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在國(guó)內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)容的背景下，傳統(tǒng)倉儲(chǔ)模式逐漸難以滿足企業(yè)實(shí)際需求，空間利用率低、人工成本高、信息不暢等諸多痛點(diǎn)問題凸顯。某機(jī)械制造企業(yè)攜手德力智倉打造定制化四向穿梭車立體庫，實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)空間縱向拓展、信息精準(zhǔn)管控，聯(lián)動(dòng)AGV打通全流程，筑牢企業(yè)高效運(yùn)營(yíng)根基。

乍正長(zhǎng)

蘇州德力智慧物流科技有限公司

近年來，國(guó)內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)能規(guī)模不斷擴(kuò)大，倉儲(chǔ)管理問題也隨之而來，傳統(tǒng)的物料存儲(chǔ)多半采用場(chǎng)地地堆或者人工叉車配合高位貨架的模式，存在空間場(chǎng)地利用率低、人工成本高昂、物料信息管理混亂、物料堆放雜亂、安全隱患高、作業(yè)效率低、貨物損耗與丟失、成本控制困難、信息數(shù)據(jù)孤島與不暢等一系列問題。

在此背景下，某機(jī)械制造企業(yè)攜手德力智倉引入自動(dòng)化立體倉庫及智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)空間縱向發(fā)展、物料信息實(shí)時(shí)更新準(zhǔn)確記錄，同時(shí)配合AGV等自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)“倉儲(chǔ)+配送”一體化，極大提高作業(yè)效率、降低人力成本、提高整體運(yùn)營(yíng)效率，為企業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)提供堅(jiān)實(shí)保障。

企業(yè)物料倉儲(chǔ)管理問題分析

01

某機(jī)械制造企業(yè)集汽車配件設(shè)計(jì)、鑄造、加工和銷售為一體，主要為國(guó)內(nèi)汽車制造商提供差速器殼體、微車差速器殼體、減速器殼體和后橋包殼體等汽車零配件。近年來，隨著國(guó)家及政府相關(guān)政策的支持，企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，原有物料管理和倉儲(chǔ)模式已無法滿足企業(yè)需求，產(chǎn)生諸多問題困擾。

1.物料倉儲(chǔ)現(xiàn)狀

該企業(yè)現(xiàn)階段生產(chǎn)的差速器殼體、微車差速器殼體、減速器殼體和后橋包殼體等汽車零配件（見圖1），目前采用鋼制籠框地堆擺放的方式，如圖2所示。該企業(yè)通過人工叉車進(jìn)行物料的周轉(zhuǎn)搬運(yùn)，籠框最多只能疊放3層，且現(xiàn)場(chǎng)地堆擺放無序混亂、安全隱患突出、物料周轉(zhuǎn)耗時(shí)耗力，如圖3所示。

圖1 某企業(yè)所生產(chǎn)零部件

圖2 某企業(yè)物料地堆現(xiàn)場(chǎng)

圖3 某企業(yè)物料叉車搬運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)

2.信息管理現(xiàn)狀

現(xiàn)階段的物料信息管理采用企業(yè)ERP系統(tǒng)，收貨、發(fā)貨、入庫等環(huán)節(jié)由人工將單據(jù)粘貼到料框上，如圖4所示。由于采用地堆存儲(chǔ)管理，沒有明確的空間劃分，發(fā)貨時(shí)需要人工先對(duì)照發(fā)貨單在地堆區(qū)尋找對(duì)應(yīng)物料，而后駕駛?cè)斯げ孳嚢徇\(yùn)至產(chǎn)線對(duì)應(yīng)工位，每完成一道工序后均需要駕駛?cè)斯げ孳嚢徇\(yùn)至下一個(gè)工位，信息管理落后，人工出錯(cuò)率高、準(zhǔn)確性低、人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率低下，對(duì)業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)的及時(shí)性、有效性、精準(zhǔn)性造成極大影響。

圖4 某企業(yè)發(fā)貨單據(jù)

自動(dòng)化立體倉庫規(guī)劃設(shè)計(jì)

02

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

針對(duì)該企業(yè)的倉儲(chǔ)需求，德力智倉為其規(guī)劃建設(shè)自動(dòng)化立體倉庫及智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)。方案的總體規(guī)劃在滿足當(dāng)前的使用需求的前提下，考慮將來的發(fā)展、擴(kuò)展，既注重實(shí)用性、先進(jìn)性、人性化，又滿足經(jīng)濟(jì)性和密集儲(chǔ)存的特點(diǎn)，主要遵循以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）安全性原則：貫徹安全第一原則，確保設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行安全。

（2）可靠性原則：確保物流設(shè)備和物流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適應(yīng)性和軟件系統(tǒng)的兼容性與容錯(cuò)性。

（3）適用性原則：設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須適應(yīng)客戶需求，充分考慮客戶操作系統(tǒng)的方便性。

（4）防呆原則：設(shè)計(jì)要盡量做到操作簡(jiǎn)單，不易出錯(cuò)。

（5）經(jīng)濟(jì)性原則：在滿足用戶要求和上述原則的前提下，選擇最經(jīng)濟(jì)的解決方案。

（6）易維護(hù)性原則：設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)易于維護(hù)，降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

2.自動(dòng)化立體庫設(shè)計(jì)步驟

自動(dòng)化立體庫的規(guī)劃設(shè)計(jì)，主要按照以下步驟進(jìn)行：

（1）客戶需求調(diào)研分析：收集客戶項(xiàng)目的原始基礎(chǔ)資料，包括存儲(chǔ)貨物的種類、尺寸規(guī)格、包裝形式、重量、倉庫的土建情況等，明確客戶的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。

（2）確定立體庫的物流形式及相關(guān)參數(shù)：在原始資料收集完畢后，根據(jù)資料計(jì)算相關(guān)參數(shù)，包括庫區(qū)出入庫總量要求、貨物單元的外形尺寸、立體庫的貨位數(shù)量、貨架高度、設(shè)備布局等。

（3）合理規(guī)劃庫區(qū)布局：在確定立體庫形式以后，合理規(guī)劃布置立體庫功能分區(qū)，規(guī)劃出暫存區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、出入庫區(qū)、月臺(tái)、退貨區(qū)以及辦公室等物流功能區(qū)。

（4）選擇物流設(shè)施設(shè)備：根據(jù)需求及方案規(guī)劃需要，科學(xué)合理地選擇物流設(shè)施設(shè)備。

（5）物流系統(tǒng)建模仿真：根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求，建立三維模型圖及仿真。

3.場(chǎng)地情況與方案選擇

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量調(diào)研，該企業(yè)物料存儲(chǔ)廠房長(zhǎng)度約23500mm，寬度約14600mm，廠房可用凈空高度為10300mm，廠房為鋼架結(jié)構(gòu)，立柱上有高壓線纜橋架凸出、廠房立柱下細(xì)上粗、靠墻一側(cè)墻體上有攝像頭、橋架等干涉物，如圖5所示。立體倉庫規(guī)劃設(shè)計(jì)布局時(shí)需要考慮避開干涉物，同時(shí)廠房整體形狀呈矩形、整體長(zhǎng)寬尺寸較小，但可向上縱向發(fā)展。此外，倉庫兩面靠墻，其余兩面為人工通行通道，設(shè)備布局不能占用公用空間，若采用堆垛機(jī)立體庫方式，一方面堆垛機(jī)巷道前后端需要預(yù)留大量空間，另一方面由于倉庫長(zhǎng)度較小，堆垛機(jī)運(yùn)行無法達(dá)到理想速度，影響出入庫效率，而四向穿梭立體庫通過配置換層提升機(jī)，可實(shí)現(xiàn)物料和四向穿梭車的換層作業(yè)，同時(shí)庫前端出入庫后可靈活布局，結(jié)合流量、SKU等數(shù)據(jù)分析，因此為該企業(yè)量身定制了四向穿梭車立體倉儲(chǔ)系統(tǒng)。

圖5 某企業(yè)倉庫

4.SKU及系統(tǒng)流量分析

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，該企業(yè)生產(chǎn)汽車殼體等物料SKU數(shù)量約20種，零部件物料在生產(chǎn)區(qū)組盤后由人工叉車搬運(yùn)至立體庫進(jìn)行存儲(chǔ)，通過對(duì)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模以及發(fā)貨單等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得知該立體庫出入庫流量需求為：入庫5托盤/小時(shí)，出庫13托盤/小時(shí)；在AGV產(chǎn)線運(yùn)行區(qū)域，共對(duì)接20個(gè)產(chǎn)線設(shè)備供貨點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)位2個(gè)小時(shí)消耗一托物料；同時(shí)結(jié)合產(chǎn)線人工消耗物料節(jié)奏及載具轉(zhuǎn)運(yùn)流量的需求，共配置2臺(tái)四向穿梭車、4臺(tái)叉車式AGV、1臺(tái)托盤換層提升機(jī)。

5.載具單元設(shè)計(jì)

由于該企業(yè)生產(chǎn)的汽車殼體零部件物料具有重量大、外形不規(guī)整等特點(diǎn)，經(jīng)過規(guī)劃后，采用倉儲(chǔ)籠作為物料載具進(jìn)行存儲(chǔ)，倉儲(chǔ)籠尺寸為L(zhǎng)1200×W1000×H1250mm，底部為四向進(jìn)叉川字底結(jié)構(gòu)托盤，四周設(shè)計(jì)護(hù)欄及圍網(wǎng)，同時(shí)為方便人工在產(chǎn)線取用物料，在寬度方向上采用可開門設(shè)計(jì)，倉儲(chǔ)籠如圖6所示。

圖6 倉儲(chǔ)籠

6.系統(tǒng)功能分區(qū)及設(shè)備配置

為滿足汽車零部件存儲(chǔ)及配送需求，結(jié)合物料生產(chǎn)工序，方案設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)劃出入庫區(qū)、貨架存儲(chǔ)區(qū)、出庫區(qū)、加工區(qū)、清洗區(qū)等功能分區(qū)，如圖7所示。

圖7 廠房布局及功能分區(qū)

立體倉庫總體布局如圖8所示，包含入庫區(qū)、出庫區(qū)、貨架存儲(chǔ)區(qū)。

圖8 立體倉庫總體布局圖

托盤四向穿梭車立體庫適用于少品種大批量、對(duì)“先進(jìn)先出”要求不高的托盤物料，立體庫硬件設(shè)備配置詳見表1。

表1 廠房布局及功能分區(qū)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研得到的場(chǎng)地尺寸，貨架設(shè)計(jì)總高度約7.65m，最上層貨位高度約8.5m，換層提升機(jī)高度約9.17m，貨架設(shè)計(jì)為5層（部分區(qū)域3層設(shè)計(jì)），層高為1.65m，立體庫立面設(shè)計(jì)如圖9所示。

圖9 廠房布局及功能分區(qū)

自動(dòng)化立體庫工藝流程

03

在倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)（WMS）的精準(zhǔn)管理和倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)（WCS）的調(diào)度指揮下，輸送系統(tǒng)精準(zhǔn)輸送，托盤四向穿梭車接駁物料精準(zhǔn)存取，配合換層提升機(jī)的換層功能，實(shí)現(xiàn)托盤四向車及物料的跨層流轉(zhuǎn)，同時(shí)配合叉車AGV，將物料精準(zhǔn)、及時(shí)送達(dá)產(chǎn)線工位上。準(zhǔn)確、通暢的流程設(shè)計(jì)，可以讓立體庫運(yùn)轉(zhuǎn)井然有序。

1.入庫流程

入庫流程如圖10所示，具體包括：

物料生產(chǎn)完成后，人工使用手持PDA掃描倉儲(chǔ)籠上的托盤以及物料碼，將物料與托盤綁定，完成組盤。

圖10 入庫流程圖

填寫入庫單據(jù)，WMS自動(dòng)生成入庫任務(wù)，下發(fā)給WCS調(diào)度設(shè)備。

人工駕駛叉車將組好盤的整托物料板搬運(yùn)至立體庫入庫口輥道輸送機(jī)上。

檢測(cè)光電被觸發(fā)后，輸送線自動(dòng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)輸送，依次經(jīng)過條碼掃描、外形檢測(cè)、稱重復(fù)核，全部核驗(yàn)通過后向前輸送，如有一項(xiàng)不合格，系統(tǒng)將報(bào)警并退回入庫站臺(tái)，等待人工處理。

WCS調(diào)度四向車搬運(yùn)，一層直接存入貨位，如需要存到高層貨架，則調(diào)度提升機(jī)接駁四向車連同貨物一層實(shí)現(xiàn)跨層。

入庫完成后，WCS反饋任務(wù)完成狀態(tài)，WMS系統(tǒng)結(jié)束入庫任務(wù)。

2.出庫流程

出庫流程如圖11所示，具體包括：

加工生產(chǎn)車間發(fā)起物料需求，WMS根據(jù)訂單自動(dòng)生成出庫任務(wù)單。

圖11 出庫流程圖

WCS生成調(diào)度任務(wù)，調(diào)度四向車取出目標(biāo)托盤，一層直接通過提升機(jī)出庫，高層物料則調(diào)度提升機(jī)到達(dá)對(duì)應(yīng)樓層，將物料搬運(yùn)到一層。

托盤通過提升機(jī)、輸送機(jī)輸送到出庫站臺(tái)。

AGV將托盤搬運(yùn)到需求站點(diǎn)；向上層反饋執(zhí)行結(jié)果，出庫任務(wù)結(jié)束。

3.AGV產(chǎn)線配送流程

AGV叫料工位配置有按鈕呼叫器，配套LED顯示屏，AGV配送流程如圖12所示，具體包括：

人工通過呼叫器進(jìn)行呼叫AGV從庫內(nèi)搬運(yùn)貨物至叫料位置，供產(chǎn)線使用。

圖12 AGV產(chǎn)線配送流程圖

人工通過呼叫器呼叫AGV至產(chǎn)線下料位置，將滿框貨物搬運(yùn)至清洗暫存區(qū)。

自動(dòng)化立體庫軟件系統(tǒng)架構(gòu)

04

信息管理系統(tǒng)作為整個(gè)物流系統(tǒng)的指揮和控制系統(tǒng)，是物流系統(tǒng)的調(diào)度核心和信息存儲(chǔ)處理中心。信息管理系統(tǒng)構(gòu)建在先進(jìn)的工業(yè)控制網(wǎng)上，運(yùn)行于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，系統(tǒng)構(gòu)建以集成技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)物流指令快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行及物流信息的收集、處理、傳送、存儲(chǔ)和分析，并做出正確的決策以協(xié)調(diào)各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)物料高效有序地流動(dòng)和科學(xué)管理以滿足工廠作業(yè)計(jì)劃的需要。同時(shí)，還通過對(duì)物資消耗、庫存分析，及時(shí)、準(zhǔn)確地了解某一段時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)情況，為企業(yè)信息決策支持系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為上級(jí)管理信息系統(tǒng)提供生產(chǎn)物流信息。

系統(tǒng)體系架構(gòu)縱向可分為軟件系統(tǒng)組織架構(gòu)圖（見圖13）所示的幾個(gè)層次：

圖13 軟件系統(tǒng)組織架構(gòu)圖

1.接口交互層

接口交互層用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與企業(yè)ERP/MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸及業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)，是信息管理層與外圍系統(tǒng)的數(shù)據(jù)橋梁，按照約定下發(fā)和上傳業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

2.信息管理層

信息管理層用于倉庫貨位、物料、人員、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等統(tǒng)一管理，一方面接收接口交互層的數(shù)據(jù)輸入，另一方面需要根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不同進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)，需要根據(jù)調(diào)度監(jiān)控層的數(shù)據(jù)反饋進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，并將接口交互層輸入的數(shù)據(jù)處理后反饋給接口交互層。

3.調(diào)度監(jiān)控層

調(diào)度監(jiān)控層指WCS調(diào)度系統(tǒng)接收到信息管理層的任務(wù)指令后，分解指令，并通過調(diào)度算法合理調(diào)度設(shè)備執(zhí)行層的各個(gè)設(shè)備，并將指令進(jìn)行下發(fā)，以驅(qū)動(dòng)設(shè)備搬運(yùn)執(zhí)行。調(diào)度監(jiān)控層也在實(shí)時(shí)接收設(shè)備執(zhí)行層的狀態(tài)反饋，通過界面實(shí)時(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行狀況。

4.設(shè)備控制、執(zhí)行層

設(shè)備控制、執(zhí)行層指各個(gè)搬運(yùn)設(shè)備通過Profinet工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與WCS通訊，設(shè)備在接收WCS任務(wù)指令后進(jìn)行指令分解，并執(zhí)行相應(yīng)的搬運(yùn)動(dòng)作。同時(shí)，將執(zhí)行狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給設(shè)備監(jiān)控層進(jìn)行監(jiān)控。

三維建模助力自動(dòng)化立體庫建設(shè)

05

在自動(dòng)化倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模是不可缺少的一項(xiàng)工作，運(yùn)用計(jì)算機(jī)建模技術(shù)，將倉儲(chǔ)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成三維立體模型，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)建立倉庫模型圖，一方面可以直觀展現(xiàn)自動(dòng)化立體庫效果圖，另一方面可以規(guī)避立體倉庫與周圍廠房建筑設(shè)施干涉情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并調(diào)整方案，為后期項(xiàng)目實(shí)施保駕護(hù)航。

1.建模軟件介紹及模型效果

在自動(dòng)化物流倉儲(chǔ)行業(yè)，常用的建模軟件有3D MAX、SKETCHUP、FLEXSIM等，本項(xiàng)目采用SKETCHUP2018軟件進(jìn)行建模，結(jié)合前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)，建立倉庫建筑模型，而后依次對(duì)立體庫貨架、輸送設(shè)備、提升機(jī)、四向車、AGV等進(jìn)行建模，完成整體模型的搭建，在搭建三維過程中，發(fā)現(xiàn)多處立體庫貨架與土建廠房干涉情況，及時(shí)有效地進(jìn)行調(diào)整，使得項(xiàng)目實(shí)施順利開展，項(xiàng)目三維模型效果如圖14所示。

圖14 立體倉庫三維效果圖

2.立體庫建成落地實(shí)際效果

通過前期細(xì)致的調(diào)研，結(jié)合三維建模等技術(shù)，保障系統(tǒng)順利實(shí)施，該企業(yè)自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)順利建成落地，為企業(yè)降本增效發(fā)光發(fā)熱。立體庫實(shí)景，如圖15、圖16和圖17所示。

圖15 自動(dòng)化立體倉庫實(shí)拍

圖16 立體庫出庫口實(shí)拍

圖17 AGV實(shí)拍

項(xiàng)目運(yùn)行效果

06

自動(dòng)化立體倉庫建成投入使用后，使該機(jī)械制造企業(yè)的倉儲(chǔ)空間利用率提高300%，物料信息管理高效快捷，信息追蹤、庫存管理精準(zhǔn)把控，數(shù)據(jù)管理準(zhǔn)確率達(dá)99.99%，自動(dòng)化程序提升90%，節(jié)省80%人工成本；通過引入AGV系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“出庫－搬運(yùn)－產(chǎn)線配送－清洗配送”的全流程自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，解決了人工叉車在產(chǎn)線擁擠堵塞問題，后期生產(chǎn)車間與立體庫間的搬運(yùn)由人工叉車改為AGV后，該企業(yè)從生產(chǎn)入庫、出庫、產(chǎn)線配送實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化，降低人工成本，企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效，滿足企業(yè)高密度存儲(chǔ)、高周轉(zhuǎn)效率需求，低成本運(yùn)營(yíng)，極大提高了企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

通過這一項(xiàng)目，可以看到自動(dòng)化立體庫是助力機(jī)械制造企業(yè)發(fā)展的一大利器，可顯著提升倉儲(chǔ)容量、提高自動(dòng)化程度、減少人工錯(cuò)誤率及降低人工成本，實(shí)現(xiàn)全面數(shù)據(jù)化、可視化管理，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)“降本增效、節(jié)能降耗”奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

———— 物流技術(shù)與應(yīng)用融媒 ————

編輯、排版：王茜

本文內(nèi)容源自，有刪改。

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