FA零部件倉儲物流配送中心的規(guī)劃設計

一、行業(yè)背景

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

通過實地調研了解到，目前該行業(yè)國內外各大廠商的倉儲物流作業(yè)模式，大多為人工倉，規(guī)模較大的廠商具備少量的信息化管理，采用了平庫+貨位管理的存儲方式，揀選方式一般是通過PDA指導作業(yè)人員到貨架取貨的、人到貨揀選模式，在效率和準確性方面都難以滿足該行業(yè)的快速發(fā)展需求。

當前FA零部件行業(yè)倉儲物流的主要痛點為用人多、找貨難、效率低，具體體現(xiàn)在：庫位利用率不高；訂單響應不及時；績效管理難，主要通過人工計數(shù)來管理整體的績效，管理精細度不足。

二、系統(tǒng)方案的規(guī)劃設計

某FA零部件倉儲物流配送中心實際場景圖

表1 設計工具

以下通過某FA零部件倉儲物流配送中心實際案例的規(guī)劃設計過程為例，從設計工具、調研和數(shù)據(jù)分析、方案設計、系統(tǒng)設計難點四個方面進行闡述。

1.設計工具

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

2.調研和數(shù)據(jù)分析

通過現(xiàn)場實地調研，總結調研內容并形成調研報告。通過原始數(shù)據(jù)分析，提取對設計方案有利的分析結論。

（1）庫存容量分析

存儲容量分析，如表2。容器分析結論，如表3。

（2）訂單結構分析

通過對某時間段的銷售數(shù)據(jù)進行分析得出，訂單結構具有如下特性：

● 訂單長度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%

某時間段的銷售數(shù)據(jù)EIQ分析結論，如表4。

（3）SKU特性分析

● 存儲物料多為金屬件，物料尺寸小，密度大

● 單品規(guī)庫存深度淺，絕大部分品規(guī)不足一箱

● SKU數(shù)量大

● ABC分類不明顯，出庫離散、隨機性強

峰值日IK分析結論，如表5。

表2 存儲容量分析

表3 容器分析結論

表4 某時間段的銷售數(shù)據(jù)EIQ分析結論

表5 峰值日IK分析結論

3.方案設計

（1）庫區(qū)系統(tǒng)規(guī)劃

①貨位設計

根據(jù)現(xiàn)場調研報告和數(shù)據(jù)分析結論可知，本案設計SKU數(shù)為40萬個，貨位數(shù)約21萬個。即：貨位數(shù)遠小于SKU總數(shù)，且數(shù)據(jù)分析結論表明各SKU出庫離散、隨機性強，若貨架采用多深位設計，會導致出庫時設備頻繁移庫，從而造成能源浪費，因此貨架采用了單深貨位設計。

②存取方案設計

基于單深貨位設計前提，在庫區(qū)存取方案規(guī)劃設計階段，設計團隊綜合對比了多種解決方案，包括Miniload堆垛機、多層穿梭車、堆垛機+多層穿梭車、四向穿梭車等方案。在對系統(tǒng)效率、設備可靠性等關鍵指標進行加權評估后，最終采用了四向穿梭車的庫區(qū)系統(tǒng)解決方案。

③可靠性和擴展性驗證

在21米可用凈空且不可調整的倉庫建筑條件下，四向車方案即能保證單深位設計前提下滿足23萬以上貨位數(shù)，又能滿足入出庫效率需求，且具備一定的擴展性。對于四向穿梭車系統(tǒng)的可靠性方面，設計團隊通過對設備廠商的調研、對現(xiàn)有的四向車項目進行實地調研考察、查看各個現(xiàn)有項目系統(tǒng)故障日志等方法，得出結論：當前四向穿梭車技術已經(jīng)成熟，可靠性和可用性方面滿足FEM9.221和JBT 7016-1993標準。庫區(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、包裝、播種功能為一體，結合圖形指導系統(tǒng)和DPS系統(tǒng)，處理能力可達240訂單行/小時。系統(tǒng)可以自動供給庫存箱和播種箱，每個工作站配置2個揀選位置，保證揀選作業(yè)無需等待，充分發(fā)揮作業(yè)人員的工作效率。同時，揀選工作站充分了考慮人機工程學，在地面設置了抗疲勞墊，為操作人員提供較為舒適的工作環(huán)境。揀選工作站3D設計，如圖2。

（3）其他硬件系統(tǒng)規(guī)劃

除庫區(qū)系統(tǒng)和揀選系統(tǒng)以外，還規(guī)劃設計了其他硬件系統(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套復核包裝系統(tǒng)、1整套萬向球自動分揀系統(tǒng)等。

（4）信息系統(tǒng)設計

系統(tǒng)總體設計架構分為三層進行管理即執(zhí)行層、控制層、應用層（如圖3）。為實現(xiàn)統(tǒng)一錄入、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一展現(xiàn)，本項目通過 WMS 物流綜合管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)管理功能、設備控制管理功能進行統(tǒng)一集成。WMS 物流綜合管理系統(tǒng)通過接口與上位系統(tǒng)進行集成，與上位系統(tǒng)（ERP）通過以太網(wǎng)進行連接，實現(xiàn)各系統(tǒng)無縫集成、實時互通、資源共享。

圖1 庫區(qū)系統(tǒng)平面布局圖

圖2 揀選工作站3D設計

圖3 信息系統(tǒng)設計架構圖

圖4 信息系統(tǒng)網(wǎng)絡及硬件部署圖

信息系統(tǒng)網(wǎng)絡及硬件部署架構分為信息管理層、調度監(jiān)控層以及作業(yè)執(zhí)行層。各系統(tǒng)分層實現(xiàn)不同功能，相應配備不同硬件設施，通過千兆以太網(wǎng)進行連接，實現(xiàn)各系統(tǒng)無縫集成、實時互通、快速響應。本項目應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器部署在中心機房，應用服務器采用負載均衡方式部署，保證在一臺服務器意外宕機或應用崩潰時，另一臺服務器能繼續(xù)提供服務，保障服務的高可用性。數(shù)據(jù)庫采用分布式集群部署方式，實現(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)之間通過因特網(wǎng)互聯(lián)，實現(xiàn)無縫集成、接口兼容、資源共享。信息系統(tǒng)網(wǎng)絡及硬件部署圖，如圖4。負載均衡部署圖，如圖5。

圖5 負載均衡部署圖

4.系統(tǒng)設計難點

通過數(shù)據(jù)分析結論可以看出，本案具有訂單長度差異大且出庫離散的特點，相比電商行業(yè)訂單長度差異小、A類明顯的特點，訂單結構更復雜，處理難度更大。

（1）短單處理的原則

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

（2）長單處理原則

對于大于5行的訂單，按訂單揀選會造成1個波次內同時出庫的原箱數(shù)量過多，若原箱緩存線的緩存容量不足，會有堵線風險。因此對于長單，通過軟件系統(tǒng)切分為1～5行的小揀貨單，再對小揀貨單進行集單。同時，判定長短單的條件閾值可在WMS軟件系統(tǒng)中適時調整，硬件設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，方案的柔性和擴展性有保障。

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

三、結論

作為國內FA零部件行業(yè)自動化配送中心的首個案例，本項目所采用的集成技術、設備和軟件技術均具有較高的先進性和實用性。在滿足客戶業(yè)務需求的前提下，以充分發(fā)揮物流系統(tǒng)綜合效率為目標，優(yōu)選最適合該行業(yè)業(yè)務特征的解決方案。倉庫容量密度達傳統(tǒng)堆垛機倉庫的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強度，同時保證了項目的柔性和擴展性。本項目的實施，對FA零部件行業(yè)配送中心的規(guī)劃設計具有較高的參考價值。