垂直升降货柜在物资仓储管理中的应用

王星，王彤，曹晏卿，金禹，王一丹，周超

垂直升降货柜在物资仓储管理中的应用

王星1，王彤1，曹晏卿1，金禹1，王一丹1，周超2

（1.中国空间技术研究院宇航物资保障事业部，北京 100094；2.中国航天系统科学与工程研究院，北京 100048）

自动化立体仓储系统在现代化生产管理系统中占有非常重要的地位，垂直升降货位作为自动化立体仓储系统的重要设备，已经广泛应用于航空航天、机械、石化、医药、电子、银行等行业。为有效发挥垂直升降货柜的优势，结合垂直升降货柜的特点，在现有仓储业务管理系统的基础上，对垂直升降货柜应用系统进行了二次开发，通过条码使用、可视化设计以及与仓储业务管理系统的集成，实现了仓储业务自动化操作和一体化管理，提升了仓储管理信息化水平。

仓储管理；垂直升降货柜；一体化管理；系统管理

1 引言

仓储管理作为物资保障的重要一环，直接影响着整个物资保障工作的顺利进行。传统的仓储管理采用普通货柜和货架作为物资存储设备，通过仓储业务系统实现物资出入库和库存信息的管理，由于业务系统与存储设备无法联动，在库房现场操作人员大多将纸质单据作为操作依据，通过手工记录实物卡片和人工比对物资信息，仓储管理存在管理方法落后、作业效率低、劳动强度大、库房空间利用率低等问题，影响了物资保障工作的顺利开展。为进一步提升仓储工作效率和管理水平，采用垂直升降货柜替代原有普通仓储设备，结合垂直升降货柜的特点对其控制软件进行二次开发，并与现有的仓储业务系统进行集成，通过条码的使用和可视化设计，实现了仓储数据的自动比对和传递、物资出入库和盘点的自动化操作、仓储业务系统和设备的一体化管理，仓储管理信息化水平和存储能力得到极大提升。

2 垂直升降货柜

垂直升降货柜作为现代化的仓储设备，是由电脑控制的自动存取货物的仓储设备，自20世纪90年代初期开始在国内应用，并在近几年得到一定发展。该货柜以托盘为存储单元，通过升降车上下和水平运行使托盘在货柜内部某货位和取货口之间移动，实现将存放货物的托盘取出或者送到柜体内合适的货位，在升降运动中，采用双采样比对配合物理定位方式，精度较高，水平运行采用感应开关控制，以达到机构的运作要求。储存货物时，入口处设有自动测高装置，检测所存物品的高度，自动、合理地安排柜体内存储空间，具有对内部货位空间优化管理的功能，空间利用率较高，设备全封闭，不仅使存储货物更加安全，同时也可有效避免灰尘堆积。它在取送货物过程中只操作指定的托盘，其他货位上的托盘不运动，功耗相对较低，运行时能自动优化路径和寻找最佳存储位置，真正实现“物到人”的智能化管理，其自动化操作使存取物品方便，存取速度快，大大节省了时间，降低了劳动强度，提高了生产效率，其还具有手动、单机自动和联网自动操作方式，管理监控系统可与用户管理系统集成，实现对库存的实时监控，实现仓储的智能化管理。垂直升降货柜如图1所示。

1—机顶；2—模块化结构；3—托盘；4—机座；5—出口（拣货区）； 6—自动门；7—立轴驱动（升降）；8—升降机；9—控制面板（Copilot）；10—电气控制面板。

图1 垂直升降货柜示意图

3 垂直升降货柜软件系统设计

垂直升降货柜厂家提供了三种与外部软件的通信方式：标准版（Standard）、驱动版（Driver）和直接控制版（Link），三种通信方式的优缺点如表1所示。

表1 垂直升降货柜三种通信方式对比

标准版（Standard）驱动版（Driver）直接控制版（Link） 优点管理软件只需要与标准版软件通讯，由标准版软件实现对货柜的控制，当货柜出现故障的时候可以由标准版软件进行控制和维护驱动版软件只作为管理软件与货柜实现通讯接口，不对管理软件的业务流程进行过多的干预管理软件可以实现直接控制货柜的出入库动作，操作较为实时，效率较高。可以按照用户的管理要求和使用习惯进行开发 缺点标准版软件对于货柜和出入库操作的控制切入较深，管理软件的自主功能需要符合标准版软件的要求，可能导致管理软件与实际业务结合不够紧密，不能很好地满足用户的需求，货柜的主要通过标准版软件进行操作无法像标准版那样对货柜进行精细化控制，不能控制任务执行的具体权限；不能及时记录库存信息、货位状态（图形化展示信息不准确）；无法支持部分业务场景（例如盘点盘盈时无法记录物资信息）；业务异常时，需要登陆WMS软件进行处理；CE屏幕只能显示少量信息，且货柜厂家不提供定制开发Link所能提供的功能较为单一，只有出库和入库，中间不做控制。除托盘出入操作指令执行外，其余均需要用户单位组织定制开发

根据目前仓储管理的实际情况，垂直升降货柜软件系统采用Link通信方式进行二次开发，基于标准的三层架构设计理念，结合SZ-BPM中间件提供的系统二次开发环境。表现层使用中间件提供的表单引擎工具，业务逻辑层使用中间件提供的商业逻辑触发器接口和业务服务接口开发框架。垂直升降货柜软件系统架构如图2所示。

4 垂直升降货柜软件系统部署模式

根据单位保密安全要求，目前垂直升降货柜不能与单位内部网的仓储业务管理系统进行直接连接，经过论证采取了两网并行的方式实现对垂直升降货柜的控制：将垂直升降货柜单独搭建货柜网，部署垂直升降货柜二次开发软件，实现对垂直升降货柜的实时控制；仓储业务管理系统在单位内部网运行，根据垂直升降货柜的使用特点对仓储管理系统进行适应性改造。

货柜网和内部网进行物理隔离，两网通过二维码或者刻录光盘进行信息交互，既不改变现有人员的操作习惯，又能实现对垂直升降货柜的控制。系统部署如图3所示。

图3 垂直升降货柜软件系统部署示意图

5 垂直升降货柜软件系统建设内容

垂直升降货柜二次开发软件系统主要建设内容包括货柜管理、入库管理（采购入库、领用退库、复验复查退库、超期复验退库）、出库管理（领用出库、调拨出库、复验复查出库、超期复验出库、配套出库、采购退货）、盘点管理、转货位管理、货柜网入出库管理、库存物资信息维护、基础数据管理和漏单提醒功能。其主要功能如图4所示。

5.1 货柜管理

货柜管理主要包括货柜及托盘管理、货位确定原则、货位分配与释放、可视化界面设计以及货柜及托盘使用情况展示。

货柜及托盘管理，即为根据实际使用情况，对货柜及托盘进行分类管理：①针对包装尺寸固定或相似的某类物资，将其与托盘或货柜进行关联，托盘和货柜的关联如表2和表3所示，确定货位尺寸，在入库分配货位时，系统将限定该类物资将在与其关联的货柜内托盘区域按照确定的货位尺寸进行货位分配。②针对包装尺寸无规律的物资，系统不做关联，在入库时根据实际包装尺寸进行货位分配。货柜及托盘还具有锁定、指定用户等功能，所有的货柜和托盘均由系统统一管理。

图4 垂直升降货柜二次开发软件系统功能

表2 托盘关联列表

序号类型描述 1托盘状态显示托盘的使用情况，系统根据托盘使用情况计算出使用率百分比，并以图形显示 2托盘属性对于包装尺寸固定或相似的某类物资，将其与托盘建立关联关系，确定货位尺寸大小，在入库分配货位时，系统将限定该类物资将在与其关联区域内托盘按照确定的货位尺寸进行货位分配。根据目前存放的物资的实际情况，建立了常用的20类关联关系，并对托盘进行了设定，针对包装尺寸无规律的物资，系统不做关联，在入库时根据实际包装尺寸进行货位分配 3托盘限用设定托盘只能允许特定用户使用，系统采用用户权限控制，该用户登录系统时托盘显示可使用状态，其他用户登录时不能使用托盘 4是否可用设定本托盘是否可用

表3 货柜关联列表

序号类型描述 1货柜状态显示货柜的使用情况，系统根据货柜中所有托盘使用情况计算出使用率百分比，并以图形显示 2托盘数量设定货柜中托盘的数量 3货柜属性根据物资存放数量以及托盘关联关系等因素建立托盘和货柜的关联 4货柜位置标识货柜在库区的具体位置，用于执行任务时计算最佳路径 5货柜所属区域标识货柜所属区域，用于货柜区域管理 6是否可用设定本货柜是否可用，设置为不可用货柜内的托盘均不可用

货位确定原则：对于设定关联关系的托盘，根据对应的物资包装尺寸确定货位大小，以此货位尺寸作为标准货位在关联托盘上进行货位确定；对于不设定关联关系的托盘，根据物资实际包装尺寸采用自定义方式进行货位确定，目前系统支持常用货位法、手动输入法和鼠标拖拽法三种方式进行自定义确定货位。

上述两种货位确定原则对比如表4所示，效果对比如图5所示。

表4 货位确定原则对比

方式标准货位自定义货位 确定方式根据物资的包装属性确定货位尺寸，以此为货位确定原则，并将该类物资与托盘进行关联根据物资的实际尺寸进行货位确定（常用货位法、手动输入法、鼠标拖拽法） 优点摆放整齐，空间利用率高灵活方便 缺点货位相对固定，不够灵活摆放比较凌乱，最后的小空间无法利用

（a）标准货位效果图

（b）自定义货位效果图

图5 两种货位确定原则效果图

货位分配与释放：系统根据货位确定原则在入库时自动分配货位，改变之前人工手动编辑方式，整个分配过程由系统通过优化算法自动完成，快速高效，避免了人为错误。

货位分配根据货位确定原则的不同有两种分配原则：①标准货位入库。采用标准货位入库时，货位分配按照一定的规则（从上到下或从左到右）将托盘上的货位依次分配，依据标准货位的尺寸对托盘上货位进行编号，例如货位号0101001（1#货柜1#托盘的001号货位）。②自定义货位入库。采用自定义货位入库时，货位分配方法为将托盘左上角定义为坐标原点，向右定义为横坐标，向下定义为纵坐标，如图6所示。

图6 自定义货位计算方法（单位：mm）

获取物资的实际包装尺寸大小，根据入库的数量确定货位的大小，优先考虑当前存放物资多的托盘进行存放，即剩余空间小的托盘，系统将会按照先纵坐标方向增长、后横坐标方向增长的顺序进行计算，确定货位，根据托盘上货位的使用情况进行依次编号，例如货位号0202003（2#货柜2#托盘的003号货位）。

货位释放与整理：出库时系统自动释放货位。对于自定义货位，当空货位较多时，可以手工进行货位整理，用户可选择相应的货位地址进行整理，合并相临的空货位，提高货柜使用率，整理的原则是从右向左、从下向上。

可视化设计：通过图形化的交互界面引导用户执行入库、出库、盘点、转货位和查询等任务，垂直升降货柜操作终端能够显示在托盘的物品，用户不用取出托盘就可以较直观地查询托盘存放物品的详细信息，实现了操作过程的可视化。通过条码的应用实现物资信息的自动记录、比对和传递，提高了效率，节省了人力成本，有效防止了人为造成的错误，确保了数据的实时性、准确性，提升了仓储工作质量。可视化交互界面如图7所示。

5.2 入库管理

入库管理主要包括采购入库、领用退库、复验复查退库以及超期复验退库。操作人员在内网接收采购入库单（或退库单）信息并打印带二维码的入库单据，到货柜网通过扫描二维码进行数据同步，同步完成后进行货位的自动分配，同时将入库任务下达给垂直升降货柜的操作终端，操作人员在操作终端按照系统提示完成单据扫描、托盘调出、实物信息核对、实物存放、系统确认、托盘调入等入库动作，完成后打印带二维码的入库反馈单，在内网通过扫描入库反馈单更新库存状态。

5.3 出库管理

出库管理主要包括领用出库、调拨出库、复验复查出库、超期复验出库、配套出库以及采购退货。在内网打印带二维码的出库单，到货柜网通过扫描二维码进行数据同步，同时将出库任务下达给操作终端，操作人员在操作终端按照系统提示完成单据扫描、托盘调出、信息核对、取实物、系统确认、托盘调入等出库动作，完成后打印带二维码的出库反馈单，在内网通过扫描出库反馈单更新库存状态。

5.4 盘点管理

在内网新建盘点任务，生成带二维码的盘点作业单，到货柜网进行数据同步，同时将盘点任务下达给操作终端，操作人员在操作终端按照系统提示完成单据扫描、托盘调出、信息核对、托盘调入等盘点动作。完成后打印带有二维码的盘点记录单，并在内网进行扫描形成盘点差异单。

5.5 转货位管理

在内网新建转货位任务，生成带二维码的转货位作业单，到货柜网进行数据同步，同时将转货位任务下达给操作终端，操作人员在操作终端按照系统提示完成单据扫描、托盘调出、信息核对、实物货位位置改变、系统确认、托盘调入等转货位动作，完成后打印带有二维码的转货位记录单，并在内网进行扫描完成转货位库存更新。

5.6 货柜网入出库管理

对于不需要通过内网对垂直升降货柜进行出入库操作时，可以通过货柜网出入库管理模块进行出入库操作，货柜网出入库管理模块具有自动分配货位、对垂直升降货柜进行管理与控制的功能。

5.7 库存物资信息维护

可以对库存信息进行查看和修改操作。

5.8 漏单提醒

为保证内网和货柜网数据的一致性，系统设置了漏单提醒功能。

6 与现有仓储管理系统集成

为与垂直升降货柜二次开发系统软件功能匹配，在物资仓储业务系统中增加了单据条码的自动生成和货柜的货位编号功能，现有的仓储业务流程保持不变，当需要使用垂直升降货柜进行物资存储时，仓储业务系统在单据上自动生产条码，条码采用QR Code二维码制，条码内容描述单据关键内容，操作人员在货柜网通过扫描单据条码将任务同步到货柜系统软件，货柜系统软件接收任务后按照可视化设计引导操作人员逐步完成仓储任务，完成任务后给仓储业务系统反馈结果，确保仓储业务系统和垂直升降货柜系统信息一致。通过系统的集成，将仓储业务系统与垂直升降货柜进行联动，实现了仓储业务一体化管理。

7 结论

本文在垂直升降货柜控制软件基础上进行了二次开发，与现有的仓储管理系统进行了集成，实现了物资仓储一体化管理。通过垂直升降货柜与业务系统的联动，实现了物资入库、盘点和出库的自动化操作。通过条码的使用，改变了手工记录实物卡片和人工核对单据信息的操作方式，实现了快速、准确的信息输入和数据采集，解决了人工输入速度慢、错误率高和数据核对效率低的问题。通过可视化交互界面设计，规范了物资仓储业务操作过程，提高了工作效率和工作质量。通过该系统在物资库房的全面部署应用，物资仓储流程得到优化，物资库房存储效率和信息化水平得到极大提高，为后续仓储智慧管理奠定了一定基础。

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F253.9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.026

2095－6835（2019）13－0061－05

〔编辑：王霞〕