南山圖書館是深圳市南山區(qū)標(biāo)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(shè)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(wù)，引領(lǐng)圖書館智能借書新風(fēng)尚。

作者：孫文宇1 葉倪2

1.浙江凱樂士科技集團(tuán)股份有限公司；2.無錫地鐵運營有限公司

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(yīng)用智能立體倉庫成為大勢所趨，也是圖書館信息服務(wù)轉(zhuǎn)型升級、邁向智能化運營的重要手段。通過進(jìn)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(wù)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(shè)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(xiàn)已達(dá)100多萬冊，遠(yuǎn)超其設(shè)計容量，導(dǎo)致大量圖書無法上架，約達(dá)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。

南山圖書館智能立體書庫概況 

深圳市南山圖書館是集合儲存、調(diào)劑、服務(wù)、物流、信息化、文獻(xiàn)加工與典藏功能于一體的圖書存儲中心和文獻(xiàn)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(dá)16400平方米，其中智能立體書庫總建筑面積達(dá)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(wù)，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(yù)借、設(shè)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]。

智能立體書庫的組成與作業(yè)流程 

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(xiàn)流通率的特點，有利于提升圖書館文獻(xiàn)存儲空間，以節(jié)省成本支出[2]。

1.智能立體書庫的組成

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(shè)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(shè)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。

圖1 南山圖書館智能立體書庫平面布置圖

（1）自動化立體書庫的硬件設(shè)施

自動化立體書庫的硬件設(shè)施構(gòu)成，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(xué)腐蝕性，能為圖書提供良好的保護(hù)。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(yù)計能存儲62萬冊圖書，現(xiàn)已存儲60萬冊。

②貨架陣列：采用組合式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(shè)置了7排貨架，每排8層，每層最大負(fù)荷為200kg。

③四向料箱穿梭車：相較于以往傳統(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(dá)貨架的任意位置。底層控制采用當(dāng)前成熟PC控制模塊，保證進(jìn)出貨效率。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。

表1 四向料箱穿梭車技術(shù)參數(shù)

④穿梭車提升機：能將穿梭車更換到不同層高貨架的設(shè)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。

圖2 穿梭車提升機

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(shè)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(dǎo)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(dá)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(dǎo)軌與阻擋機構(gòu)的導(dǎo)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(dǎo)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(hù)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(dá)，則阻擋機構(gòu)處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)轎廂部分準(zhǔn)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)。

（2）飛梭庫的硬件設(shè)施

飛梭庫的硬件設(shè)施主要由料箱、貨架陣列、飛梭機器人三個部分構(gòu)成。

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(shè)有8層，每層最大負(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(dá)到極高的存儲密度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先同類產(chǎn)品。飛梭機器人的技術(shù)參數(shù)，詳見表2。

表2 飛梭機器人技術(shù)參數(shù)

2.智能立體書庫的作業(yè)流程

（1）自動化立體書庫系統(tǒng)作業(yè)流程

出庫流程：當(dāng)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(dá)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(biāo)（標(biāo)簽涵蓋讀者的相關(guān)信息），按照不同的投遞點進(jìn)行分揀。

入庫流程：當(dāng)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(yīng)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(dá)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]。

圖3 自動輸送系統(tǒng)

（2）飛梭庫系統(tǒng)作業(yè)流程

出庫流程：①根據(jù)WMS下達(dá)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(yīng)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(fù)位，等待下一個任務(wù)的執(zhí)行。如圖4所示。

圖4 飛梭庫系統(tǒng)出庫作業(yè)流程示意圖

入庫流程：①根據(jù)WMS下達(dá)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(yīng)貨位；④飛梭機器人復(fù)位，等待下一個任務(wù)的執(zhí)行。如圖5所示。

圖5 飛梭庫系統(tǒng)入庫作業(yè)流程示意圖

南山圖書館智能立體書庫項目的技術(shù)亮點 

1.四向穿梭車的引入

當(dāng)四向穿梭車在需要充電時，其充電速度遠(yuǎn)超一般穿梭車，因其所采用的是當(dāng)今先進(jìn)的超級電容供電方式，插電10秒鐘就可以滿足單次任務(wù)耗電需求，2分鐘即可充滿，且支撐24小時無間歇作業(yè)。當(dāng)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(dāng)下的任務(wù)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[1]。

2.模塊化、可拓展的系統(tǒng)設(shè)計

相較于以往傳統(tǒng)的自動化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)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(wù)管理的系統(tǒng)性和靈活性。

南山圖書館智能立體書庫項目成效 

1.書庫高效利用

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(jìn)一步提高了自動化操作率，節(jié)省了大量的人力資源。

2.引領(lǐng)行業(yè)潮流

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(yīng)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(xué)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(wù)分館，承接為各個社區(qū)圖書館、南山書房、智能借閱的文獻(xiàn)調(diào)撥職能，成為南山區(qū)公共文化服務(wù)體系中的文獻(xiàn)保障中心，為讀者提供更加優(yōu)質(zhì)的借閱服務(wù)。

參考文獻(xiàn):

[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(yīng)用分析[J].四川圖書館學(xué)報,2021(06):18-21.

[3]葉倪,鄭重遠(yuǎn).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(yīng)用[J].物流技術(shù)與應(yīng)用,2021,26(04):134-136.

編輯、排版：羅丹

本文源自《物流技術(shù)與應(yīng)用》2023年08期，權(quán)歸《物流技術(shù)與應(yīng)用》所有