基于現(xiàn)代物流管理的自動化倉儲管理解決方案

作者簡介：汪淳，安徽工業(yè)大學管理科學與工程學院管理科學與工程專業(yè)碩士研究生。

摘 要：在冶金企業(yè)中，備品和備件的存儲量大、種類多、周轉率高，在生產(chǎn)保障中擔負著重要作用。主要針對冶金企業(yè)備品備件的倉儲管理，提出以自動化倉儲管理為基礎、以條形碼管理為載體并與采購供應鏈管理相結合的立體倉儲管理解決方案。通過該方案的實施，可大幅提高倉儲管理精度及效率。

關鍵詞：條形碼管理；采購供應鏈管理；立體化倉儲

中圖分類號：F25 文獻標識碼：A 文章編號：16723198（2014）03006402

備件和備品的倉儲管理，在冶金企業(yè)的管理流程中起著非常重要的作用，如果物流管理某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏，不能確保備品備件準確、及時的供應，企業(yè)將受到無法估量的損失。所以，在現(xiàn)代冶金制造企業(yè)中加強備品備件的倉儲管理是非常必要的。

企業(yè)規(guī)模在不斷增大的過程中，伴隨著倉儲管理中備件備品的數(shù)量、種類也在不斷的增加，出入庫的頻率劇增，多樣化、復雜化的倉儲管理作業(yè)也成為了一大特色，現(xiàn)代倉儲管理數(shù)據(jù)采集方式和作業(yè)模式要求準確、快速，而這些是傳統(tǒng)倉庫的管理方式所無法滿足的，這已經(jīng)成為了制約企業(yè)發(fā)展的一大絆腳石，企業(yè)的生產(chǎn)受到了嚴重的影響。

因此，有必要在備品備件的倉儲管理中引入基于條形碼技術的立體化倉儲管理系統(tǒng)，對立體化倉庫的各項作業(yè)環(huán)節(jié)到貨檢驗、入庫、調(diào)撥、出庫、移庫、庫存盤點等自動化進行數(shù)據(jù)采集，確保倉儲管理的各項作業(yè)環(huán)節(jié)輸入數(shù)據(jù)的準確性和快速性，保證企業(yè)掌握庫存的真實數(shù)據(jù)，控制和保持企業(yè)庫存在合理范圍內(nèi)。利用立體化倉庫管理系統(tǒng)的庫存管理功能，我們可以及時掌握備品備件當前所處的位置，倉儲管理的工作效率將會得到很大提升。

1 思路規(guī)劃

與其他類型企業(yè)不同，冶金企業(yè)的備件備品管理有一定的特殊性，主要的是以下幾個方面，物品品種繁多、形狀差異大、可靠性要求高、存儲周期差異大等方面。

1.1 品種繁多

冶金企業(yè)的制造工藝比較復雜，所以備件備品的種類比較多，少則幾千種、多則幾萬種，并且，它們分屬不同的二級單位，在一定程度上使得倉儲管理的難度增加。所以，分區(qū)管理的方式應用在立體倉庫中，以物料類別對備件備品進行分類，同時引入邏輯庫區(qū)的概念，多個邏輯庫區(qū)只對應一個物理庫區(qū)，實現(xiàn)對物品歸屬單位的劃分。

1.2 形狀差異大

冶金企業(yè)備品備件的形狀千差萬別，有圓形的、長方體的、還有很多其他不規(guī)則的形狀。所以，固定物品的標簽是一個比較困難的事情。綜合分析各種情況后，我們在自動化倉庫管理中采用在每個托盤的同一位置固定物品標簽、然后在備品備件上懸掛標識的方式，這樣不僅解決了備品備件的標簽固定問題，而且便于標簽的識別。

1.3 可靠性要求高

由于冶金企業(yè)屬于連續(xù)生產(chǎn)企業(yè)，對備品備件的及時性要求非常高，因此對自動化倉儲的可靠性也提出了很高的要求。在系統(tǒng)設計時充分考慮了這部分需求，操作人員可通過手動控制、單機自動控制、聯(lián)機自動控制等多種方式對堆垛機進行操作，保證即使在系統(tǒng)崩潰時也可通過手動操作完成出庫作業(yè)。

1.4 存儲周期差異大

由于冶金企業(yè)備品備件的更換周期不同，有些屬于更換頻繁的備件，有些屬于更換周期較長的備件，甚至有些備品備件的庫存周期達數(shù)年之久。因此，與通常采用的按各巷道存放機會均等的原則不同，在本解決方案中根據(jù)物品預測的存放周期，對于存儲周期短的物品采取優(yōu)先選擇作業(yè)行程較短的巷道存放，對于存儲周期長的物品采取優(yōu)先選擇作業(yè)行程較長的巷道存放的方式，減少每次作業(yè)的平均行程，縮短物品出入庫的平均時間。

2 系統(tǒng)組成

立體化倉儲系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件及系統(tǒng)軟件兩部分組成。

硬件系統(tǒng)包括：貨架（由五個巷道組成，每個巷道有兩排貨架，共有十排貨架，貨位總數(shù)：9000）、出入庫臺（操作人員從高架庫送貨、取貨通過出入庫臺完成。出入庫臺包括：兩個入庫臺、一個出庫臺、兩個揀選臺。）、堆垛機（共兩臺在五個巷道內(nèi)行駛，進行貨物入庫、出庫作業(yè)）、出入庫輸送系統(tǒng)（完成堆垛機的轉軌及出入庫臺接的輸送。系統(tǒng)包括：轉軌車；分配車；鏈條、滾道輸送系統(tǒng)）；

軟件系統(tǒng)包括：堆垛機及出入庫輸送系統(tǒng)電氣控制；立體倉庫監(jiān)控與管理系統(tǒng)兩部分。下面我們著重介紹軟件系統(tǒng)的功能。

3 堆垛機及出入庫輸送系統(tǒng)電氣控制

3.1 控制器

采用德國西門子S7-300系統(tǒng)可編程控制器及其輸入/輸出/通信模塊，該系列PLC工作穩(wěn)定、可靠，外型精致、小巧，平均無故障時間在20000小時以上。

3.2 認址方式

采用相對認址方式，在水平運行和垂直運行各設一個原位，作為認址參考點，堆垛機運行中相對于參考點進行加減認址。

3.3 停準精度

堆垛機運行的停準精度由堆垛機自動換速和快速制動來保證，其PLC能在接近目標地址前自動切換低速，以低速接近目標地址達到停準目的，并具有過沖自動調(diào)整功能。停準精度：±5mm。

3.4 通信方式

采用紅外通信，在堆垛機下橫梁和地面安裝一對直線紅外通信器，系統(tǒng)運行中實現(xiàn)不間斷全雙工通信，確保信息傳送正確可靠。

3.5 控制方式

（1）手動控制。操作人員登機操作，通過電控柜操作面板的控制按鈕、手柄直接操作堆垛機前后運行、上下升降、左右伸縮貨叉、其間的運動或停止、高低速切換完全由操作人員控制。該方式一般在自動方式因故失靈或堆垛機維護時使用。

（2）單機自動控制。操作人員通過電控柜操作面板的任務輸入鍵盤或觸摸屏非常簡便的設置指定貨位地址的入庫/出庫/倒庫作業(yè)，一次可設定多個任務，堆垛機將連續(xù)執(zhí)行取送作業(yè)，完成所有的任務后，自動返回原位待機。

（3）聯(lián)機自動控制。由堆垛機PLC接收上位機下達的出/入庫或倒庫指令自動執(zhí)行作業(yè)，作業(yè)過程中通過紅外通信實時向上為監(jiān)控機連續(xù)發(fā)送狀態(tài)位置等信息，運行的檢測信息和故障信息將自動向監(jiān)控機報告，同時點亮操作面板上的相應表示燈。

三種控制方式互為連鎖，自動作業(yè)具有貨物超限檢測、自動探貨、自動定位，防沖撞、防誤動作等功能。

4 立體倉庫監(jiān)控與管理系統(tǒng)

自動化立體倉庫的監(jiān)控與管理系統(tǒng)就是利用計算機實現(xiàn)對倉庫物流過程及其傳媒設備實現(xiàn)全面的實時監(jiān)視、控制與信息管理，達到準確、迅速、有序、高效的現(xiàn)代化倉庫管理要求，自動化立體倉庫涉及作業(yè)計劃、作業(yè)調(diào)度和作業(yè)實施；物流設備的自動控制和全程實時監(jiān)視；物流信息的存儲、處理、傳輸與共享。

完整的自動化倉儲系統(tǒng)的設計分為四層，即：服務層、管理層、監(jiān)控層和執(zhí)行層。服務層由系統(tǒng)的服務器提供數(shù)據(jù)庫服務，通過局域網(wǎng)和管理層進行貨物信息的數(shù)據(jù)交互與處理，并實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的信息集成與資源共享。管理層負責系統(tǒng)的高級管理工作，完成自動化倉儲系統(tǒng)的貨位管理、查詢報表、出入庫的庫存管理分析、故障分析、系統(tǒng)維護等工作，實現(xiàn)監(jiān)控管理系統(tǒng)和服務器的作業(yè)指令與交互信息及時下達。監(jiān)控層是倉庫管理與控制系統(tǒng)的心臟，負責接收、協(xié)調(diào)以及轉發(fā)倉庫管理系統(tǒng)的作業(yè)指令，完成作業(yè)指令的分解，使得物流設備的各部執(zhí)行機構控制得當；實時動畫跟蹤和采集接收和處理控制系統(tǒng)的信息。執(zhí)行層通過各環(huán)節(jié)的執(zhí)行機構，執(zhí)行、跟蹤并依次完成各項作業(yè)指令規(guī)定的任務。

（1）貨位管理方式。根據(jù)作業(yè)巷道的遠近，以5條巷道的自動化立體倉庫為例，我們優(yōu)先選擇靠中間的2、3、4號巷道的儲位，在巷道儲位均滿的情況下再選擇1、5號巷道的儲位。在巷道確定的情況下優(yōu)先選擇水平和垂直方向接近于0的儲位進行物品存放。

算法投入使用后可減少平均出入庫時間40%，減少堆垛機平均行程40%。大大提升了作業(yè)效率，降低了作業(yè)功耗。

（2）貨物編碼。首先對備品備件身份卡片的內(nèi)容進行優(yōu)化，將物品名稱、型號規(guī)格、描述、成本中心、制造廠商、生產(chǎn)日期、入庫時間等信息通過管理系統(tǒng)直接打印在卡片上，這樣不僅減輕現(xiàn)場操作人員工作量，而且大大豐富了物品身份識別卡包含的物品信息。

在此基礎上，還設計了物品條形碼對物品進行管理，物品條形碼由9位字符組成，前8位標識物品代碼與PS/CS物料代碼一致，后1位標識物品屬性（如：新品）等。

（3）綜合管理功能。庫存管理功能：建立備品備件貨位明細表、庫存明細表、周期庫存資金統(tǒng)計表、出入庫作業(yè)記錄表、采購計劃單等，建立貨物編碼、供應商、部門、用戶編碼、庫存量等檔案資料，建立運行記錄，包括完成情況、作業(yè)執(zhí)行情況、設備故障及報警記錄等。

貨位管理功能：結合靈活與自動的原則，分析貨位的安排是否合理，使貨位的存取的狀態(tài)處在高層貨架均衡受力和高效運行之中。作業(yè)計劃功能：接受備品備件的出入庫和供應商材料等作業(yè)信息，制定相應的生產(chǎn)作業(yè)計劃，單項處理或批量處理作業(yè)單。作業(yè)調(diào)度功能：統(tǒng)一調(diào)度貨位的分配和作業(yè)，為了提高堆垛機的效率和存取速度，以及防止因某一臺堆垛機出現(xiàn)故障而影響其它的出入庫作業(yè)，預測備品備件的存儲周期，按照堆垛機出入庫行程最短的原則，合理分配貨位；同時，還要按照同種貨物先進先出的原則，選擇出庫貨位，將制定的作業(yè)調(diào)度指令下達給監(jiān)控管理系統(tǒng)。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)功能。首先，將實時接收的作業(yè)過程信息、堆垛機的狀態(tài)、報警情況等以動態(tài)圖形的樣式顯示在監(jiān)控界面中。其次，把接收到的立體倉庫管理系統(tǒng)（終端機）的作業(yè)單轉化為作業(yè)指令，并存入到待發(fā)任務的隊列中，相應貨位的出入庫作業(yè)指令即可向堆垛機發(fā)送。再者，根據(jù)實際需要，控制自動化倉儲管理系統(tǒng)封鎖某條巷道或發(fā)出指令讓堆垛機急停、返回。最后，當設備發(fā)生故障或設備異常時，通過屏幕和聲卡發(fā)出聲光報警。某些故障發(fā)生后，故障設備將立即自動停用并立即封鎖，同時將故障信息發(fā)給倉庫管理人員，快速調(diào)整作業(yè)計劃和作業(yè)單，盡可能的避免使用故障設備，通知設備維修人員進行維護。

（5）界面及功能模塊。管理界面模塊：根據(jù)網(wǎng)絡上監(jiān)控機的設備狀態(tài)信息，圖形化實時顯示各堆垛機的狀態(tài)（聯(lián)機、脫機、封鎖、解鎖、報警），及時自動解、封鎖巷道堆垛機。合法性檢查模塊：進入系統(tǒng)前，確認操作人員的工號及口令。超限報警模塊：可檢測各種貨物庫存的高、低限（安全庫存），及時報警，以便安排供貨調(diào)度。入出庫作業(yè)模塊：在人機界面填寫出/入庫作業(yè)單，將相關數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，目標貨位的作業(yè)指令則通過網(wǎng)絡交給監(jiān)控機，然后發(fā)往有關堆垛機。當設備故障，貨物通過手動作業(yè)方式進行出/入庫作業(yè)，其相關數(shù)據(jù)可由脫機方式寫入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫查詢模塊：查詢庫存明細、貨位明細、出/入庫明細記錄等，提供多種字段排序、過濾操作，快速查找指定編碼、貨位、日期等記錄。貨位查詢模塊：直觀顯示全部貨位的情況（空貨位、有貨位、空托盤、有托盤）；按排號或區(qū)域統(tǒng)計貨位使用情況，并用柱形圖顯示倉庫占空比。報表打印模塊：可按多種排序、過濾方式的組合條件，打印各種所需表格，提供打印前的預覽功能，并可按比例進行縮放。數(shù)據(jù)庫維護模塊：提供數(shù)據(jù)庫日常備份以及過期和無效記錄的不定期清理功能。作業(yè)修改模塊：出/入庫單輸入錯誤時，允許通過修改作業(yè)記錄表，自動修正各關聯(lián)數(shù)據(jù)庫表的相關數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)庫與實物的一致性。盤庫/理庫模塊：提供盤庫、理庫作業(yè)，允許貨位作相應調(diào)整。

參考文獻

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