超重型自動化立體庫研究與設(shè)計

國網(wǎng)寧夏電力有限公司銀川供電公司 康曉雪 顧 亮

在步入工業(yè)4.0時代以后，傳統(tǒng)中人工化、半自動化的設(shè)備應(yīng)用與管理模式已無法滿足生產(chǎn)活動中的實際需求，使得自動化技術(shù)、智能化技術(shù)與生產(chǎn)系統(tǒng)的融合越發(fā)勢在必行。在此背景下，自動化立體庫作為新一代的物流倉儲系統(tǒng)應(yīng)運而生，為企業(yè)倉儲工作效率、生產(chǎn)管理質(zhì)量以及綜合技術(shù)實力的提升提供了有力助推。

1 超重型自動化立體庫的應(yīng)用優(yōu)勢

超重型自動化立體庫是現(xiàn)代物流倉儲領(lǐng)域下的新生產(chǎn)概念、新技術(shù)系統(tǒng)，綜合運用了自動控制技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)、自動識別技術(shù)、信息管理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多種現(xiàn)代科技，表現(xiàn)出了高水平的應(yīng)用價值。與傳統(tǒng)時期的普通倉庫相比主要表現(xiàn)如下應(yīng)用優(yōu)勢：

實現(xiàn)了倉儲空間的充分利用。在傳統(tǒng)生產(chǎn)活動中倉庫的貨物存儲方式大多是單層、平面的，此時期即便有人已想到要提高倉儲空間的實際利用率，但往往也會因裝載、搬運等方面的技術(shù)條件限制而很難付諸實踐。相比之下，超重型自動化立體庫使用了縱向延伸的立體式存儲形式，其貨架通常在12米至20米之間，大大提高了倉庫單位面積的貨物容納能力。

實現(xiàn)了工作效率的大幅提升。在過去很長一段時間里，企業(yè)貨物都是靠純?nèi)肆蛉藱C結(jié)合的方式進(jìn)行裝卸搬運的，這不僅會消耗大量的人力成本，也會使貨物重量與搬運速度形成反比關(guān)系，不利于工作效率的高水準(zhǔn)、穩(wěn)定化保持。此外受客觀因素限制，搬運人員存在睡眠、休息等需求，且難免出現(xiàn)疲勞、疏忽等問題，這也會在很大程度上影響倉儲工作的效率與質(zhì)量。相比之下，超重型自動化立體庫完全采取自動化、智能化的機械搬運方式，并不會在一線生產(chǎn)方面涉及到人力需求。這樣既有助于將倉儲工作保持在穩(wěn)定、高效的狀態(tài)當(dāng)中，同時也能實現(xiàn)全天候的運作、監(jiān)控與管理，從而促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效率、生產(chǎn)效益的提升[1]。

實現(xiàn)了人員安全的有效保障?；诔匦妥詣踊Ⅲw庫的“去人工化”運行特點，傳統(tǒng)中貨物裝卸、搬運以及現(xiàn)場管理中可能存在的安全隱患都能得到基本控制，從而大幅降低對人員生命健康的威脅性；實現(xiàn)了貨物安全的有效保障。超重型自動化立體庫主要通過托盤、貨箱、傳統(tǒng)帶等機械化輸送系統(tǒng)進(jìn)行貨物的裝卸與搬運，這在很大程度上弱化了人因風(fēng)險對貨物安全的影響，因此能達(dá)到降低貨損率的理想效果。

2 超重型自動化立體庫的設(shè)計需求

2.1 常規(guī)管理的設(shè)計需求

應(yīng)具備基本信息的管理功能，具體信息內(nèi)容包括用戶信息、客戶信息、訂單信息、條碼信息、物料信息、倉位信息等。在此基礎(chǔ)上應(yīng)為不同用戶提供出差異性的信息管理權(quán)限，如信息查詢的權(quán)限、信息增刪的權(quán)限、信息修改的權(quán)限等；應(yīng)滿足內(nèi)部信息的打印、備份、傳輸、可視化顯示等功能需求，以確保為相關(guān)人員的生產(chǎn)活動提供便利；應(yīng)同時具備良好的兼容性與拓展性。一方面自動化立體庫系統(tǒng)應(yīng)支持市面上常見的各類計算機操作系統(tǒng)、手持掃碼設(shè)備以及數(shù)據(jù)庫，并能隨技術(shù)發(fā)展而更新升級。這樣才能保證自動化立體庫的高效、順暢運用，防止系統(tǒng)沖突、設(shè)備失能等負(fù)面情況發(fā)生。另一方面自動化立體系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留出適當(dāng)?shù)能浻布涌谂c系統(tǒng)空間，以應(yīng)對倉庫擴容、貨架結(jié)構(gòu)調(diào)整、新系統(tǒng)接入等后續(xù)應(yīng)用要求；在設(shè)計中無論是系統(tǒng)的核心服務(wù)器端還是手持設(shè)備終端都應(yīng)保證易用性，即界面清晰簡潔、設(shè)備操作簡單，以降低相關(guān)人員讀取信息、操控系統(tǒng)的難度。

2.2 出入庫管理的設(shè)計需求及總體設(shè)計

超重型自動化立體庫的入庫管理主要是針對倉儲貨物而言的。在自動化立體庫系統(tǒng)的實踐應(yīng)用中，其需要按照庫管人員已核對無誤的入庫單據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)貨物掃碼指令的反饋響應(yīng)，并驅(qū)動托盤輸送機、箱式輸送機、皮帶輸送機等開展作業(yè)，執(zhí)行相應(yīng)貨物的入庫任務(wù)。在入庫完成后系統(tǒng)還應(yīng)對各項入庫信息進(jìn)行記錄存檔，并為庫管、客戶等人員提供二維碼、條形碼、任務(wù)單等的呈現(xiàn)與打印服務(wù)。在前期的系統(tǒng)設(shè)計中，相關(guān)人員必須要對上述流程的功能需求提起重視。與入庫管理同理，在超重型自動化立體庫的出庫管理設(shè)計中，相關(guān)人員也應(yīng)滿足生成出庫單據(jù)、發(fā)送出庫指令、驅(qū)動輸送設(shè)備、記錄出庫信息、提供打印服務(wù)等功能需求。

2.3 庫存管理的設(shè)計需求

庫存管理功能方面的設(shè)計需求以信息查詢?yōu)橹?，需要查詢的?nèi)容包括貨物庫存狀態(tài)、貨物箱碼、貨物倉位、托盤編碼、出庫任務(wù)細(xì)節(jié)、入庫任務(wù)細(xì)節(jié)、盤點任務(wù)細(xì)節(jié)、調(diào)配單據(jù)等信息。做好該項設(shè)計可為倉庫管理人員、出入庫人員應(yīng)用超重型自動化立體庫系統(tǒng)提供極大便利。

2.4 智能分析的設(shè)計需求

雖然超重型自動化立體庫具備相對完善的機械化運作機制與生產(chǎn)能力，但仍存在一定的故障風(fēng)險，如貨物脫離傳送帶、貨物掉出托盤、貨物包裝破損、程序流轉(zhuǎn)混亂等。當(dāng)發(fā)生此類情況時，為將故障影響降低在最低水平，實現(xiàn)超重型自動化立體庫系統(tǒng)運行狀態(tài)的快速恢復(fù)，需技術(shù)、管理等人員介入對系統(tǒng)實施及時性、針對性的監(jiān)管與維修?；诖耍嚓P(guān)人員在前期的設(shè)計實踐中還應(yīng)意識到系統(tǒng)自檢、自查、制動等需求的滿足必要性，進(jìn)而設(shè)計出智能分析功能，依靠多種數(shù)據(jù)實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的真實評估與動態(tài)告警。此外，結(jié)合行業(yè)經(jīng)驗來看，超重型自動化立體庫在投用運行的過程中還面臨多種硬件上的故障隱患，如線路老化破損、設(shè)備機構(gòu)局部過熱、周圍環(huán)境潮濕銹蝕等。所以相關(guān)人員還應(yīng)依托傳感器技術(shù)提高智能分析功能的數(shù)據(jù)覆蓋范疇，以進(jìn)一步提高超重自動化立體庫系統(tǒng)及現(xiàn)場人員的風(fēng)險感知水平。

2.5 超重型自動化立體庫的總體設(shè)計

設(shè)計超重型自動化立體庫系統(tǒng)的總體架構(gòu)時可劃分出展示層、應(yīng)用層、控制層以及數(shù)據(jù)層四個層次。展示層即系統(tǒng)的最前端，主要包括自動化立體庫系統(tǒng)界面與手持終端設(shè)備界面兩個部分，均應(yīng)具備優(yōu)質(zhì)的可視化特性；應(yīng)用層則為倉庫管理、出入庫等人員的操作應(yīng)用層次，具體應(yīng)包括基本信息管理、更新升級管理、入庫管理、出庫管理、庫存管理、故障管理以及日志記錄等；控制層主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的實際執(zhí)行控制，應(yīng)包括堆垛機控制、運輸機控制（如托盤輸送設(shè)備、箱式輸送設(shè)備、皮帶輸送設(shè)備等）、工業(yè)機器人控制、穿梭車控制、傳感器控制等；數(shù)據(jù)層可將SQL Server 數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，進(jìn)行用戶信息、客戶信息、貨物信息、倉位信息、票單信息、任務(wù)信息等的存儲與查詢。同時還可通過Web Service、非對稱密鑰等技術(shù)，為超重型自動化立體庫的系統(tǒng)信息交互提供穩(wěn)定支持與安全保障。

3 超重型自動化立體庫的細(xì)化設(shè)計

3.1 軟件設(shè)計

在常規(guī)管理的模塊設(shè)計體系中，用戶、客戶、貨物等的基本信息管理為重中之重。在設(shè)計用戶管理模塊時應(yīng)保證用戶賬號各自獨立、互不重復(fù)，支持單個賬號與多種權(quán)限的綁定對接，并體現(xiàn)用戶的姓名、崗位、職稱、聯(lián)系電話等信息；在設(shè)計客戶管理模塊時應(yīng)賦予客戶相對應(yīng)的訂單發(fā)起權(quán)限，并體現(xiàn)客戶的系統(tǒng)賬號、真實姓名、聯(lián)系電話、電子郵箱、訂單項目、合同編號等信息。在此基礎(chǔ)上，若企業(yè)與客戶之間的合作關(guān)系已終止，應(yīng)及時刪除系統(tǒng)內(nèi)的客戶信息；在設(shè)計貨物管理模塊時應(yīng)注重體現(xiàn)貨物的具體名稱、主鍵ID、倉位、箱碼、托盤標(biāo)簽、包裝數(shù)量、計量單位、空間體積、類型描述等。若客戶已提交了相關(guān)訂單申請則應(yīng)將貨物信息與客戶信息相綁定。若用戶已發(fā)出出入庫指令，則應(yīng)將貨物信息與用戶信息相綁定。此外還需將超重型自動化立體庫系統(tǒng)與已部署的服務(wù)器、傳感器、顯示器、交換機、打印機等設(shè)備系統(tǒng)建立連接，以滿足倉儲信息的采集、呈現(xiàn)、傳送、輸出等常規(guī)管理需求。

在設(shè)計入庫管理模塊時，相關(guān)人員主要應(yīng)關(guān)注入庫需求單、入庫調(diào)配單、入庫操作等方面。在入庫需求單方面，應(yīng)明確體現(xiàn)需求單的創(chuàng)建時間、申請人員、申請人聯(lián)系方式、審核用戶ID 等。在入庫調(diào)配單方面應(yīng)明確體現(xiàn)貨物入庫量的核實數(shù)量，并實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)讀取與票單轉(zhuǎn)化。在入庫操作方面，系統(tǒng)應(yīng)將已轉(zhuǎn)化生成調(diào)配單傳輸至PDA、平板電腦等手持終端設(shè)備處，輔助入庫人員完成對貨物實際數(shù)量、規(guī)格型號、性能狀態(tài)的核對檢查。檢查完成后即可基于特定程序代碼驅(qū)動輸送、碼垛等機械設(shè)備執(zhí)行入庫任務(wù)；在設(shè)計出庫管理模塊時相關(guān)人員主要應(yīng)關(guān)注出庫需求單與出庫操作兩個方面，與入庫需求單、入庫操作的設(shè)計思路基本相同[2]。

庫存管理的模塊設(shè)計。庫存管理模塊主要用于貨物當(dāng)前庫存狀態(tài)的查詢與盤點，具體功能包含庫存查詢、箱碼查詢、托盤查詢、調(diào)配單查詢等部分。在設(shè)計中，各項查詢信息均以Excel 表格的形式輸出與保存，同時應(yīng)滿足特定時間段的查詢需求。例如，若相關(guān)人員想要查詢2018年4月到2019年5月的所有調(diào)配單，即可將起止日期輸入或鍵入到庫存管理模塊的界面當(dāng)中，并單擊查詢鍵進(jìn)行票單信息的檢索與提取。

在設(shè)計超重型自動化立體庫的智能分析模塊時，相關(guān)人員可進(jìn)行PLC 控制技術(shù)與多種傳感技術(shù)的綜合運用。首先以標(biāo)準(zhǔn)的自動化立體庫運行狀態(tài)作為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)健康工況參數(shù)的預(yù)設(shè)；其后依托影像、溫度、電壓等傳感器對自動化立體庫的實際運行情況進(jìn)行動態(tài)感知，并將相關(guān)信息傳回至PLC 控制器處；最后，若實際工況參數(shù)與預(yù)設(shè)工況參數(shù)存在過大偏離，則說明自動化立體庫系統(tǒng)已存在異常問題，如設(shè)備失能、貨物脫離等。此時PLC 控制器便可根據(jù)程序代碼控制觸發(fā)告警、制動等動作，從而在弱化故障影響的同時提醒相關(guān)人員及時進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行故障排查與檢修處理。

3.2 硬件設(shè)計

在設(shè)計超重型自動化立體庫的貨架時，必須要凸顯出自動化立體庫縱向延伸的空間利用特點，在廠房條件允許的情況下可適當(dāng)將倉庫貨位的層數(shù)、排數(shù)提至較高水平。為提高倉儲生產(chǎn)活動的便利性，防止人員、設(shè)備等的工作動線、運作空間發(fā)生沖突，相關(guān)人員還應(yīng)做好巷道的規(guī)劃工作?；诔匦妥詣踊Ⅲw庫的特殊性，還需對貨架的承載力提起重視，盡量選擇防銹性能好、結(jié)構(gòu)強度高的鋼結(jié)構(gòu)框架、貨架片以及連接件。

在機械方面，超重型自動化立體庫常用的設(shè)備有托盤輸送設(shè)備、箱式輸送設(shè)備、皮帶輸送設(shè)備、尺寸檢測設(shè)備、碼垛機器人、巷道碼垛機等。在設(shè)計實踐中應(yīng)根據(jù)倉儲生產(chǎn)活動的訂單量、庫存量、出入庫頻率等具體需求，對各類機械設(shè)備進(jìn)行針對性的選擇。例如，某自動化立體庫用托盤輸送設(shè)備的設(shè)計信息如下：托盤尺寸1300mm×1300mm×1690mm；輸送重量800kg；輸送速度16m/min；控制機制為PLC控制+總線控制；主要電器元件品牌為施耐德、西門子；接線端子品牌為魏德米勒；機柜品牌為施耐德。

總之，將超重型自動化立體庫應(yīng)用到企業(yè)的生產(chǎn)實踐中，與傳統(tǒng)普通倉庫相比能顯著提高倉儲空間利用率與倉儲工作效率，并為人員、貨物提供出高等級的安全保障。在實踐中相關(guān)人員應(yīng)致力于實現(xiàn)出庫、入庫、庫存、故障等多方面功能需求的充分滿足，并據(jù)此進(jìn)行總體架構(gòu)搭建與模塊細(xì)節(jié)設(shè)計，以確保超重型自動化立體庫應(yīng)用價值的充分發(fā)揮，為企業(yè)生產(chǎn)效益、生產(chǎn)效率、技術(shù)實力的綜合提升夯實動能基礎(chǔ)。