特裝庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用

趙慶芬、劉明杰、鄒楊、李文軼、方勇 /中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院物資中心

中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院物資中心作為研究院型號(hào)物資采購(gòu)、供應(yīng)保障單位，同時(shí)承擔(dān)著研究院項(xiàng)目交付、試驗(yàn)的設(shè)備齊套、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、交裝和售后服務(wù)等業(yè)務(wù)，原有的特裝庫(kù)存主要是平庫(kù)，用于產(chǎn)品存放，主要方式為平置和貨物直接堆碼，空間利用率較低。同時(shí)，由于采用手工記賬方式，為避免不同型號(hào)任務(wù)之間產(chǎn)品混亂，規(guī)定不同型號(hào)任務(wù)的齊套產(chǎn)品分區(qū)存放，降低了倉(cāng)庫(kù)空間的使用率，使存儲(chǔ)能力受到限制。由于倉(cāng)儲(chǔ)面積嚴(yán)重不足，無(wú)法合理安排通道，造成齊套、交裝產(chǎn)品不能及時(shí)儲(chǔ)存，只能壓置在廠所，影響齊套周期和管理質(zhì)量。

原有特裝庫(kù)內(nèi)無(wú)吊裝設(shè)備，庫(kù)內(nèi)作業(yè)完全依靠人工作業(yè)，作業(yè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)人力需求多。同時(shí)物資的管理采用傳統(tǒng)手工記賬管理模式，無(wú)信息化手段支撐，而產(chǎn)品的發(fā)放、分類、揀選、裝卸、統(tǒng)計(jì)主要依賴員工經(jīng)驗(yàn)，造成作業(yè)流程不規(guī)范、單據(jù)樣式不統(tǒng)一、歷史信息可追溯性不強(qiáng)。

倉(cāng)庫(kù)布局是指在一定的倉(cāng)庫(kù)區(qū)域內(nèi)，對(duì)庫(kù)區(qū)的規(guī)模、數(shù)量、地理位置和倉(cāng)庫(kù)設(shè)施道路等各要素進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和整體設(shè)計(jì)。物資中心通過(guò)系統(tǒng)分析庫(kù)房功能規(guī)劃和存儲(chǔ)需求，結(jié)合特裝產(chǎn)品存儲(chǔ)要求的復(fù)雜性、特殊性和安全性，綜合自動(dòng)化立體庫(kù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了特裝自動(dòng)化立體庫(kù)庫(kù)區(qū)布局圖。

一、特裝庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)實(shí)施方案

物資中心以先進(jìn)的倉(cāng)儲(chǔ)管理模式發(fā)展方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，綜合考慮管理現(xiàn)狀、業(yè)務(wù)特點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展需要，優(yōu)化倉(cāng)儲(chǔ)管理模式，以加快信息化平臺(tái)建設(shè)為抓手，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)管理精細(xì)化、一體化和信息化。

1.以自動(dòng)化技術(shù)構(gòu)建立體倉(cāng)儲(chǔ)平臺(tái)

自動(dòng)化立體庫(kù)是由立體貨架、有軌巷道堆垛機(jī)、出入庫(kù)托盤(pán)輸送機(jī)系統(tǒng)、尺寸檢測(cè)條碼閱讀系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以及電線電纜、橋架、配電柜、托盤(pán)、調(diào)節(jié)平臺(tái)、鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)等輔助設(shè)備組成的復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)。物資中心運(yùn)用一流的集成化物流理念，采用先進(jìn)的控制總線通信和信息技術(shù)，通過(guò)以上設(shè)備的協(xié)調(diào)動(dòng)作進(jìn)行出入庫(kù)作業(yè)。特裝自動(dòng)化立體庫(kù)的構(gòu)成框架見(jiàn)圖1。

圖1 自動(dòng)化立體庫(kù)構(gòu)成

（1）綜合分析，合理設(shè)計(jì)立體庫(kù)布局

倉(cāng)庫(kù)布局是指在一定的倉(cāng)庫(kù)區(qū)域內(nèi)，對(duì)庫(kù)區(qū)的規(guī)模、數(shù)量、地理位置和倉(cāng)庫(kù)設(shè)施道路等各要素進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和整體設(shè)計(jì)。物資中心通過(guò)系統(tǒng)分析庫(kù)房功能規(guī)劃和存儲(chǔ)需求，結(jié)合特裝產(chǎn)品存儲(chǔ)要求的復(fù)雜性、特殊性和安全性，綜合自動(dòng)化立體庫(kù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了特裝自動(dòng)化立體庫(kù)庫(kù)區(qū)布局圖。

在倉(cāng)庫(kù)布局時(shí)，物資中心充分考慮產(chǎn)品特點(diǎn)，設(shè)置特種車輛存儲(chǔ)區(qū)、出入庫(kù)作業(yè)區(qū)、產(chǎn)品擺放區(qū)（平庫(kù)區(qū)）、大托盤(pán)貨架立體庫(kù)區(qū)和普通托盤(pán)貨架立體庫(kù)區(qū)；確定了普通托盤(pán)存儲(chǔ)、大托盤(pán)存儲(chǔ)和平庫(kù)存儲(chǔ)三種存儲(chǔ)方式?？蓾M足不同尺寸物資的存儲(chǔ)。

（2）效率優(yōu)先，個(gè)性化實(shí)施輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)是立體庫(kù)的主要外圍設(shè)備，負(fù)責(zé)將貨物運(yùn)送到堆垛機(jī)或從堆垛機(jī)將貨物移送至揀選臺(tái)。特裝自動(dòng)化立體庫(kù)的輸送系統(tǒng)設(shè)備包括鏈條輸送機(jī)、輥式輸送機(jī)、升降臺(tái)、尺寸檢測(cè)裝置、重量檢測(cè)裝置和自動(dòng)導(dǎo)引小車。

輸送系統(tǒng)作為人員與立體庫(kù)的“紐帶”，其工作效率直接影響了立體庫(kù)的運(yùn)行效率和倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)效率。為確保輸送系統(tǒng)運(yùn)行高效和準(zhǔn)確，在輸送方案和路線設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到特裝業(yè)務(wù)“分批入庫(kù)、統(tǒng)一出庫(kù)；入庫(kù)分散、數(shù)量小，出庫(kù)集中、數(shù)量大”的特點(diǎn)，針對(duì)普通托盤(pán)存儲(chǔ)區(qū)和大托盤(pán)存儲(chǔ)區(qū)巷道建設(shè)的差異，設(shè)計(jì)了并行輸送系統(tǒng)和串行輸送系統(tǒng)兩種不同的輸送系統(tǒng)。

并行輸送系統(tǒng)用于普通托盤(pán)存儲(chǔ)區(qū)。由于普通托盤(pán)存儲(chǔ)區(qū)共有3 個(gè)巷道，存儲(chǔ)量和作業(yè)量大，為實(shí)現(xiàn)各巷道并發(fā)作業(yè)，提高效率，分別建設(shè)了入庫(kù)輸送線和出庫(kù)輸送線。根據(jù)特裝業(yè)務(wù)特點(diǎn)，為保證作業(yè)效率，同時(shí)降低資源成本，并行輸送系統(tǒng)建立了多個(gè)出庫(kù)口、入庫(kù)口和整理口。入庫(kù)時(shí)，若產(chǎn)品超重或超尺寸，則將通過(guò)入庫(kù)自動(dòng)導(dǎo)引小車輸送至整理口，通過(guò)處理后再入庫(kù)。

串行輸送系統(tǒng)用于大托盤(pán)存儲(chǔ)區(qū)，由于大托盤(pán)存儲(chǔ)區(qū)只有1個(gè)巷道，存儲(chǔ)量和作業(yè)量較小，只建立了1 條輸送線和1 個(gè)出入庫(kù)口，入庫(kù)作業(yè)和出庫(kù)作業(yè)共用輸送線和出入庫(kù)口，同一時(shí)間只能進(jìn)行一種作業(yè)。

2.頂層設(shè)計(jì)，科學(xué)搭建倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)軟件

特裝自動(dòng)化立體庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)軟件由倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)（WMS）和立體庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)（WCS）兩部分組成。從結(jié)構(gòu)上分為三層：最上層為WMS，負(fù)責(zé)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)邏輯處理；最下層為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，如巷道堆垛機(jī)、輸送系統(tǒng)、自動(dòng)引導(dǎo)小車等，負(fù)責(zé)執(zhí)行具體的操作；中間層為WCS，接收WMS 的入庫(kù)和出庫(kù)指令，協(xié)調(diào)、調(diào)度底層的各種物流設(shè)備，使底層物流設(shè)備可以按照程序預(yù)先設(shè)定的邏輯執(zhí)行WMS 的業(yè)務(wù)流程。

根據(jù)研究院信息系統(tǒng)建設(shè)要求和特裝自動(dòng)化立體庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)需求，通過(guò)頂層設(shè)計(jì)，構(gòu)建了WMS 和WCS 的 網(wǎng) 絡(luò) 部 署 圖。其中，WMS 應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器部署在研究院信息中心，由信息中心統(tǒng)一進(jìn)行管理和維護(hù)；WCS 接口服務(wù)器和監(jiān)控機(jī)位于立體庫(kù)。

（1）WCS

在特裝自動(dòng)化立體庫(kù)中，底層物流設(shè)備均有自身控制系統(tǒng)，WCS 作為立體庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)備的工作。WCS與物流設(shè)備采用現(xiàn)場(chǎng)控制總線的方式進(jìn)行通訊，做到“只監(jiān)不控”，所有的決策、作業(yè)調(diào)度和現(xiàn)場(chǎng)信息等由堆垛機(jī)、出入庫(kù)輸送機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)相互間的通訊來(lái)協(xié)調(diào)完成。

為保證監(jiān)控系統(tǒng)能全面地監(jiān)控立體庫(kù)的運(yùn)行情況，對(duì)WCS的系統(tǒng)功能進(jìn)行了全面的調(diào)研和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)WCS 的入出庫(kù)作業(yè)調(diào)度和控制、設(shè)備運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)顯示和遠(yuǎn)程控制、查詢檢索、動(dòng)態(tài)預(yù)警、作業(yè)調(diào)度、故障處理、故障日志記錄等功能，WCS 功能框架如圖2 所示。

圖2 WCS功能框架圖

為保證立體庫(kù)設(shè)備的順暢運(yùn)行，一方面在WCS 中實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控圖，方便工作人員迅速定位和解決問(wèn)題；另一方面，實(shí)施團(tuán)隊(duì)對(duì)各種可能出現(xiàn)的諸如個(gè)別巷道不可用、堆垛機(jī)通訊中斷、接口數(shù)據(jù)傳輸丟失等問(wèn)題進(jìn)行深入預(yù)想、預(yù)測(cè)分析，從接口交互方式、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、后臺(tái)業(yè)務(wù)處理邏輯等多方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，賦予立體庫(kù)在遇到特定問(wèn)題時(shí)特殊的處理邏輯。

（2）WMS

WMS 位于自動(dòng)化立體庫(kù)軟件系統(tǒng)的頂層，是自動(dòng)化立體庫(kù)的中樞系統(tǒng)。通過(guò)WMS 生成立體庫(kù)的入出庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)任務(wù)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)接口將任務(wù)下發(fā)至WCS，從而控制整個(gè)立體庫(kù)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

為了保證系統(tǒng)能全部覆蓋用戶的業(yè)務(wù)需求，通過(guò)個(gè)性化實(shí)施開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了七大功能模塊，充分考慮了齊套交裝、顧客財(cái)產(chǎn)管理、入庫(kù)、出庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)、查詢統(tǒng)計(jì)、預(yù)警等功能。系統(tǒng)功能框架如圖3 所示。

圖3 特裝WMS功能框架圖

為保證自動(dòng)化立體庫(kù)軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定順暢運(yùn)行，在設(shè)計(jì)WMS 與WCS 接口時(shí)，充分考慮WMS 業(yè)務(wù)流程和WCS 的實(shí)物流程，對(duì)各種可能出現(xiàn)的問(wèn)題，如網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題、立體庫(kù)巷道不可用、托盤(pán)進(jìn)錯(cuò)巷道、庫(kù)存占位、取貨無(wú)箱、無(wú)任務(wù)等進(jìn)行了深入預(yù)想和分析，從WMS 邏輯和接口上設(shè)計(jì)了各種情況下WMS 和WCS以及自動(dòng)化立體庫(kù)的處理邏輯和方式，以實(shí)現(xiàn)WMS 與WCS 的無(wú)縫集成。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全、可靠是信息系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，根據(jù)WMS 服務(wù)器和WCS 服務(wù)器部署位置的不同，分別設(shè)置了不同的備份策略。WMS 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在后臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備上，采用在計(jì)劃任務(wù)里增加任務(wù)定時(shí)器的方式，同時(shí)在存儲(chǔ)設(shè)備和WMS 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上每天進(jìn)行全量備份；WCS 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在WCS 接口服務(wù)器，每天進(jìn)行全量備份，同時(shí)將WMS與WCS 的接口交互數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)寫(xiě)入運(yùn)行日志，以便接口問(wèn)題的排查和處理。

3.引入現(xiàn)代化倉(cāng)儲(chǔ)工具，全面應(yīng)用條碼技術(shù)

條碼技術(shù)是在當(dāng)代信息技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它將符號(hào)編碼、數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)錄入、存儲(chǔ)信息等功能融為一體，具有制作容易、掃描操作簡(jiǎn)單易行、信息采集速度快、采集信息量大、可靠性高、靈活實(shí)用、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效實(shí)現(xiàn)物流過(guò)程中大量數(shù)據(jù)的采集與自動(dòng)錄入。

在特裝自動(dòng)化立體庫(kù)中，每個(gè)托盤(pán)均貼有托盤(pán)條碼標(biāo)簽，自動(dòng)化物流設(shè)備通過(guò)托盤(pán)條碼識(shí)別讀取作業(yè)任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)物流與信息流的統(tǒng)一。在倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的許多環(huán)節(jié)，需要錄入和核對(duì)實(shí)物信息，為了提高工作效率和準(zhǔn)確率，避免人工錄入和核實(shí)錯(cuò)誤，在特裝庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)管理中引入條碼技術(shù)。實(shí)施團(tuán)隊(duì)深入調(diào)研業(yè)務(wù)人員業(yè)務(wù)需求，個(gè)性化設(shè)計(jì)了產(chǎn)品標(biāo)簽的樣式和內(nèi)容，以滿足用戶對(duì)不同產(chǎn)品或物資核實(shí)不同內(nèi)容的需求。

5.重塑流程，調(diào)整崗位職責(zé)

物資中心基于倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)功能，對(duì)入庫(kù)過(guò)程和出庫(kù)過(guò)程的操作進(jìn)行了詳細(xì)的梳理和設(shè)計(jì)，建立了統(tǒng)一的工作流程框架（如圖4 所示），準(zhǔn)確定義每階段的操作過(guò)程、表單樣式以及作業(yè)規(guī)范，從流程、系統(tǒng)功能和管理上規(guī)范并固化了倉(cāng)儲(chǔ)管理的作業(yè)過(guò)程。同時(shí)，全面梳理了部門間和單位間的接口關(guān)系，制定了標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)則，并通過(guò)表單樣式進(jìn)行固化，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)儲(chǔ)管理的標(biāo)準(zhǔn)化。

特裝自動(dòng)化立體庫(kù)采用高層貨架存儲(chǔ)貨物，利用堆垛機(jī)進(jìn)行作業(yè)，大幅度增加了倉(cāng)庫(kù)和貨架的高度，充分利用了倉(cāng)庫(kù)的空間，使貨物的儲(chǔ)存集中化和立體化，大幅減少倉(cāng)庫(kù)的占地面積。特裝自動(dòng)化立體庫(kù)存儲(chǔ)能力較以平庫(kù)方式存儲(chǔ)的庫(kù)房提升了86%，大幅提升了倉(cāng)庫(kù)空間利用率。特裝自動(dòng)化立體庫(kù)的倉(cāng)儲(chǔ)能力滿足了研究院高密度發(fā)射任務(wù)下齊套交裝任務(wù)的倉(cāng)儲(chǔ)需求，同時(shí)為物資中心型號(hào)物資的倉(cāng)儲(chǔ)提供了一定的儲(chǔ)存空間。

二、特裝庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)應(yīng)用效果

1.大幅提升存儲(chǔ)空間利用率

特裝自動(dòng)化立體庫(kù)采用高層貨架存儲(chǔ)貨物，利用堆垛機(jī)進(jìn)行作業(yè)，大幅度增加了倉(cāng)庫(kù)和貨架的高度，充分利用了倉(cāng)庫(kù)的空間，使貨物的儲(chǔ)存集中化和立體化，大幅減少倉(cāng)庫(kù)的占地面積。特裝自動(dòng)化立體庫(kù)存儲(chǔ)能力較以平庫(kù)方式存儲(chǔ)的庫(kù)房提升了86%，大幅提升了倉(cāng)庫(kù)空間利用率。特裝自動(dòng)化立體庫(kù)的倉(cāng)儲(chǔ)能力滿足了研究院高密度發(fā)射任務(wù)下齊套交裝任務(wù)的倉(cāng)儲(chǔ)需求，同時(shí)為物資中心型號(hào)物資的倉(cāng)儲(chǔ)提供了一定的儲(chǔ)存空間。

2.提高了物資中心倉(cāng)儲(chǔ)管理科學(xué)化水平

特裝自動(dòng)化立體庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的應(yīng)用，改變了特裝庫(kù)手工記賬的傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理模式，規(guī)范了物資中心特裝庫(kù)的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程，重新劃分了倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)人員的崗位職責(zé)和作業(yè)內(nèi)容，使人員和作業(yè)更加專業(yè)化和精細(xì)化，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存信息的實(shí)時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)物流與信息流的一致性，使得倉(cāng)庫(kù)作業(yè)人員和管理人員可及時(shí)、準(zhǔn)確掌握倉(cāng)庫(kù)實(shí)時(shí)庫(kù)存信息，為倉(cāng)儲(chǔ)管理及物資管理決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，對(duì)物資管理信息的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析、使用具有重要的意義。

3.良好的容錯(cuò)機(jī)制，提升了庫(kù)存信息的準(zhǔn)確性

在倉(cāng)儲(chǔ)管理中，實(shí)物庫(kù)存和信息庫(kù)存保持一致是倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的基礎(chǔ)。在特裝倉(cāng)儲(chǔ)管理中，一方面通過(guò)WMS 對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)全流程進(jìn)行管理，保證實(shí)物流和信息流的實(shí)時(shí)一致；另一方面，在WCS 中記錄立體庫(kù)內(nèi)托盤(pán)的實(shí)物庫(kù)存，WMS 中記錄托盤(pán)的信息庫(kù)存，通過(guò)WMS 與WCS 的集成，實(shí)時(shí)比對(duì)WMS與WCS 庫(kù)存信息的一致性，對(duì)實(shí)物庫(kù)存和信息庫(kù)存的不一致情況及時(shí)提醒作業(yè)人員進(jìn)行原因查找和庫(kù)存調(diào)整，有效保證了實(shí)物庫(kù)存和信息庫(kù)存的一致性。