柔性生产企业智能仓储与物流解决方案研究与应用

最早进行智能仓储与物流系统建设或升级改造的多为大规模制造业、电商和大型商超等，仓储规模较大，出入库频繁、单一货品数量较多的场合。因此，目前的智能仓储与物流的设备和方案也主要侧重于大规模仓储的自动化、智能化和信息化[1]。而随着用户的定制需求日益多样化，越来越多的制造业企业向“多品种、小批量”柔性化生产转型，这些企业很多已经发展为细分领域的单项冠军示范企业、小巨人企业、独角兽企业，因此针对柔性生产企业的仓储与物流的智能化、数字化转型解决方案的研究越来越受到关注。

特点：物料品种多，单品数量少；物料形态多样；入、出库频次高；物料合并入库或拆包出库作业频繁。

问题分析：柔性生产企业仓储物流普遍存在“5难1低”的痛点、难点问题，包括：①清点难：物料的清点核对困难，入、出库准确性低；②找料难：货物的库位创建和定位困难；③存储难：库存空间无法合理利用；④质控难：货物的先入先出控制无法有效实施；⑤追溯难：物料一旦放错、发错，很难确定位置和负责人；⑥效率低：人工操作、按单找料、人工搬运等效率低。

首先，为适合柔性化生产的要求，需要结合以上的问题，对仓储物流的全过程进行分解评估（见表1），找到方案实施的主要业务环节和改进提升范围及最大价值点，最终确定方案的主要内容。本方案规划了四个核心系统：一是卡板式载具的智能立体仓，二是塑胶料箱货架智能仓，三是盘装电子料智能货架仓，四是仓储物流管理软件系统（WMS）等。确定主要目标，一是实现自动控制物料先入先出，自动防错（错发、错放），且全程可追溯；二是实现PDA全过程实时扫码操作，AGV自动取、放货，WMS系统管理自动热点物料分析和库位优化等。三是实现减少30%仓储、物流人力成本。

虽然都是柔性生产企业，但每个企业的特点也会有所不同，因此，企业在立项后应成立专门的项目小组来推进项目的实施，确保顺利、及时和高质量的落地。一般项目全过程分为以下几个主要阶段，如图1所示。

每个阶段有不同的活动和价值产出，比如，技术调研阶段分为外部调研和内部调研，外部调研主要参观智能仓储和物流的样板工程，了解实施过程、解决方案、应用效果；在需求分析和方案设计阶段，重点是结合外部调研的结果对本企业的业务进行价值分析，提炼出适合的解决方案，保证投资回报最大化；在厂家选择方面技术优势、实施落地能力、服务能力等是关键；与确定的厂家对方案进行细化，明确实施的关键因素和资源需求，同时，重点关注个系统之间的物流、信息流的融合、贯通，避免各系统无法协调控制或形成信息孤岛等[2]。

目前市场上应用最多的智能立体仓库主要有以下3种形式：一是巷道式垂直立体仓，主要存储料箱为载具的物料，缺点是堆垛机巷道占用空间大，存储场要足够长、高才有优势。二是鼠笼式立体仓，多穿梭车操作，可以实现更密集的存储，空间利用率较高，但系统造价比第一种高50%以上[3]。第三种是智能立体货柜，主要存储以料箱或托盘为载具的物料，安装时可以将其贯通多个楼层，跨越不同的功能区，打通不同工序过程的物流，目前设备以进口为主，因此造价是第一种的3～5倍。

由于本项目在厂房建设初期没有考虑立体仓储的布局，仅在负一和一楼近800平米的贯通层空间用于规划立体仓储，长度30米、宽度27米、净高6.8米，同时要求与3F主仓库（潜入式AGV卡板物料存储区和成品出库作业区）整合为一体化仓储，并打通2F生产车间产成品入库的物流需求。

对上述三种立体仓方案进行可行性分析和方案评估，主要存在以下问题：第一种空间无法合理利用，且只能存储料箱载具物料；第二种和第三种成本太高；三种方案均存在系统故障时无法人工存取物料的问题，并且无法与3F主仓库的系统对接，或对接困难。

项目组经过深入研究后形成了“基于潜入式AGV和提升机系统的水平立体仓储”的创新方案（见图2）。方案将800平米贯通空间用钢架平台分隔成3层，每层层高1.8米以上，通过一台提升机（T1）将三层钢架平台存储区联通，每层平台上一台AGV负责本层的物料存取（仅物料进提升机，AGV不随提升机跨层工作），主操作水平面设置在1F，并通过两部提升机T2、T3与3F的主仓库对接，采用同一厂家的AGV系统，实现完全无缝的系统一体化，同时提升机T2、T3在2F生产车间设置出、入库门，打通了产成品入库的通道。方案的空间利用率比垂直立体仓提高了近1倍，而造价降低了50%。同时，未来拓展只需增加AGV的数量即可实现提高存取效率的要求，系统故障时可以人工存取物料（层高1.8米），（见图2）。

本项目的料箱货架主要存放生产常用物料，采用了CTU+拣选线的方案。操作人员通过PDA下发领料单，CTU自动取料到拣选线，拣选后CTU自动放回货架，动态库位。实现“货到人”拣选操作，解决了找料难、从货架上取料难和搬运过程效率低的问题，自动先入先出控制[4]。

本项目对盘装电子物料采用了电子标签+智能料架和亮灯系统的解决方案。操作人员通过PDA下发领料单，货架亮灯指引取料，PDA扫码自动完成取料记录，全面提升了盘装电子物料仓储作业和管理水平。实现系统自动统计、动态分配储位、自动先入先出控制。

WMS系统是整个仓储物流系统的灵魂，所有的设备均由WMS系统进行调度、指挥，并与企业已有信息系统（如ERP、PLM、MES等）进行信息交互。本项目的WMS系统主要规划五大方面目标：一是从收料，IQC检验，入库，出库等环节均通过物料条码扫描；二是全程可追溯和先入先出控制；三是扫码入库，扫码查询，容量提醒；四是库存信息透明化、实时化，减少发料中间环节，厂内物料配送按需求和节拍进行拉动。五是WMS与ERP无缝整合等。

经过两年多的使用，项目实现了物料100%防错、全程可追溯、发货效率提升65%、智能化无人仓储、运营成本降低20%以上、作业过程纸张消耗减少50%等直接收益，同时项目作为企业智能制造系统的一部分，获得了省级“工业互联网标杆示范项目”，方案在柔性生产企业的推广价值较高。未来企业还将在研发、供应链和制造协同，数据驱动决策和管理优化等方面不断探索，实现仓储物流、智能制造的数字化转型升级。