子母車式密集存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

陳 芳，匡永江，徐 健，支嘉斌，萬(wàn)英和

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

近年來(lái)，子母車式密集存儲(chǔ)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱子母車系統(tǒng)）被廣泛應(yīng)用于物流行業(yè)，首先是因?yàn)槊芗鎯?chǔ)解決了傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)占地面積過(guò)大的問(wèn)題，其次是子母車系統(tǒng)可高速自動(dòng)運(yùn)行，減少了傳統(tǒng)叉車作業(yè)模式下的人工成本并提高了作業(yè)效率。該系統(tǒng)主要由子母車、密集貨架、提升機(jī)、輸送機(jī)以及上位機(jī)信息系統(tǒng)構(gòu)成。其中，子車完成在貨架巷道內(nèi)存取貨物、理貨盤點(diǎn)等作業(yè)，母車主要完成子車的搬運(yùn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)子車換巷道或換層。子母車式密集存儲(chǔ)系統(tǒng)不但具有高度的空間利用率、高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，還可以建立合理的信息管理系統(tǒng)，通過(guò)WCS和WMS信息系統(tǒng)的共同作用實(shí)現(xiàn)貨物、子車、母車在密集存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的管理與調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)化作業(yè)。

1 子母車式密集存儲(chǔ)系統(tǒng)概述

1.1 密集貨架系統(tǒng)

穿梭式貨架是以子母車在密集貨架巷道內(nèi)直線運(yùn)行為基礎(chǔ)的一種自動(dòng)化立體貨架。相對(duì)于普通貨架，穿梭式貨架則需要具備更高的剛度和強(qiáng)度以及更強(qiáng)的抗震指數(shù)。根據(jù)貨架存儲(chǔ)貨物存取先后順序，其主要分為兩大類：

先入后出模式貨架（FILO模式），是指穿梭式貨架僅從一端存托盤，另一端不操作，可以實(shí)現(xiàn)后存入的托盤先取出。

圖1 先入先出模式貨架

圖2 先入后出模式貨架

1.2 子母車系統(tǒng)

子車由車體外殼、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、傳感器、驅(qū)動(dòng)電池、控制系統(tǒng)、車載遙控系統(tǒng)、安全防撞組件等組成。子車作為接收指令和搬運(yùn)托盤的主要執(zhí)行單元，根據(jù)遙控器指令、巷道內(nèi)托盤狀態(tài)、在巷道內(nèi)完成單存、單取、理貨、盤點(diǎn)等動(dòng)作。子車的作業(yè)基準(zhǔn)面分為A、B兩面，根據(jù)作業(yè)要求，可手動(dòng)或自動(dòng)更換作業(yè)基準(zhǔn)面。子母車系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)子車自動(dòng)充電的功能，當(dāng)車體根據(jù)自身傳感器判斷自身電量低于一定閾值時(shí)，其將向上位機(jī)發(fā)出充電請(qǐng)求，上位機(jī)根據(jù)其當(dāng)前作業(yè)狀態(tài)對(duì)其下發(fā)去往目的充電樁充電的任務(wù)。

母車主要由底座、行走裝置、鏈條輸送機(jī)等部分組成，母車底座是承載車體其他各部位的裝置；行走裝置主要由巷道、車輪、導(dǎo)向裝置、行走電機(jī)等組成；鏈條輸送機(jī)由電機(jī)，鏈輪，鏈條等組成。母車的行走裝置帶動(dòng)母車運(yùn)動(dòng)到上位機(jī)下發(fā)的貨架巷道口，等待相應(yīng)貨架巷道內(nèi)的穿梭子車上下母車；鏈條輸送裝置帶動(dòng)子車在母車上的運(yùn)動(dòng)，母車上的光電傳感器控制子車停準(zhǔn)在母車上，并實(shí)現(xiàn)子車向母車的放貨或取貨。

1.3 信息系統(tǒng)

1）倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)

倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)（Warehouse Control System，簡(jiǎn)稱WCS）是指在物流系統(tǒng)中負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)調(diào)度各物流設(shè)備如輸送機(jī)、堆垛機(jī)、穿梭車之間的運(yùn)行，采用C/S架構(gòu)，具有良好的擴(kuò)充性和開放的數(shù)據(jù)接口，能與上級(jí)信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為上級(jí)系統(tǒng)的調(diào)度指令提供執(zhí)行保障和優(yōu)化。

WCS可對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行同步監(jiān)控，并對(duì)各設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理與調(diào)度。通過(guò)合理的監(jiān)控與調(diào)度，提高系統(tǒng)入出庫(kù)的作業(yè)效率。其主要實(shí)現(xiàn)的功能如圖3所示。

圖3 倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

2）倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)

倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，簡(jiǎn)稱WMS）是通過(guò)對(duì)入庫(kù)業(yè)務(wù)、出庫(kù)業(yè)務(wù)、庫(kù)存盤點(diǎn)等功能綜合運(yùn)用的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完善的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)信息管理[1]。該系統(tǒng)可以獨(dú)立執(zhí)行庫(kù)存操作，可與ERP、MES、WCS等多種軟件系統(tǒng)對(duì)接。WMS具備與上級(jí)信息系統(tǒng)兼容對(duì)接能力，無(wú)上級(jí)信息系統(tǒng)時(shí)，可以獨(dú)立運(yùn)行。

通過(guò)重組整合與專門包裝兩大過(guò)程后，SPV基于所持有的應(yīng)收賬款發(fā)行有價(jià)證券。這部分證券的價(jià)格由應(yīng)收賬款的信用等級(jí)、質(zhì)量、現(xiàn)金流決定。SPV作為證券化的專業(yè)機(jī)構(gòu)，通過(guò)購(gòu)買企業(yè)的應(yīng)收賬款，對(duì)應(yīng)收賬款進(jìn)行更為科學(xué)與高效的管理，同時(shí)企業(yè)可以在一定程度上提升資產(chǎn)質(zhì)量，加快資金流動(dòng)，吸引更多融資，提升融資的專業(yè)化程度。

WMS在穩(wěn)定性、可靠性、高效性和合理性價(jià)比原則下采用成熟先進(jìn)技術(shù)，提高系統(tǒng)的信息化和自動(dòng)化程度、降低操作的復(fù)雜性，并可實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行信息跟蹤與反饋，保證系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性[2]。WMS實(shí)現(xiàn)了與倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱WCS）無(wú)縫銜接，在對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)管理中，WMS可以將出入庫(kù)的信息指令下發(fā)到WCS，由WCS完成出入庫(kù)指令，并將出入庫(kù)狀態(tài)返回到WMS。計(jì)算機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)總體框架如圖4所示。

圖4 計(jì)算機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)框圖

2 子母車式密集存儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

日前，穿梭式子母車密集存儲(chǔ)系統(tǒng)在冷鏈物流、醫(yī)藥、煙草等行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如何高效的調(diào)度子母車的作業(yè)過(guò)程直接影響到企業(yè)生產(chǎn)的效率。下面將以A制藥廠玻管庫(kù)為例，分析其子母車的作業(yè)流程及調(diào)度原則。

圖5 A廠玻管庫(kù)的平面布局圖

1）系統(tǒng)概述

圖5是A廠玻管庫(kù)的平面布局圖。倉(cāng)庫(kù)共5層，所有區(qū)域總體貨位878貨位，按照每列只能存放同種貨物的原則，貨物的存取由10臺(tái)母車（每層兩臺(tái)）、5臺(tái)子車（每層一臺(tái)）、入庫(kù)提升機(jī)T1、T2和出庫(kù)提升機(jī)T3，以及入出庫(kù)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)共同完成，同時(shí)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（WMS）和倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)（WCS）對(duì)倉(cāng)庫(kù)的物流信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度。

系統(tǒng)工作流程：入庫(kù)口與生產(chǎn)車間直接相連，叉車將入庫(kù)貨物放在入庫(kù)口的輸送機(jī)上，進(jìn)行尺寸檢測(cè)、RFID掃碼，綁定托盤信息。貨物運(yùn)送至T2提升機(jī)之前再次進(jìn)行掃碼，保證托盤信息的準(zhǔn)確，WCS采集托盤信息后給PLC下發(fā)入庫(kù)地址信息。同時(shí)通過(guò)T2提升機(jī)將貨物運(yùn)送至對(duì)應(yīng)層，并由該層1號(hào)母車運(yùn)送至A庫(kù)或B庫(kù)，A庫(kù)為先入先出庫(kù)，B庫(kù)為先入后出庫(kù)。

出庫(kù)時(shí)，A區(qū)貨物直接通過(guò)2號(hào)母車進(jìn)行出庫(kù)，B區(qū)貨物則先通過(guò)1號(hào)母車接貨，再經(jīng)過(guò)A區(qū)子車接貨，最后通過(guò)2號(hào)母車以及T3提升機(jī)進(jìn)行出庫(kù)。C區(qū)單排貨架的作用是臨時(shí)存放某些待出庫(kù)貨物、待隨機(jī)抽檢貨物，作為貨物周轉(zhuǎn)區(qū)使用。

2）作業(yè)調(diào)度原則

（1）貨架區(qū)域的劃分

此玻管庫(kù)共分為3個(gè)區(qū)域，倉(cāng)庫(kù)的A區(qū)及B區(qū)是密集存儲(chǔ)的主體區(qū)域，C區(qū)為單排貨架，主要作為貨物周轉(zhuǎn)區(qū)使用，A區(qū)為先入先出庫(kù)、B區(qū)為先入后出庫(kù)。入庫(kù)到C區(qū)的貨物必須經(jīng)過(guò)A區(qū)子母車輔助調(diào)度，同理，若B區(qū)貨物出庫(kù)，則必須經(jīng)過(guò)A區(qū)周轉(zhuǎn)。入庫(kù)和出庫(kù)的調(diào)度原則是倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)中調(diào)度子母車進(jìn)行作業(yè)的根本依據(jù)，子母車之間的調(diào)度配合問(wèn)題是提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率的關(guān)鍵。A區(qū)作為整個(gè)庫(kù)區(qū)的中間區(qū)域，定義其某一巷道為自由通道，用來(lái)周轉(zhuǎn)B、C區(qū)的出入庫(kù)貨物以及調(diào)度子車時(shí)作為子車的周轉(zhuǎn)通道使用。

（2）系統(tǒng)的作業(yè)流程

輸送系統(tǒng)作業(yè)流程：玻管庫(kù)的入庫(kù)口直接與生產(chǎn)車間相連，叉車將入庫(kù)貨物放置在入庫(kù)輸送機(jī)上，經(jīng)輸送系統(tǒng)傳輸運(yùn)送至2號(hào)母車處，當(dāng)系統(tǒng)在入庫(kù)口進(jìn)行第一次RFID掃碼后，掃碼系統(tǒng)將貨物信息與托盤信息綁定，并上傳至WMS，當(dāng)貨物經(jīng)輸送機(jī)運(yùn)送到入庫(kù)站臺(tái)時(shí)，進(jìn)行第二次RFID掃碼，保證托盤信息不丟失，同時(shí)WCS根據(jù)入庫(kù)原則等信息為貨物分配準(zhǔn)確的存放地址。

子母車作業(yè)方式：母車在該系統(tǒng)中主要進(jìn)行子車搬庫(kù)作業(yè)，當(dāng)WCS下發(fā)作業(yè)指令后，母車主要完成的作業(yè)有允許子車空車上母車、子車空車下母車，子車帶貨上母車、子車帶貨下母車。子車在貨架巷道內(nèi)做往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行單次取貨、單次放貨、理貨（在貨架A區(qū)）等功能。

（3）入庫(kù)作業(yè)調(diào)度

貨物入庫(kù)的主要流程包括：①叉車放貨；②RFID掃碼，綁定托盤信息，WCS分配入庫(kù)通道；③輸送機(jī)送貨，母車接貨；④WCS調(diào)度子母車，子車將貨物入庫(kù)。具體調(diào)度流程如圖6所示。

圖6 入庫(kù)作業(yè)的調(diào)度流程圖

圖7 出庫(kù)作業(yè)的調(diào)度流程圖

（4）出庫(kù)作業(yè)調(diào)度

貨物的出庫(kù)主要流程包括：①生成出庫(kù)單據(jù)，WCS下發(fā)出庫(kù)作業(yè)；②WCS調(diào)度子母車系統(tǒng)聯(lián)合作業(yè)，子車將貨物出庫(kù)。具體出庫(kù)調(diào)度流程如圖7所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

穿梭式子母車密集存儲(chǔ)系統(tǒng)以其自動(dòng)化程度高、空間利用率大等特點(diǎn)在自動(dòng)化物流市場(chǎng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其以醫(yī)藥、煙草、食品行業(yè)為主。本文主要介紹了子母車式密集存儲(chǔ)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、信息系統(tǒng)架構(gòu)，并以A廠玻管庫(kù)為例，分析了子母車的作業(yè)流程和調(diào)度算法。此子母車的應(yīng)用，節(jié)省了大量的人力物力，并實(shí)現(xiàn)了更好的倉(cāng)庫(kù)管理，為日后子母車的應(yīng)用提供了良好的借鑒。