南山圖書館是深圳市南山區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化布局規劃，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，實現圖書的自動存取、流通分揀、出庫入庫，并與網上借閱系統相對接，為市民提供了便捷的借書服務，引領圖書館智能借書新風尚。

作者：孫文宇1 葉倪2

1.浙江凱樂士科技集團股份有限公司；2.無錫地鐵運營有限公司

隨著我國圖書館數量規模和體系不斷完善，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型升級、邁向智能化運營的重要手段。通過進一步借助現代化信息技術，將能顯著增強公共文化內容的供給能力，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，隨著館藏圖書持續增加，截至2020年底，館藏紙質文獻已達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”項目，通過該項目可實現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盤活，實現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的圖書館。

該智能立體書庫主打“智能書庫”與“網上借閱”相結合的服務，即自動化立體倉庫系統與網上借閱系統、數字圖書館管理系統相對接，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]。

智能立體書庫的組成與作業流程 

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（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。作為物流倉儲行業在圖書館書庫的衍生品，智能立體書庫具有節約用地資源、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是無錫凱樂士科技有限公司規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，分別是自動化立體書庫系統和飛梭（Free Shuttle）庫系統（見圖1），兩套系統共用一個操作系統，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。

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施

自動化立體書庫的硬件設施構成，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，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，料箱內最多能容納100本圖書，預計能存儲62萬冊圖書，現已存儲60萬冊。

②貨架陣列：采用組合式Q235鋼材質框架結構，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。

③四向料箱穿梭車：相較于以往傳統的穿梭車，四向料箱穿梭車更具靈活性，且能實現轉向，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。取放貨時，兩側均可操作，提高了貨物存儲密度，節省了倉庫空間。四向料箱穿梭車的技術參數，詳見表1。

表1 四向料箱穿梭車技術參數

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、轎廂、阻擋機構構成，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，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，并分別與電機系統和轎廂系統連接。電機系統是設備的動力部分，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部，并通過兩組同步帶調節上下高度；在接收到上層系統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；轎廂穩定后，推桿會帶動轎廂內的導軌與阻擋機構的導軌對接，迎入穿梭車，推桿收回，穿梭車在轎廂內部停穩后，轎廂移動到指定層位，推桿再次推動并與阻擋機構導軌對接，穿梭車駛出換層提升機。

阻擋機構是防止穿梭車在轎廂未就位時就駛入提升機的保護機構。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，則阻擋機構處于關閉狀態；當轎廂部分準備就緒時，阻擋機構接到上層命令后，會處于打開狀態，允許穿梭車通過并駛入轎廂內。

（2）飛梭庫的硬件設施

飛梭庫的硬件設施主要由料箱、貨架陣列、飛梭機器人三個部分構成。

①料箱：飛梭庫所有料箱的規格型號、材質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鋼材質框架結構，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，通過與上位系統配合，從而實現普通貨架上的取放料箱功能。可利用原有傳統倉庫的隔板貨架快速實現倉庫的自動化，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，均為業內最小值，可以使得智能立體書庫達到極高的存儲密度，遠遠領先同類產品。飛梭機器人的技術參數，詳見表2。

表2 飛梭機器人技術參數

2.智能立體書庫的作業流程

（1）自動化立體書庫系統作業流程

出庫流程：當讀者需要借閱圖書時，通過發起借閱訂單，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，圖書通過包裝機打標（標簽涵蓋讀者的相關信息），按照不同的投遞點進行分揀。

入庫流程：當讀者歸還圖書后，自動輸送系統和分揀系統開始運作（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作業，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，整個入庫流程結束[3]。

圖3 自動輸送系統

（2）飛梭庫系統作業流程

出庫流程：①根據WMS下達的指令，機器人調度系統調度飛梭機器人移動至庫區，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行。如圖4所示。

圖4 飛梭庫系統出庫作業流程示意圖

入庫流程：①根據WMS下達的指令，機器人調度系統調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WMS指示的存儲貨位，飛梭機器人移動至庫區，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行。如圖5所示。

圖5 飛梭庫系統入庫作業流程示意圖

南山圖書館智能立體書庫項目的技術亮點 

1.四向穿梭車的引入

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。當立體倉庫中的提升機（堆垛機）發生故障時，四向穿梭車不同于以往傳統的穿梭車運行模式，其可以重新規劃新的運行路徑，且能自動尋找其他空閑的提升機（堆垛機）繼續完成當下的任務作業，因此任何外界因素皆無法影響該智能立體書庫系統，其作業能力堪為一流[1]。

2.模塊化、可拓展的系統設計

相較于以往傳統的自動化立體倉庫系統設計，凱樂士科技公司開發的智能立體書庫通過模塊化產品系列實現系統設計的靈活性，即自動化立體書庫系統和飛梭庫系統兩個系統之間硬件設備相互獨立，但操作系統又互相聯系。后期可以通過動態調節存儲位置以及可拓展的圖書分類邏輯，實現南山圖書館業務管理的系統性和靈活性。

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”項目后，館藏量提升30%，空間利用率提升50%。圖書館管理員現只需完成人工揀選和補數作業，以及偶爾的微機系統操作，進一步提高了自動化操作率，節省了大量的人力資源。

2.引領行業潮流

近年來，國內圖書館開始盛行“智能立體書庫項目”的規劃與應用。2019年底，國內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，深圳大學麗湖校區中央圖書館智能立體書庫正式投入運營，是國內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圖書館領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第三個投入運營的項目，展現了新鮮的借書還書方式，為其他圖書館提供了經驗借鑒。

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

參考文獻:

[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].現代制造,2021(11):36+38.

[2]鄒陽.智能倉儲系統在國內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.物聯網技術在無錫地鐵3號線自動化立體倉庫中的應用[J].物流技術與應用,2021,26(04):134-136.

編輯、排版：羅丹

本文源自《物流技術與應用》2023年08期，權歸《物流技術與應用》所有