民航航材管控一体化物流系统规划设计

文/李永衡 李成友 卢会超 虞有海 胡建法

随着我国民航领域的不断发展，航空企业机队规模的不断壮大，新型飞机和配套使用的航材备件日益增多，航材管理也面临着越来越艰巨的挑战。航空企业也越来越重视服务品质和成本管控，急需在复杂的市场环境中持续优化运营模式，降本增效，增强企业的核心竞争力。航材作为保持和恢复飞机设计性能所必需的零部件，承载着生产保障和经营效益改进的双重职能。仓储管理条件极为苛刻，甚至直接影响到飞机的飞行安全。传统的航材仓库在系统布局、库存容量、业务流程、作业效率、信息追溯、快速响应等方面，显然已不能满足现代航材管理的要求，严重制约着航材的精细化管理程度。自动化物流系统作为产业供应链智能化集成平台，流程简捷、全程可视可控，不仅对于库存状态具有辅助决策优势，而且在内外部业务协同一体化进程中也发挥着至关重要的作用。通过管控一体化物流系统的高效管理，可充分缓解航材的保障压力，提升航材库的运行效率，缩短航材路径查找及供给时间，从而维持较高的飞机利用率，改善航空企业的盈利水平。

一、航材管理特征

航材的种类繁多，由于飞行环境的不确定，航材的需求和分布具有较强的随机性，且大部分航材价格高，库存周期长，需要非常高的保障率。航材库通常365天24小时全时段运行，系统的安全性和稳定性要求也非常高。航材流转工序多，流程严格，应急响应时间短，系统衔接较为紧密，空间布局相对紧凑。为确保飞行安全，每一个库存航材都必须在任意时间和空间内快速转化为可使用的航材。航材数量呈周期性波动，储存条件千差万别。为了体现更精细化的管理，充分利用建筑空间，采用自动化物流系统的建设模式，更能提高仓储容量和自动化水平。

二、项目建设需求

1.项目概述

由于机队规模的不断扩大，未来将面临286架飞机的保障要求。某航空公司现有的平面仓储模式，已难以适应快速增长的航材保障需求。现阶段航材库的管理方式严重依赖平库或者搁板式货架，库存容量受限，自动化和信息化程度较低，无法获得更高的作业效率。待检和已完成质检的航材为相邻区域，业务部门间活动路径交叉，各作业时段相对集中，不利于航材管理及部门职能职责的严格划分。综合仓储管理需求，兼顾流程管控，为体现航材管理的全面性，提高航材保障效率。借助新机场的建设机遇，引入现代物流技术建设新一代航材管理基地。以此提升航材的保障作业效率，提高航材库的单位面积存储容量，并通过建立统一的航材管理平台，完成对大件、中型件或特殊航材信息化管理，实现资源的优化配置，从而在降低库存资金占用的情况下，进一步保证飞行安全。

2.设计需求

航材库为航材管理的核心功能区，建筑长135m，宽65.6m，可用净空高度17m。依据航材流转业务流程，规划为立体仓库、发动机库、大件库、中件库、故障件库、观察件库、串件库、隔离件库、追溯件库等业务功能区域。围绕航材保障率，根据现有机队规模、飞机的日利用小时、航材的平均无故障时间、航材的维修周期等一系列参数对仓储需求进行测算。周转件航材采用托盘承载，累计库存SKU数量为18600个，货位需求数为4650个；消耗件航材采用周转箱承载，累计库存SKU数量为63360个，货位需求数为21120个；微小件航材采用自动货柜料盒承载，累计库存SKU数量为15840个，货位需求数为15840个。

在航材流转过程中，不同的业务流程涉及不同的航材管理形态。航材库的托盘出库流量为26盘/小时，周转箱出库流量为53箱/小时，自动货柜料盒出库流量为52盒/小时。利用载具单元的存放比例关系，可得知航材SKU的出库数量，托盘为104个/小时，周转箱为214个/小时，自动货柜料盒为52个/小时。由于航材库在使用过程中，会面临满库的情况，需具有添加入库和拣选出库的作业功能。

3.建设目标

突出航材的周转效率，整合机务维修板块业务流程，实现航材接收、转运、质检、仓储至领用环节的过程控制，各业务的流转交接部门区域隔离。航材管理具备与外站航材分库互通互联功能，利用独立运行、分段驱动、货到人等自动化辅助技术，促进各部门间的信息化融合，增强系统的防错性能。航材库存状况可精确化实时动态管理，以消除不必要的库存资金成本占用，减少仓储保管费用，提高航材使用价值，降低缺件频次，从而提升航空公司服务能力。

三、系统规划设计

自动化物流系统立足航材管理物流、质检、仓储三个核心部门业务，航材中转站用于物流部门航材接收及转运区域分类，附件维修车间、航化品库、油化平库以及航材库的部分区域作为特殊航材的存储区域采用平库管理（见图1）。

图1 建筑功能区域示意图

超大超重超高价值件，源于体积、重量价格因素衡量，该类航材采用自动化物流系统方案风险太大，实现成本较高，直接规划为落地存储。化学品、油漆等特殊危险品航材单独隔离存放，相应的设备配置防爆功能。SKU数量多、流量要求大的航材，采用周转箱立体仓库管理，为了提高SKU覆盖量，载具单元采用分格处理。对于体积大使用频率不高的航材，采用大件托盘立体仓库管理；而体积适中，重量不大，SKU相对较多的航材采用标准托盘立体仓库管理；价值高、存放条件要求高的精密高价航材，采用自动货柜进行管理。

航材按照预定的分类策略分区存储，外形尺寸及重量符合设计要求的情况下，优先进入航材库自动化仓储系统存储。平库作为航材的补充存储条件，所有的航材存储区域配备无线网络，使用手持终端完成航材的仓储管理。各区域的航材信息最终汇集至航材库管理系统，以便于仓储管理人员快速掌握库存信息，或者对接上层管理系统，进行资产核对以及相应的航材保障数据分析。

航材类型及体积大小各不相同，同一个品项的数量少，仓库的每一个存储单元都可能具有唯一性。航材的流转过程均有严格的签收及转运流程，为达到权责严格分离的管理模式，部门活动区域物理隔离，杜绝因部门作业区域交叉重叠而带来的安全隐患。通过对物流动线的优化，航材对外转运流程全部位于一层区域，以利于后续的运输转运（见图2）。而涉及质检、分装、盘点的业务流程全部设置于航材库二层平台，航材管理的关键工序缩小至较小的管理空间，以提升作业人员的活动覆盖范围（见图3）。

图2 航材库一层平面图

图3 航材库二层平面图

1.总体规划

航材库一层区域规划为航材的主要物流活动区，二层区域规划为航材的业务活动区，航材的质检及仓储分装规划于二层平台，从而将需要严格过程控制的业务流程与出入库较为频繁的区域完全隔离。物流及其它部门的交接区设置于一层平台，各业务层面以功能适宜进行相应的管理活动区域区分，避免了航材的丢失风险。为应对设备后期的维修保养，二层平台均为小型化设备，避免重型设备在二层作业，导致地面承载以及维修无法搬运的安全隐患（见图4）。

图4 总体规划示意图

业务流程活动区域物理隔离，采用两个作业平面，既实现了业务流程的隔离，又增加了作业面积，最大程度利用了建筑空间。航材可根据存储策略，进行单元化管理存放，结合工艺流程，可最大限度减少托盘搬运频次。二层平台为整个作业区工作人员活动最密集的场所，为确保人机作业安全，避免移动设备不可控因素对航材及人员造成伤害，航材的分装输送采用输送线的设计模式，航材在作业过程中的可队列缓存，从而实现了分装工序的连续性作业。

2.设计参数

(1) 物料单元

托盘规格尺寸：

L1200mm×W1000mm×H150mm，航材堆码高度800mm，最大实托盘重量500kg，材质优先选择塑料。

周转箱规格尺寸：

L900mm×W400mm×H200mm，最大实盘重量50kg，长度方向每隔100mm设置插页卡槽，分为9格，材质为塑料。

料盒规格尺寸：

L300mm×W234mm×H90mm，最大实盘重量15kg，长度方向每隔100mm设置插页卡槽，分为3格，料盒配合自动货柜使用。

(2) 存储方式

托盘采用横梁式货架，双货位单深结构，设计为6048个货位，货架设计高度约17m；周转箱采用牛腿式货架，单货位单深结构，设计为45540个货位，货架设计高度约17m；自动货柜采用往复升降式，在一层和二层分别设置操作台，单台货柜配备111个托盘，单托盘承载重量500kg，设计为18870个货位。

(3) 搬运设备

仓储区托盘立体仓库3个巷道配备3台转轨堆垛机，单工位运行方式；周转箱立体仓库3个巷道配备3台转轨堆垛机，双工位结构，巷道长度约100m。

为更好地保护航材，相关功能区域对于存在高度差的输送，以及楼层间的转运均采用垂直搬运的方式，从而避免坡道输送设备因急停引起航材的倾覆。待质检和已质检托盘暂存，采用穿梭车搭载伸缩货叉的搬运模式，并通过一轨双车的设计方式，既扩展了作业区域，又提高了系统能力，还能针对不同的时段，柔性调度，降低系统运行能耗。

3.信息载体

目前航空公司使用的航材信息载体为RFID或者条码，航材包装上均贴有RFID或条码标签。由于自动化物流系统的承载容器均在库房内周转，物料承载为混品项承载方式，且承载容器与物料信息可实现绑定关系，对于货位数较多的情况下，承载容器使用RFID标签成本投入较大。仓储单元载具使用一维条码，价格相对便宜，维护更换较为简单。

4.区域功能

系统总体物流动线为垂直分布，航材由侧面进入，经质检和仓储分装流程后入库，然后再根据订单结构拣选出库。航材依据分类分级存储策略分为落地存放、横梁式重型货架、托盘立体仓库、周转箱立体仓库、自动货柜、隔板式货架等存放方式。物流作业密集区域位于建筑中心位置，在整体设计上保障建筑空间利用率最大化，功能上满足航材转运及仓储需求，也具备对复杂流程的多种适应性。

5.管控一体化工艺

为确保质检人员多区域作业的困难，航材收货后的流程规划设置待质检航材缓存区。仓库管理人员优先保障航材出库的业务，针对不能及时与质检部门完成交接的实际情况，待质检区缓存单元与已质检航材管理缓存单元共用，通过仓储管理系统实现逻辑控制。当质检部门与物流部门完成交接后，由于人员配备无法及时完成航材质检，或者突发因素导致需要对航材质检重新排序，此时质检部门可将航材存放于穿梭车托盘缓存系统。系统根据货位部分严格划分出待质检盘暂存区，分配给质检部门使用。质检完成后的托盘，由穿梭车搬运至已质检缓存货架区存放，或者根据仓储部门的人员状态搬运至分装工位，仓储部门按对应的存储位置完成分装后申请入库存储。根据流程设定，质检部门只能对缓存区待质检盘有权限管理，仓储部门只能对已质检盘有权限管理，中间设置交接区，需要当面交接的事项在隔离区完成。

通过自动化物流系统整合了各部门间的业务流程（见图5），物流动线不交叉，物流和信息流实现了实时跟踪。入库航材严格执行各部门管理流程制度，确保入库航材均为已质检状态（见图6），从而规避了航材流转交接中带来的不可控风险。

图5 航材库一层物流动线图

图6 航材库二层物流动线图

6.流程设计

(1) 质检收货流程

该流程位于一层，为质检区对物流部门的收货流程，部门间的信息对接通过航材运单号完成，具有空托盘出库和组盘实托盘上架两个站台。托盘码与运单号完成信息绑定后，操作人员可根据系统菜单提示，设定实托盘的目标存放位置为质检站台或暂存区。

(2) 待质检暂存区航材质检流程

该流程位于钢平台二层区域，穿梭车将待质检暂存区航材搬运至质检工位，质检完成后再由穿梭车搬运至已质检暂存区存储。

(3) 仓库与质检工序交接流程

已质检暂存区的航材出库至仓库区域分装单元作业站台，仓库管理人员发现质量问题时，则由穿梭车搬运至质检作业区的质检工作站台，由质检区工作人员处理。

(4) 已质检航材分装入库流程

该流程为仓库管理人员作业区域，位于钢平台二层，穿梭车将已质检暂存区的航材搬运至分装组盘作业单元的母盘工位，由操作人员对应托盘或周转箱子工位进行分装作业。分装区配备托盘码分机，可将空托盘组拆分成单个空托盘，分装子托盘工位常备单个空托盘。若需要添加入库时，系统自动按照分装排程，提前将库内添加盘搬运至已质检暂存区，再由穿梭车搬运至分装组盘单元的子托盘工位。周转箱分装单元输送系统，将空周转箱输送至分装单元的周转箱子工位，其中设置一个周转箱站台用于存放需要入自动货柜存储的航材。分装完成后的航材分布由托盘或者周转箱输送系统输送至库区存储，需要进入自动货柜存放的航材周转箱，则输送至自动货柜附近由人工整理入柜存储。

(5) 航材出库流程

该流程区域位于一层，出库可根据需求采用在线拣选、离线拣选和整箱出库方式，剩余散盘通过设备输送入库存储。AGV自动搬运出库时，操作人员可在领料间发起出库任务，由AGV将需要的托盘或周转箱航材，搬运至指定拣选工位，在线拣选完成并进行相应的信息确认后，由AGV搬运返库存储。

(6) 盘库作业流程

航材盘点涉及仓储、财务和其他部门，为了不影响一层出库作业，设置在二层区域，主要盘点数量和检查质量。按计划通过堆垛机将托盘或周转箱航材逐个取出，输送至盘点站台，操作人员根据盘库信息进行盘库作业。

四、现场实施效果

民航航材管控一体化物流系统项目于2019年完成规划设计，2020年安装实施，2021年6月正式运行（见图7、图8、图9、图10）。可存放的航材SKU数量约18万个，依托自动化仓储、AGV移动搬运、自动货柜、穿梭车缓存等关键技术，实现了航材在转运过程中的全程信息化管理，状态记录更为完整，交接界面也更为清晰，组织机构职责得到了落实。自动化物流系统每小时可同时完成114个托盘、220个周转箱及360个自动货柜料盒航材单元的出库任务。即使是最远端航材，出库时间也仅需185秒，有效地提升了航材的出库效率。利用辅助拣选、货到人以及托盘一贯化承载的航材流转方式，节约了近60%的人力资源，极端情况的航材保障能力缩短至30分钟，进一步保证了航班的准点率。航材管理也变得更加高效智能，保障效率显著增强，现已成为集航材配送、物流、信息流为一体的航材仓储管理运营中心。

图7 分装作业区域

图8 穿梭车缓存系统

图9 质检缓存作业区域

图10 仓储及输送区域

五、结束语

在机场用地趋于紧张的情况下，自动化立体仓库有效地提高了仓储面积。充分利用仓储管理系统的决策分析功能，实时监控库存，定期信息维护，确保航材时刻处于全程跟踪状态。从而提高航材监管效率，提升航材保障率，保障飞行安全。

航材管理既涉及多样化的管理流程，又面临航线业务带来的机型变化和飞机数量的增长。系统设计具有相应的柔性，载具单元可进行动态分隔，以容纳更多的航材类别。系统能力可进行柔性化动态调度，以适应不断变化的航材管理需求。管理系统还可进行多仓管理，在单体仓储容量饱和的情况下实现多仓储扩展。从而使航材库的规划设计具备相应的柔性，满足不断变化的航材管理策略。

航材流转通常需要多个部门协同工作，但又必须确保部门职责清晰。管控一体化物流系统的引入使用，对于航材随机处理效率的显著增强。利用智能物流系统的少人或无人化设计，实现了航材各流转环节的精准控制。以最少的流程、最少的搬运次数，满足各业务部门的业务模式需求。通过流程的深化挖掘，流程管控一体化管理方法、技术层次、规划定位的提升，将越来越弱化仓储作为物流节点的静态功能。单体航材库的规模也将更大，流程也将会更加复杂。以自动化物流系统为核心，高效而智能，低耗而又充满柔性的管控一体化物流系统，也将会得到更多的重视。