn)普通貨架上的取放料箱功能?？衫迷袀鹘y(tǒng)倉庫的隔板貨架快速實現(xiàn)倉庫的自動化，具有柔性高，成本低的特點。另外，專門為樓層倉設計了3m的取貨高度，更好地利用了原先倉庫垂直方向中人工所不能觸及的空間。巷道寬度為800mm、回旋直徑為1150mm，均為業(yè)內(nèi)最小值，可以使得智能立體書庫達到極高的存儲密度，遠遠領(lǐng)先同類產(chǎn)品。飛梭機器人的技術(shù)參數(shù)，詳見表2。

　　出庫流程：當讀者需要借閱圖書時，通過發(fā)起借閱訂單，隨后穿梭車提升機收到WMS下達的指令后，與穿梭車相配合完成出庫作業(yè)，圖書通過包裝機打標（標簽涵蓋讀者的相關(guān)信息），按照不同的投遞點進行分揀。

　　入庫流程：當讀者歸還圖書后，自動輸送系統(tǒng)和分揀系統(tǒng)開始運作（見圖3），WMS將指令待入庫的料箱分配到對應原來的貨位，圖書管理員完成人工揀選和補數(shù)作業(yè)，穿梭車提升機收到WMS下達的指令后，與四向穿梭車相配合，將料箱放至指定位置，整個入庫流程結(jié)束[3]。

　　出庫流程：①根據(jù)WMS下達的指令，機器人調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度飛梭機器人移動至庫區(qū)，并將相應貨位的料箱取下；②飛梭機器人移動至出庫站點位置；③飛梭機器人將料箱放入出庫站點；④飛梭機器人復位，等待下一個任務的執(zhí)行。如圖4所示。

　　入庫流程：①根據(jù)WMS下達的指令，機器人調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度飛梭機器人移動至入庫取貨站臺位置；②飛梭機器人從入庫取貨站點取到料箱；③根據(jù)WMS指示的存儲貨位，飛梭機器人移動至庫區(qū)，并將料箱放至相應貨位；④飛梭機器人復位，等待下一個任務的執(zhí)行。如圖5所示。

　　當四向穿梭車在需要充電時，其充電速度遠超一般穿梭車，因其所采用的是當今先進的超級電容供電方式，插電10秒鐘就可以滿足單次任務耗電需求，2分鐘即可充滿，且支撐24小時無間歇作業(yè)。當立體倉庫中的提升機（堆垛機）發(fā)生故障時，四向穿梭車不同于以往傳統(tǒng)的穿梭車運行模式，其可以重新規(guī)劃新的運行路徑，且能自動尋找其他空閑的提升機（堆垛機）繼續(xù)完成當下的任務作業(yè)，因此任何外界因素皆無法影響該智能立體書庫系統(tǒng)，其作業(yè)能力堪為一流[M6 米樂1]。

　　相較于以往傳統(tǒng)的自動化立體倉庫系統(tǒng)設計，凱樂士科技公司開發(fā)的智能立體書庫通過模塊化產(chǎn)品系列實現(xiàn)系統(tǒng)設計的靈活性，即自動化立體書庫系統(tǒng)和飛梭庫系統(tǒng)兩個系統(tǒng)之間硬件設備相互獨立，但操作系統(tǒng)又互相聯(lián)系。后期可以通過動態(tài)調(diào)節(jié)存儲位置以及可拓展的圖書分類邏輯，實現(xiàn)南山圖書館業(yè)務管理的系統(tǒng)性和靈活性。

　　南山圖書館在引入“智能立體倉庫系統(tǒng)”項目后，館藏量提升30%，空間利用率提升50%。圖書館管理員現(xiàn)只需完成人工揀選和補數(shù)作業(yè)，以及偶爾的微機系統(tǒng)操作，進一步提高了自動化操作率，節(jié)省了大量的人力資源。

　　近年來，國內(nèi)圖書館開始盛行“智能立體書庫項目”的規(guī)劃與應用。2019年底，國內(nèi)首個大型智能立體書庫——蘇州第二圖書館智能立體書庫正式投入運營。2022年底，深圳大學麗湖校區(qū)中央圖書館智能立體書庫正式投入運營，是國內(nèi)首個擁有智能立體書庫的高校圖書館。智能立體書庫在國內(nèi)圖書館領(lǐng)域中正在逐步壯大和成熟。南山圖書館智能立體書庫作為國內(nèi)第三個投入運營的項目，展現(xiàn)了新鮮的借書還書方式，為其他圖書館提供了經(jīng)驗借鑒。

　　未來，智能立體書庫還將作為南山圖書館的智能服務分館，承接為各個社區(qū)圖書館、南山書房、智能借閱的文獻調(diào)撥職能，成為南山區(qū)公共文化服務體系中的文獻保障中心，為讀者提供更加優(yōu)質(zhì)的借閱服務。

　　[1]漫步書海 賞星“閱”目——凱樂士科技助力南山圖書館智能立體書庫[J].現(xiàn)代制造,2021(11):36+38.

　　[2]鄒陽.智能倉儲系統(tǒng)在國內(nèi)外圖書館的應用分析[J].四川圖書館學報,2021(06):18-21.

　　[3]葉倪,鄭重遠.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在無錫地鐵3號線自動化立體倉庫中的應用[J].物流技術(shù)與應用,2021,26(04):134-136.