卷煙工廠自動化立體倉庫系統設計

王文才 段青娜 張漢平

摘要：本文以某卷煙廠自動化立體倉庫為研究對象，從系統的角度分析了其庫容設計與出入庫工藝流程，研究了堆垛機、AGV、穿梭車等主要設備的選型和布局，論述了WMS-WCS的設計方案。

Abstract： This paper takes cigarettes factory automation stereoscopic warehouse as the research object， from the angle of system， analyzes the capacity disign and the process flow of storage， and the selection and layout of main equipment such as stacker AGV， shuttle car and so on， mainly discusses the design scheme of WMS-WCS.

關鍵詞： 自動化立體倉庫；堆垛機；AGV；穿梭車；WMS-WCS

Key words： automation stereoscopic warehouse；stacker；AGV；shuttle car；WMS-WCS

中圖分類號：TS48 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0271-03

0 引言

隨著現代工業生產的發展，柔性制造系統（FMS）、計算機集成制造系統（CIMS）和工廠自動化（FA）對倉儲物流系統提出更高的要求。使用自動化的機械設備進行貨物存取，運行和處理速度快，從而提高了勞動生產率，降低、消除了操作人員的勞動強度；計算機控制系統能夠始終準確無誤地對各種信息進行存儲和管理，減少貨物處理和信息處理過程中的差錯；借助于計算機管理還能有效地利用倉庫儲存能力，便于清點和盤庫，合理減少庫存，從而提高倉庫的管理水平[1，2]。某卷煙廠作為一家生產型企業，為保證生產的高節奏、不間斷，倉儲的重要地位日益顯著。

1 庫容分析設計

某卷煙廠輔料庫承擔卷煙生產所需原輔料的存儲，物料主要為卷接包、裝封箱、嘴棒等。過多的庫容對于企業來說是一種浪費，而過少的物料儲備量對于生產來說又會嚴重地影響產能[3]。為保證輔料的持續穩定供應，其庫容可以通過下列的公式來進行估算（其中涉及到一個條件，就是說我們必須明確在不進行入庫的情況下，期望我們的庫存能支撐多長時間的生產，在此我們假設是5天120小時）：

Wa=So*H*λ

其中：Wa代表總的庫容量，So代表每小時卷包車間所需要的配盤數量，而H代表在無配盤入庫的情況下庫存能支撐的時間（小時），最后λ表示一個經驗系數來作為庫存的冗余，在此我們默認λ取值為1.2。

輔料庫輔料存儲以托盤承載實現，就輔料存儲類型區分為單一托盤和復合配盤兩類。按照輔料日消耗量（按照硬包占70%、軟包占30%產量來計算），可以得出表1的數據。

從表1可以看出，每天（24小時）我們需要大約為1186個托盤，將這個數據代入前述的公式就可以估算出我們的庫容量：Wa=1186*5*1.2=7116個貨位。

2 輔料庫工藝流程

輔料庫最主要的目的乃是為卷接包機組適時地供應輔料，因此必須擁有一個合適的出庫流程，在卷包機組需要（進行輔料呼叫）的時候，迅速地將輔料配盤供到機組站臺。此外采用來料的時候先在配盤區進行配盤，配好盤后再統一入庫的方法，并加入了抽檢、退庫和空托盤回收流程[4，5]。綜上所述某卷煙廠輔料庫工藝流程如圖1所示。

3 設備選型與布局

3.1 堆垛機

堆垛機是整個自動化立體庫不可或缺的核心設備選擇合適的堆垛機尤為重要。堆垛機分為歐洲制造、日本制造以及中國制造，就性能以及原理來說，幾乎也是大同小異。從堆垛機的穩定性以及安全性來說，歐洲制造的堆垛機運行更加穩定以及對人員的保護上來說也做得更好。

3.2 AGV

AGV作為庫區與卷包設備之間的輸送設備，可以直接將輔料配盤送達需要的機臺。由于卷包車間安裝了很多設備，而且對地面的要求也比較高，再加上隨時可能會對路徑做出微調，因此采用激光導引的方式。

3.3 穿梭車

選擇了堆垛機作為庫內存取貨物的設備，選擇了AGV作為輔料立體庫的末端到卷包機組的輸送設備來輸送配盤，理論上來說，剩余的可以經由輸送機來布局（見圖2）。但是，正如我們前面的分析中指出，如果我們用輸送機來進行余下路徑的構成，然而我們從圖上可以看到，如果我們用輸送機來替換穿梭車系統，則必然會導致大量的交叉路口。而這些交叉路口除了會使控制邏輯變得復雜外，還會存在大量相互讓路的情況，結果會使整個輸送效率變低，極有可能無法滿足生產的要料性能需求。

對于出庫的情形也一樣，只是由于受到地形的限制，所以我們選擇往復式穿梭車來替代環形穿梭車。在一條公共的直線軌道上布置多臺穿梭車，每個穿梭車分別服務數臺對應的堆垛機，當然我們也可以允許多臺穿梭車之間有路徑交叉的情況，然而，由于雙方進入交叉區域之時也會存在讓路的情況。因此，這種情況也要盡量地避免。出庫部分的復式直穿系統如圖3。

3.4 輸送機

盡管盡量少使用輸送機來進行設備布局，但是輸送機作為連接各個其它輸送子設備之間的橋梁仍然顯得必不可少。因此，作為整個出入庫物流路徑的貫通，這一部分的使用也就顯得既充分又必要了[6，7]。

4 WMS-WCS分析設計

4.1 數據庫

整個自動化物流系統的數據盡管從量上來說，不算太大。然而，這些數據最為關鍵之處是涉及到整個配方的投料、煙絲、煙葉投料以及輔料、濾棒生產投料的準確性，至少從目前來說，無論是配方煙包、煙絲、煙葉等等數據無法用肉眼來區分。因此，數據庫的選擇除了考慮性能因素外、也要考慮產品的穩定性以及供應商后續的技術支持的力度等。通常來說，用得比較多的關系數據庫有甲骨文公司的Oracle、微軟公司的SqlServer以及IBM公司的DB2三種。這三種產品均各有優點，比如Oracle，可以簡單方便地使用Rac架構來實現雙機熱備，而且對數據的粒度控制比較精細、性能以及穩定性也比較好，既可運行于Windows Server系統，也可以運行于Unix平臺，當然價格也高，適合大型數據系統使用。而SqlServer性能穩定性一般，但是價格也適中，適應于中小系統使用，一般運行在Window Server之上。DB2介于上述兩個數據庫之間，既可運行于Windows Server系統，也可以運行于Unix平臺，對自己的IBM的服務器之間有較好的兼容性。

4.2 網絡

某卷煙廠整個工業主干網采用的是環形網的拓撲結構，其好處就是在主干網上無論哪個節點斷開，也不會影響到整個網絡的數據傳輸[8]。在主干網的節點之間采用光纖來接連，如此，即便在大量的數據經過之時，也不至于使網絡癱瘓。對于自動化立體庫系統，采用從主干網的節點上引出旁路，然后在經過一個網絡交換設備（網絡交換機、集線器等）作為擴展的輸出節點。并將此節點作為中介點，再組一個星型網絡結構。經由這個節點，隸屬自動化倉庫的所有子設備的網絡就被貫通。某卷煙廠輔料庫的網庫拓撲如圖4所示。

4.3 WMS

在WMS設計中最為關鍵是要理清自動化立體庫所涉及的業務邏輯，并將這些業務邏輯組織成業務流程，然后再逐步分解、轉換為可以設計編程的需求描述，圖5是一個輔料庫典型的業務內容。

5 總結

本文詳細介紹了某卷煙廠自動化立體倉庫的庫容設計與計算、輔料庫的工藝流程、各主要設備的選型和布局，對其數據庫選擇、網絡構建和WMS設計作了詳細分析。輔料庫長期的實際運行情況也驗證了設計的合理型。

參考文獻：

[1]胡曉娟，葉曉東.一種自動化立體倉庫系統設計[J].Internal Combustion Engine & Parts，2010.

[2]劉志剛，張建奇.自動化立體倉庫機械結構設計[J].機械與電子，2011.

[3]王盛明，盧秉亮.自動化立體倉庫貨位分配優化研究[J].微處理機，2013.

[4]余勇，危鋒.數據庫技術在立體倉庫倉儲貨物中的應用[J].物流技術，2014.

[5]李美霞，李衛東.企業物流自動化立體倉庫設計[J].物流技術，2010.

[6]張衍會，邱建東，湯旻安.一種貨架共用模式自動化立體倉庫貨位優化[J].計算機應用與軟件，2017.

[7]李玉金.自動化立體倉庫存儲管理策略的優化[J].中小企業管理與科技，2017.

[8]石樹正，馬立勇，梁永生.自動化立體倉庫控制系統設計[J].河北建筑工程學院學報，2016.