板式家具自動(dòng)化原料與成品倉(cāng)管控流程對(duì)比研究*

牛怡婷 熊先青 袁瑩瑩 張靚婷

（南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京 210037）

隨著現(xiàn)代電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)模式在經(jīng)歷人工倉(cāng)儲(chǔ)、機(jī)械化倉(cāng)儲(chǔ)、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)、智能化倉(cāng)儲(chǔ)、集成化倉(cāng)儲(chǔ)階段后，逐步發(fā)展為更加智能、集成、信息化的“3I”倉(cāng)儲(chǔ)模式。其中自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是倉(cāng)儲(chǔ)模式不斷升級(jí)發(fā)展的產(chǎn)物，廣泛應(yīng)用于我國(guó)醫(yī)藥、軍事等企業(yè)。我國(guó)家具制造業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚，其信息化以及自動(dòng)化程度相對(duì)較低[1-3]。近幾年，在中國(guó)制造2025的推動(dòng)之下，我國(guó)板式家具制造業(yè)開始向智能化生產(chǎn)邁進(jìn)，建設(shè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)成為實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)的重要組成部分[4]。

立體倉(cāng)儲(chǔ)是一種利用垂直空間存放貨物的倉(cāng)儲(chǔ)模式，在此基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)在不直接人工接觸的情況下進(jìn)行貨物的存取與輸送即為自動(dòng)化立體倉(cāng)儲(chǔ)。以作用為標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成主要包括高層貨架、輸送系統(tǒng)、存取系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等；以零件性質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)，其組成主要包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng)等[5-7]。相對(duì)于傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)模式，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)不僅能夠在不增加橫向空間的情況下提高物料的存儲(chǔ)量，還具有提升物料的流通速度、流通效率、流通質(zhì)量，避免物料積壓；減少人工操作，進(jìn)而降低基于人工操作的出錯(cuò)率；降低倉(cāng)儲(chǔ)物流信息傳遞與反饋時(shí)間，提高問題解決效率；實(shí)現(xiàn)物料的先入先出，保證物料質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)[8-9]。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)有多種類型，根據(jù)企業(yè)需求具有不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，分類主要基于儲(chǔ)存對(duì)象、操作對(duì)象、貨架與整體建筑連接方式、自動(dòng)化控制方式、整體高度以及容量等。根據(jù)不同的存儲(chǔ)對(duì)象及物料流轉(zhuǎn)順序，立體倉(cāng)庫(kù)可以分為原料倉(cāng)、半成品倉(cāng)以及成品倉(cāng)三種類型[10]。

基于此，本文從立體倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)物料的內(nèi)涵與狀態(tài)、物料信息采集以及運(yùn)轉(zhuǎn)流程三個(gè)方面，對(duì)板式家具企業(yè)原料倉(cāng)與成品倉(cāng)進(jìn)行對(duì)比研究，旨在為家具企業(yè)立體倉(cāng)庫(kù)的整體性建設(shè)提供借鑒與參考，以進(jìn)一步提高家具企業(yè)的管理效率及質(zhì)量。

1 原料與成品倉(cāng)物料與存儲(chǔ)狀態(tài)

對(duì)于板式家具企業(yè)而言，半成品是經(jīng)過一定加工后需要暫時(shí)存儲(chǔ)的人造板，可以根據(jù)企業(yè)需求在物料加工過程中的所需位置設(shè)置一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)倉(cāng)，以保證不同加工工序之間的共同協(xié)調(diào)運(yùn)作，避免因生產(chǎn)速度與效率不同造成物料堆積甚至停工等問題。

原料倉(cāng)設(shè)于開料工序的前端位置，以S定制家居企業(yè)為例，其存儲(chǔ)物料為未經(jīng)任何加工的三聚氰胺飾面板。其中，厚度尺寸較大的人造板基材以刨花板為主，厚度尺寸較小的基材以纖維板為主，尺寸規(guī)格均為 2 440 mm×1 220 mm×18 mm。其堆垛方式：以原料倉(cāng)立體貨架貨格的高度為依據(jù)對(duì)人造板的堆疊高度進(jìn)行合理安排，以高度為堆疊方向，將第N+1人造板堆疊到第N張人造板上，保證接觸面相互重合，最終人造板垛呈極為整齊的長(zhǎng)方體。

成品倉(cāng)位于包裝工序的后端位置，是企業(yè)物流的最后一步。存儲(chǔ)的物料為原料倉(cāng)出庫(kù)的板材經(jīng)過鋸切、封邊、鉆孔、質(zhì)量檢驗(yàn)等一系列加工工藝流程后，按照一定的原則組合包裝的小板材，同一訂單不同紙箱包裝的小板件先以平面擺放，再以豎向立體堆疊的順序從拼單口的輥筒線體轉(zhuǎn)移至托盤上，最終托盤物料的存儲(chǔ)狀態(tài)（高度、重量等）取決于物料的形態(tài)（尺寸規(guī)格、數(shù)量等）。相對(duì)于原料倉(cāng)物料存儲(chǔ)狀態(tài)，成品倉(cāng)的物料狀態(tài)更加復(fù)雜。

2 原料與成品倉(cāng)物料信息采集

2.1 標(biāo)簽

一維碼與二維碼具有不同的優(yōu)勢(shì)：一維碼制造成本低，圖形簡(jiǎn)單，利用條碼中黑色與白色條塊在橫向不等距的排列組合來實(shí)現(xiàn)信息記錄，豎直方向的長(zhǎng)度不對(duì)信息的存儲(chǔ)造成影響；二維碼相比于一維碼較為復(fù)雜，能夠解決一維碼不能進(jìn)行文字、圖像信息記錄的缺陷，并且在橫向與縱向兩個(gè)方位共同表達(dá)信息，不僅能增加信息儲(chǔ)存量，而且具備防錯(cuò)性能，在條碼受到一定程度破損時(shí)，不會(huì)造成信息的丟失，也不影響信息的錄入[13-15]。

板式家具自動(dòng)化原料倉(cāng)與成品倉(cāng)標(biāo)簽具體信息如表1所示。

表1 原料倉(cāng)與成品倉(cāng)標(biāo)簽主要信息Tab.1 Label information of raw material and finished product warehouse

板式家具原料倉(cāng)所使用的條碼為噴繪形式的二維碼，信息主要包括：花色型號(hào)、人造板垛追蹤編號(hào)、尺寸規(guī)格、數(shù)量、人造板型號(hào)（環(huán)保等級(jí)、飾面材料種類等）、入庫(kù)時(shí)間等，如圖1所示。選用二維噴繪碼的主要原因如下：

1）二維碼具有更加完善的防錯(cuò)機(jī)制。存儲(chǔ)于原料倉(cāng)的三聚氰胺飾面板基材為木質(zhì)或非木質(zhì)碎料膠合而成，在原料倉(cāng)存儲(chǔ)期間，側(cè)面未經(jīng)封邊加工，長(zhǎng)期處于暴露狀態(tài)會(huì)提高碎屑掉落的風(fēng)險(xiǎn)。

2）噴繪二維碼易于對(duì)條碼尺寸進(jìn)行控制。人造板表面長(zhǎng)度、寬度方向尺寸與側(cè)邊高度尺寸相差極大，一般表面尺寸大，側(cè)面尺寸小。

3）噴繪形式條碼的牢固性不受其使用位置及界面材質(zhì)的影響。為保證人造板準(zhǔn)確入庫(kù)，每一塊人造板都必須進(jìn)行側(cè)邊標(biāo)識(shí)，使用紙質(zhì)條碼要求基面光滑、整潔、干凈，以保證條碼貼合牢固，而噴墨形式使用條件較低。

4）原料倉(cāng)對(duì)條碼的表面信息概括性要求較低。原料倉(cāng)位于最前端，此時(shí)的二維碼信息只代表了與人造板自身相關(guān)的一些基本信息，因此對(duì)條碼信息表面概括性要求不高，不同于位于末端的成品倉(cāng)，需用紙質(zhì)條碼清晰表達(dá)更多板料加工成零部件的工藝信息。

水利普查數(shù)據(jù)處理和西部湖泊測(cè)量。完成水利普查成果建庫(kù)和查詢及服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)，為第一次全國(guó)地理國(guó)情普查等重大任務(wù)和項(xiàng)目提供信息服務(wù)，完成2 866套縣級(jí)水利普查空間數(shù)據(jù)電子成果圖制作和分發(fā)；完成水利普查成果建庫(kù)和查詢及服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)。開展河湖普查成果整編和分析工作；組織完成西部地區(qū)重要湖泊工作，完成羊卓雍錯(cuò)、扎日南木錯(cuò)和博斯騰湖測(cè)量。

圖1 自動(dòng)化原料倉(cāng)人造板標(biāo)簽Fig.1 Label information of wood-based panel of raw material automated warehouse

板式家具成品倉(cāng)使用的條碼為紙質(zhì)一維碼，信息主要包括：入庫(kù)地址、標(biāo)簽號(hào)、條形碼、批次號(hào)、生產(chǎn)車間信息、總包數(shù)（本包數(shù)）、出貨日期、本包板材尺寸信息、供應(yīng)商信息、訂單號(hào)等。條形碼信息除包含以上內(nèi)容以外，還增加托盤信息（托盤號(hào)、托盤尺寸）和拼單狀態(tài)等，如圖2所示。選擇使用紙質(zhì)一維碼的主要原因如下：

1）一維條碼易與紙質(zhì)材料緊密貼合。板式家具成品倉(cāng)所存儲(chǔ)的物料為經(jīng)過紙箱包裝的小板件，紙箱表面一般較為整潔、光滑。

2）紙質(zhì)一維條碼成本更低。

3）紙質(zhì)一維條碼尺寸更大，信息表達(dá)更加清晰全面。包裝后的主要物料信息可以在紙質(zhì)一維碼中清晰體現(xiàn)，日常抽查物料信息時(shí)，無需對(duì)物料條碼進(jìn)行反復(fù)掃描。

圖2 自動(dòng)化成品倉(cāng)物料標(biāo)簽Fig.2 Label information of material of finished product automated warehouse

2.2 傳感器

傳感器是一種利用檢測(cè)元件接收不同信號(hào)（壓力、色彩、敏感度等），并利用控制器及集成電路等將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，再將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，完成信息采集與轉(zhuǎn)化的設(shè)備[16-17]。

隨著集成化與智能化的發(fā)展，傳感器的外觀體積不斷縮小，但其功能越來越強(qiáng)，能夠同時(shí)接收多種信號(hào)并進(jìn)行轉(zhuǎn)化。根據(jù)檢測(cè)原理不同，傳感器可以分為稱重模塊、光電傳感器、接近開關(guān)等不同類型。其中光電傳感器根據(jù)光電收發(fā)形式也可分為多種類型，較為常見的有漫反射光電傳感器、鏡反射式光電傳感器、對(duì)射式光電傳感器、槽型光電傳感器等。接近開關(guān)根據(jù)對(duì)檢測(cè)物體的“感知”方法不同，可分為電感式接近開關(guān)、渦流式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān)、霍爾接近開關(guān)、光電式接近開關(guān)、熱釋電式接近開關(guān)、超聲波接近開關(guān)等多種類型[18-20]。

板式家具自動(dòng)化原料倉(cāng)與成品倉(cāng)需要不同的傳感器來共同實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)化運(yùn)行。將不同類型的傳感器與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，組合應(yīng)用于立體倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行路線的不同位置，共同實(shí)現(xiàn)板式家具的精確制造與倉(cāng)儲(chǔ)物流的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。傳感器使用的種類與數(shù)量由倉(cāng)儲(chǔ)位置、物料、輸送系統(tǒng)等決定，其主要用于以下幾方面的檢測(cè)：

1）超寬、超高檢測(cè)：板式家具原料倉(cāng)與成品倉(cāng)物料在入庫(kù)前均需對(duì)整體外形進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)立體貨架貨格尺寸，對(duì)對(duì)射式光電檢測(cè)開關(guān)的測(cè)距功能進(jìn)行設(shè)置，精確檢測(cè)物料的高度與寬度，以使物料順利放置于貨格中。

2）重量檢測(cè)：存儲(chǔ)于原料倉(cāng)的物料具有尺寸規(guī)格一致、數(shù)量相同、重量一致的特點(diǎn)，因此無需重復(fù)性檢測(cè)。而成品倉(cāng)物料為大小、重量均不一致的小板件，其拼托高度及重量取決于所屬訂單的具體情況，因此對(duì)整托物料重量進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)重量符合立體倉(cāng)庫(kù)貨架的承受能力時(shí)，才可進(jìn)行入庫(kù)操作。

3）到位檢測(cè)：到位檢測(cè)主要針對(duì)物料在輸送系統(tǒng)運(yùn)行過程中的前進(jìn)、減速、停止等一系列動(dòng)作。原料倉(cāng)存儲(chǔ)的人造板材在輸送系統(tǒng)的輥筒線體運(yùn)行時(shí)，物料整體性較強(qiáng)，底部屬于全封閉狀態(tài)，漫反射光電傳感器的檢測(cè)功能完全可以滿足需求[21]。而成品倉(cāng)的物料在拼單線體時(shí)，處于獨(dú)立狀態(tài)，整體性與封閉性較強(qiáng)，漫反射光電檢測(cè)以及鏡反射式光電檢測(cè)均可以滿足其需求。當(dāng)一定數(shù)量的物料轉(zhuǎn)移至托盤后，托盤作為物料載體成為被檢測(cè)對(duì)象，電感式接近開關(guān)能夠更加準(zhǔn)確、靈敏、快速地進(jìn)行鐵制托盤的識(shí)別操作[22-23]。

4）高速檢測(cè)：在板式家具自動(dòng)化原料倉(cāng)與成品倉(cāng)物料出入庫(kù)過程中，堆垛機(jī)是銜接物料在輥筒輸送線與存儲(chǔ)貨架之間的橋梁，用于實(shí)現(xiàn)物料由起始位置向目標(biāo)位置的轉(zhuǎn)移。認(rèn)址片與槽型光電傳感器互相配合能夠?qū)崿F(xiàn)堆垛機(jī)垂直運(yùn)行方向上的檢測(cè)與定位，而激光測(cè)距儀能夠?qū)崿F(xiàn)堆垛機(jī)在水平運(yùn)行方向上的檢測(cè)與定位，兩種傳感器共同保證堆垛機(jī)在起始位置與目標(biāo)位置之間的準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定的移動(dòng)。

表2 不同倉(cāng)儲(chǔ)位置傳感器應(yīng)用情況Tab.2 Application situation of sensor in different automated warehouses

3 原料與成品倉(cāng)物料運(yùn)轉(zhuǎn)流程

根據(jù)板式家具自動(dòng)化原料倉(cāng)與成品倉(cāng)對(duì)物料入庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中應(yīng)對(duì)物料外觀完好度、整體尺寸、入庫(kù)重量、擺放要求等進(jìn)行時(shí)刻檢測(cè)，并作相應(yīng)操作。不同的倉(cāng)儲(chǔ)位置及運(yùn)轉(zhuǎn)流程，決定其入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)及操作方式存在一定的差異。

3.1 物料外觀完好度檢測(cè)

原料倉(cāng)外觀完好度的檢測(cè)主要針對(duì)人造板平直度、飾面紙表面以及側(cè)邊狀態(tài)是否符合板式家具制作工藝流程所需A級(jí)板標(biāo)準(zhǔn)；而成品倉(cāng)主要針對(duì)包裝外觀的膠裝及標(biāo)簽狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。不同倉(cāng)儲(chǔ)位置具體檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)如表3所示。

表3 不同倉(cāng)儲(chǔ)位置物料檢測(cè)指標(biāo)Tab.3 Detection index of material in different automated warehouses

3.2 物料擺放

原料倉(cāng)與成品倉(cāng)的物料堆垛形式有所不同。原料倉(cāng)進(jìn)行人造板堆疊時(shí)，只要保證相鄰人造板接觸面完全重疊就可以確保人造板垛平穩(wěn)、牢固及整齊。而成品倉(cāng)零部件需先完成同一平面的擺放，再進(jìn)行豎向的層疊，要滿足牢固、平穩(wěn)、整齊等要求相對(duì)困難，因此在成品倉(cāng)物料堆垛時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）物料每一層的擺放均需保持持平狀態(tài)，以保證最終物料整體呈較為規(guī)則的方形；2）由于板式家具不同部位零部件的包裝外形均為長(zhǎng)方體，因此在向托盤進(jìn)行整合時(shí)，不允許出現(xiàn)板材包裝邊緣超過托盤邊緣的情況，以免后續(xù)板材與硬件設(shè)備發(fā)生碰撞，損壞板件或硬件設(shè)備，從而影響入庫(kù)質(zhì)量及入庫(kù)效率；3）根據(jù)最終立體倉(cāng)庫(kù)貨架貨格的尺寸規(guī)格合理設(shè)置物料堆疊擺放的最大限高（寬），最終高度（寬度）不得超過最大限高（寬），以保證物料能夠安全入庫(kù)，不會(huì)對(duì)物料、傳感器、立體倉(cāng)庫(kù)貨架等造成損害[24]。

3.3 物料入庫(kù)

原料倉(cāng)與成品倉(cāng)物料入庫(kù)應(yīng)遵循一定的入庫(kù)原則，其通常根據(jù)物料的狀態(tài)、具有代表性的信息等確定[25]。除了遵循上層貨架輕存放、下層貨架重存放、就近入庫(kù)等原則外，原料倉(cāng)需根據(jù)板材花色、入庫(kù)時(shí)間等進(jìn)行集中存放，而成品倉(cāng)需根據(jù)訂單信息（包括供應(yīng)商、地區(qū)等）、出庫(kù)時(shí)間等進(jìn)行集中存放。

4 結(jié)論

倉(cāng)儲(chǔ)物流貫穿整個(gè)家具制造工藝流程，原料倉(cāng)與成品倉(cāng)分別為家具制造中物流自動(dòng)化的前端與終端，兩者均對(duì)促進(jìn)家具企業(yè)生產(chǎn)、提高效率具有重要的輔助作用。由于兩者存儲(chǔ)的物料不同，因此物料的存儲(chǔ)方式、信息采集及輸送流轉(zhuǎn)的過程也不盡相同：成品倉(cāng)采用的物料信息采集與傳感技術(shù)、方法、所需設(shè)備以及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)較原料倉(cāng)更為復(fù)雜；而原料倉(cāng)對(duì)存儲(chǔ)物料的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、存儲(chǔ)狀態(tài)及輸送過程的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成品倉(cāng)；原料倉(cāng)物料的堆疊極為簡(jiǎn)單，而成品倉(cāng)物料的堆疊狀態(tài)受物料尺寸、數(shù)量等諸多不確定因素的影響；成品倉(cāng)出入庫(kù)涉及的信息與運(yùn)轉(zhuǎn)依據(jù)較原料倉(cāng)更為復(fù)雜。本文對(duì)原料倉(cāng)與成品倉(cāng)兩種不同位置的立體倉(cāng)進(jìn)行對(duì)比，旨在為優(yōu)化板式家具企業(yè)立體倉(cāng)庫(kù)的系統(tǒng)化構(gòu)造以及更加針對(duì)性、高效化以及精細(xì)化的管理提供借鑒。