超重型自動化立體庫研究與設計

國網寧夏電力有限公司銀川供電公司 康曉雪 顧 亮

在步入工業4.0時代以后，傳統中人工化、半自動化的設備應用與管理模式已無法滿足生產活動中的實際需求，使得自動化技術、智能化技術與生產系統的融合越發勢在必行。在此背景下，自動化立體庫作為新一代的物流倉儲系統應運而生，為企業倉儲工作效率、生產管理質量以及綜合技術實力的提升提供了有力助推。

1 超重型自動化立體庫的應用優勢

超重型自動化立體庫是現代物流倉儲領域下的新生產概念、新技術系統，綜合運用了自動控制技術、智能監控技術、自動識別技術、信息管理技術、數據庫技術等多種現代科技，表現出了高水平的應用價值。與傳統時期的普通倉庫相比主要表現如下應用優勢：

實現了倉儲空間的充分利用。在傳統生產活動中倉庫的貨物存儲方式大多是單層、平面的，此時期即便有人已想到要提高倉儲空間的實際利用率，但往往也會因裝載、搬運等方面的技術條件限制而很難付諸實踐。相比之下，超重型自動化立體庫使用了縱向延伸的立體式存儲形式，其貨架通常在12米至20米之間，大大提高了倉庫單位面積的貨物容納能力。

實現了工作效率的大幅提升。在過去很長一段時間里，企業貨物都是靠純人力或人機結合的方式進行裝卸搬運的，這不僅會消耗大量的人力成本，也會使貨物重量與搬運速度形成反比關系，不利于工作效率的高水準、穩定化保持。此外受客觀因素限制，搬運人員存在睡眠、休息等需求，且難免出現疲勞、疏忽等問題，這也會在很大程度上影響倉儲工作的效率與質量。相比之下，超重型自動化立體庫完全采取自動化、智能化的機械搬運方式，并不會在一線生產方面涉及到人力需求。這樣既有助于將倉儲工作保持在穩定、高效的狀態當中，同時也能實現全天候的運作、監控與管理，從而促進企業生產效率、生產效益的提升[1]。

實現了人員安全的有效保障。基于超重型自動化立體庫的“去人工化”運行特點，傳統中貨物裝卸、搬運以及現場管理中可能存在的安全隱患都能得到基本控制，從而大幅降低對人員生命健康的威脅性；實現了貨物安全的有效保障。超重型自動化立體庫主要通過托盤、貨箱、傳統帶等機械化輸送系統進行貨物的裝卸與搬運，這在很大程度上弱化了人因風險對貨物安全的影響，因此能達到降低貨損率的理想效果。

2 超重型自動化立體庫的設計需求

2.1 常規管理的設計需求

應具備基本信息的管理功能，具體信息內容包括用戶信息、客戶信息、訂單信息、條碼信息、物料信息、倉位信息等。在此基礎上應為不同用戶提供出差異性的信息管理權限，如信息查詢的權限、信息增刪的權限、信息修改的權限等；應滿足內部信息的打印、備份、傳輸、可視化顯示等功能需求，以確保為相關人員的生產活動提供便利；應同時具備良好的兼容性與拓展性。一方面自動化立體庫系統應支持市面上常見的各類計算機操作系統、手持掃碼設備以及數據庫，并能隨技術發展而更新升級。這樣才能保證自動化立體庫的高效、順暢運用，防止系統沖突、設備失能等負面情況發生。另一方面自動化立體系統應預留出適當的軟硬件接口與系統空間，以應對倉庫擴容、貨架結構調整、新系統接入等后續應用要求；在設計中無論是系統的核心服務器端還是手持設備終端都應保證易用性，即界面清晰簡潔、設備操作簡單，以降低相關人員讀取信息、操控系統的難度。

2.2 出入庫管理的設計需求及總體設計

超重型自動化立體庫的入庫管理主要是針對倉儲貨物而言的。在自動化立體庫系統的實踐應用中，其需要按照庫管人員已核對無誤的入庫單據信息進行相關貨物掃碼指令的反饋響應，并驅動托盤輸送機、箱式輸送機、皮帶輸送機等開展作業，執行相應貨物的入庫任務。在入庫完成后系統還應對各項入庫信息進行記錄存檔，并為庫管、客戶等人員提供二維碼、條形碼、任務單等的呈現與打印服務。在前期的系統設計中，相關人員必須要對上述流程的功能需求提起重視。與入庫管理同理，在超重型自動化立體庫的出庫管理設計中，相關人員也應滿足生成出庫單據、發送出庫指令、驅動輸送設備、記錄出庫信息、提供打印服務等功能需求。

2.3 庫存管理的設計需求

庫存管理功能方面的設計需求以信息查詢為主，需要查詢的內容包括貨物庫存狀態、貨物箱碼、貨物倉位、托盤編碼、出庫任務細節、入庫任務細節、盤點任務細節、調配單據等信息。做好該項設計可為倉庫管理人員、出入庫人員應用超重型自動化立體庫系統提供極大便利。

2.4 智能分析的設計需求

雖然超重型自動化立體庫具備相對完善的機械化運作機制與生產能力，但仍存在一定的故障風險，如貨物脫離傳送帶、貨物掉出托盤、貨物包裝破損、程序流轉混亂等。當發生此類情況時，為將故障影響降低在最低水平，實現超重型自動化立體庫系統運行狀態的快速恢復，需技術、管理等人員介入對系統實施及時性、針對性的監管與維修。基于此，相關人員在前期的設計實踐中還應意識到系統自檢、自查、制動等需求的滿足必要性，進而設計出智能分析功能，依靠多種數據實現系統狀態的真實評估與動態告警。此外，結合行業經驗來看，超重型自動化立體庫在投用運行的過程中還面臨多種硬件上的故障隱患，如線路老化破損、設備機構局部過熱、周圍環境潮濕銹蝕等。所以相關人員還應依托傳感器技術提高智能分析功能的數據覆蓋范疇，以進一步提高超重自動化立體庫系統及現場人員的風險感知水平。

2.5 超重型自動化立體庫的總體設計

設計超重型自動化立體庫系統的總體架構時可劃分出展示層、應用層、控制層以及數據層四個層次。展示層即系統的最前端，主要包括自動化立體庫系統界面與手持終端設備界面兩個部分，均應具備優質的可視化特性；應用層則為倉庫管理、出入庫等人員的操作應用層次，具體應包括基本信息管理、更新升級管理、入庫管理、出庫管理、庫存管理、故障管理以及日志記錄等；控制層主要負責系統任務的實際執行控制，應包括堆垛機控制、運輸機控制（如托盤輸送設備、箱式輸送設備、皮帶輸送設備等）、工業機器人控制、穿梭車控制、傳感器控制等；數據層可將SQL Server 數據庫為基礎，進行用戶信息、客戶信息、貨物信息、倉位信息、票單信息、任務信息等的存儲與查詢。同時還可通過Web Service、非對稱密鑰等技術，為超重型自動化立體庫的系統信息交互提供穩定支持與安全保障。

3 超重型自動化立體庫的細化設計

3.1 軟件設計

在常規管理的模塊設計體系中，用戶、客戶、貨物等的基本信息管理為重中之重。在設計用戶管理模塊時應保證用戶賬號各自獨立、互不重復，支持單個賬號與多種權限的綁定對接，并體現用戶的姓名、崗位、職稱、聯系電話等信息；在設計客戶管理模塊時應賦予客戶相對應的訂單發起權限，并體現客戶的系統賬號、真實姓名、聯系電話、電子郵箱、訂單項目、合同編號等信息。在此基礎上，若企業與客戶之間的合作關系已終止，應及時刪除系統內的客戶信息；在設計貨物管理模塊時應注重體現貨物的具體名稱、主鍵ID、倉位、箱碼、托盤標簽、包裝數量、計量單位、空間體積、類型描述等。若客戶已提交了相關訂單申請則應將貨物信息與客戶信息相綁定。若用戶已發出出入庫指令，則應將貨物信息與用戶信息相綁定。此外還需將超重型自動化立體庫系統與已部署的服務器、傳感器、顯示器、交換機、打印機等設備系統建立連接，以滿足倉儲信息的采集、呈現、傳送、輸出等常規管理需求。

在設計入庫管理模塊時，相關人員主要應關注入庫需求單、入庫調配單、入庫操作等方面。在入庫需求單方面，應明確體現需求單的創建時間、申請人員、申請人聯系方式、審核用戶ID 等。在入庫調配單方面應明確體現貨物入庫量的核實數量，并實現相關數據的系統讀取與票單轉化。在入庫操作方面，系統應將已轉化生成調配單傳輸至PDA、平板電腦等手持終端設備處，輔助入庫人員完成對貨物實際數量、規格型號、性能狀態的核對檢查。檢查完成后即可基于特定程序代碼驅動輸送、碼垛等機械設備執行入庫任務；在設計出庫管理模塊時相關人員主要應關注出庫需求單與出庫操作兩個方面，與入庫需求單、入庫操作的設計思路基本相同[2]。

庫存管理的模塊設計。庫存管理模塊主要用于貨物當前庫存狀態的查詢與盤點，具體功能包含庫存查詢、箱碼查詢、托盤查詢、調配單查詢等部分。在設計中，各項查詢信息均以Excel 表格的形式輸出與保存，同時應滿足特定時間段的查詢需求。例如，若相關人員想要查詢2018年4月到2019年5月的所有調配單，即可將起止日期輸入或鍵入到庫存管理模塊的界面當中，并單擊查詢鍵進行票單信息的檢索與提取。

在設計超重型自動化立體庫的智能分析模塊時，相關人員可進行PLC 控制技術與多種傳感技術的綜合運用。首先以標準的自動化立體庫運行狀態作為基礎進行系統健康工況參數的預設；其后依托影像、溫度、電壓等傳感器對自動化立體庫的實際運行情況進行動態感知，并將相關信息傳回至PLC 控制器處；最后，若實際工況參數與預設工況參數存在過大偏離，則說明自動化立體庫系統已存在異常問題，如設備失能、貨物脫離等。此時PLC 控制器便可根據程序代碼控制觸發告警、制動等動作，從而在弱化故障影響的同時提醒相關人員及時進入現場進行故障排查與檢修處理。

3.2 硬件設計

在設計超重型自動化立體庫的貨架時，必須要凸顯出自動化立體庫縱向延伸的空間利用特點，在廠房條件允許的情況下可適當將倉庫貨位的層數、排數提至較高水平。為提高倉儲生產活動的便利性，防止人員、設備等的工作動線、運作空間發生沖突，相關人員還應做好巷道的規劃工作。基于超重型自動化立體庫的特殊性，還需對貨架的承載力提起重視，盡量選擇防銹性能好、結構強度高的鋼結構框架、貨架片以及連接件。

在機械方面，超重型自動化立體庫常用的設備有托盤輸送設備、箱式輸送設備、皮帶輸送設備、尺寸檢測設備、碼垛機器人、巷道碼垛機等。在設計實踐中應根據倉儲生產活動的訂單量、庫存量、出入庫頻率等具體需求，對各類機械設備進行針對性的選擇。例如，某自動化立體庫用托盤輸送設備的設計信息如下：托盤尺寸1300mm×1300mm×1690mm；輸送重量800kg；輸送速度16m/min；控制機制為PLC控制+總線控制；主要電器元件品牌為施耐德、西門子；接線端子品牌為魏德米勒；機柜品牌為施耐德。

總之，將超重型自動化立體庫應用到企業的生產實踐中，與傳統普通倉庫相比能顯著提高倉儲空間利用率與倉儲工作效率，并為人員、貨物提供出高等級的安全保障。在實踐中相關人員應致力于實現出庫、入庫、庫存、故障等多方面功能需求的充分滿足，并據此進行總體架構搭建與模塊細節設計，以確保超重型自動化立體庫應用價值的充分發揮，為企業生產效益、生產效率、技術實力的綜合提升夯實動能基礎。