子母车式密集存储系统的研究与应用

陈 芳，匡永江，徐 健，支嘉斌，万英和

（北京机械工业自动化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

近年来，子母车式密集存储系统（简称子母车系统）被广泛应用于物流行业，首先是因为密集存储解决了传统自动化立体仓库占地面积过大的问题，其次是子母车系统可高速自动运行，减少了传统叉车作业模式下的人工成本并提高了作业效率。该系统主要由子母车、密集货架、提升机、输送机以及上位机信息系统构成。其中，子车完成在货架巷道内存取货物、理货盘点等作业，母车主要完成子车的搬运作业，实现子车换巷道或换层。子母车式密集存储系统不但具有高度的空间利用率、高度自动化的特点，还可以建立合理的信息管理系统，通过WCS和WMS信息系统的共同作用实现货物、子车、母车在密集存储仓库内的管理与调度，从而实现高效的自动化作业。

1 子母车式密集存储系统概述

1.1 密集货架系统

穿梭式货架是以子母车在密集货架巷道内直线运行为基础的一种自动化立体货架。相对于普通货架，穿梭式货架则需要具备更高的刚度和强度以及更强的抗震指数。根据货架存储货物存取先后顺序，其主要分为两大类：

先入后出模式货架（FILO模式），是指穿梭式货架仅从一端存托盘，另一端不操作，可以实现后存入的托盘先取出。

图1 先入先出模式货架

图2 先入后出模式货架

1.2 子母车系统

子车由车体外壳、行走机构、升降机构、传感器、驱动电池、控制系统、车载遥控系统、安全防撞组件等组成。子车作为接收指令和搬运托盘的主要执行单元，根据遥控器指令、巷道内托盘状态、在巷道内完成单存、单取、理货、盘点等动作。子车的作业基准面分为A、B两面，根据作业要求，可手动或自动更换作业基准面。子母车系统可实现子车自动充电的功能，当车体根据自身传感器判断自身电量低于一定阈值时，其将向上位机发出充电请求，上位机根据其当前作业状态对其下发去往目的充电桩充电的任务。

母车主要由底座、行走装置、链条输送机等部分组成，母车底座是承载车体其他各部位的装置；行走装置主要由巷道、车轮、导向装置、行走电机等组成；链条输送机由电机，链轮，链条等组成。母车的行走装置带动母车运动到上位机下发的货架巷道口，等待相应货架巷道内的穿梭子车上下母车；链条输送装置带动子车在母车上的运动，母车上的光电传感器控制子车停准在母车上，并实现子车向母车的放货或取货。

1.3 信息系统

1）仓储监控系统

仓储监控系统（Warehouse Control System，简称WCS）是指在物流系统中负责协调调度各物流设备如输送机、堆垛机、穿梭车之间的运行，采用C/S架构，具有良好的扩充性和开放的数据接口，能与上级信息系统进行数据交换，为上级系统的调度指令提供执行保障和优化。

WCS可对物流系统进行同步监控，并对各设备进行动态管理与调度。通过合理的监控与调度，提高系统入出库的作业效率。其主要实现的功能如图3所示。

图3 仓储监控系统的主要功能

2）仓储管理系统

仓储管理系统（Warehouse Management System，简称WMS）是通过对入库业务、出库业务、库存盘点等功能综合运用的管理系统，实现完善的企业仓储信息管理[1]。该系统可以独立执行库存操作，可与ERP、MES、WCS等多种软件系统对接。WMS具备与上级信息系统兼容对接能力，无上级信息系统时，可以独立运行。

通过重组整合与专门包装两大过程后，SPV基于所持有的应收账款发行有价证券。这部分证券的价格由应收账款的信用等级、质量、现金流决定。SPV作为证券化的专业机构，通过购买企业的应收账款，对应收账款进行更为科学与高效的管理，同时企业可以在一定程度上提升资产质量，加快资金流动，吸引更多融资，提升融资的专业化程度。

WMS在稳定性、可靠性、高效性和合理性价比原则下采用成熟先进技术，提高系统的信息化和自动化程度、降低操作的复杂性，并可实时对系统进行信息跟踪与反馈，保证系统信息的实时性和准确性[2]。WMS实现了与仓储监控系统（简称WCS）无缝衔接，在对自动化立体仓库管理中，WMS可以将出入库的信息指令下发到WCS，由WCS完成出入库指令，并将出入库状态返回到WMS。计算机管理监控系统总体框架如图4所示。

图4 计算机管理监控系统框图

2 子母车式密集存储系统的应用研究

日前，穿梭式子母车密集存储系统在冷链物流、医药、烟草等行业的应用越来越广泛，如何高效的调度子母车的作业过程直接影响到企业生产的效率。下面将以A制药厂玻管库为例，分析其子母车的作业流程及调度原则。

图5 A厂玻管库的平面布局图

1）系统概述

图5是A厂玻管库的平面布局图。仓库共5层，所有区域总体货位878货位，按照每列只能存放同种货物的原则，货物的存取由10台母车（每层两台）、5台子车（每层一台）、入库提升机T1、T2和出库提升机T3，以及入出库链式输送机共同完成，同时仓库管理系统（WMS）和仓库监控系统（WCS）对仓库的物流信息进行实时监控与调度。

系统工作流程：入库口与生产车间直接相连，叉车将入库货物放在入库口的输送机上，进行尺寸检测、RFID扫码，绑定托盘信息。货物运送至T2提升机之前再次进行扫码，保证托盘信息的准确，WCS采集托盘信息后给PLC下发入库地址信息。同时通过T2提升机将货物运送至对应层，并由该层1号母车运送至A库或B库，A库为先入先出库，B库为先入后出库。

出库时，A区货物直接通过2号母车进行出库，B区货物则先通过1号母车接货，再经过A区子车接货，最后通过2号母车以及T3提升机进行出库。C区单排货架的作用是临时存放某些待出库货物、待随机抽检货物，作为货物周转区使用。

2）作业调度原则

（1）货架区域的划分

此玻管库共分为3个区域，仓库的A区及B区是密集存储的主体区域，C区为单排货架，主要作为货物周转区使用，A区为先入先出库、B区为先入后出库。入库到C区的货物必须经过A区子母车辅助调度，同理，若B区货物出库，则必须经过A区周转。入库和出库的调度原则是仓储物流系统中调度子母车进行作业的根本依据，子母车之间的调度配合问题是提高整个系统运行效率的关键。A区作为整个库区的中间区域，定义其某一巷道为自由通道，用来周转B、C区的出入库货物以及调度子车时作为子车的周转通道使用。

（2）系统的作业流程

输送系统作业流程：玻管库的入库口直接与生产车间相连，叉车将入库货物放置在入库输送机上，经输送系统传输运送至2号母车处，当系统在入库口进行第一次RFID扫码后，扫码系统将货物信息与托盘信息绑定，并上传至WMS，当货物经输送机运送到入库站台时，进行第二次RFID扫码，保证托盘信息不丢失，同时WCS根据入库原则等信息为货物分配准确的存放地址。

子母车作业方式：母车在该系统中主要进行子车搬库作业，当WCS下发作业指令后，母车主要完成的作业有允许子车空车上母车、子车空车下母车，子车带货上母车、子车带货下母车。子车在货架巷道内做往复的直线运动，执行单次取货、单次放货、理货（在货架A区）等功能。

（3）入库作业调度

货物入库的主要流程包括：①叉车放货；②RFID扫码，绑定托盘信息，WCS分配入库通道；③输送机送货，母车接货；④WCS调度子母车，子车将货物入库。具体调度流程如图6所示。

图6 入库作业的调度流程图

图7 出库作业的调度流程图

（4）出库作业调度

货物的出库主要流程包括：①生成出库单据，WCS下发出库作业；②WCS调度子母车系统联合作业，子车将货物出库。具体出库调度流程如图7所示。

3 结束语

穿梭式子母车密集存储系统以其自动化程度高、空间利用率大等特点在自动化物流市场中的应用越来越广泛，尤其以医药、烟草、食品行业为主。本文主要介绍了子母车式密集存储系统的系统组成、信息系统架构，并以A厂玻管库为例，分析了子母车的作业流程和调度算法。此子母车的应用，节省了大量的人力物力，并实现了更好的仓库管理，为日后子母车的应用提供了良好的借鉴。