智能倉儲設計與信息化應用

何騫，劉輝，鄒孟君

智能倉儲設計與信息化應用

何騫，劉輝，鄒孟君

（成都川哈工機器人及智能裝備產業技術研究院有限公司，四川 成都 610095）

傳統倉儲管理中，存取效率低、土地利用率低、出錯幾率高、人力成本高等問題日益突出。本研究建成由存儲系統（橫梁式貨架和巷道堆垛機）、搬運系統（鏈條和滾筒輸送機）、識別系統（尺寸檢測、重量檢測和條碼掃描）、倉儲管理軟件四部分組成智能倉儲系統，可提高存取效率和土地利用率。利用物聯網技術，引進條碼管理，采用手機APP掃碼，提高作業的準確性和實效性。對相關數據進行收集和分析，為庫存物料管理決策提供大數據支持。通過智能倉儲系統建設，規范了倉儲相關管理，大幅降低人工成本，提高工作效率。

智能倉儲；物聯網；大數據

隨著中國制造2025的不斷推進，企業對倉儲管理的要求越來越高。現在企業普遍存在需建立倉庫作業的規范性、提高庫存管理精細度、完善業務信息展現體系、提升上下游系統的集成度等需求。而智能倉儲正是利用先進的機械裝備和信息化手段，配備立體貨架，實現物資的立體化存儲[1]，對于提高倉儲管理效率、節約成本、減少浪費、提升企業精益管理有較大促進作用，并最終為企業帶來更大的經濟效益。

目前的智能倉儲在東部沿海地區普及率較高，在中西部地區適用不多，主要集中在電商、快遞等行業，大型工礦企業因物資品種多，物資堆存點多，故適用的較少。部分智能倉儲項目能達到高效節約土地，提高存儲效率等要求，但是未對立體庫房以外的平庫未統籌管理，未充分利用相關大數據，形成了數據孤島。本次研究將立體倉庫和平庫統一納入系統管理，使用物聯網手段、條碼管理提高管理效率；使用大數據分析，打通ERP數據傳輸，解決物資管理的數據需求，實現績效的數據化。

本文就結合某企業智能倉儲的改造項目案例對智能倉儲設計與信息化應用進行研討。

1 智能倉儲設計

某企業原物料倉儲，采用輕型貨架、重型貨架和散貨區結合的方式。輕型貨架采用人員存取，重型貨架采用叉車存取，散貨區采用叉車或吊車存儲。其備件總庫人工管理、工作效率低、精細化管理水平低[2]；現場庫因夜班及臨時領用較多，各現場庫管理人員盤點和出入庫工作量大，經常出現以領代耗或已耗未領等情況，造成賬實不符，影響財務成本核算。

針對以上缺點，進行了智能倉儲改造并與現有ERP實現無縫對接，技術參數改造如表1所示。

表1 主要技術參數

1.1 總體布置規劃

根據項目實際情況，為了更有效的利用土地和空間，同時兼顧成本和預算，此智能庫房總體布置規劃為雙深位式貨架，配套兩臺雙立柱巷道式堆垛機，物料單元格尺寸1200 mm×1000 mm×1500 mm，合計3504個貨位。項目總體布置如圖1和圖2所示。

圖1 立庫平面

圖2 立庫立面

1.2 智能倉儲的組成

在智能倉儲的設計中，一般主要由存儲系統、搬運系統、識別系統及倉儲管理軟件四部分組成。

1.2.1 儲存系統

存儲系統是智能倉儲的重要一環，作為負責貨物儲存的大型系統，承擔著貨物的置放與取用的功能，其設計的好壞直接決定了倉儲系統的貨物存量以及倉儲空間利用率的高低。儲存系統的關鍵設備包括儲存貨物的貨架、用于貨物移位的巷道堆垛機等。

（1）本項目貨架采用橫梁式，結構形式為橫梁組合式、一格二貨位；橫梁原料材質為Q235、立柱原料材質為Q345/Q235；立柱變形量≤/1000；橫梁中點擾度≤/200。為保證貨物安全，貨架制造與安裝精度如表2所示。

貨架表面一般先采用磷化、拋丸除銹，再采用環氧樹脂粉末靜電噴涂，涂層厚度不小于60 μm，表面質量達到GB/T 9286－2021[3]規定。貨架系統與基礎連接主要采用化學螺栓方式。

（2）巷道堆垛機

巷道堆垛機是高層貨架內存取貨物的主要起重運輸設備，能夠在高貨架的巷道中進行運行，將存在的貨物能夠更好地運送到巷道口[4]，載貨臺（上有存取貨叉）可沿堆垛機立柱垂直移動，存取貨叉可向巷道兩側的貨格伸縮和微升降。主要由金屬結構、載貨臺、行走機構、升降機構、貨叉伸縮機構、電氣控制系統及安全裝置等機構組成，巷道堆垛機外形如圖3所示，其主要性能如表3所示。

表2 貨架制造與安裝精度

圖3 軌巷道堆垛機

1.2.2 搬運系統

搬運系統即輸送系統，在智能倉儲系統中起到在儲存區域與出入庫站臺或分揀區域運送貨物的作用。搬運系統是智能倉儲系統中變化最為復雜的系統，要將貨物從儲存區域快速準確的出庫或從外部入庫，其設計與運行的優劣直接影響到貨物流通的流動性。

本項目搬運系統，主要采用鏈條輸送機和滾筒輸送機，圖4為輸送系統布置流程圖。

表3 軌巷道堆垛機主要性能

圖4 搬運系統布置

本項目搬運系統，采用雙揀選口＋1個出庫口＋1個入庫口的方式，此設計滿足整托物料在出庫口和入庫口進出智能庫房，也保證半托物料直接在揀選口存取，同時設計了物料的緩存區，極大地提高了揀貨效率。

1.2.3 識別系統

智能倉儲的識別系統即信息采集系統，是將貨物信息與倉儲系統連通的重要手段，是智能倉儲的貨物出入庫與管理的基礎。識別系統直接影響到出入庫管理的效率，相比過去人工記錄的方式，智能倉儲采用數字化、智能化采集技術，大大改善了貨物識別的效率，提高了識別的準確性。

本項目識別系統主要有尺寸檢測、重量檢測和條碼掃描。

尺寸檢測裝置是以存儲單元尺寸的長、寬、高為基礎，根據允許的誤差進行設定。然后對入庫的存儲單元長、寬、高三個方向的尺寸進行紅外光電掃描，判斷是否超過該設定，若沒有超過該設定則視為尺寸合格，允許入庫。若超過該設定，在系統里則視為“尺寸不合格”托盤，需要退出整理，并向系統報告超差情況（如高度或長度方向等）。

重量檢測采用稱重模塊，安裝于入庫輸送機底部，實現動態稱重檢測，對于超重貨物進行報警，人工處理再入庫。

條碼識別系統是整個自動控制系統中自動識別托盤和原輔料、成品的重要手段，具有自動識別托盤和原輔料、成品條碼（含托盤流水號、托盤原輔料、成品詳細信息編碼等），能進行標準RS232接口的數據通信、處理、檢驗，并具較強的整機自檢功能。可以部分或全部代替人工鍵盤輸入，減少可能出現錯誤的操作環節，減輕勞動強度，提高作業效率。為了方便實際操作，操作人員可采用手機APP進行條形碼數據采集指導入出庫作業，操作靈活性強。

1.2.4 倉儲管理軟件

倉儲管理是供應鏈管理中最核心的一個環節，是物資流動與信息流通的中心環節，因此，倉儲軟件的發展變化影響著整個供應鏈管理[5]。

倉儲管理軟件是應用倉儲管理的技術手段，按照常規和用戶自行確定的優先原則，來優化倉庫的作業效率和空間利用率。其后臺通過電子數據交換等媒介，與企業的計算機主機聯網，由主機來下達收貨和訂單的原始數據，無縫對接企業現有ERP軟件。

企業通過倉儲管理軟件減少運營成本，減少物料差錯，提高訂單執行效率，為智能倉儲的實現帶來實質性的改善。

倉儲管理軟件一般包括基礎管理、入庫管理、庫內作業、出庫管理等功能（表4）。

表4 倉儲管理軟件主要功能

2 信息化應用

智能倉儲的信息化應用，主要包括物聯網應用和大數據應用兩個方面。

2.1 物聯網應用

本項目除了滿足存儲功能外，為解決現場庫管理痛點，經常出現以領代耗或已耗未領等問題，造成賬實不符的情況，采用物聯網手段實現了手機APP掃描條碼出入庫、盤點。

2.1.1 條碼簡介

條碼是一種利用光電掃描閱讀設備識讀并實現數據自動輸入計算機的特殊編號[6]。條碼具有可靠性準確、數據輸入快、成本低、靈活實用、設備簡單、易于操作等優點。

2.1.2 條碼管理流程

條碼管理流程如圖5所示。

圖5 條碼管理流程

2.1.3 條碼使用場景

根據條碼管理與實時數據作為倉庫初期最核心的需求，一般將條碼應用于以下三個場景：

（1）實物條碼（商品碼、容器具碼）：粘貼或噴碼在包裝固定位置（可以在托盤上，也可以在一托貨物中最下層的包裝上）。

（2）貨位條碼：對倉庫的庫位進行科學編碼，用條碼符號加以標識[7]，粘貼在貨位/貨架易掃描的位置。

（3）單據條碼：不同的業務單據以及使用頻率，將單據信息條碼化，實現快速的信息采集。

2.1.4 條碼實際應用

由原PDA終端掃描改換成在智能手機端輸入[8]，手機APP軟件基于成熟的可配置式開發平臺進行開發與維護，平臺需具備APP、web等多種登錄方式且需兼容windows、安卓、ios等主流操作系統，并打通與ERP之間的數據接口。手機APP包括組盤、平庫上架與下架、掃碼入庫（圖6）、掃碼出庫及發料復核、庫存查詢、盤點等功能，需實現數據在公網與局域網之間的傳輸。

現場業務人員在存、取物料和盤點時，首先用手機APP掃描單據編碼，手機自動彈出相關單據信息，然后根據任務信息，分別掃描貨位條碼和物料條碼，完成相關工作。引入條碼管理，保證了出入庫特別是夜間物料出庫的即時性，解決了企業長期存在因出庫不及時造成賬實不符從而影響生產成本不真實的痛點。同時極大地提高了工作效率。

圖6 掃碼入庫

2.2 大數據應用

智能倉儲項目完成后，數據庫系統除了提供強大的讀、寫、刪、改的能力，也需要對歷史數據能長時間保存[9]，以便對數據進一步分析提供條件，為物料管理決策提供大數據支持。其主要有以下幾個方面。

2.2.1 貨位、倉庫推薦

傳統物料在庫內的存儲、上架、揀貨完全依賴人工判斷存放區域、揀貨區域，對作業人員的依賴性強。利用大數據，可以由系統自動推薦智能倉儲貨位或者平庫貨位。周轉率高的物料推薦存放靠近倉庫出入口或者主要通道，而重量較重的物料推薦存放在貨架下層，通過縮短入庫行程，優化揀貨性能。

2.2.2 預警分析系統

通過對現有庫存數據分析，設定相關預警條件，由系統預警，并發送預警信息給相關管理人員，常見有以下三種維度的預警：

（1）庫存預警：根據庫存物料一定周期內（年、月）的出庫使用情況數據，制定基于物料的最大最小庫存。當物料數量低于最低庫存時，庫存低預警，提醒此物料需盡快購買入庫，杜絕因庫存物料短缺影響生產。當物料數量高于最高庫存時，庫存高預警，提醒此物料需暫停購買入庫，減少庫存物資資金占用。

（2）保質期預警：首先按照物料實際情況，在物料屬性中設置物料保質期和提前預警時間（如保質期到期前1個月）。在收貨時，確定物料保質到期時間，根據物料收貨時間進行批次管理。在物料發放時，按照先進先出的原則，系統自動推薦先回廠批次領用。根據提前預警時間，對在庫物料臨近超期預警，杜絕因庫存物料過期造成財產損失。

（3）呆滯品預警：針對現有庫存物料，分析年采購量、周轉時間、庫齡等數據，形成呆滯物料預警報告，由使用和管理部門對呆滯品提出處理意見，盤活庫存物資。

對正常使用的物料，分析建議年度采購量，便于采供部門批量采購，降低采購成本，提高采供效率，減少采供工作量。

2.2.3 報表查詢。

根據業務需要，在系統中主要預制有庫存現有量報表、過期材料積壓報表、庫齡分析報表、庫存周轉率報表、最高最低庫存報表、入庫明細/匯總表（圖7）、訂單發貨明細/匯總表等業務報表。還可針對不同的業務需求，由管理人員選擇自由組合查詢條件，如物料、批次、供貨商等不同維度，組合篩選出需要的相關數據。

圖7 出入庫匯總表

展現庫存情況，即時在手機端和電腦端展示分析現有庫存情況，讓管理人員和決策層能隨時隨地查看相關信息，對物料管理決策提供數據支持。

2.2.4 員工績效管理

本次項目創新性的利用大數據對員工績效進行管理，提高員工工作效率和準確性，主要有以下幾方面：

（1）數據管理。員工可以通過電腦、手機等電子設備，隨時隨地查詢庫存物料的數量、貨位等狀態信息。針對入庫和出庫訂單，系統可幫助員工了解已知和預測的出庫和入庫數量，提前準備相關工作。

（2）工作任務的排序和分配。根據任務先后次序以及重要性和緊迫性，增強工作安排的靈活性和失效性。在分配任務時，給出最佳方案。比如：根據物料存放貨位，給出最佳揀貨順序；根據人員繁忙程度自動排序等。

（3）指導作業。將規范操作流程（Standard Operation Procedure，SOP）嵌入軟件，經手機屏幕和語音來輔助員工的每一個具體操作動作，對各個環境給予明確的指導。減少出現操作失誤的幾率，減少對人員培訓的投入和降低對人員素質的要求。

（4）記錄操作過程，實時統計、分析和調度。系統自動采集數據信息，并展現在管理人員面前，從而對整個過程進行有效的監控和管理，也能及時反饋異常環節。直觀地向管理人員展示人員的操作情況，協調管理人員調度現場設備和人力資源，為管理決策提供提示和建議。

（5）進行績效評價。由系統自行整理和分析各個操作過程中的相關數據信息，自動生成績效考核表。避免績效考核中的人為因素，體現了多勞多得的原則，可調動員工的積極性，也使績效考核變得簡單和準確可靠。

3 經濟效果分析

原有物料上下貨架工為勞務外包，勞務公司根據物料價值按比例收取裝卸費用，智能倉儲項目完成后，上下貨架工作全部由系統自動完成，可節約相關裝卸費用支出。以下以減少庫管員6人為例計算年節約直接成本。

（1）年節約人工工資為：

1＝××（1＋）×（1）

式中：1為年節約人工工資，元；為減少的庫管員人數，預計為6；為庫管員平均工資，預計為4000元/月；為公司部分社保及福利費系數，平均為0.3；為月份數，取值12。

計算得：1＝374 400元。

（2）根據原有物料上下貨架勞務外包合同年節約裝卸費計算如下：

2＝×××（2）

式中：2為年節約裝卸費，元；為智能倉儲貨位，為3504個；為平均貨位存放物料價值，取值為20000元；為每貨位平均年周轉率，為5次；為裝卸費用支付取值系數，取1.93‰。

計算得：2＝676 272元。

綜合庫管員人工工資和裝卸費，年節約直接成本合計為：1＋2＝1 050 672元。

4 結論

智能倉儲作為倉儲管理的機械化、信息化手段，對傳統倉儲管理有積極的促進作用。應用智能倉儲現場智能作業機制、WMS接口物資管理系統的數據實時采集、移動作業終端及時倉庫盤點和無線通訊網絡實現、數據即時傳輸技術，構建無人值守智能倉儲的自助應用模式，可為物資保障工作提供有效的數據支撐、工具支撐、管理支撐，可提升物資運行管理水平[10]。

通過智能倉儲設計和信息化應用，可大幅減低土地成本、節省人力資源，減少人力成本，而且對于在黑暗、低溫、有毒等特殊環境作業時更有利。智能倉儲利用計算機進行管理和自動控制，可迅速、準確的將貨位送到指定位置，減少車輛待裝卸時間，大幅提高倉庫的存儲周轉效率，降低存儲成本。智能倉儲管理系統能夠做到賬實同步，企業只需建立合理的庫存，即可保證生產全過程順暢。結合信息化物聯網和大數據的深度應用，可大大提高工作效率、節約成本，獲得更大的經濟效益。

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Intelligent Storage Design and Information Application

HE Qian，LIU Hui，ZOU Mengjun

( Chengdu CHG Robots &Intelligent Equipment Institute, Chengdu 610095,China )

In traditional warehouse management, the problems of low efficiency, lowland utilization rate, high error probability and high labor cost are becoming increasingly prominent. In this study, an Intelligent Storage composed of storage system (Pallet Racks and Lane Stacker), handling system (Chain and Roller Conveyor), identification system (Size detection, Weight and Bar Code scanning) and Warehouse Management System, are established to improve access efficiency and land utilization. Using Internet of things technology, introducing bar code management and scanning code with mobile app to improve the accuracy and effectiveness of operation. Collect and analyze relevant data to provide big data support for inventory material management decision-making. Through the construction of Intelligent Storage, the storage related management is standardized, the labor cost is greatly reduced, the operation experience and work efficiency of business personnel are improved, and the purpose of reducing staff and increasing efficiency is effectively realized.

intelligent storage；internet of things；big data

TH692.3

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2022.11.006

1006-0316 (2022) 11-0043-08

2022-03-29

四川省重點研發項目（2021YFG0041）；成都市重大科技創新項目（2021-YF08- 00051-GX）

何騫（1980－），男，四川樂山人，高級工程師，主要研究方向為機械設備設計及應用、智能制造，E-mail：3567899@qq.com。