基于智能立体仓储技术的管理

乔立春 陈 楠

（国网宁夏电力有限公司银川供电公司，宁夏 银川 750011）

0 引言

智能电能表是发展智能电网不可或缺的组成部分，智能电能表的更换需求量逐年攀升，2018年银川地区智能电能表出库总量13.21余万只，2019年出库总量18.71余万只，2020年虽受疫情影响，但全年出库总量仍达15.58余万只。

为满足加快推进智能电表的推广应用需求，电能表等计量资产仓储配送效率亟待提高，人工配送管理模式亟待改变。因此，在现有仓储库房的基础上，利用智能立体仓储技术进行改造升级，提高计量资产仓储量，提高作业效率，成为一项重点攻关课题。

1 智能立体仓储技术

1.1 智能立体仓储网络架构

智能立体仓储网络系统是指人工不直接管理、可对不同种类物资进行自动化、智能化存储和运输的系统，由高层货架、堆垛机、输送机系统、货物识别检测系统、自动控制系统、计算机监控与管理系统、通信系统及其他辅助设备等组成。其网络架构设计采用面向服务先进设计思想，支持J2EE或.NET框架式部署。信息系统采用C/S/S（Client/Application Server/DBServer）与 C/S（Client/DBServer）混合模式作为系统的基础技术构架。C/S/S三层架构的体系架构，支持Web、Client以及PDA等各种用户界面开发，具有自动故障恢复的特性，可以不间断地运行应用程序，充分保证系统的可用性、可靠性、可扩展性和性能。数据库采用ORACLE11及以上版本，支持与其他系统的数据交换和共享。

架构中间层应用服务器，将关键业务逻辑规则、数据访问以及合法性校验等工作封装于中间层。应用层是核心层，完成系统的高级管理工作，负责物流系统（智能仓储管理系统）的日常事务处理，并通过PLC控制各智能设备（如堆垛机、拆/码垛机、识别装置等）动作。

1.2 出入库业务流程

入库管理，营销系统下达入库任务，仓储物流系统根据入库任务执行入库。交互信息包括入库单号、入库批次号、设备类别、设备类型、设备型号、制造单位以及入库数量等。通过系统货位分配策略，按照物料或物料分类设置物料的货位分配策略，支持多规则混合策略。通过营销业务应用系统入库流程同步生成WMS系统（智能仓储管理系统）的入库单，入库完成后将设备信息回传至营销业务应用系统，实现系统间的入库数据同步。可实现对入库任务进行控制及跟踪，支持入库任务的生成、修改、删除、冻结/解冻、执行，支持虚拟货位入库。入库流程如图1所示。

图1 智能立体仓储入库流程

出库管理，营销系统平台下达出库任务，仓储物流系统根据出库任务执行出库。交互信息包括出库单号、批次号、设备类别、设备类型、设备型号、制造单位以及出库数量等。通过营销业务应用系统出库申请自动生成WMS系统的出库单，支持出库优先级的设置，将出库完成信息回传至营销业务应用系统，实现系统间的出库数据同步，如图2所示。

图2 智能立体仓储出库流程

1.3 智能立体仓储设备操作

智能立体仓储技术研究，重点在于出入库操作执行，通过3种智能设备，即拆/码垛机、堆垛机以及RFID射频识别装置，实现计量资产智能出入库，具体操作步骤如图3所示。

图3 计量资产现场出入库操作流程

仓储管理系统接到营销系统的入库工单，开始入库操作。入库操作时，拆垛机将周转箱垛根据要求拆为4箱为一整垛，并送入专机。拆垛机由PLC控制，该设备由输送机、升降机及夹紧装置组成，输送机根据周转箱结构采用链条机型式，升降机可采用气动升降也可采用电动升降，夹紧装置采用电动夹紧也可采用气动形式。

入库操作时，拆垛机的横向搬运机构，将整垛塑箱从手推车上搬运至输送线体上，并进行自动拆垛。出库操作时，码垛机的横向搬运机构将输送线体上的表箱垛自动堆垛为16箱后，全部一次性推出出库。

RFID射频识别装置由框架、屏蔽装置、RFID读取设备、液晶显示屏以及RFID天线和工控机组成。工控机装有射频识别系统，控制RFID设备，与仓储管理系统进行数据交互，射频门与智能立库仓储管理系统进行数据交互。

入库操作时，可根据要求制定校验规则，跟随计量资产实物传递给射频系统，进行同步校验。正常校验识别时，通过显示方式提示识别合格数，当校验识别出现异常时进行声光报警，并同步输出控制指令到智能立库的电控PLC，停止处理或进行剔除；能正确稳定识别并采集RFID电子标签所有信息，具体工作流程如图4所示。

图4 RFID射频识别装置工作流程

堆垛机主要由金属结构、载货台、水平运行机构、起升机构、货叉伸缩机构、安全保护装置和机电结合装置等部件组成。

金属结构在下横梁上安装水平运行机构、运行认址装置以及超速保护装置的限速器等。立柱两侧的起升导轨，供载货台上下运行导向之用。在立柱上装有起升机构、终端限位装置、电控柜及安全梯等。上横梁上安装定滑轮、上部运行导向轮装置、过载松绳保护装置等。

载货台由起升机构通过载货台上的滑轮装置带动，通过起升导向轮装置沿着立柱起升导轨升降，并由货叉伸缩机构进行存取货物作业。水平运行机构采用变频调速，三合一电机减速器，可调式车轮和水平轮组等。起升机构用于驱动载货台做升降运动，货叉伸缩机构是堆垛机存取货物的执行机构，装设于载货台上，采用三级直线差动式伸缩货叉。

2 出入库效率提升措施研究

2.1 出入库流程系统优化

与其他仓储系统业务流程相比，该智能立体仓储技术业务流程并非由单一的系统完成，而是两大系统，包括立体库智能仓储管理系统（本地系统）与营销业务应用系统（内网系统），内外网系统交互操作完成。通过MDS系统服务总线中间库连接以上两大系统，既保证了系统网络安全性，同时贯通了系统间接口数据传输应用。

该优化方案采用系统业务工单管理模式，立即下单，实时出入库，在宁夏地区首次实现了计量资产本地仓储业务系统与营销业务应用系统数据高频同步传输与资产信息共享，极大地提高了资产信息出入库准确性与配送服务的实效性，杜绝了以往人工管理模式下的人为差错。

2.2 智能堆垛与入货操作优化

本次优化操作通过优化智能设备出入库操作实现。因各领用单位表计需求数量为实际业务需求量，并非严格按照4箱为一整垛，导致最后一次出库操作时会产生残垛（非整垛）情况。为避免因产生过多残垛而影响储位利用率，拆码垛机在下一次出库操作时，必须将之前产生的残垛优先出库，减少残垛数，以提高仓库储位可利用率。

堆垛机在入货时，重点研究立库储位分配优化问题。根据当前不同电能表规格需求数量，按照“先进先出、使用频率高电能表优先出库”等分配原则，通过仓储管理系统设定优先级，将使用频率高的电能表放在离出库口近的储位上，实现入库储位科学合理分配。出库时，堆垛机优先拣选库存时间较长表计，且运行轨迹相对集中在出库口近的储位处，可减少无效重复往返距离，提高出库效率。

3 应用成效

应用成效包括以下3点：1）高效。通过智能立体仓储技术应用，有效提升库房出入库效率，提高了计量资产库存周转效率，月出库工作效率提高了41%，缩短了计量资产出入库时间，每年可节约人工成本18余万元。2）智能。通过智能自动化设备高效运行，由以前人工仓储管理模式向智能化管理转变，系统自动接收出入库工单，通过智能设备实现自动出入库，智能盘点，有效节省劳动力。3）规范。智能仓储管理系统对资产进行线上管控，无须人工干预，自动记录出入库台账信息，物料账目清晰，线上台账即时完成，实时更新，资产管理更加规范化精益化。

4 结论

通过以上智能立体仓储技术研究，有效地提升计量资产出入库的准确性与配送实效性，通过立体库智能仓储管理系统与营销业务应用系统数据信息同步传输共享，仓储智能设备出入库操作高效运行，计量资产管理模式由人工管理转变为智能化仓储管理，大幅提高仓储出入库效率与物资配送质效。同时，在现有业务流程的基础上，优化了残垛出库操作与入库储位分配原则，体现了智能立体仓储技术的可拓展性与科学性。下一步将利用智能立体仓储技术，实现资产自动盘点，资产管理评估与分析，深挖资产数据价值，资源合理配置。