自動(dòng)化立體庫(kù)在汽車(chē)售后配件中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄧賢發(fā) 汪洲 梁金勝

摘要：隨著物流技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化立體庫(kù)得到了廣泛應(yīng)用。在汽車(chē)售后配件管理中研究和應(yīng)用自動(dòng)化立體庫(kù)，有助于提升配件的倉(cāng)儲(chǔ)物流管理水平。本文以某汽車(chē)主機(jī)廠售后配件自動(dòng)化立體庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目為例，通過(guò)研究和集成應(yīng)用新一代料箱機(jī)器人、窄巷道自動(dòng)化存取技術(shù)、智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)和設(shè)備調(diào)度系統(tǒng)等新技術(shù)、新裝備，實(shí)現(xiàn)配件訂單對(duì)接、供應(yīng)商來(lái)料接收入庫(kù)、庫(kù)區(qū)庫(kù)存管理、揀貨出庫(kù)以及盤(pán)點(diǎn)的全流程自動(dòng)化，提升了汽車(chē)售后配件庫(kù)的自動(dòng)化、少人化和數(shù)字化管理水平。

關(guān)鍵詞：售后配件；自動(dòng)化；立體庫(kù)；倉(cāng)儲(chǔ)管理；調(diào)度系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U468.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

汽車(chē)售后配件作為服務(wù)備件的一種，其需求的產(chǎn)生來(lái)源于預(yù)防性的保養(yǎng)和故障維修[1]。其通常具有以下特征。

（1）品類(lèi)多：通常每一輛汽車(chē)由1 ～ 2 萬(wàn)種零配件組成，而不同種類(lèi)汽車(chē)配件也有眾多差異，導(dǎo)致了售后配件品種常常在數(shù)萬(wàn)甚至十萬(wàn)級(jí)以上。

（2）尺寸范圍廣：售后配件從小到一顆螺釘螺母，大到頂蓋側(cè)圍等鈑金件，尺寸范圍從數(shù)毫米到數(shù)米。

（3）訂單零散：售后配件按照4S 店需求采用訂單拉動(dòng)式發(fā)貨，訂單零散，具有一定波動(dòng)性和不確定性。

（4）材質(zhì)和包裝雜：汽車(chē)配件材質(zhì)包括金屬、玻璃和塑料件等多種類(lèi)型，包裝形態(tài)常規(guī)有紙箱、木箱和氣泡膜等。

（5）標(biāo)準(zhǔn)化水平低：一般汽車(chē)售后配件涉及供應(yīng)商數(shù)百家，產(chǎn)品包裝、供貨能力等標(biāo)準(zhǔn)化水平參差不齊。

因上述品類(lèi)多、尺寸范圍廣以及訂單零散等特征，汽車(chē)售后配件倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化水平通常不高。行業(yè)內(nèi)也多以高位貨架、閣樓或托盤(pán)堆垛等方式進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)手動(dòng)液壓車(chē)和普通叉車(chē)等物流設(shè)備輔助人工完成庫(kù)內(nèi)業(yè)務(wù)操作，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和管理效率低，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大。隨著物流用工成本的逐年遞增，汽車(chē)售后配件倉(cāng)儲(chǔ)的傳統(tǒng)物流作業(yè)模式越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化物流發(fā)展的需求[2]。

在汽車(chē)售后配件管理中研究和應(yīng)用自動(dòng)化立體庫(kù)，有助于提升配件的倉(cāng)儲(chǔ)物流管理水平。本項(xiàng)目研究應(yīng)用的自動(dòng)化立體庫(kù)位于某汽車(chē)主機(jī)廠售后配件庫(kù)內(nèi)，主要用于中小配件的倉(cāng)儲(chǔ)存放和出入庫(kù)管理。目的是通過(guò)建設(shè)小件自動(dòng)化立體庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)配件的自動(dòng)化作業(yè)，提高倉(cāng)儲(chǔ)空間利用率和物流揀貨發(fā)運(yùn)效率[3]。

1 整體方案設(shè)計(jì)

1.1 整體思路

基于汽車(chē)售后配件特征和小件物料存儲(chǔ)和出庫(kù)特點(diǎn)，本項(xiàng)目選擇合適的配件倉(cāng)儲(chǔ)品類(lèi)和揀選方式，對(duì)提高整體存儲(chǔ)能力和效率起到至關(guān)重要的作用。對(duì)于出庫(kù)頻率和數(shù)量相對(duì)較高的快銷(xiāo)品，采用“貨到人”的揀選模式，可以充分發(fā)揮自動(dòng)化和智能化效益，減少人工揀選時(shí)在庫(kù)內(nèi)走動(dòng)找貨造成的效率損失，提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率[4]。

另外，整體方案設(shè)計(jì)和自動(dòng)化設(shè)備選擇上需要綜合考慮人機(jī)工程和現(xiàn)場(chǎng)安全。要最大程度減少人工搬運(yùn)、行走和機(jī)器切換調(diào)整等場(chǎng)景，并兼顧充電安全、消防安全和作業(yè)安全。

1.2 整體布局

本項(xiàng)目所在的售后配件庫(kù)由堆垛區(qū)、閣樓貨架區(qū)、高位貨架區(qū)和收發(fā)區(qū)域組成（圖1）。倉(cāng)儲(chǔ)操作以人工為主，配合手動(dòng)液壓車(chē)和叉車(chē)等常規(guī)物流工具。其中，閣樓貨架區(qū)主要為小件存放區(qū)。本項(xiàng)目的自動(dòng)化立體庫(kù)就選取閣樓區(qū)附件堆垛區(qū)域，以減少現(xiàn)場(chǎng)改造成本。綜合配件庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)條件和訂單作業(yè)的效率需求，自動(dòng)化立體庫(kù)整體設(shè)計(jì)要求：占地面積不超過(guò)500 m2，高度不超過(guò)6.00 m，設(shè)計(jì)庫(kù)容不少于5 800 個(gè)，出入庫(kù)綜合效率不少于200 箱/h。自動(dòng)化立體庫(kù)主要分為自動(dòng)化存儲(chǔ)區(qū)、理貨區(qū)和出入庫(kù)操作區(qū)（圖2）其中出庫(kù)操作區(qū)包括播種墻和揀選工作臺(tái)，主要用于對(duì)揀貨出庫(kù)配件進(jìn)行整理和集貨。入庫(kù)操作區(qū)主要將待入庫(kù)料箱輸送上線(xiàn)，然后通過(guò)傳送系統(tǒng)，傳送至自動(dòng)化存儲(chǔ)區(qū)。自動(dòng)化存儲(chǔ)區(qū)由窄巷道貨架和自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)器人等組成，主要是完成料箱的自動(dòng)化存取和搬運(yùn)。

1.3 整體業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)

入庫(kù)采用滾筒輸送線(xiàn)設(shè)計(jì)，配備讀碼器和移載抓稱(chēng)重檢測(cè)設(shè)備。出現(xiàn)超重30 kg 或其他異常時(shí)會(huì)有聲光報(bào)警提醒，異常箱子經(jīng)移載排出隔離，不影響其他入庫(kù)任務(wù)。輸送線(xiàn)緩存段可同時(shí)緩存6 個(gè)料箱，滿(mǎn)足料箱機(jī)器人單次最大裝載量。輸送線(xiàn)速度為0.5 m/s，輸送線(xiàn)緩速啟動(dòng)和停止，設(shè)置調(diào)速、防止打滑和警示裝置，滿(mǎn)足輸送線(xiàn)防護(hù)要求（圖3）。

庫(kù)區(qū)存儲(chǔ)主要采用具備智能算法的IWMS 系統(tǒng)，滿(mǎn)足先進(jìn)先出原則，提供庫(kù)存記錄查詢(xún)、調(diào)整和理庫(kù)，并根據(jù)庫(kù)存情況進(jìn)行物料預(yù)警，傳遞預(yù)警信息給相應(yīng)物流人員。出庫(kù)采用U 形滾筒輸送線(xiàn)設(shè)計(jì)，配備讀碼器、移載和工作站電腦組件及其配套等，滿(mǎn)足拆零出庫(kù)和物料回庫(kù)需求，支持出庫(kù)揀選誤操作，出現(xiàn)異常時(shí)會(huì)有聲光報(bào)警提醒。輸送線(xiàn)緩存段可同時(shí)緩存10 個(gè)料箱。輸送線(xiàn)速度為0.5 m/s，并設(shè)置調(diào)速功能。輸送線(xiàn)緩速啟動(dòng)和停止，設(shè)置防止打滑和警示裝置。

每個(gè)出庫(kù)工作站背后設(shè)置流利貨架播種墻亮燈揀選（圖4），單個(gè)工作站支持15 個(gè)訂單同時(shí)進(jìn)行揀選。該項(xiàng)設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)，采用模塊化設(shè)計(jì)，方便拆解與組裝，維護(hù)維修簡(jiǎn)單。

2 主要硬件設(shè)備的設(shè)計(jì)與選擇

2.1 料箱的設(shè)計(jì)

基于配件ABC 分類(lèi)管理的理念，對(duì)配件進(jìn)行發(fā)貨頻次分析（圖5）。選擇月銷(xiāo)售頻次大于3 的品種共6 000 種，發(fā)貨行項(xiàng)11.1 萬(wàn)，占小件發(fā)貨頻次86%。經(jīng)對(duì)潛在6 000 種存儲(chǔ)配件進(jìn)行尺寸和質(zhì)量分析，采用自動(dòng)化立體庫(kù)常用的存儲(chǔ)單元規(guī)格設(shè)計(jì)方法[5]，最終設(shè)計(jì)選擇了尺寸為600 mm×400 mm×300 mm 的標(biāo)準(zhǔn)料箱，單箱最大承重30 kg。考慮進(jìn)一步拓容和柔性倉(cāng)儲(chǔ)的需求，料箱采用二、四分格設(shè)計(jì)，分格板可靈活拆卸。料箱粘貼箱碼和二維碼，長(zhǎng)邊貼格口一維碼（圖6）。

2.2 貨架的設(shè)計(jì)

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)料箱和場(chǎng)地尺寸，設(shè)計(jì)貨架最佳數(shù)目確定的整數(shù)規(guī)劃模型[6]。假設(shè)貨架層高為h ，貨架每個(gè)貨格長(zhǎng)度和寬度分別為l 和w ，單個(gè)工作站支持15 個(gè)訂單同時(shí)進(jìn)行揀選。該項(xiàng)設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)，采用模塊化設(shè)計(jì)，方便拆解與組裝，維護(hù)維修簡(jiǎn)單。貨架層數(shù)為m ，沿長(zhǎng)度方向貨格數(shù)量為n ，貨架底層離地間距為h 0，則貨架總高度H 為：

結(jié)合倉(cāng)庫(kù)建設(shè)區(qū)域長(zhǎng)度L 總和寬度W 總分布，貨架沿寬度方向分布。設(shè)貨架分布總排數(shù)為u ，u /2 表示料箱機(jī)器人服務(wù)的巷道個(gè)數(shù)，料箱機(jī)器人服務(wù)的巷道寬度為W 1，自動(dòng)化立體庫(kù)其他料箱機(jī)器人是自動(dòng)化立體庫(kù)中最核心的設(shè)備。本項(xiàng)目采用的A42型料箱機(jī)器人在機(jī)身的底盤(pán)前后均設(shè)有安全型激光雷達(dá)避障模塊，可在機(jī)器人行走過(guò)程中精確檢測(cè)障礙物的位置和距離，最大檢測(cè)距離長(zhǎng)達(dá)3 200 mm（圖9），并伴有聲光報(bào)警和語(yǔ)音功能，能充分保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全。

3 系統(tǒng)管理軟件

本項(xiàng)目系統(tǒng)管理主要包括IMHS 智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)和ESS 機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)，與外部系統(tǒng)采用黑盒的對(duì)接方式。整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖10 所示。

3.1 智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)IMHS

為精準(zhǔn)高效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化立體庫(kù)配件的出入庫(kù)和倉(cāng)儲(chǔ)管理，項(xiàng)目組定制化開(kāi)發(fā)了智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)IMHS。該系統(tǒng)具備入庫(kù)業(yè)務(wù)、出庫(kù)業(yè)務(wù)、理庫(kù)、庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)、庫(kù)存管理、物料管理、組織關(guān)系管理以及用戶(hù)權(quán)限等功能，能有效控制并跟蹤作業(yè)過(guò)程。同時(shí)，與倉(cāng)庫(kù)原WMS 管理系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，確保配件庫(kù)整體業(yè)務(wù)的協(xié)同穩(wěn)定。

3.2 機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)ESS

項(xiàng)目組結(jié)合自動(dòng)化立體庫(kù)調(diào)度控制需求，搭建了機(jī)器人調(diào)度控制系統(tǒng)ESS（圖11）。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人地圖模型建立、多路徑最優(yōu)規(guī)劃、多任務(wù)負(fù)載均衡以及多機(jī)器人交通動(dòng)態(tài)調(diào)度管理等功能。

4 項(xiàng)目應(yīng)用效果驗(yàn)證

某主機(jī)廠售后配件庫(kù)通過(guò)此次自動(dòng)化立體庫(kù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，相較原閣樓貨架人工揀貨作業(yè)模式相比，在同樣500 m2 的倉(cāng)儲(chǔ)面積下，出庫(kù)效率提升56%，入庫(kù)效率提升100%，庫(kù)容拓展提升51%，人工揀貨員減少3 名，人力成本降低60%（表1）。

5 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目通過(guò)集成使用新一代料箱機(jī)器人、窄巷道自動(dòng)化存取技術(shù)、智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)和設(shè)備調(diào)度系統(tǒng)等新技術(shù)、新裝備，實(shí)現(xiàn)了配件訂單對(duì)接、供應(yīng)商來(lái)料接收入庫(kù)、庫(kù)區(qū)庫(kù)存管理、揀貨出庫(kù)及盤(pán)點(diǎn)的全流程自動(dòng)化。該項(xiàng)目在倉(cāng)儲(chǔ)坪效提升、現(xiàn)場(chǎng)操作效率提升和人力成本的降低等方面取得顯著效果，提升了汽車(chē)售后配件庫(kù)的自動(dòng)化、少人化和數(shù)字化管理水平，為汽車(chē)售后配件在智能倉(cāng)儲(chǔ)建設(shè)方面提供了參考與指導(dǎo)價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：

鄧賢發(fā)，本科，工程師，研究方向?yàn)槠?chē)生產(chǎn)制造、汽車(chē)銷(xiāo)售、倉(cāng)儲(chǔ)物流運(yùn)行管理、物流規(guī)劃以及物流新技術(shù)新模式與應(yīng)用等。