卷煙工廠自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王文才 段青娜 張漢平

摘要：本文以某卷煙廠自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)為研究對(duì)象，從系統(tǒng)的角度分析了其庫(kù)容設(shè)計(jì)與出入庫(kù)工藝流程，研究了堆垛機(jī)、AGV、穿梭車(chē)等主要設(shè)備的選型和布局，論述了WMS-WCS的設(shè)計(jì)方案。

Abstract： This paper takes cigarettes factory automation stereoscopic warehouse as the research object， from the angle of system， analyzes the capacity disign and the process flow of storage， and the selection and layout of main equipment such as stacker AGV， shuttle car and so on， mainly discusses the design scheme of WMS-WCS.

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)；堆垛機(jī)；AGV；穿梭車(chē)；WMS-WCS

Key words： automation stereoscopic warehouse；stacker；AGV；shuttle car；WMS-WCS

中圖分類(lèi)號(hào)：TS48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）17-0271-03

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）和工廠自動(dòng)化（FA）對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)提出更高的要求。使用自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行貨物存取，運(yùn)行和處理速度快，從而提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低、消除了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠始終準(zhǔn)確無(wú)誤地對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，減少貨物處理和信息處理過(guò)程中的差錯(cuò)；借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存能力，便于清點(diǎn)和盤(pán)庫(kù)，合理減少庫(kù)存，從而提高倉(cāng)庫(kù)的管理水平[1，2]。某卷煙廠作為一家生產(chǎn)型企業(yè)，為保證生產(chǎn)的高節(jié)奏、不間斷，倉(cāng)儲(chǔ)的重要地位日益顯著。

1 庫(kù)容分析設(shè)計(jì)

某卷煙廠輔料庫(kù)承擔(dān)卷煙生產(chǎn)所需原輔料的存儲(chǔ)，物料主要為卷接包、裝封箱、嘴棒等。過(guò)多的庫(kù)容對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)是一種浪費(fèi)，而過(guò)少的物料儲(chǔ)備量對(duì)于生產(chǎn)來(lái)說(shuō)又會(huì)嚴(yán)重地影響產(chǎn)能[3]。為保證輔料的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)，其庫(kù)容可以通過(guò)下列的公式來(lái)進(jìn)行估算（其中涉及到一個(gè)條件，就是說(shuō)我們必須明確在不進(jìn)行入庫(kù)的情況下，期望我們的庫(kù)存能支撐多長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)，在此我們假設(shè)是5天120小時(shí)）：

Wa=So*H*λ

其中：Wa代表總的庫(kù)容量，So代表每小時(shí)卷包車(chē)間所需要的配盤(pán)數(shù)量，而H代表在無(wú)配盤(pán)入庫(kù)的情況下庫(kù)存能支撐的時(shí)間（小時(shí)），最后λ表示一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來(lái)作為庫(kù)存的冗余，在此我們默認(rèn)λ取值為1.2。

輔料庫(kù)輔料存儲(chǔ)以托盤(pán)承載實(shí)現(xiàn)，就輔料存儲(chǔ)類(lèi)型區(qū)分為單一托盤(pán)和復(fù)合配盤(pán)兩類(lèi)。按照輔料日消耗量（按照硬包占70%、軟包占30%產(chǎn)量來(lái)計(jì)算），可以得出表1的數(shù)據(jù)。

從表1可以看出，每天（24小時(shí)）我們需要大約為1186個(gè)托盤(pán)，將這個(gè)數(shù)據(jù)代入前述的公式就可以估算出我們的庫(kù)容量：Wa=1186*5*1.2=7116個(gè)貨位。

2 輔料庫(kù)工藝流程

輔料庫(kù)最主要的目的乃是為卷接包機(jī)組適時(shí)地供應(yīng)輔料，因此必須擁有一個(gè)合適的出庫(kù)流程，在卷包機(jī)組需要（進(jìn)行輔料呼叫）的時(shí)候，迅速地將輔料配盤(pán)供到機(jī)組站臺(tái)。此外采用來(lái)料的時(shí)候先在配盤(pán)區(qū)進(jìn)行配盤(pán)，配好盤(pán)后再統(tǒng)一入庫(kù)的方法，并加入了抽檢、退庫(kù)和空托盤(pán)回收流程[4，5]。綜上所述某卷煙廠輔料庫(kù)工藝流程如圖1所示。

3 設(shè)備選型與布局

3.1 堆垛機(jī)

堆垛機(jī)是整個(gè)自動(dòng)化立體庫(kù)不可或缺的核心設(shè)備選擇合適的堆垛機(jī)尤為重要。堆垛機(jī)分為歐洲制造、日本制造以及中國(guó)制造，就性能以及原理來(lái)說(shuō)，幾乎也是大同小異。從堆垛機(jī)的穩(wěn)定性以及安全性來(lái)說(shuō)，歐洲制造的堆垛機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定以及對(duì)人員的保護(hù)上來(lái)說(shuō)也做得更好。

3.2 AGV

AGV作為庫(kù)區(qū)與卷包設(shè)備之間的輸送設(shè)備，可以直接將輔料配盤(pán)送達(dá)需要的機(jī)臺(tái)。由于卷包車(chē)間安裝了很多設(shè)備，而且對(duì)地面的要求也比較高，再加上隨時(shí)可能會(huì)對(duì)路徑做出微調(diào)，因此采用激光導(dǎo)引的方式。

3.3 穿梭車(chē)

選擇了堆垛機(jī)作為庫(kù)內(nèi)存取貨物的設(shè)備，選擇了AGV作為輔料立體庫(kù)的末端到卷包機(jī)組的輸送設(shè)備來(lái)輸送配盤(pán)，理論上來(lái)說(shuō)，剩余的可以經(jīng)由輸送機(jī)來(lái)布局（見(jiàn)圖2）。但是，正如我們前面的分析中指出，如果我們用輸送機(jī)來(lái)進(jìn)行余下路徑的構(gòu)成，然而我們從圖上可以看到，如果我們用輸送機(jī)來(lái)替換穿梭車(chē)系統(tǒng)，則必然會(huì)導(dǎo)致大量的交叉路口。而這些交叉路口除了會(huì)使控制邏輯變得復(fù)雜外，還會(huì)存在大量相互讓路的情況，結(jié)果會(huì)使整個(gè)輸送效率變低，極有可能無(wú)法滿足生產(chǎn)的要料性能需求。

對(duì)于出庫(kù)的情形也一樣，只是由于受到地形的限制，所以我們選擇往復(fù)式穿梭車(chē)來(lái)替代環(huán)形穿梭車(chē)。在一條公共的直線軌道上布置多臺(tái)穿梭車(chē)，每個(gè)穿梭車(chē)分別服務(wù)數(shù)臺(tái)對(duì)應(yīng)的堆垛機(jī)，當(dāng)然我們也可以允許多臺(tái)穿梭車(chē)之間有路徑交叉的情況，然而，由于雙方進(jìn)入交叉區(qū)域之時(shí)也會(huì)存在讓路的情況。因此，這種情況也要盡量地避免。出庫(kù)部分的復(fù)式直穿系統(tǒng)如圖3。

3.4 輸送機(jī)

盡管盡量少使用輸送機(jī)來(lái)進(jìn)行設(shè)備布局，但是輸送機(jī)作為連接各個(gè)其它輸送子設(shè)備之間的橋梁仍然顯得必不可少。因此，作為整個(gè)出入庫(kù)物流路徑的貫通，這一部分的使用也就顯得既充分又必要了[6，7]。

4 WMS-WCS分析設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)

整個(gè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)盡管從量上來(lái)說(shuō)，不算太大。然而，這些數(shù)據(jù)最為關(guān)鍵之處是涉及到整個(gè)配方的投料、煙絲、煙葉投料以及輔料、濾棒生產(chǎn)投料的準(zhǔn)確性，至少?gòu)哪壳皝?lái)說(shuō)，無(wú)論是配方煙包、煙絲、煙葉等等數(shù)據(jù)無(wú)法用肉眼來(lái)區(qū)分。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇除了考慮性能因素外、也要考慮產(chǎn)品的穩(wěn)定性以及供應(yīng)商后續(xù)的技術(shù)支持的力度等。通常來(lái)說(shuō)，用得比較多的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)有甲骨文公司的Oracle、微軟公司的SqlServer以及IBM公司的DB2三種。這三種產(chǎn)品均各有優(yōu)點(diǎn)，比如Oracle，可以簡(jiǎn)單方便地使用Rac架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，而且對(duì)數(shù)據(jù)的粒度控制比較精細(xì)、性能以及穩(wěn)定性也比較好，既可運(yùn)行于Windows Server系統(tǒng)，也可以運(yùn)行于Unix平臺(tái)，當(dāng)然價(jià)格也高，適合大型數(shù)據(jù)系統(tǒng)使用。而SqlServer性能穩(wěn)定性一般，但是價(jià)格也適中，適應(yīng)于中小系統(tǒng)使用，一般運(yùn)行在Window Server之上。DB2介于上述兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間，既可運(yùn)行于Windows Server系統(tǒng)，也可以運(yùn)行于Unix平臺(tái)，對(duì)自己的IBM的服務(wù)器之間有較好的兼容性。

4.2 網(wǎng)絡(luò)

某卷煙廠整個(gè)工業(yè)主干網(wǎng)采用的是環(huán)形網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其好處就是在主干網(wǎng)上無(wú)論哪個(gè)節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)，也不會(huì)影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸[8]。在主干網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)之間采用光纖來(lái)接連，如此，即便在大量的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)之時(shí)，也不至于使網(wǎng)絡(luò)癱瘓。對(duì)于自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)，采用從主干網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上引出旁路，然后在經(jīng)過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、集線器等）作為擴(kuò)展的輸出節(jié)點(diǎn)。并將此節(jié)點(diǎn)作為中介點(diǎn)，再組一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。經(jīng)由這個(gè)節(jié)點(diǎn)，隸屬自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的所有子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)就被貫通。某卷煙廠輔料庫(kù)的網(wǎng)庫(kù)拓?fù)淙鐖D4所示。

4.3 WMS

在WMS設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵是要理清自動(dòng)化立體庫(kù)所涉及的業(yè)務(wù)邏輯，并將這些業(yè)務(wù)邏輯組織成業(yè)務(wù)流程，然后再逐步分解、轉(zhuǎn)換為可以設(shè)計(jì)編程的需求描述，圖5是一個(gè)輔料庫(kù)典型的業(yè)務(wù)內(nèi)容。

5 總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了某卷煙廠自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)容設(shè)計(jì)與計(jì)算、輔料庫(kù)的工藝流程、各主要設(shè)備的選型和布局，對(duì)其數(shù)據(jù)庫(kù)選擇、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和WMS設(shè)計(jì)作了詳細(xì)分析。輔料庫(kù)長(zhǎng)期的實(shí)際運(yùn)行情況也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理型。

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