一、行業(yè)背景

“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”概念的提出后，經(jīng)過(guò)近幾年的飛速發(fā)展，制造業(yè)對(duì)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)模式的需求日益增長(zhǎng)，未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)將走向高度自動(dòng)化和智能化。FA（Factory Automation，工廠自動(dòng)化）零部件作為自動(dòng)化設(shè)備不可或缺的組成部分，具備廣闊的發(fā)展空間。

通過(guò)實(shí)地調(diào)研了解到，目前該行業(yè)國(guó)內(nèi)外各大廠商的倉(cāng)儲(chǔ)物流作業(yè)模式，大多為人工倉(cāng)，規(guī)模較大的廠商具備少量的信息化管理，采用了平庫(kù)+貨位管理的存儲(chǔ)方式，揀選方式一般是通過(guò)PDA指導(dǎo)作業(yè)人員到貨架取貨的、人到貨揀選模式，在效率和準(zhǔn)確性方面都難以滿足該行業(yè)的快速發(fā)展需求。

當(dāng)前FA零部件行業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)物流的主要痛點(diǎn)為用人多、找貨難、效率低，具體體現(xiàn)在：庫(kù)位利用率不高；訂單響應(yīng)不及時(shí)；績(jī)效管理難，主要通過(guò)人工計(jì)數(shù)來(lái)管理整體的績(jī)效，管理精細(xì)度不足。

二、系統(tǒng)方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)

某FA零部件倉(cāng)儲(chǔ)物流配送中心實(shí)際場(chǎng)景圖

表1 設(shè)計(jì)工具

以下通過(guò)某FA零部件倉(cāng)儲(chǔ)物流配送中心實(shí)際案例的規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程為例，從設(shè)計(jì)工具、調(diào)研和數(shù)據(jù)分析、方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)四個(gè)方面進(jìn)行闡述。

1.設(shè)計(jì)工具

系統(tǒng)方案涉及到的設(shè)計(jì)工具主要包括AutoCAD、Solidworks、EXCEL、Word、Visio、Flexsim、3Dmax等，具體情況見(jiàn)表1。

2.調(diào)研和數(shù)據(jù)分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研，總結(jié)調(diào)研內(nèi)容并形成調(diào)研報(bào)告。通過(guò)原始數(shù)據(jù)分析，提取對(duì)設(shè)計(jì)方案有利的分析結(jié)論。

（1）庫(kù)存容量分析

存儲(chǔ)容量分析，如表2。容器分析結(jié)論，如表3。

（2）訂單結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)對(duì)某時(shí)間段的銷售數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出，訂單結(jié)構(gòu)具有如下特性：

● 訂單長(zhǎng)度1～200行/單不等

● 單行訂單占47.8%

● 10行及以下訂單累積占比92.9%

● 11～20行以上訂單占比4.9%

● 21行以上訂單2.2%

某時(shí)間段的銷售數(shù)據(jù)EIQ分析結(jié)論，如表4。

（3）SKU特性分析

● 存儲(chǔ)物料多為金屬件，物料尺寸小，密度大

● 單品規(guī)庫(kù)存深度淺，絕大部分品規(guī)不足一箱

● SKU數(shù)量大

● ABC分類不明顯，出庫(kù)離散、隨機(jī)性強(qiáng)

峰值日IK分析結(jié)論，如表5。

表2 存儲(chǔ)容量分析

表3 容器分析結(jié)論

表4 某時(shí)間段的銷售數(shù)據(jù)EIQ分析結(jié)論

表5 峰值日IK分析結(jié)論

3.方案設(shè)計(jì)

（1）庫(kù)區(qū)系統(tǒng)規(guī)劃

①貨位設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研報(bào)告和數(shù)據(jù)分析結(jié)論可知，本案設(shè)計(jì)SKU數(shù)為40萬(wàn)個(gè)，貨位數(shù)約21萬(wàn)個(gè)。即：貨位數(shù)遠(yuǎn)小于SKU總數(shù)，且數(shù)據(jù)分析結(jié)論表明各SKU出庫(kù)離散、隨機(jī)性強(qiáng)，若貨架采用多深位設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致出庫(kù)時(shí)設(shè)備頻繁移庫(kù)，從而造成能源浪費(fèi)，因此貨架采用了單深貨位設(shè)計(jì)。

②存取方案設(shè)計(jì)

基于單深貨位設(shè)計(jì)前提，在庫(kù)區(qū)存取方案規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)綜合對(duì)比了多種解決方案，包括Miniload堆垛機(jī)、多層穿梭車(chē)、堆垛機(jī)+多層穿梭車(chē)、四向穿梭車(chē)等方案。在對(duì)系統(tǒng)效率、設(shè)備可靠性等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)評(píng)估后，最終采用了四向穿梭車(chē)的庫(kù)區(qū)系統(tǒng)解決方案。

③可靠性和擴(kuò)展性驗(yàn)證

在21米可用凈空且不可調(diào)整的倉(cāng)庫(kù)建筑條件下，四向車(chē)方案即能保證單深位設(shè)計(jì)前提下滿足23萬(wàn)以上貨位數(shù)，又能滿足入出庫(kù)效率需求，且具備一定的擴(kuò)展性。對(duì)于四向穿梭車(chē)系統(tǒng)的可靠性方面，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)設(shè)備廠商的調(diào)研、對(duì)現(xiàn)有的四向車(chē)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地調(diào)研考察、查看各個(gè)現(xiàn)有項(xiàng)目系統(tǒng)故障日志等方法，得出結(jié)論：當(dāng)前四向穿梭車(chē)技術(shù)已經(jīng)成熟，可靠性和可用性方面滿足FEM9.221和JBT 7016-1993標(biāo)準(zhǔn)。庫(kù)區(qū)系統(tǒng)平面布局圖，如圖1。

（2）揀選系統(tǒng)規(guī)劃

揀選工作站集揀選、檢驗(yàn)、包裝、播種功能為一體，結(jié)合圖形指導(dǎo)系統(tǒng)和DPS系統(tǒng)，處理能力可達(dá)240訂單行/小時(shí)。系統(tǒng)可以自動(dòng)供給庫(kù)存箱和播種箱，每個(gè)工作站配置2個(gè)揀選位置，保證揀選作業(yè)無(wú)需等待，充分發(fā)揮作業(yè)人員的工作效率。同時(shí)，揀選工作站充分了考慮人機(jī)工程學(xué)，在地面設(shè)置了抗疲勞墊，為操作人員提供較為舒適的工作環(huán)境。揀選工作站3D設(shè)計(jì)，如圖2。

（3）其他硬件系統(tǒng)規(guī)劃

除庫(kù)區(qū)系統(tǒng)和揀選系統(tǒng)以外，還規(guī)劃設(shè)計(jì)了其他硬件系統(tǒng)，包含1套窄帶高速分揀系統(tǒng)、1套DPS燈光集單系統(tǒng)、42套復(fù)核包裝系統(tǒng)、1整套萬(wàn)向球自動(dòng)分揀系統(tǒng)等。

（4）信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)分為三層進(jìn)行管理即執(zhí)行層、控制層、應(yīng)用層（如圖3）。為實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一錄入、統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一展現(xiàn)，本項(xiàng)目通過(guò) WMS 物流綜合管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)管理功能、設(shè)備控制管理功能進(jìn)行統(tǒng)一集成。WMS 物流綜合管理系統(tǒng)通過(guò)接口與上位系統(tǒng)進(jìn)行集成，與上位系統(tǒng)（ERP）通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)無(wú)縫集成、實(shí)時(shí)互通、資源共享。

圖1 庫(kù)區(qū)系統(tǒng)平面布局圖

圖2 揀選工作站3D設(shè)計(jì)

圖3 信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

圖4 信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件部署圖

信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件部署架構(gòu)分為信息管理層、調(diào)度監(jiān)控層以及作業(yè)執(zhí)行層。各系統(tǒng)分層實(shí)現(xiàn)不同功能，相應(yīng)配備不同硬件設(shè)施，通過(guò)千兆以太網(wǎng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)無(wú)縫集成、實(shí)時(shí)互通、快速響應(yīng)。本項(xiàng)目應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器部署在中心機(jī)房，應(yīng)用服務(wù)器采用負(fù)載均衡方式部署，保證在一臺(tái)服務(wù)器意外宕機(jī)或應(yīng)用崩潰時(shí)，另一臺(tái)服務(wù)器能繼續(xù)提供服務(wù)，保障服務(wù)的高可用性。數(shù)據(jù)庫(kù)采用分布式集群部署方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。信息管理層，WMS與上位系統(tǒng)之間通過(guò)因特網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成、接口兼容、資源共享。信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件部署圖，如圖4。負(fù)載均衡部署圖，如圖5。

圖5 負(fù)載均衡部署圖

4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

通過(guò)數(shù)據(jù)分析結(jié)論可以看出，本案具有訂單長(zhǎng)度差異大且出庫(kù)離散的特點(diǎn)，相比電商行業(yè)訂單長(zhǎng)度差異小、A類明顯的特點(diǎn)，訂單結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，處理難度更大。

（1）短單處理的原則

對(duì)于1～5行的訂單，按訂單揀選可減少集單流程，從而減少集單設(shè)備和集單作業(yè)人員，降低投資成本。

（2）長(zhǎng)單處理原則

對(duì)于大于5行的訂單，按訂單揀選會(huì)造成1個(gè)波次內(nèi)同時(shí)出庫(kù)的原箱數(shù)量過(guò)多，若原箱緩存線的緩存容量不足，會(huì)有堵線風(fēng)險(xiǎn)。因此對(duì)于長(zhǎng)單，通過(guò)軟件系統(tǒng)切分為1～5行的小揀貨單，再對(duì)小揀貨單進(jìn)行集單。同時(shí)，判定長(zhǎng)短單的條件閾值可在WMS軟件系統(tǒng)中適時(shí)調(diào)整，硬件設(shè)備也可支持全部按行揀選或按單揀選，因此揀選方式可任意切換，方案的柔性和擴(kuò)展性有保障。

通過(guò)軟件系統(tǒng)優(yōu)化短單和長(zhǎng)單的處理原則，有效解決設(shè)備堵線風(fēng)險(xiǎn)，并降低了設(shè)備和作業(yè)人員的投資成本。

三、結(jié)論

作為國(guó)內(nèi)FA零部件行業(yè)自動(dòng)化配送中心的首個(gè)案例，本項(xiàng)目所采用的集成技術(shù)、設(shè)備和軟件技術(shù)均具有較高的先進(jìn)性和實(shí)用性。在滿足客戶業(yè)務(wù)需求的前提下，以充分發(fā)揮物流系統(tǒng)綜合效率為目標(biāo)，優(yōu)選最適合該行業(yè)業(yè)務(wù)特征的解決方案。倉(cāng)庫(kù)容量密度達(dá)傳統(tǒng)堆垛機(jī)倉(cāng)庫(kù)的2倍以上，采用行業(yè)首創(chuàng)的兼容按批次揀選和按訂單揀選的貨到人解決方案，降低了用工成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)保證了項(xiàng)目的柔性和擴(kuò)展性。本項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)FA零部件行業(yè)配送中心的規(guī)劃設(shè)計(jì)具有較高的參考價(jià)值。