高端裝備電梯行業(yè)物流倉儲規(guī)劃設(shè)計

周世軍 閆文猛 李 鑫 宋 瑋 季 剛

1河南省特種設(shè)備安全檢測研究院 鄭州 450004 2北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計研究院有限公司 北京 100007 3西門子（中國）有限公司 北京 100102 4上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司 上海 200125

1 高端裝備電梯行業(yè)的變革

1.1 電梯行業(yè)

電梯是服務(wù)于建筑物內(nèi)若干特定樓層做升降搬運(yùn)的設(shè)備，是建筑衍生需求的核心裝備之一，也是在生活、工業(yè)中被大眾所熟知的常見特種設(shè)備。從應(yīng)用上可以分為客梯和貨梯，其細(xì)化產(chǎn)品分類如圖1所示。

圖1 電梯分類示意圖

1.2 行業(yè)變革

受國內(nèi)房地產(chǎn)政策緊縮以及全球經(jīng)濟(jì)形式的影響，隨著新建住房、新建商業(yè)綜合體的減少，市場處于持續(xù)降溫狀態(tài)。然而，由行業(yè)數(shù)據(jù)可知，2000～2020 年的電梯產(chǎn)量由不足4萬臺增長至超過100萬臺，年平均復(fù)合增長率達(dá)到18.13%，年市場規(guī)模已達(dá)2 000億元。無論是新裝量還是存量，中國都已成為全球最大的電梯市場。在此背景下，電梯行業(yè)面臨發(fā)展的拐點，如何降本增效、按照訂單定制化生產(chǎn)、實現(xiàn)大件非標(biāo)物料的齊套是目前電梯行業(yè)廠內(nèi)物流發(fā)展的重中之重。

為了響應(yīng)國家“中國制造2050”策略，進(jìn)一步推進(jìn)實施智能制造，加速制造能力的轉(zhuǎn)型升級，在電梯行業(yè)成品物流階段為實現(xiàn)成品物流入庫無人化、存儲集約化、庫區(qū)面積利用最大化、搬運(yùn)少人化以及物流過程可視化等需求，急需成品物流整體集成解決方案，以保證整個物流設(shè)備的穩(wěn)定可靠、智能高效。

2 電梯行業(yè)生產(chǎn)及物流基本情況

2.1 廠房功能區(qū)域

廠房功能區(qū)域一般包括鈑金車間、生產(chǎn)車間、分撥區(qū)域等，其功能各有不同。其中，鈑金車間主要生產(chǎn)厚板、井道件、轎底、對重架、上下梁、立柱等；生產(chǎn)車間主要生產(chǎn)主機(jī)、開門機(jī)、門頭、薄板等；分撥區(qū)域包括入庫區(qū)域、存儲區(qū)域、出庫區(qū)域、裝卸區(qū)域等。

2.2 物流倉儲基本情況

電梯行業(yè)屬于非標(biāo)定制的特種設(shè)備，在制造廠區(qū)內(nèi)物流流轉(zhuǎn)過程中受以下因素影響：1）尺寸異形：超大、超長、超寬；2）質(zhì)量大：配重塊等產(chǎn)品質(zhì)量大，單托盤超過1 500 kg；3）不同零部件生產(chǎn)節(jié)拍不同。

在這些因素影響下，導(dǎo)致電梯行業(yè)成品存儲難、轉(zhuǎn)運(yùn)難、齊套難、裝卸難。為了解決上述問題，傳統(tǒng)的物流倉儲系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求，急需迭代升級。智能倉儲從整廠工藝規(guī)劃出發(fā)、結(jié)合自動化物流裝備、通過信息化管理，可以大幅提高企業(yè)的作業(yè)效率，實現(xiàn)精益物流從而實現(xiàn)降本增效。

3 電梯行業(yè)數(shù)據(jù)分析處理

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

以國內(nèi)某電梯企業(yè)的調(diào)研分析作為依據(jù)，用作對電梯行業(yè)智能倉儲規(guī)劃設(shè)計所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1）產(chǎn)品包裝形式分析

電梯行業(yè)產(chǎn)品的包裝形態(tài)各異，為了更好地選擇自動化物流裝備的形式，對產(chǎn)品的包裝形式做了調(diào)研及分析，通過對企業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析得出表1所示數(shù)據(jù)。

表1 產(chǎn)品包裝形式數(shù)據(jù)

由表1可知，客梯有65%的產(chǎn)品采用木箱或紙箱包裝,貨梯有48%的產(chǎn)品采用木箱包裝，且貨梯的裸裝件高達(dá)20%，在后續(xù)的規(guī)劃設(shè)計中同樣需要重點設(shè)計。

2）產(chǎn)品規(guī)格尺寸分析

為了充分考慮空間利用率，對產(chǎn)品的外形尺寸做數(shù)據(jù)分析，從而進(jìn)行對應(yīng)設(shè)備的選型及進(jìn)一步的規(guī)劃設(shè)計。由圖2所示調(diào)研數(shù)據(jù)可知，尺寸分布數(shù)據(jù)中箱頭長度、寬度尺寸種類多、覆蓋范圍廣，結(jié)合設(shè)備選型應(yīng)覆蓋全面，盡可能地滿足物料各自的尺寸特點。

圖2 產(chǎn)品尺寸分布圖

3）產(chǎn)品質(zhì)量分布

在生產(chǎn)工藝階段，電梯行業(yè)產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行了模塊化設(shè)計，如固定導(dǎo)軌長度等，使得在不同高度、不同要求的定制化產(chǎn)品訂單的要求中，能夠有相對統(tǒng)一的模塊化單元用于現(xiàn)場拼裝及裁切等。通過數(shù)據(jù)調(diào)研可知，除配重塊等超重產(chǎn)品，針對其余75%的產(chǎn)品物料進(jìn)行統(tǒng)計，如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品質(zhì)量分布圖

由圖3可知，調(diào)研產(chǎn)品質(zhì)量均在1 000 kg以內(nèi)，且92%的產(chǎn)品質(zhì)量在800 kg以內(nèi)，這對后續(xù)的自動化物流裝備選型起到了重要的參考作用，對電梯行業(yè)物流倉儲的建筑載荷設(shè)計、貨架的受力等提供了依據(jù)。

4）流量數(shù)據(jù)分析

結(jié)合產(chǎn)線供料節(jié)拍及產(chǎn)品下線節(jié)拍，推算出系統(tǒng)流量，同時需要考慮單一周轉(zhuǎn)器具上放置幾件產(chǎn)品等信息，通過企業(yè)提供的表2所示數(shù)據(jù)可知，倉儲周轉(zhuǎn)率為3 d，同時工作時間為24 h連續(xù)作業(yè)。按照產(chǎn)品下線時間計算，單條產(chǎn)線下線時間為12箱/h，4條產(chǎn)線共計48箱/h，出庫流量為100箱/h。

表2 流量數(shù)據(jù)

結(jié)合物料的特點，木箱包裝產(chǎn)品可采用疊放方式，單周轉(zhuǎn)器具可放置2箱，則自動化物流裝備的入出庫總效率為74托/h?？紤]到集中作業(yè)的峰值情況，在此乘以峰值系數(shù)1.5（依據(jù)企業(yè)具體情況而定），則該企業(yè)木箱包裝類產(chǎn)品的系統(tǒng)入出庫總效率需求為111箱/h。

通過上述包裝形式分析，客梯、貨梯還有30%的彩條布及裸裝件均為超尺寸產(chǎn)品?？紤]采用其他形式進(jìn)行存儲，該類產(chǎn)品尺寸均超過3 000 mm，最長達(dá)5 000 mm，此處流量需根據(jù)其特點單獨計算。

3.2 周轉(zhuǎn)器具選型

周轉(zhuǎn)器具由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可劃分為木箱包裝類產(chǎn)品周轉(zhuǎn)器具和非標(biāo)件周轉(zhuǎn)器具。

木箱類產(chǎn)品的特點是外觀規(guī)則，質(zhì)量相對均勻，且占比超過60%，具有更高自動化的潛力。為此，設(shè)計考慮選用統(tǒng)一的周轉(zhuǎn)器具以標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，實現(xiàn)更高的自動化。

木箱類產(chǎn)品雖然自身具有叉孔，由于其位置、孔距、叉孔高度等不能很好地適應(yīng)自動化物流裝備，故采用托盤的形式實現(xiàn)其高效的流轉(zhuǎn)。

木箱類產(chǎn)品采用3 000 mm×1 000 mm×160 mm的托盤，可以覆蓋絕大部分木箱類產(chǎn)品。承載方面按照上述數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，75%的產(chǎn)品質(zhì)量小于1 000 kg，但考慮到長度在1 500 mm以下產(chǎn)品以及疊放的情況，單托盤載荷應(yīng)按照2箱質(zhì)量考慮，按照最大承載2 000 kg設(shè)計。結(jié)合上述載荷情況，托盤材質(zhì)建議選用鋼制托盤。

針對超尺寸產(chǎn)品（如彩條布包裝及裸裝件），受其非標(biāo)尺寸影響，采用鋼架形式進(jìn)行地面堆放。由人工叉車及起重機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)。

4 電梯行業(yè)智能倉儲規(guī)劃

4.1 智能倉儲工藝規(guī)劃

根據(jù)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對該行業(yè)有了由點到面的認(rèn)識。結(jié)合分析結(jié)果，將智能倉儲應(yīng)用到該行業(yè)的核心環(huán)節(jié)中，處理、解決行業(yè)痛點，完善工藝流程。結(jié)合產(chǎn)品特點及工藝流程，可將木箱類包裝產(chǎn)品采用自動化立體倉庫的形式進(jìn)行自動的存取，其余產(chǎn)品采用叉車式貨架及地面堆取等方式做綜合成品物流中心，并劃分為下線組盤區(qū)、成品立體倉庫區(qū)、平庫存儲區(qū)、發(fā)貨齊套區(qū)、裝車區(qū)等核心功能分區(qū)。

4.2 智能倉儲工藝流程

結(jié)合上述功能分區(qū)，其中核心倉儲區(qū)域流程分為成品立體庫區(qū)、平庫存儲區(qū)，在規(guī)劃時還應(yīng)充分考慮逆向物流的工藝流程規(guī)劃的空托盤流程、退庫流程等區(qū)塊。

1）成品立體庫區(qū) 物流倉儲工藝流程規(guī)劃為產(chǎn)品下線→人工組托→叉車轉(zhuǎn)運(yùn)→入庫檢測→入庫存儲→調(diào)集出庫→下線齊套→裝車發(fā)運(yùn)；

2）平庫存儲區(qū) 該區(qū)塊流程為產(chǎn)品下線→人工組托→叉車轉(zhuǎn)運(yùn)→入庫存儲→叉車轉(zhuǎn)運(yùn)→下線齊套→裝車發(fā)運(yùn)；

3）空托盤流程 根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍供應(yīng)至產(chǎn)線末端→人工組托→發(fā)貨后空盤人工收集成垛→叉車轉(zhuǎn)運(yùn)→入庫檢測→入庫存儲→調(diào)集出庫→根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍供應(yīng)至產(chǎn)線末端；

4）退庫流程 客戶退貨或訂單終止→人工卸車→入退庫暫存區(qū)→品質(zhì)檢測→入庫存儲/報廢。

通過上述規(guī)劃設(shè)計，在滿足實物流程的同時還應(yīng)打通信息化，將信息流與物流合一，實現(xiàn)全流程信息化、智能化，并在關(guān)鍵節(jié)點設(shè)置人員看板，輔助人員作業(yè)以及信息大數(shù)據(jù)收集、分析、處理，從而反饋到生產(chǎn)及采購等環(huán)節(jié)。

5 自動化物流裝備的應(yīng)用

根據(jù)電梯行業(yè)按訂單生產(chǎn)的作業(yè)模式特點，其生產(chǎn)成品具備唯一性，即單一客戶。為此，在自動化物流裝備選型時應(yīng)充分考慮其特點，選用簡單高效的方式。

5.1 自動化立體倉庫選型

自動化立體倉庫多種多樣，國內(nèi)自1973年第一座自動化立體倉庫建設(shè)至今已發(fā)展49 a。根據(jù)存儲策略大體可分為單深位自動化立體倉庫、雙深位自動化立體倉庫、多深位/密集存儲型立體倉庫等。根據(jù)存儲產(chǎn)品類型可分為托盤類自動化立體倉庫、料箱類自動化立體倉庫、異形類自動化立體倉庫等。

由電梯行業(yè)特點可知，托盤類單深位自動化立體倉庫系統(tǒng)最適合，可以滿足訂單客戶產(chǎn)品的快速出庫，并同時滿足電梯行業(yè)產(chǎn)品的存儲特點。

5.2 平面庫設(shè)備的選型及擴(kuò)展

電梯行業(yè)平面庫主要存放異形類產(chǎn)品，包裝單一且不具備標(biāo)準(zhǔn)化。為此，在智能倉儲前期規(guī)劃設(shè)備選型時應(yīng)充分考慮該類產(chǎn)品的兼容性及搬運(yùn)的可行性。如叉車應(yīng)當(dāng)選用貨叉可調(diào)、載荷相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，貨架應(yīng)選用懸臂貨架或直接采用可地面堆取的非標(biāo)料架，在利用空間的同時考慮轉(zhuǎn)運(yùn)的便捷性。

在后續(xù)擴(kuò)展時，可考慮針對單一搬運(yùn)的作業(yè)采用AGV的形式完成。AGV選型時需充分考慮兼容性，即要考慮尺寸質(zhì)量，同時還應(yīng)考慮重心問題，避免在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)生偏載等問題，導(dǎo)致故障頻發(fā)。

AGV的導(dǎo)航方式多種多樣，針對電梯行業(yè)物料大幅超出AGV的情況下，應(yīng)選用二維碼+SLAM相結(jié)合的形式，以避免出現(xiàn)盲區(qū)造成不必要的影響。

5.3 齊套作業(yè)區(qū)及裝車區(qū)的選型

齊套作業(yè)是電梯行業(yè)發(fā)貨前重中之重的環(huán)節(jié)，也是提高裝車效率必要條件。在系統(tǒng)的指引下，訂單所需的各個產(chǎn)品按照規(guī)劃順序由不同設(shè)備輸送匯集至齊套作業(yè)區(qū)，在裝車時面對不同包裝類型、不同產(chǎn)品尺寸、不同質(zhì)量的情況下也同樣需要配備不同的物流裝備，如叉車、起重機(jī)、KBK等，通過多種設(shè)備組合實現(xiàn)快速裝車。

6 倉庫管理系統(tǒng)在電梯行業(yè)中的應(yīng)用

倉庫管理系統(tǒng)(Warehouse Management System，WMS) 服務(wù)于倉儲，可實現(xiàn)倉儲環(huán)節(jié)中的各個功能需求，如入庫作業(yè)、出庫作業(yè)、盤點、批次管理、質(zhì)量狀態(tài)管理、可視化管理等功能，WMS系統(tǒng)層級架構(gòu)如圖4所示。在電梯行業(yè)中最具代表性的功能分別是：訂單處理功能和出庫配貨功能。確保物流與信息流之間的一致性。

圖4 WMS層級架構(gòu)圖

由圖4可知，WMS起到承上啟下的作用，上層對接企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)（ERP）和生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES），下層對接物流監(jiān)控系統(tǒng)（WCS）統(tǒng)籌任務(wù)信息及反饋。

倉儲管理信息系統(tǒng)是通過管理系統(tǒng)對庫內(nèi)物料、貨位以及自動化立體倉庫設(shè)備等進(jìn)行全面信息化管理，實時獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，跟蹤物料信息和狀態(tài)，管理物料與貨位之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過倉儲管理信息系統(tǒng)及時完成物料管理、庫存管理、貨位管理，通過和自動化設(shè)備無縫鏈接，使管理人員能及時掌握庫內(nèi)物料情況，通過管理系統(tǒng)更加合理地使用庫內(nèi)貨位，并能及時掌握物料庫存情況、狀態(tài)信息，為企業(yè)及時準(zhǔn)確、高效管理庫存，合理做好企業(yè)供應(yīng)鏈管理打下基礎(chǔ)。

物流監(jiān)控系統(tǒng)（WCS）主要完成自動化立體倉庫設(shè)備——堆垛機(jī)、托盤輸送機(jī)、箱式輸送線、穿梭車（RGV）、AGV等設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控，同時協(xié)調(diào)自動化立體倉庫設(shè)備間作業(yè)的集成化監(jiān)控操作系統(tǒng)。也是必不可少的一個環(huán)節(jié)。

根據(jù)企業(yè)發(fā)展迭代，可以進(jìn)一步配備運(yùn)輸管理系統(tǒng)(Transportation Management System，TMS)。根據(jù)車輛的信息及運(yùn)輸管理，通過與WMS系統(tǒng)的對接，可節(jié)省備貨區(qū)面積、提高裝車效率，對電梯行業(yè)企業(yè)可以實現(xiàn)運(yùn)單管理、調(diào)度、執(zhí)行、追蹤、結(jié)算、審計、數(shù)據(jù)分析等功能。

在計算機(jī)硬件系統(tǒng)部署方面，可采用傳統(tǒng)的雙機(jī)熱備份的機(jī)制，選用可靠性、性能優(yōu)良的服務(wù)器，用2臺服務(wù)器及1套磁盤陣列柜加雙機(jī)熱備軟件（Rose HA）構(gòu)成雙機(jī)備份系統(tǒng)。以主從服務(wù)器方式運(yùn)行，主服務(wù)器作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，從服務(wù)器作為監(jiān)測及備份服務(wù)器。當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障時，從服務(wù)器將接管其上的服務(wù)。當(dāng)故障服務(wù)器恢復(fù)時，可以設(shè)置采用手工或自動方式將服務(wù)切換回已恢復(fù)的服務(wù)器。也可以采用服務(wù)器集群以及虛擬化等方式實現(xiàn)更高的配置。

7 智能倉儲助力電梯行業(yè)變革

綜上所述，電梯行業(yè)正處于變革發(fā)展的十字路口，通過智能倉儲的應(yīng)用改變其傳統(tǒng)的作業(yè)模式，利用智能倉儲的自動化、信息化、可視化等諸多優(yōu)勢，最終實現(xiàn)以客戶為中心，采用訂單拉動的形式高效地完成產(chǎn)品齊套發(fā)貨，通過智能倉儲實現(xiàn)精益化管理，助力電梯行業(yè)在市場最大、競爭最激烈的環(huán)境中脫穎而出，在以樓宇建筑衍生需求的情況下，進(jìn)行技術(shù)革新、管理革新、信息革新。在行業(yè)變革中推動智能倉儲的應(yīng)用，在智能倉儲的應(yīng)用中求變革。