特装库仓储管理系统研究与应用

赵庆芬、刘明杰、邹杨、李文轶、方勇 /中国运载火箭技术研究院物资中心

中国运载火箭技术研究院物资中心作为研究院型号物资采购、供应保障单位，同时承担着研究院项目交付、试验的设备齐套、存储、运输、交装和售后服务等业务，原有的特装库存主要是平库，用于产品存放，主要方式为平置和货物直接堆码，空间利用率较低。同时，由于采用手工记账方式，为避免不同型号任务之间产品混乱，规定不同型号任务的齐套产品分区存放，降低了仓库空间的使用率，使存储能力受到限制。由于仓储面积严重不足，无法合理安排通道，造成齐套、交装产品不能及时储存，只能压置在厂所，影响齐套周期和管理质量。

原有特装库内无吊装设备，库内作业完全依靠人工作业，作业效率低、劳动强度大，对人力需求多。同时物资的管理采用传统手工记账管理模式，无信息化手段支撑，而产品的发放、分类、拣选、装卸、统计主要依赖员工经验，造成作业流程不规范、单据样式不统一、历史信息可追溯性不强。

仓库布局是指在一定的仓库区域内，对库区的规模、数量、地理位置和仓库设施道路等各要素进行科学规划和整体设计。物资中心通过系统分析库房功能规划和存储需求，结合特装产品存储要求的复杂性、特殊性和安全性，综合自动化立体库的特点，设计了特装自动化立体库库区布局图。

一、特装库仓储管理系统实施方案

物资中心以先进的仓储管理模式发展方向为标准，综合考虑管理现状、业务特点和未来发展需要，优化仓储管理模式，以加快信息化平台建设为抓手，实现仓储管理精细化、一体化和信息化。

1.以自动化技术构建立体仓储平台

自动化立体库是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通信系统、自动控制系统、计算机监控系统以及电线电缆、桥架、配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。物资中心运用一流的集成化物流理念，采用先进的控制总线通信和信息技术，通过以上设备的协调动作进行出入库作业。特装自动化立体库的构成框架见图1。

图1 自动化立体库构成

（1）综合分析，合理设计立体库布局

仓库布局是指在一定的仓库区域内，对库区的规模、数量、地理位置和仓库设施道路等各要素进行科学规划和整体设计。物资中心通过系统分析库房功能规划和存储需求，结合特装产品存储要求的复杂性、特殊性和安全性，综合自动化立体库的特点，设计了特装自动化立体库库区布局图。

在仓库布局时，物资中心充分考虑产品特点，设置特种车辆存储区、出入库作业区、产品摆放区（平库区）、大托盘货架立体库区和普通托盘货架立体库区；确定了普通托盘存储、大托盘存储和平库存储三种存储方式。可满足不同尺寸物资的存储。

（2）效率优先，个性化实施输送系统

输送系统是立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移送至拣选台。特装自动化立体库的输送系统设备包括链条输送机、辊式输送机、升降台、尺寸检测装置、重量检测装置和自动导引小车。

输送系统作为人员与立体库的“纽带”，其工作效率直接影响了立体库的运行效率和仓储作业效率。为确保输送系统运行高效和准确，在输送方案和路线设计时，充分考虑到特装业务“分批入库、统一出库；入库分散、数量小，出库集中、数量大”的特点，针对普通托盘存储区和大托盘存储区巷道建设的差异，设计了并行输送系统和串行输送系统两种不同的输送系统。

并行输送系统用于普通托盘存储区。由于普通托盘存储区共有3 个巷道，存储量和作业量大，为实现各巷道并发作业，提高效率，分别建设了入库输送线和出库输送线。根据特装业务特点，为保证作业效率，同时降低资源成本，并行输送系统建立了多个出库口、入库口和整理口。入库时，若产品超重或超尺寸，则将通过入库自动导引小车输送至整理口，通过处理后再入库。

串行输送系统用于大托盘存储区，由于大托盘存储区只有1个巷道，存储量和作业量较小，只建立了1 条输送线和1 个出入库口，入库作业和出库作业共用输送线和出入库口，同一时间只能进行一种作业。

2.顶层设计，科学搭建仓储管理系统软件

特装自动化立体库仓储管理系统软件由仓储管理系统（WMS）和立体库监控系统（WCS）两部分组成。从结构上分为三层：最上层为WMS，负责仓储业务逻辑处理；最下层为现场设备层，如巷道堆垛机、输送系统、自动引导小车等，负责执行具体的操作；中间层为WCS，接收WMS 的入库和出库指令，协调、调度底层的各种物流设备，使底层物流设备可以按照程序预先设定的逻辑执行WMS 的业务流程。

根据研究院信息系统建设要求和特装自动化立体库运转需求，通过顶层设计，构建了WMS 和WCS 的 网 络 部 署 图。其中，WMS 应用服务器和数据库服务器部署在研究院信息中心，由信息中心统一进行管理和维护；WCS 接口服务器和监控机位于立体库。

（1）WCS

在特装自动化立体库中，底层物流设备均有自身控制系统，WCS 作为立体库监控系统，负责协调各个设备的工作。WCS与物流设备采用现场控制总线的方式进行通讯，做到“只监不控”，所有的决策、作业调度和现场信息等由堆垛机、出入库输送机等现场设备通过相互间的通讯来协调完成。

为保证监控系统能全面地监控立体库的运行情况，对WCS的系统功能进行了全面的调研和设计，实现WCS 的入出库作业调度和控制、设备运行设备状态显示和远程控制、查询检索、动态预警、作业调度、故障处理、故障日志记录等功能，WCS 功能框架如图2 所示。

图2 WCS功能框架图

为保证立体库设备的顺畅运行，一方面在WCS 中实现了设备运行状态的动态监控图，方便工作人员迅速定位和解决问题；另一方面，实施团队对各种可能出现的诸如个别巷道不可用、堆垛机通讯中断、接口数据传输丢失等问题进行深入预想、预测分析，从接口交互方式、数据库结构、后台业务处理逻辑等多方面进行优化设计，赋予立体库在遇到特定问题时特殊的处理逻辑。

（2）WMS

WMS 位于自动化立体库软件系统的顶层，是自动化立体库的中枢系统。通过WMS 生成立体库的入出库、盘点任务，经过系统接口将任务下发至WCS，从而控制整个立体库的运转。

为了保证系统能全部覆盖用户的业务需求，通过个性化实施开发，实现了七大功能模块，充分考虑了齐套交装、顾客财产管理、入库、出库、盘点、查询统计、预警等功能。系统功能框架如图3 所示。

图3 特装WMS功能框架图

为保证自动化立体库软件系统的稳定顺畅运行，在设计WMS 与WCS 接口时，充分考虑WMS 业务流程和WCS 的实物流程，对各种可能出现的问题，如网络问题、立体库巷道不可用、托盘进错巷道、库存占位、取货无箱、无任务等进行了深入预想和分析，从WMS 逻辑和接口上设计了各种情况下WMS 和WCS以及自动化立体库的处理逻辑和方式，以实现WMS 与WCS 的无缝集成。

数据存储安全、可靠是信息系统运行的重要保证，根据WMS 服务器和WCS 服务器部署位置的不同，分别设置了不同的备份策略。WMS 数据存储在后台存储设备上，采用在计划任务里增加任务定时器的方式，同时在存储设备和WMS 数据库服务器上每天进行全量备份；WCS 数据存储在WCS 接口服务器，每天进行全量备份，同时将WMS与WCS 的接口交互数据实时写入运行日志，以便接口问题的排查和处理。

3.引入现代化仓储工具，全面应用条码技术

条码技术是在当代信息技术基础上产生和发展起来的一项非接触式自动识别技术。它将符号编码、数据采集、自动识别、自动录入、存储信息等功能融为一体，具有制作容易、扫描操作简单易行、信息采集速度快、采集信息量大、可靠性高、灵活实用、设备结构简单、成本低等优点，能够有效实现物流过程中大量数据的采集与自动录入。

在特装自动化立体库中，每个托盘均贴有托盘条码标签，自动化物流设备通过托盘条码识别读取作业任务，以实现物流与信息流的统一。在仓储作业的许多环节，需要录入和核对实物信息，为了提高工作效率和准确率，避免人工录入和核实错误，在特装库仓储管理中引入条码技术。实施团队深入调研业务人员业务需求，个性化设计了产品标签的样式和内容，以满足用户对不同产品或物资核实不同内容的需求。

5.重塑流程，调整岗位职责

物资中心基于仓储管理系统功能，对入库过程和出库过程的操作进行了详细的梳理和设计，建立了统一的工作流程框架（如图4 所示），准确定义每阶段的操作过程、表单样式以及作业规范，从流程、系统功能和管理上规范并固化了仓储管理的作业过程。同时，全面梳理了部门间和单位间的接口关系，制定了标准的接口规则，并通过表单样式进行固化，实现了仓储管理的标准化。

特装自动化立体库采用高层货架存储货物，利用堆垛机进行作业，大幅度增加了仓库和货架的高度，充分利用了仓库的空间，使货物的储存集中化和立体化，大幅减少仓库的占地面积。特装自动化立体库存储能力较以平库方式存储的库房提升了86%，大幅提升了仓库空间利用率。特装自动化立体库的仓储能力满足了研究院高密度发射任务下齐套交装任务的仓储需求，同时为物资中心型号物资的仓储提供了一定的储存空间。

二、特装库仓储管理系统应用效果

1.大幅提升存储空间利用率

特装自动化立体库采用高层货架存储货物，利用堆垛机进行作业，大幅度增加了仓库和货架的高度，充分利用了仓库的空间，使货物的储存集中化和立体化，大幅减少仓库的占地面积。特装自动化立体库存储能力较以平库方式存储的库房提升了86%，大幅提升了仓库空间利用率。特装自动化立体库的仓储能力满足了研究院高密度发射任务下齐套交装任务的仓储需求，同时为物资中心型号物资的仓储提供了一定的储存空间。

2.提高了物资中心仓储管理科学化水平

特装自动化立体库仓储管理系统的应用，改变了特装库手工记账的传统仓储管理模式，规范了物资中心特装库的仓储作业流程，重新划分了仓储作业人员的岗位职责和作业内容，使人员和作业更加专业化和精细化，实现了仓库库存信息的实时管理，实现了仓库物流与信息流的一致性，使得仓库作业人员和管理人员可及时、准确掌握仓库实时库存信息，为仓储管理及物资管理决策提供准确的数据依据，对物资管理信息的存储、统计、分析、使用具有重要的意义。

3.良好的容错机制，提升了库存信息的准确性

在仓储管理中，实物库存和信息库存保持一致是仓储作业的基础。在特装仓储管理中，一方面通过WMS 对仓储作业全流程进行管理，保证实物流和信息流的实时一致；另一方面，在WCS 中记录立体库内托盘的实物库存，WMS 中记录托盘的信息库存，通过WMS 与WCS 的集成，实时比对WMS与WCS 库存信息的一致性，对实物库存和信息库存的不一致情况及时提醒作业人员进行原因查找和库存调整，有效保证了实物库存和信息库存的一致性。