基于现代物流管理的自动化仓储管理解决方案

作者简介：汪淳，安徽工业大学管理科学与工程学院管理科学与工程专业硕士研究生。

摘 要：在冶金企业中，备品和备件的存储量大、种类多、周转率高，在生产保障中担负着重要作用。主要针对冶金企业备品备件的仓储管理，提出以自动化仓储管理为基础、以条形码管理为载体并与采购供应链管理相结合的立体仓储管理解决方案。通过该方案的实施，可大幅提高仓储管理精度及效率。

关键词：条形码管理；采购供应链管理；立体化仓储

中图分类号：F25 文献标识码：A 文章编号：16723198（2014）03006402

备件和备品的仓储管理，在冶金企业的管理流程中起着非常重要的作用，如果物流管理某一环节出现纰漏，不能确保备品备件准确、及时的供应，企业将受到无法估量的损失。所以，在现代冶金制造企业中加强备品备件的仓储管理是非常必要的。

企业规模在不断增大的过程中，伴随着仓储管理中备件备品的数量、种类也在不断的增加，出入库的频率剧增，多样化、复杂化的仓储管理作业也成为了一大特色，现代仓储管理数据采集方式和作业模式要求准确、快速，而这些是传统仓库的管理方式所无法满足的，这已经成为了制约企业发展的一大绊脚石，企业的生产受到了严重的影响。

因此，有必要在备品备件的仓储管理中引入基于条形码技术的立体化仓储管理系统，对立体化仓库的各项作业环节到货检验、入库、调拨、出库、移库、库存盘点等自动化进行数据采集，确保仓储管理的各项作业环节输入数据的准确性和快速性，保证企业掌握库存的真实数据，控制和保持企业库存在合理范围内。利用立体化仓库管理系统的库存管理功能，我们可以及时掌握备品备件当前所处的位置，仓储管理的工作效率将会得到很大提升。

1 思路规划

与其他类型企业不同，冶金企业的备件备品管理有一定的特殊性，主要的是以下几个方面，物品品种繁多、形状差异大、可靠性要求高、存储周期差异大等方面。

1.1 品种繁多

冶金企业的制造工艺比较复杂，所以备件备品的种类比较多，少则几千种、多则几万种，并且，它们分属不同的二级单位，在一定程度上使得仓储管理的难度增加。所以，分区管理的方式应用在立体仓库中，以物料类别对备件备品进行分类，同时引入逻辑库区的概念，多个逻辑库区只对应一个物理库区，实现对物品归属单位的划分。

1.2 形状差异大

冶金企业备品备件的形状千差万别，有圆形的、长方体的、还有很多其他不规则的形状。所以，固定物品的标签是一个比较困难的事情。综合分析各种情况后，我们在自动化仓库管理中采用在每个托盘的同一位置固定物品标签、然后在备品备件上悬挂标识的方式，这样不仅解决了备品备件的标签固定问题，而且便于标签的识别。

1.3 可靠性要求高

由于冶金企业属于连续生产企业，对备品备件的及时性要求非常高，因此对自动化仓储的可靠性也提出了很高的要求。在系统设计时充分考虑了这部分需求，操作人员可通过手动控制、单机自动控制、联机自动控制等多种方式对堆垛机进行操作，保证即使在系统崩溃时也可通过手动操作完成出库作业。

1.4 存储周期差异大

由于冶金企业备品备件的更换周期不同，有些属于更换频繁的备件，有些属于更换周期较长的备件，甚至有些备品备件的库存周期达数年之久。因此，与通常采用的按各巷道存放机会均等的原则不同，在本解决方案中根据物品预测的存放周期，对于存储周期短的物品采取优先选择作业行程较短的巷道存放，对于存储周期长的物品采取优先选择作业行程较长的巷道存放的方式，减少每次作业的平均行程，缩短物品出入库的平均时间。

2 系统组成

立体化仓储系统由系统硬件及系统软件两部分组成。

硬件系统包括：货架（由五个巷道组成，每个巷道有两排货架，共有十排货架，货位总数：9000）、出入库台（操作人员从高架库送货、取货通过出入库台完成。出入库台包括：两个入库台、一个出库台、两个拣选台。）、堆垛机（共两台在五个巷道内行驶，进行货物入库、出库作业）、出入库输送系统（完成堆垛机的转轨及出入库台接的输送。系统包括：转轨车；分配车；链条、滚道输送系统）；

软件系统包括：堆垛机及出入库输送系统电气控制；立体仓库监控与管理系统两部分。下面我们着重介绍软件系统的功能。

3 堆垛机及出入库输送系统电气控制

3.1 控制器

采用德国西门子S7-300系统可编程控制器及其输入/输出/通信模块，该系列PLC工作稳定、可靠，外型精致、小巧，平均无故障时间在20000小时以上。

3.2 认址方式

采用相对认址方式，在水平运行和垂直运行各设一个原位，作为认址参考点，堆垛机运行中相对于参考点进行加减认址。

3.3 停准精度

堆垛机运行的停准精度由堆垛机自动换速和快速制动来保证，其PLC能在接近目标地址前自动切换低速，以低速接近目标地址达到停准目的，并具有过冲自动调整功能。停准精度：±5mm。

3.4 通信方式

采用红外通信，在堆垛机下横梁和地面安装一对直线红外通信器，系统运行中实现不间断全双工通信，确保信息传送正确可靠。

3.5 控制方式

（1）手动控制。操作人员登机操作，通过电控柜操作面板的控制按钮、手柄直接操作堆垛机前后运行、上下升降、左右伸缩货叉、其间的运动或停止、高低速切换完全由操作人员控制。该方式一般在自动方式因故失灵或堆垛机维护时使用。

（2）单机自动控制。操作人员通过电控柜操作面板的任务输入键盘或触摸屏非常简便的设置指定货位地址的入库/出库/倒库作业，一次可设定多个任务，堆垛机将连续执行取送作业，完成所有的任务后，自动返回原位待机。

（3）联机自动控制。由堆垛机PLC接收上位机下达的出/入库或倒库指令自动执行作业，作业过程中通过红外通信实时向上为监控机连续发送状态位置等信息，运行的检测信息和故障信息将自动向监控机报告，同时点亮操作面板上的相应表示灯。

三种控制方式互为连锁，自动作业具有货物超限检测、自动探货、自动定位，防冲撞、防误动作等功能。

4 立体仓库监控与管理系统

自动化立体仓库的监控与管理系统就是利用计算机实现对仓库物流过程及其传媒设备实现全面的实时监视、控制与信息管理，达到准确、迅速、有序、高效的现代化仓库管理要求，自动化立体仓库涉及作业计划、作业调度和作业实施；物流设备的自动控制和全程实时监视；物流信息的存储、处理、传输与共享。

完整的自动化仓储系统的设计分为四层，即：服务层、管理层、监控层和执行层。服务层由系统的服务器提供数据库服务，通过局域网和管理层进行货物信息的数据交互与处理，并实现与监控系统的信息集成与资源共享。管理层负责系统的高级管理工作，完成自动化仓储系统的货位管理、查询报表、出入库的库存管理分析、故障分析、系统维护等工作，实现监控管理系统和服务器的作业指令与交互信息及时下达。监控层是仓库管理与控制系统的心脏，负责接收、协调以及转发仓库管理系统的作业指令，完成作业指令的分解，使得物流设备的各部执行机构控制得当；实时动画跟踪和采集接收和处理控制系统的信息。执行层通过各环节的执行机构，执行、跟踪并依次完成各项作业指令规定的任务。

（1）货位管理方式。根据作业巷道的远近，以5条巷道的自动化立体仓库为例，我们优先选择靠中间的2、3、4号巷道的储位，在巷道储位均满的情况下再选择1、5号巷道的储位。在巷道确定的情况下优先选择水平和垂直方向接近于0的储位进行物品存放。

算法投入使用后可减少平均出入库时间40%，减少堆垛机平均行程40%。大大提升了作业效率，降低了作业功耗。

（2）货物编码。首先对备品备件身份卡片的内容进行优化，将物品名称、型号规格、描述、成本中心、制造厂商、生产日期、入库时间等信息通过管理系统直接打印在卡片上，这样不仅减轻现场操作人员工作量，而且大大丰富了物品身份识别卡包含的物品信息。

在此基础上，还设计了物品条形码对物品进行管理，物品条形码由9位字符组成，前8位标识物品代码与PS/CS物料代码一致，后1位标识物品属性（如：新品）等。

（3）综合管理功能。库存管理功能：建立备品备件货位明细表、库存明细表、周期库存资金统计表、出入库作业记录表、采购计划单等，建立货物编码、供应商、部门、用户编码、库存量等档案资料，建立运行记录，包括完成情况、作业执行情况、设备故障及报警记录等。

货位管理功能：结合灵活与自动的原则，分析货位的安排是否合理，使货位的存取的状态处在高层货架均衡受力和高效运行之中。作业计划功能：接受备品备件的出入库和供应商材料等作业信息，制定相应的生产作业计划，单项处理或批量处理作业单。作业调度功能：统一调度货位的分配和作业，为了提高堆垛机的效率和存取速度，以及防止因某一台堆垛机出现故障而影响其它的出入库作业，预测备品备件的存储周期，按照堆垛机出入库行程最短的原则，合理分配货位；同时，还要按照同种货物先进先出的原则，选择出库货位，将制定的作业调度指令下达给监控管理系统。

（4）监控系统功能。首先，将实时接收的作业过程信息、堆垛机的状态、报警情况等以动态图形的样式显示在监控界面中。其次，把接收到的立体仓库管理系统（终端机）的作业单转化为作业指令，并存入到待发任务的队列中，相应货位的出入库作业指令即可向堆垛机发送。再者，根据实际需要，控制自动化仓储管理系统封锁某条巷道或发出指令让堆垛机急停、返回。最后，当设备发生故障或设备异常时，通过屏幕和声卡发出声光报警。某些故障发生后，故障设备将立即自动停用并立即封锁，同时将故障信息发给仓库管理人员，快速调整作业计划和作业单，尽可能的避免使用故障设备，通知设备维修人员进行维护。

（5）界面及功能模块。管理界面模块：根据网络上监控机的设备状态信息，图形化实时显示各堆垛机的状态（联机、脱机、封锁、解锁、报警），及时自动解、封锁巷道堆垛机。合法性检查模块：进入系统前，确认操作人员的工号及口令。超限报警模块：可检测各种货物库存的高、低限（安全库存），及时报警，以便安排供货调度。入出库作业模块：在人机界面填写出/入库作业单，将相关数据写入数据库，目标货位的作业指令则通过网络交给监控机，然后发往有关堆垛机。当设备故障，货物通过手动作业方式进行出/入库作业，其相关数据可由脱机方式写入数据库。数据库查询模块：查询库存明细、货位明细、出/入库明细记录等，提供多种字段排序、过滤操作，快速查找指定编码、货位、日期等记录。货位查询模块：直观显示全部货位的情况（空货位、有货位、空托盘、有托盘）；按排号或区域统计货位使用情况，并用柱形图显示仓库占空比。报表打印模块：可按多种排序、过滤方式的组合条件，打印各种所需表格，提供打印前的预览功能，并可按比例进行缩放。数据库维护模块：提供数据库日常备份以及过期和无效记录的不定期清理功能。作业修改模块：出/入库单输入错误时，允许通过修改作业记录表，自动修正各关联数据库表的相关数据，以保证数据库与实物的一致性。盘库/理库模块：提供盘库、理库作业，允许货位作相应调整。

参考文献

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