基于RFID的白酒灌裝廠中轉立體倉庫設計探討

唐永清 陳濤 張超 張懷山 林遠康

摘要：介紹了RFID技術原理，提出了基于RFID技術的白酒灌裝廠中轉立體倉庫工作流程和管理系統功能模塊，并以白酒產品實例對立體倉庫貨架規格和廠房尺寸進行了理論計算，最后對白酒灌裝廠中轉立體倉庫進行了展望，為白酒行業的發展提供借鑒。

Abstract： Civil Engineering Major in higher vocational colleges is to cultivate applied talents of the society， with the constant improvement of project information management， raising the level of information technology in civil engineering students is to adapt to the inevitable requirement of building the new normal development in our country. Based on the value of the application of information technology in the Civil Engineering Major in higher vocational colleges， this paper expounds the present situation of information technology in the application of Civil Engineering Major in higher vocational colleges， and puts forward some countermeasures to improve the application of information technology in Civil Engineering Major in higher vocational colleges. Finally， it discusses the effect of information technology in higher vocational colleges.

關鍵詞： 白酒；RFID；立體倉庫

Key words： liquor；RFID；dimensional warehouse

中圖分類號：F270.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）20-0283-03

0 引言

隨著工業自動化的快速發展，人力成本的不斷上升，各大白酒企業在提高品牌效應的同時均在嘗試向自動化、智能化釀造轉型升級，向智能釀造工廠目標靠近，以提高生產效率、降低成本。灌裝生產線的優劣直接關系著企業產品質量、食品安全、生產效率及企業效益[1]，與灌裝生產線配套的成品酒倉庫和包材倉庫直接影響整個灌裝廠的效率。白酒行業屬于傳統行業，整體自動化水平較低，對現有工藝改進和優化，充分發揮機械化和自動化的優勢，提高生產效率，降低勞動強度，實現資源的合理化配置[2-4]，是各大酒企共同的目標。同時，在工業4.0和人口紅利消失的新時代，傳統的白酒制造模式面臨轉型升級，基于RFID的白酒灌裝廠中轉立體倉庫是提升灌裝廠整體效率的有效途徑。基于RFID技術，設計白酒灌裝生產線匹配的中轉立體倉庫，提出了中轉立體倉庫工作流程，并對立體庫貨架和廠房尺寸進行了理論計算，為白酒行業的發展提供借鑒。

1 RFID技術簡介

標準的RFID系統包含電子標簽、讀寫器和應用系統[5]。電子標簽由芯片、天線及耦合元件組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，用于儲存相應的商品信息[6]。讀寫器由射頻接口、控制系統及耦合元件組成，采用射頻信號以空間耦合方式進行無接觸信息傳輸，實現讀取或寫入電子標簽中對應的商品信息，并通過控制系統對接收信息進行數據處理，最終實現自動識別商品信息的目的[7-8]。

RFID技術中所衍生的產品大概有三大類：無源RFID產品、有源RFID產品、半有源RFID產品[9-11]。無源RFID產品發展最早，也是發展最成熟，市場應用最廣的產品。無源RFID產品不需要供電電源，減少了后期的維護成本，因此白酒灌裝廠中轉立體倉庫設計優選無源RFID。

2 立體倉庫設計

2.1 設計概況

白酒灌裝廠中轉立體倉庫是配合灌裝生產線使用，由成品酒倉庫和包材倉庫組成，主要用于包材和成品酒的中轉。由于包材立體庫和成品酒立體庫相似，該處以成品酒立體倉庫為例進行設計和理論計算。假設灌裝線產能20000p/h，根據貨車運輸的周轉時間以及每天的生產量，成品酒的暫存期定為七天。以節約占地面積，合理利用土地資源，盡量避免安全事故的發生為原則，并且以包材與成品酒的暫存天數為依據對自動化立體倉庫進行設計，且本倉庫采用RFID技術。

基于RFID的自動化立體倉庫管理系統流程設計：在立體倉庫出入口安裝 RFID讀寫設備。當貨物進入設備信號覆蓋區域，附著在貨物上的電子標簽產生感應電流，并將貨物信息發送到 RFID 讀寫器。RFID 讀寫器將信號解碼后，傳送到自動化立體倉庫管理系統，實現貨物的出庫、入庫、直接裝車自動化管理。

2.2 成品酒倉庫設計

包裝好的成品酒根據ERP系統下達的入庫作業指令或直接裝車指令自動進入成品酒倉庫或直接裝車。

2.2.1 成品酒入庫自動化物流系統流程

①上一級ERP系統下達入庫作業單，自動化立體倉庫管理系統獲取指令，入庫管理模塊對成品入庫作業單（如成品入庫單編號、貨物名稱、數量等）等信息自動識別、分析和處理。

②自動化立體倉庫管理系統根據成品入庫作業單對巷道式堆垛機系統發出指令，巷道式堆垛機根據指令將空托盤從貨架取出，利用有軌穿梭小車將空托盤轉運至傳送帶并傳送至入庫站臺。

③成品進入立體倉庫后，安裝在入口的RFID讀寫器對成品的電子標簽進行批量讀取，自動化立體倉庫管理系統將實際驗收的成品信息與成品入庫作業單的成品信息進行核對。若出現不符，則自動化立體倉庫管理系統對分流機發出指令，并將成品輸送至裝車輸送線。核實無誤后，自動化立體倉庫管理系統對分流機發出指令，將成品輸送至機械手處，機械手根據指令將成品碼在托盤上。

④碼垛后的成品經過輸送機進入入庫輸送線，并輸送至有軌穿梭小車處。

⑤自動化立體倉庫管理系統指揮調度有軌穿梭小車并將成品托盤輸送至相應的巷道式堆垛機站臺。

⑥自動化立體倉庫管理系統將按照一定的原則分配一個固定的貨位，并通知巷道式堆垛機，把成品托盤堆放到指定的貨位，完成成品入庫。

⑦成品入庫作業完成后，RFID 讀寫器將數據上傳至系統數據庫中，完成信息更新。電子標簽內的數據也隨之更新（寫入操作時間）。同時，各設備在運行過程中將數據上傳至系統數據庫中，實現信息實時更新。

2.2.2 成品酒出庫自動化物流系統流程

①上一級ERP系統下達成品出庫作業單，自動化立體倉庫管理系統獲取指令，出庫管理模塊對成品出庫作業單（如成品出庫單編號、貨物名稱、數量等）等信息自動識別、分析和處理。

②自動化立體倉庫管理系統根據成品出庫作業單對成品倉庫儲存貨位進行查詢，向巷道式堆垛機系統發出指令，巷道式堆垛機根據指令從指定巷道中提取成品托盤，并送往巷道口。

③自動化立體倉庫管理系統調度有軌穿梭小車到巷道口取貨，并將成品轉運至出庫輸送線，成品通過輸送線輸送至出庫站臺。安裝在出庫輸送線上的RFID讀寫器對成品與托盤的電子標簽進行批量讀取，自動化立體倉庫管理系統將實際出庫的成品信息與成品出庫作業單的成品信息進行核對。若出現不符，則自動化立體倉庫管理系統會輸出提示信息，并將成品托盤經輸送機輸送至入庫站臺處，檢測回庫。同時，自動化立體倉庫管理系統將重新調配相同的成品托盤出庫，以進行補缺。核實無誤后，利用一臺機械手將托盤上的成品卸至裝車輸送線上，自動化立體倉儲管理系統發出指令，空托盤回傳至成品區。

④自動化立體倉庫管理系統向裝車輸送線上的分流機發出指令，分流機根據指令將成品分配至伸縮式傳送帶上，利用裝箱機器人與液壓升降臺將成品裝在貨車上。

⑤成品出庫作業完成后，RFID讀寫器將數據上傳至系統數據庫中，完成信息更新。電子標簽內的數據也隨之更新（寫入操作時間）。同時，各設備在運行過程中將數據上傳至系統數據庫中，實現信息實時更新。

2.2.3 成品酒直接裝車自動化物流系統流程

①上一級ERP系統下達直接裝車作業單，自動化立體倉庫管理系統獲取指令，直接裝車管理模塊對裝車作業單（如裝車單編號、貨物名稱、數量等）等信息自動識別、分析和處理。

②成品進入裝車輸送線后，安裝在裝車輸送線上的 RFID讀寫器對成品的電子標簽進行批量讀取，自動化立體倉庫管理系統將實際裝車的成品信息與直接裝車作業單的成品信息進行核對。若出現信息不吻合，則自動化立體倉庫管理系統發出提示信息，將成品輸送至緩存區，并通知相關人員處理，處理后進行裝車或回庫。核實無誤后，自動化立體倉庫管理系統向裝車輸送線上的分流機發出指令，裝車輸送線上的分流機根據指令將成品分配至伸縮式傳送帶上，利用裝箱機器人與液壓升降臺將成品裝在貨車上。

③直接裝車作業完成后，RFID 讀寫器將數據上傳至系統數據庫中，完成信息更新。電子標簽內的數據也隨之更新（寫入操作時間）。同時，各設備在運行過程中將數據上傳至系統數據庫中，隨時進行信息更新。

2.2.4 參數計算

托盤的選擇：以某品牌酒為例，目前的成品酒一件的尺寸為373mm×265mm×340mm，由于包含十種瓶形，為了便于各種瓶形都能存放于同一個貨架，因此選擇一件成品酒的尺寸為400mm×300mm×340mm，根據成品酒的尺寸來選擇托盤的類型，每個托盤放3×4×3=36件貨物，選擇托盤尺寸為1200mm×1200mm×150mm。

托盤總量：以某品牌酒為例，目前成品酒一件的重量為10.7kg，因此，設每件成品酒的重量為10kg，每小時生產成品酒20000瓶，即為10t，因此每小時生產的成品酒大約重為34t，七天的存儲量為34t×22×7=5236t，由于每個托盤載重0.36t，則至少需要的托盤數為：5236÷0.36=14545個。

貨架：設貨架立柱厚度為100mm，托盤與貨架間隙為50mm，貨物高度為340×3=1020mm且離上層間隙為50mm。

一個貨格的長L=100mm+1200mm+50mm+50mm=1400mm，寬B=1200mm+50mm+50mm=1300mm，高H=1020mm+100mm+150mm+50mm=1320mm，貨架如圖1。

成品倉庫長度：大貨車最長為17.5m，加上車頭最長為20m，采用伸縮輸送帶與裝箱機器人上貨時，由于裝箱機器人最大上貨能力為10t/h，則至少需要4輛車才能滿足每小時生產的成品全部裝車，由于伸縮輸送帶長度為7m，機器人需要的長度為3m，車長為20m，車預留距離為3m，此時4個貨位裝車至少需要的長度為：（7+3+20+3）m×4=132m。

貨位數：由于需要14545個貨位數，貨架寬為1300mm，堆垛機寬為1400mm，一個堆垛機對應兩排貨架，考慮7個堆垛機時，則寬度為（1300+1400+1300）mm×7=28000mm。考慮87列時，則貨架長度為1400mm×87=126000mm=121.8m，設層數為12層，則貨架總高為：1320mm×12=15.84m，則此時總貨位數87×14×12=14616個>14545個，滿足七天的存儲量。設立體倉庫的輸送線長度為15m，則倉庫總長為：121.8m+15m=136.8m>132m，滿足四個裝車位所需長度，此時成品倉庫占地面積為：136.8m×28m=3830.4m2。根據建筑防火設計規范可知，每座高層倉庫最大占地面積為4000m2，最大防火分區為1000m2，由于每個堆垛機對應的占地面積為：4m×121.8m=487.2m2，則在進行防火分區設置時，每兩個堆垛機所在區域設置一個防火墻，總共需要3個防火墻，設每個防火墻長124m，寬為0.6m，則倉庫的總寬為：28m+0.6m×3=29.8m，成品倉庫主要參數見表1所示。

2.3 自動化立體倉庫管理系統功能

根據以上設計并結合本系統所選倉庫模型實際情況，自動化立體倉庫管理系統應由以下幾個功能模塊組成（如圖2所示）：系統管理模塊、基本信息模塊、直接裝車模塊、入庫出庫管理模塊、庫存管理模塊、設備監控模塊等。

從安全角度考慮，本系統在界面層中設置了訪問權限，用戶只能獲取權限范圍內的數據，從而確保系統的數據安全。

基本信息主要包括入出庫信息、設備信息、貨品信息、貨位信息、客戶信息（公司名稱、公司地址、公司聯系人、聯系方式、職務等）、盤點數據等。綜合信息包括分析界面，主要面向公司主管，根據系統庫存統計和預警，研究是否增補庫存和快速發貨。

庫存管理主要是完成盤點作業，此外還可以進行庫存調整管理、庫存查詢、庫存統計和儲位貨物分析等。

2.4 系統的硬件構成

①主控制系統。包括電腦主機、網絡控制器、出入口RFID讀寫器及相應的識別天線、無線路由器等。電腦主機連接網絡控制器，通過無線路由器連接出、入庫門口的RFID讀寫器、識別天線。

②倉庫設施。倉庫設施包括所處倉庫、貨區、貨架及每個貨物存放區。整個立體倉庫內及附近都被無線網覆蓋，以實現倉庫內信息共享。

2.5 消防要求

立體倉庫的消防非常重要，因此必須安裝足夠的消防設備。除了考慮倉庫本身的防火性能設計外，還應配備消防安全設備，以保障倉庫的消防安全。立體倉庫應安裝火警自動報警系統、煙感報警器和自動噴水滅火消防系統，這些系統會自動感應煙霧、高溫和光輻射，發出聲光報警、切斷電源、進行卷簾隔絕等。

2.6空調系統

倉庫空調系統的作用是使倉庫內與室外空氣的循環流通，調節溫度、CO2和 O2的含量，維持作業人員和保管貨物所需的作業環境。立體倉庫尤其要注意防潮、防濕，因此在規劃立體倉庫時必須注意倉庫的換氣、通風設施。

3 展望

經過各大酒企的共同努力和中國制造2025戰略的引領，白酒行業機械化、自動化、智能化釀造已初顯成效，在釀造環節已呈現出一批具有典型代表的企業，個別酒企已達到機械化、自動化釀造的水平，突破了傳統釀造的模式。釀造后端灌裝、包裝及原材料和成品酒中轉自動化程度也有一定提高，采用RFID技術應用于立體倉庫，將進一步提高白酒行業自動化、智能化水平，為大規模個性化定制奠定技術基礎，同時還可建立白酒追溯體系，以技術手段保證食品安全。

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