板式家具自動化原料與成品倉管控流程對比研究*

牛怡婷 熊先青 袁瑩瑩 張靚婷

（南京林業大學家居與工業設計學院，江蘇 南京 210037）

隨著現代電子商務的迅猛發展，倉儲模式在經歷人工倉儲、機械化倉儲、自動化倉儲、智能化倉儲、集成化倉儲階段后，逐步發展為更加智能、集成、信息化的“3I”倉儲模式。其中自動化立體倉庫是倉儲模式不斷升級發展的產物，廣泛應用于我國醫藥、軍事等企業。我國家具制造業發展相對較晚，其信息化以及自動化程度相對較低[1-3]。近幾年，在中國制造2025的推動之下，我國板式家具制造業開始向智能化生產邁進，建設自動化立體倉庫成為實現智能生產的重要組成部分[4]。

立體倉儲是一種利用垂直空間存放貨物的倉儲模式，在此基礎上利用計算機實現在不直接人工接觸的情況下進行貨物的存取與輸送即為自動化立體倉儲。以作用為標準，自動化立體倉庫的組成主要包括高層貨架、輸送系統、存取系統、控制系統、管理系統等；以零件性質為標準，其組成主要包括硬件系統、軟件系統以及網絡架構系統等[5-7]。相對于傳統的倉儲模式，自動化立體倉庫不僅能夠在不增加橫向空間的情況下提高物料的存儲量，還具有提升物料的流通速度、流通效率、流通質量，避免物料積壓；減少人工操作，進而降低基于人工操作的出錯率；降低倉儲物流信息傳遞與反饋時間，提高問題解決效率；實現物料的先入先出，保證物料質量等優勢[8-9]。自動化立體倉庫有多種類型，根據企業需求具有不同的分類標準，分類主要基于儲存對象、操作對象、貨架與整體建筑連接方式、自動化控制方式、整體高度以及容量等。根據不同的存儲對象及物料流轉順序，立體倉庫可以分為原料倉、半成品倉以及成品倉三種類型[10]。

基于此，本文從立體倉庫存儲物料的內涵與狀態、物料信息采集以及運轉流程三個方面，對板式家具企業原料倉與成品倉進行對比研究，旨在為家具企業立體倉庫的整體性建設提供借鑒與參考，以進一步提高家具企業的管理效率及質量。

1 原料與成品倉物料與存儲狀態

對于板式家具企業而言，半成品是經過一定加工后需要暫時存儲的人造板，可以根據企業需求在物料加工過程中的所需位置設置一個或多個存儲倉，以保證不同加工工序之間的共同協調運作，避免因生產速度與效率不同造成物料堆積甚至停工等問題。

原料倉設于開料工序的前端位置，以S定制家居企業為例，其存儲物料為未經任何加工的三聚氰胺飾面板。其中，厚度尺寸較大的人造板基材以刨花板為主，厚度尺寸較小的基材以纖維板為主，尺寸規格均為 2 440 mm×1 220 mm×18 mm。其堆垛方式：以原料倉立體貨架貨格的高度為依據對人造板的堆疊高度進行合理安排，以高度為堆疊方向，將第N+1人造板堆疊到第N張人造板上，保證接觸面相互重合，最終人造板垛呈極為整齊的長方體。

成品倉位于包裝工序的后端位置，是企業物流的最后一步。存儲的物料為原料倉出庫的板材經過鋸切、封邊、鉆孔、質量檢驗等一系列加工工藝流程后，按照一定的原則組合包裝的小板材，同一訂單不同紙箱包裝的小板件先以平面擺放，再以豎向立體堆疊的順序從拼單口的輥筒線體轉移至托盤上，最終托盤物料的存儲狀態（高度、重量等）取決于物料的形態（尺寸規格、數量等）。相對于原料倉物料存儲狀態，成品倉的物料狀態更加復雜。

2 原料與成品倉物料信息采集

2.1 標簽

一維碼與二維碼具有不同的優勢：一維碼制造成本低，圖形簡單，利用條碼中黑色與白色條塊在橫向不等距的排列組合來實現信息記錄，豎直方向的長度不對信息的存儲造成影響；二維碼相比于一維碼較為復雜，能夠解決一維碼不能進行文字、圖像信息記錄的缺陷，并且在橫向與縱向兩個方位共同表達信息，不僅能增加信息儲存量，而且具備防錯性能，在條碼受到一定程度破損時，不會造成信息的丟失，也不影響信息的錄入[13-15]。

板式家具自動化原料倉與成品倉標簽具體信息如表1所示。

表1 原料倉與成品倉標簽主要信息Tab.1 Label information of raw material and finished product warehouse

板式家具原料倉所使用的條碼為噴繪形式的二維碼，信息主要包括：花色型號、人造板垛追蹤編號、尺寸規格、數量、人造板型號（環保等級、飾面材料種類等）、入庫時間等，如圖1所示。選用二維噴繪碼的主要原因如下：

1）二維碼具有更加完善的防錯機制。存儲于原料倉的三聚氰胺飾面板基材為木質或非木質碎料膠合而成，在原料倉存儲期間，側面未經封邊加工，長期處于暴露狀態會提高碎屑掉落的風險。

2）噴繪二維碼易于對條碼尺寸進行控制。人造板表面長度、寬度方向尺寸與側邊高度尺寸相差極大，一般表面尺寸大，側面尺寸小。

3）噴繪形式條碼的牢固性不受其使用位置及界面材質的影響。為保證人造板準確入庫，每一塊人造板都必須進行側邊標識，使用紙質條碼要求基面光滑、整潔、干凈，以保證條碼貼合牢固，而噴墨形式使用條件較低。

4）原料倉對條碼的表面信息概括性要求較低。原料倉位于最前端，此時的二維碼信息只代表了與人造板自身相關的一些基本信息，因此對條碼信息表面概括性要求不高，不同于位于末端的成品倉，需用紙質條碼清晰表達更多板料加工成零部件的工藝信息。

水利普查數據處理和西部湖泊測量。完成水利普查成果建庫和查詢及服務系統開發，為第一次全國地理國情普查等重大任務和項目提供信息服務，完成2 866套縣級水利普查空間數據電子成果圖制作和分發；完成水利普查成果建庫和查詢及服務系統開發。開展河湖普查成果整編和分析工作；組織完成西部地區重要湖泊工作，完成羊卓雍錯、扎日南木錯和博斯騰湖測量。

圖1 自動化原料倉人造板標簽Fig.1 Label information of wood-based panel of raw material automated warehouse

板式家具成品倉使用的條碼為紙質一維碼，信息主要包括：入庫地址、標簽號、條形碼、批次號、生產車間信息、總包數（本包數）、出貨日期、本包板材尺寸信息、供應商信息、訂單號等。條形碼信息除包含以上內容以外，還增加托盤信息（托盤號、托盤尺寸）和拼單狀態等，如圖2所示。選擇使用紙質一維碼的主要原因如下：

1）一維條碼易與紙質材料緊密貼合。板式家具成品倉所存儲的物料為經過紙箱包裝的小板件，紙箱表面一般較為整潔、光滑。

2）紙質一維條碼成本更低。

3）紙質一維條碼尺寸更大，信息表達更加清晰全面。包裝后的主要物料信息可以在紙質一維碼中清晰體現，日常抽查物料信息時，無需對物料條碼進行反復掃描。

圖2 自動化成品倉物料標簽Fig.2 Label information of material of finished product automated warehouse

2.2 傳感器

傳感器是一種利用檢測元件接收不同信號（壓力、色彩、敏感度等），并利用控制器及集成電路等將接收到的信號轉化為光信號，再將光信號轉化為電信號，完成信息采集與轉化的設備[16-17]。

隨著集成化與智能化的發展，傳感器的外觀體積不斷縮小，但其功能越來越強，能夠同時接收多種信號并進行轉化。根據檢測原理不同，傳感器可以分為稱重模塊、光電傳感器、接近開關等不同類型。其中光電傳感器根據光電收發形式也可分為多種類型，較為常見的有漫反射光電傳感器、鏡反射式光電傳感器、對射式光電傳感器、槽型光電傳感器等。接近開關根據對檢測物體的“感知”方法不同，可分為電感式接近開關、渦流式接近開關、電容式接近開關、霍爾接近開關、光電式接近開關、熱釋電式接近開關、超聲波接近開關等多種類型[18-20]。

板式家具自動化原料倉與成品倉需要不同的傳感器來共同實現真正意義上的自動化運行。將不同類型的傳感器與計算機技術相結合，組合應用于立體倉庫運行路線的不同位置，共同實現板式家具的精確制造與倉儲物流的高效運轉。傳感器使用的種類與數量由倉儲位置、物料、輸送系統等決定，其主要用于以下幾方面的檢測：

1）超寬、超高檢測：板式家具原料倉與成品倉物料在入庫前均需對整體外形進行檢測。根據立體貨架貨格尺寸，對對射式光電檢測開關的測距功能進行設置，精確檢測物料的高度與寬度，以使物料順利放置于貨格中。

2）重量檢測：存儲于原料倉的物料具有尺寸規格一致、數量相同、重量一致的特點，因此無需重復性檢測。而成品倉物料為大小、重量均不一致的小板件，其拼托高度及重量取決于所屬訂單的具體情況，因此對整托物料重量進行檢測，當重量符合立體倉庫貨架的承受能力時，才可進行入庫操作。

3）到位檢測：到位檢測主要針對物料在輸送系統運行過程中的前進、減速、停止等一系列動作。原料倉存儲的人造板材在輸送系統的輥筒線體運行時，物料整體性較強，底部屬于全封閉狀態，漫反射光電傳感器的檢測功能完全可以滿足需求[21]。而成品倉的物料在拼單線體時，處于獨立狀態，整體性與封閉性較強，漫反射光電檢測以及鏡反射式光電檢測均可以滿足其需求。當一定數量的物料轉移至托盤后，托盤作為物料載體成為被檢測對象，電感式接近開關能夠更加準確、靈敏、快速地進行鐵制托盤的識別操作[22-23]。

4）高速檢測：在板式家具自動化原料倉與成品倉物料出入庫過程中，堆垛機是銜接物料在輥筒輸送線與存儲貨架之間的橋梁，用于實現物料由起始位置向目標位置的轉移。認址片與槽型光電傳感器互相配合能夠實現堆垛機垂直運行方向上的檢測與定位，而激光測距儀能夠實現堆垛機在水平運行方向上的檢測與定位，兩種傳感器共同保證堆垛機在起始位置與目標位置之間的準確、高效、穩定的移動。

表2 不同倉儲位置傳感器應用情況Tab.2 Application situation of sensor in different automated warehouses

3 原料與成品倉物料運轉流程

根據板式家具自動化原料倉與成品倉對物料入庫的標準，在運轉過程中應對物料外觀完好度、整體尺寸、入庫重量、擺放要求等進行時刻檢測，并作相應操作。不同的倉儲位置及運轉流程，決定其入庫標準及操作方式存在一定的差異。

3.1 物料外觀完好度檢測

原料倉外觀完好度的檢測主要針對人造板平直度、飾面紙表面以及側邊狀態是否符合板式家具制作工藝流程所需A級板標準；而成品倉主要針對包裝外觀的膠裝及標簽狀態進行檢測。不同倉儲位置具體檢測標準與指標如表3所示。

表3 不同倉儲位置物料檢測指標Tab.3 Detection index of material in different automated warehouses

3.2 物料擺放

原料倉與成品倉的物料堆垛形式有所不同。原料倉進行人造板堆疊時，只要保證相鄰人造板接觸面完全重疊就可以確保人造板垛平穩、牢固及整齊。而成品倉零部件需先完成同一平面的擺放，再進行豎向的層疊，要滿足牢固、平穩、整齊等要求相對困難，因此在成品倉物料堆垛時應注意以下幾點：1）物料每一層的擺放均需保持持平狀態，以保證最終物料整體呈較為規則的方形；2）由于板式家具不同部位零部件的包裝外形均為長方體，因此在向托盤進行整合時，不允許出現板材包裝邊緣超過托盤邊緣的情況，以免后續板材與硬件設備發生碰撞，損壞板件或硬件設備，從而影響入庫質量及入庫效率；3）根據最終立體倉庫貨架貨格的尺寸規格合理設置物料堆疊擺放的最大限高（寬），最終高度（寬度）不得超過最大限高（寬），以保證物料能夠安全入庫，不會對物料、傳感器、立體倉庫貨架等造成損害[24]。

3.3 物料入庫

原料倉與成品倉物料入庫應遵循一定的入庫原則，其通常根據物料的狀態、具有代表性的信息等確定[25]。除了遵循上層貨架輕存放、下層貨架重存放、就近入庫等原則外，原料倉需根據板材花色、入庫時間等進行集中存放，而成品倉需根據訂單信息（包括供應商、地區等）、出庫時間等進行集中存放。

4 結論

倉儲物流貫穿整個家具制造工藝流程，原料倉與成品倉分別為家具制造中物流自動化的前端與終端，兩者均對促進家具企業生產、提高效率具有重要的輔助作用。由于兩者存儲的物料不同，因此物料的存儲方式、信息采集及輸送流轉的過程也不盡相同：成品倉采用的物料信息采集與傳感技術、方法、所需設備以及檢測標準較原料倉更為復雜；而原料倉對存儲物料的檢測標準、存儲狀態及輸送過程的要求遠遠高于成品倉；原料倉物料的堆疊極為簡單，而成品倉物料的堆疊狀態受物料尺寸、數量等諸多不確定因素的影響；成品倉出入庫涉及的信息與運轉依據較原料倉更為復雜。本文對原料倉與成品倉兩種不同位置的立體倉進行對比，旨在為優化板式家具企業立體倉庫的系統化構造以及更加針對性、高效化以及精細化的管理提供借鑒。