案例 | 助力倉配一體化，機械制造企業自動化立體庫規劃與建設

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在國內機械制造行業產能擴容的背景下，傳統倉儲模式逐漸難以滿足企業實際需求，空間利用率低、人工成本高、信息不暢等諸多痛點問題凸顯。某機械制造企業攜手德力智倉打造定制化四向穿梭車立體庫，實現倉儲空間縱向拓展、信息精準管控，聯動AGV打通全流程，筑牢企業高效運營根基。

乍正長

蘇州德力智慧物流科技有限公司

近年來，國內機械制造行業發展迅猛，產能規模不斷擴大，倉儲管理問題也隨之而來，傳統的物料存儲多半采用場地地堆或者人工叉車配合高位貨架的模式，存在空間場地利用率低、人工成本高昂、物料信息管理混亂、物料堆放雜亂、安全隱患高、作業效率低、貨物損耗與丟失、成本控制困難、信息數據孤島與不暢等一系列問題。

在此背景下，某機械制造企業攜手德力智倉引入自動化立體倉庫及智能倉儲管理系統，實現倉儲空間縱向發展、物料信息實時更新準確記錄，同時配合AGV等自動化設備實現“倉儲+配送”一體化，極大提高作業效率、降低人力成本、提高整體運營效率，為企業向智能化轉型升級提供堅實保障。

企業物料倉儲管理問題分析

01

某機械制造企業集汽車配件設計、鑄造、加工和銷售為一體，主要為國內汽車制造商提供差速器殼體、微車差速器殼體、減速器殼體和后橋包殼體等汽車零配件。近年來，隨著國家及政府相關政策的支持，企業規模不斷擴大，原有物料管理和倉儲模式已無法滿足企業需求，產生諸多問題困擾。

1.物料倉儲現狀

該企業現階段生產的差速器殼體、微車差速器殼體、減速器殼體和后橋包殼體等汽車零配件（見圖1），目前采用鋼制籠框地堆擺放的方式，如圖2所示。該企業通過人工叉車進行物料的周轉搬運，籠框最多只能疊放3層，且現場地堆擺放無序混亂、安全隱患突出、物料周轉耗時耗力，如圖3所示。

圖1 某企業所生產零部件

圖2 某企業物料地堆現場

圖3 某企業物料叉車搬運現場

2.信息管理現狀

現階段的物料信息管理采用企業ERP系統，收貨、發貨、入庫等環節由人工將單據粘貼到料框上，如圖4所示。由于采用地堆存儲管理，沒有明確的空間劃分，發貨時需要人工先對照發貨單在地堆區尋找對應物料，而后駕駛人工叉車搬運至產線對應工位，每完成一道工序后均需要駕駛人工叉車搬運至下一個工位，信息管理落后，人工出錯率高、準確性低、人工操作勞動強度大且效率低下，對業務流轉的及時性、有效性、精準性造成極大影響。

圖4 某企業發貨單據

自動化立體倉庫規劃設計

02

1.系統設計原則

針對該企業的倉儲需求，德力智倉為其規劃建設自動化立體倉庫及智能倉儲管理系統。方案的總體規劃在滿足當前的使用需求的前提下，考慮將來的發展、擴展，既注重實用性、先進性、人性化，又滿足經濟性和密集儲存的特點，主要遵循以下原則進行設計：

（1）安全性原則：貫徹安全第一原則，確保設備和系統運行安全。

（2）可靠性原則：確保物流設備和物流系統的穩定性，適應性和軟件系統的兼容性與容錯性。

（3）適用性原則：設計的系統必須適應客戶需求，充分考慮客戶操作系統的方便性。

（4）防呆原則：設計要盡量做到操作簡單，不易出錯。

（5）經濟性原則：在滿足用戶要求和上述原則的前提下，選擇最經濟的解決方案。

（6）易維護性原則：設計的系統應易于維護，降低運營維護成本。

2.自動化立體庫設計步驟

自動化立體庫的規劃設計，主要按照以下步驟進行：

（1）客戶需求調研分析：收集客戶項目的原始基礎資料，包括存儲貨物的種類、尺寸規格、包裝形式、重量、倉庫的土建情況等，明確客戶的設計目標和要求。

（2）確定立體庫的物流形式及相關參數：在原始資料收集完畢后，根據資料計算相關參數，包括庫區出入庫總量要求、貨物單元的外形尺寸、立體庫的貨位數量、貨架高度、設備布局等。

（3）合理規劃庫區布局：在確定立體庫形式以后，合理規劃布置立體庫功能分區，規劃出暫存區、存儲區、出入庫區、月臺、退貨區以及辦公室等物流功能區。

（4）選擇物流設施設備：根據需求及方案規劃需要，科學合理地選擇物流設施設備。

（5）物流系統建模仿真：根據實際項目需求，建立三維模型圖及仿真。

3.場地情況與方案選擇

通過現場實地測量調研，該企業物料存儲廠房長度約23500mm，寬度約14600mm，廠房可用凈空高度為10300mm，廠房為鋼架結構，立柱上有高壓線纜橋架凸出、廠房立柱下細上粗、靠墻一側墻體上有攝像頭、橋架等干涉物，如圖5所示。立體倉庫規劃設計布局時需要考慮避開干涉物，同時廠房整體形狀呈矩形、整體長寬尺寸較小，但可向上縱向發展。此外，倉庫兩面靠墻，其余兩面為人工通行通道，設備布局不能占用公用空間，若采用堆垛機立體庫方式，一方面堆垛機巷道前后端需要預留大量空間，另一方面由于倉庫長度較小，堆垛機運行無法達到理想速度，影響出入庫效率，而四向穿梭立體庫通過配置換層提升機，可實現物料和四向穿梭車的換層作業，同時庫前端出入庫后可靈活布局，結合流量、SKU等數據分析，因此為該企業量身定制了四向穿梭車立體倉儲系統。

圖5 某企業倉庫

4.SKU及系統流量分析

經過現場調研，該企業生產汽車殼體等物料SKU數量約20種，零部件物料在生產區組盤后由人工叉車搬運至立體庫進行存儲，通過對企業生產規模以及發貨單等進行數據分析，得知該立體庫出入庫流量需求為：入庫5托盤/小時，出庫13托盤/小時；在AGV產線運行區域，共對接20個產線設備供貨點，每個點位2個小時消耗一托物料；同時結合產線人工消耗物料節奏及載具轉運流量的需求，共配置2臺四向穿梭車、4臺叉車式AGV、1臺托盤換層提升機。

5.載具單元設計

由于該企業生產的汽車殼體零部件物料具有重量大、外形不規整等特點，經過規劃后，采用倉儲籠作為物料載具進行存儲，倉儲籠尺寸為L1200×W1000×H1250mm，底部為四向進叉川字底結構托盤，四周設計護欄及圍網，同時為方便人工在產線取用物料，在寬度方向上采用可開門設計，倉儲籠如圖6所示。

圖6 倉儲籠

6.系統功能分區及設備配置

為滿足汽車零部件存儲及配送需求，結合物料生產工序，方案設計時規劃出入庫區、貨架存儲區、出庫區、加工區、清洗區等功能分區，如圖7所示。

圖7 廠房布局及功能分區

立體倉庫總體布局如圖8所示，包含入庫區、出庫區、貨架存儲區。

圖8 立體倉庫總體布局圖

托盤四向穿梭車立體庫適用于少品種大批量、對“先進先出”要求不高的托盤物料，立體庫硬件設備配置詳見表1。

表1 廠房布局及功能分區

根據現場調研得到的場地尺寸，貨架設計總高度約7.65m，最上層貨位高度約8.5m，換層提升機高度約9.17m，貨架設計為5層（部分區域3層設計），層高為1.65m，立體庫立面設計如圖9所示。

圖9 廠房布局及功能分區

自動化立體庫工藝流程

03

在倉儲管理系統（WMS）的精準管理和倉儲控制系統（WCS）的調度指揮下，輸送系統精準輸送，托盤四向穿梭車接駁物料精準存取，配合換層提升機的換層功能，實現托盤四向車及物料的跨層流轉，同時配合叉車AGV，將物料精準、及時送達產線工位上。準確、通暢的流程設計，可以讓立體庫運轉井然有序。

1.入庫流程

入庫流程如圖10所示，具體包括：

物料生產完成后，人工使用手持PDA掃描倉儲籠上的托盤以及物料碼，將物料與托盤綁定，完成組盤。

圖10 入庫流程圖

填寫入庫單據，WMS自動生成入庫任務，下發給WCS調度設備。

人工駕駛叉車將組好盤的整托物料板搬運至立體庫入庫口輥道輸送機上。

檢測光電被觸發后，輸送線自動開始運轉輸送，依次經過條碼掃描、外形檢測、稱重復核，全部核驗通過后向前輸送，如有一項不合格，系統將報警并退回入庫站臺，等待人工處理。

WCS調度四向車搬運，一層直接存入貨位，如需要存到高層貨架，則調度提升機接駁四向車連同貨物一層實現跨層。

入庫完成后，WCS反饋任務完成狀態，WMS系統結束入庫任務。

2.出庫流程

出庫流程如圖11所示，具體包括：

加工生產車間發起物料需求，WMS根據訂單自動生成出庫任務單。

圖11 出庫流程圖

WCS生成調度任務，調度四向車取出目標托盤，一層直接通過提升機出庫，高層物料則調度提升機到達對應樓層，將物料搬運到一層。

托盤通過提升機、輸送機輸送到出庫站臺。

AGV將托盤搬運到需求站點；向上層反饋執行結果，出庫任務結束。

3.AGV產線配送流程

AGV叫料工位配置有按鈕呼叫器，配套LED顯示屏，AGV配送流程如圖12所示，具體包括：

人工通過呼叫器進行呼叫AGV從庫內搬運貨物至叫料位置，供產線使用。

圖12 AGV產線配送流程圖

人工通過呼叫器呼叫AGV至產線下料位置，將滿框貨物搬運至清洗暫存區。

自動化立體庫軟件系統架構

04

信息管理系統作為整個物流系統的指揮和控制系統，是物流系統的調度核心和信息存儲處理中心。信息管理系統構建在先進的工業控制網上，運行于計算機網絡系統與數據庫環境下，系統構建以集成技術為核心，實現物流指令快速、準確地執行及物流信息的收集、處理、傳送、存儲和分析，并做出正確的決策以協調各業務環節，從而實現物料高效有序地流動和科學管理以滿足工廠作業計劃的需要。同時，還通過對物資消耗、庫存分析，及時、準確地了解某一段時間內的生產情況，為企業信息決策支持系統提供基礎數據，為上級管理信息系統提供生產物流信息。

系統體系架構縱向可分為軟件系統組織架構圖（見圖13）所示的幾個層次：

圖13 軟件系統組織架構圖

1.接口交互層

接口交互層用于計算機系統與企業ERP/MES系統的數據傳輸及業務驅動，是信息管理層與外圍系統的數據橋梁，按照約定下發和上傳業務數據。

2.信息管理層

信息管理層用于倉庫貨位、物料、人員、統計報表等統一管理，一方面接收接口交互層的數據輸入，另一方面需要根據業務數據的不同進行相應處理。同時，需要根據調度監控層的數據反饋進行業務處理，并將接口交互層輸入的數據處理后反饋給接口交互層。

3.調度監控層

調度監控層指WCS調度系統接收到信息管理層的任務指令后，分解指令，并通過調度算法合理調度設備執行層的各個設備，并將指令進行下發，以驅動設備搬運執行。調度監控層也在實時接收設備執行層的狀態反饋，通過界面實時反映設備的運行狀況。

4.設備控制、執行層

設備控制、執行層指各個搬運設備通過Profinet工業以太網技術與WCS通訊，設備在接收WCS任務指令后進行指令分解，并執行相應的搬運動作。同時，將執行狀態數據反饋給設備監控層進行監控。

三維建模助力自動化立體庫建設

05

在自動化倉儲物流系統規劃設計工作中，對系統進行建模是不可缺少的一項工作，運用計算機建模技術，將倉儲系統轉換成三維立體模型，結合現場調研數據建立倉庫模型圖，一方面可以直觀展現自動化立體庫效果圖，另一方面可以規避立體倉庫與周圍廠房建筑設施干涉情況，及時發現問題并調整方案，為后期項目實施保駕護航。

1.建模軟件介紹及模型效果

在自動化物流倉儲行業，常用的建模軟件有3D MAX、SKETCHUP、FLEXSIM等，本項目采用SKETCHUP2018軟件進行建模，結合前期現場調研數據，建立倉庫建筑模型，而后依次對立體庫貨架、輸送設備、提升機、四向車、AGV等進行建模，完成整體模型的搭建，在搭建三維過程中，發現多處立體庫貨架與土建廠房干涉情況，及時有效地進行調整，使得項目實施順利開展，項目三維模型效果如圖14所示。

圖14 立體倉庫三維效果圖

2.立體庫建成落地實際效果

通過前期細致的調研，結合三維建模等技術，保障系統順利實施，該企業自動化立體倉庫系統順利建成落地，為企業降本增效發光發熱。立體庫實景，如圖15、圖16和圖17所示。

圖15 自動化立體倉庫實拍

圖16 立體庫出庫口實拍

圖17 AGV實拍

項目運行效果

06

自動化立體倉庫建成投入使用后，使該機械制造企業的倉儲空間利用率提高300%，物料信息管理高效快捷，信息追蹤、庫存管理精準把控，數據管理準確率達99.99%，自動化程序提升90%，節省80%人工成本；通過引入AGV系統，實現“出庫－搬運－產線配送－清洗配送”的全流程自動運轉，解決了人工叉車在產線擁擠堵塞問題，后期生產車間與立體庫間的搬運由人工叉車改為AGV后，該企業從生產入庫、出庫、產線配送實現全流程自動化，降低人工成本，企業實現降本增效，滿足企業高密度存儲、高周轉效率需求，低成本運營，極大提高了企業核心競爭力。

通過這一項目，可以看到自動化立體庫是助力機械制造企業發展的一大利器，可顯著提升倉儲容量、提高自動化程度、減少人工錯誤率及降低人工成本，實現全面數據化、可視化管理，為企業實現“降本增效、節能降耗”奠定堅實基礎。

———— 物流技術與應用融媒 ————

編輯、排版：王茜

本文內容源自，有刪改。

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