自動化立體倉儲技術在電網企業中的應用與實踐

郭偉祥，鐘炯聰

（廣東電網有限責任公司物流服務中心，廣東 廣州 510000）

1 引言

廣東電網省級倉庫是省一級的混合存儲倉庫，庫存儲備物資主要包含主網應急搶修備品備件、防災配網搶修備品備件和公司業務擴展儲備物資。由于電力物資普遍存在體積大、質量重和不規則等特點，因此多數物資只能存放于平面庫區，僅有少數質量適中、體積較小的物資適合于重型貨架存放，如10kV隔離開關、10kV避雷器和500V低壓電線等。這決定了當前廣東電網省級倉庫及其他地市局倉庫多為普通平面倉庫，存在倉儲面積利用效率不高的問題。

隨著電力物資儲備需求和規模的不斷擴大，倉儲管理的精益化要求不斷深化，傳統的平面倉庫以及人工作業模式已經難以滿足標準化、規范化和高效率的倉庫管理要求，同時也成為制約廣東電網省級倉庫倉儲管理水平進一步提高的關鍵因素。因此，研究新的倉庫技術，應用和實施先進的倉儲作業模式，是提高廣東電網公司倉儲物流技術水平的有效途徑。

2 自動化立體倉庫技術

2.1 自動化立體倉庫系統定義

自動化立體倉庫系統是把計算機技術、通信技術、物流管理技術、機械設計技術以及物流倉庫儲位和配送優化等先進技術融合在一起的新型倉儲系統。自動化立體倉庫不僅具備傳統倉庫的全部功能，而且還具有理貨、分揀以及非人工直接操作下的自動存取功能[1]。自動化立體倉庫又稱高層貨架倉庫或者自動化倉儲系統AS/RS（Automatic Storage&Retrieval System），由高層立體貨架、巷道堆垛機、輸送線等硬件設備組成，集物資存儲、分類、揀選和動態管理等多項職能于一體，有存儲容量大、占地面積小、存取效率高、作業精度高等優點[2]。

2.2 自動化立體倉庫的優越性

與傳統電力企業平面倉庫相比，自動化立體倉庫在提高庫容利用率、提高作業自動化水平、降低人工勞動強度、提高作業準確性等方面優勢明顯。

（1）提高庫容利用率。由于高層貨架的應用，存儲區可大幅向高空發展，使得自動化立體倉庫對單位面積土地的利用效率得到較大提升，節約貨物單位占地面積。在相同的土地面積上，自動化立體倉庫比普通平面倉庫存儲能力提高2-5倍。

（2）減少人工作業比重，提高作業效率。由于自動化機械存取設備的應用，自動化立體倉庫不僅能夠提高倉庫出入庫運作效率，同時降低了人工作業比重，減少因疲勞導致的人工操作錯誤。

（3）提高企業倉庫物資管理水平。由于倉庫管理系統的應用，電力物資的出入庫效率可得到最優化，可以實現物資的先入先出，避免物資存儲時間過長導致的價值浪費和貨損問題。同時，自動化立體倉儲技術使得企業的信息流和物流有效結合，能夠有效管理庫存物資，庫存信息更加透明化，提高了電力企業的倉庫物資管理水平。

3 廣東電網省級倉庫概況

廣東電網省級電力物資倉庫待改造的庫區存儲方式為平面存儲，總占地面積為2 000m2，預留通道及作業安全距離后，有效存儲面積約720m2，利用率僅為36%。庫內主要的儲備物資見表1。

表1 廣東電網省級倉庫庫存物資表

4 自動化立體倉庫技術的應用實踐

自動化立體倉庫改造主要經過倉庫物資分析篩選、承載容器分析設計、立體倉庫總體方案設計、立體倉庫主要設備選型、立體倉庫系統結構設計和倉庫系統軟件設計等環節，具體流程如圖1所示。

圖1 自動化立體倉庫設計流程環節

4.1 倉庫物資分析

如前文所述，電力物資種類繁多，尺寸、重量差別較大，不適合將全部電力物資使用托盤存放于立體倉庫。因此需要對現有電力物資的物流特性及重量和體積進行分析，總結出適合于立體倉庫存放的物資類別。

經過分析，可通過托盤存放于立體倉庫的電力物資見表2。

表2 適合立體倉庫存儲的電力物資

4.2 承載容器設計

在物資分析的基礎上，結合物資外形尺寸和重量數據，本文設計三種適合立體倉庫使用的鋼制托盤，不僅滿足立庫穩定存放電力物資的需求，同時具有較好的剛性特點，確保托盤結構穩定。托盤容器見表3。

4.3 總體方案設計

大部分自動化立體倉庫的結構布局有相似之處，彼此間有可相互參照的地方，但仍然需要根據實際需求和工程現場環境條件才能確定最終的設計方案。結合倉庫空間條件、地質條件、承重載荷條件、倉庫吞吐量和儲備物資出入庫頻率等，立體倉庫布局方案如圖2所示。

該自動化立體倉庫包括5臺堆垛機、5個入庫輸送臺、5個出庫輸送臺、1個分揀平臺、1條分揀輸送線和10排貨架共計1 160個貨位，總體為直軌式堆垛機布局，最大限度提高出入庫作業效率。其中，1-4號巷道存儲整入整出的物資，5號巷道存儲需要分揀的物資。

4.4 主要設備選型設計

自動化立體倉庫的主要設備有巷道堆垛機，出入庫輸送臺和重型貨架。

表3 立庫專用鋼制托盤

圖2 省級倉庫立體庫區布局方案

（1）巷道堆垛機。堆垛機是自動化立體倉庫的核心搬運設備，性能好壞將直接影響系統的運行效率。由于電力物資質量普遍較大，建議使用雙立柱式堆垛機。堆垛機主要由水平運行機構、提升卷揚機構、載貨平臺、伸縮貨叉和主體立柱五部分組成，可完成三個方向的運動（X方向，Y方向，Z方向）。堆垛機主要參數見表4。

表4 巷道堆垛機主要參數表

（2）出入庫輸送平臺。在自動化倉庫中，輸送系統起到不同工位間的銜接作用，具有輸送和緩沖物料的雙重作用，是物流系統中必不可少的調節手段。出入庫輸送平臺的主要參數見表5。

表5 出入庫輸送平臺主要參數表

（3）重型貨架。重型貨架是自動化立體倉中存放物資的機構，合理的設計貨架尺寸和科學的布局可以提高整體空間利用率和立體倉庫的存儲能力。由于電力物資質量較大，為保證存儲穩定性和作業的高效率，建議采用橫梁單貨位式，材質選用高強度鋼材，額定承重不小于2 000kg。

4.5 系統結構設計

電力物資倉庫的自動化立體倉庫物流系統是以倉庫服務為核心的物流管理系統。在整個自動化系統中，計算機系統建立在先進的工業控制網上，運行于計算機網絡系統與數據庫環境下，上聯企業信息管理系統，下聯工業實時控制系統，是自動化物流系統的調度核心和信息處理中心。倉庫系統組織結構從功能上分為四個層次（如圖3所示），即上位管理層、中位監控層、下位控制層和底層執行層[3]。

圖3 自動化倉庫系統結構

（1）上位管理層。管理層是整個自動化倉儲系統的核心，是管理倉庫庫存、出入庫任務、賬務報表等的應用軟件系統，對上可以連接企業內物資管理系統，接受出入庫訂單需求；對下可以連接監控系統，下發出入庫貨位信息指令。

（2）中位監控層。監控層是整個自動化倉儲系統的信息交互中心，負責協調系統各部分的運行，對上連接管理層，共享倉庫基本數據庫；對下連接控制層，接收下層設備反饋的信息。

（3）下層控制層。控制層是整個自動化倉儲系統的末端執行層，接收控制層下發的指令，控制出入庫輸送平臺、巷道堆垛機和分揀輸送設備完成物資出入庫任務。

（4）底層執行層。執行層包括出入庫輸送平臺，巷道堆垛機和分揀輸送設備等，主要是接收控制層下發的指令，具體完成物資出入庫動作。

4.6 系統軟件設計

自動化立體倉庫系統軟件設計主要包括倉庫設備控制系統WCS，倉庫管理系統WMS和手持PDA系統設計。其中：

（1）倉庫設備控制系統WCS是對立體倉庫中主體設備實時監控和下達動作指令的系統，主要功能包括：堆垛機工作監控和指令下達、輸送平臺工作監控和指令下達、外形檢測設備運行狀態監控等。

（2）倉庫管理系統WMS是完成立體倉庫出入庫、盤點等作業的管理系統，主要功能包括：出入庫訂單管理、物資出入庫管理、移庫作業管理、盤點管理和統計報表管理等。

（3）手持PDA系統是為增強倉庫現場移動作業能力的系統，主要功能包括：立庫空盤出庫、立庫空盤入庫、物資組盤管理、物資整盤入庫等。

5 結論

本文介紹了自動化立體倉儲技術在電力企業中的應用和實踐。首先分析了應用自動化立體倉儲技術的優越性，并在此基礎上結合廣東電網省級倉庫儲備物資特點，提出適合立庫存儲的物資品類，設計了三種專用托盤容器，完成自動化立體倉庫方案布局和設備選型設計，為電力企業推廣應用自動化立體倉儲技術形成較好的借鑒案例。

經測算，在應用了自動化立體倉儲技術后，廣東電網省級倉庫的存儲能力較以往提升了3.84倍，人力作業成本降低30%。

[參考文獻]

[1]薛明.淺析自動化立體倉庫的應用與發展[J].物流技術(裝備版),2014,(1):47-49.

[2]劉光利.自動化立體倉庫及其應用特點[J].機電國際市場,2002,(4):35-36.

[3李峰泉,張亞利.自動化立體倉庫管理系統的設計與實現[J].現代電子技術,2007,(16):83-85.