卷烟工厂自动化立体仓库系统设计

摘要：本文以某卷烟厂自动化立体仓库为研究对象，从系统的角度分析了其库容设计与出入库工艺流程，研究了堆垛机、AGV、穿梭车等主要设备的选型和布局，论述了WMS-WCS的设计方案。

Abstract： This paper takes cigarettes factory automation stereoscopic warehouse as the research object， from the angle of system， analyzes the capacity disign and the process flow of storage， and the selection and layout of main equipment such as stacker AGV， shuttle car and so on， mainly discusses the design scheme of WMS-WCS.

关键词： 自动化立体仓库；堆垛机；AGV；穿梭车；WMS-WCS

Key words： automation stereoscopic warehouse；stacker；AGV；shuttle car；WMS-WCS

中图分类号：TS48 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）17-0271-03

0 引言

随着现代工业生产的发展，柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）和工厂自动化（FA）对仓储物流系统提出更高的要求。使用自动化的机械设备进行货物存取，运行和处理速度快，从而提高了劳动生产率，降低、消除了操作人员的劳动强度；计算机控制系统能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理，减少货物处理和信息处理过程中的差错；借助于计算机管理还能有效地利用仓库储存能力，便于清点和盘库，合理减少库存，从而提高仓库的管理水平[1，2]。某卷烟厂作为一家生产型企业，为保证生产的高节奏、不间断，仓储的重要地位日益显著。

1 库容分析设计

某卷烟厂辅料库承担卷烟生产所需原辅料的存储，物料主要为卷接包、装封箱、嘴棒等。过多的库容对于企业来说是一种浪费，而过少的物料储备量对于生产来说又会严重地影响产能[3]。为保证辅料的持续稳定供应，其库容可以通过下列的公式来进行估算（其中涉及到一个条件，就是说我们必须明确在不进行入库的情况下，期望我们的库存能支撑多长时间的生产，在此我们假设是5天120小时）：

Wa=So*H*λ

其中：Wa代表总的库容量，So代表每小时卷包车间所需要的配盘数量，而H代表在无配盘入库的情况下库存能支撑的时间（小时），最后λ表示一个经验系数来作为库存的冗余，在此我们默认λ取值为1.2。

辅料库辅料存储以托盘承载实现，就辅料存储类型区分为单一托盘和复合配盘两类。按照辅料日消耗量（按照硬包占70%、软包占30%产量来计算），可以得出表1的数据。

从表1可以看出，每天（24小时）我们需要大约为1186个托盘，将这个数据代入前述的公式就可以估算出我们的库容量：Wa=1186*5*1.2=7116个货位。

2 辅料库工艺流程

辅料库最主要的目的乃是为卷接包机组适时地供应辅料，因此必须拥有一个合适的出库流程，在卷包机组需要（进行辅料呼叫）的时候，迅速地将辅料配盘供到机组站台。此外采用来料的时候先在配盘区进行配盘，配好盘后再统一入库的方法，并加入了抽检、退库和空托盘回收流程[4，5]。综上所述某卷烟厂辅料库工艺流程如图1所示。

3 设备选型与布局

3.1 堆垛机

堆垛机是整个自动化立体库不可或缺的核心设备选择合适的堆垛机尤为重要。堆垛机分为欧洲制造、日本制造以及中国制造，就性能以及原理来说，几乎也是大同小異。从堆垛机的稳定性以及安全性来说，欧洲制造的堆垛机运行更加稳定以及对人员的保护上来说也做得更好。

3.2 AGV

AGV作为库区与卷包设备之间的输送设备，可以直接将辅料配盘送达需要的机台。由于卷包车间安装了很多设备，而且对地面的要求也比较高，再加上随时可能会对路径做出微调，因此采用激光导引的方式。

3.3 穿梭车

选择了堆垛机作为库内存取货物的设备，选择了AGV作为辅料立体库的末端到卷包机组的输送设备来输送配盘，理论上来说，剩余的可以经由输送机来布局（见图2）。但是，正如我们前面的分析中指出，如果我们用输送机来进行余下路径的构成，然而我们从图上可以看到，如果我们用输送机来替换穿梭车系统，则必然会导致大量的交叉路口。而这些交叉路口除了会使控制逻辑变得复杂外，还会存在大量相互让路的情况，结果会使整个输送效率变低，极有可能无法满足生产的要料性能需求。

对于出库的情形也一样，只是由于受到地形的限制，所以我们选择往复式穿梭车来替代环形穿梭车。在一条公共的直线轨道上布置多台穿梭车，每个穿梭车分别服务数台对应的堆垛机，当然我们也可以允许多台穿梭车之间有路径交叉的情况，然而，由于双方进入交叉区域之时也会存在让路的情况。因此，这种情况也要尽量地避免。出库部分的复式直穿系统如图3。

3.4 输送机

尽管尽量少使用输送机来进行设备布局，但是输送机作为连接各个其它输送子设备之间的桥梁仍然显得必不可少。因此，作为整个出入库物流路径的贯通，这一部分的使用也就显得既充分又必要了[6，7]。

4 WMS-WCS分析设计

4.1 数据库

整个自动化物流系统的数据尽管从量上来说，不算太大。然而，这些数据最为关键之处是涉及到整个配方的投料、烟丝、烟叶投料以及辅料、滤棒生产投料的准确性，至少从目前来说，无论是配方烟包、烟丝、烟叶等等数据无法用肉眼来区分。因此，数据库的选择除了考虑性能因素外、也要考虑产品的稳定性以及供应商后续的技术支持的力度等。通常来说，用得比较多的关系数据库有甲骨文公司的Oracle、微软公司的SqlServer以及IBM公司的DB2三种。这三种产品均各有优点，比如Oracle，可以简单方便地使用Rac架构来实现双机热备，而且对数据的粒度控制比较精细、性能以及稳定性也比较好，既可运行于Windows Server系统，也可以运行于Unix平台，当然价格也高，适合大型数据系统使用。而SqlServer性能稳定性一般，但是价格也适中，适应于中小系统使用，一般运行在Window Server之上。DB2介于上述两个数据库之间，既可运行于Windows Server系统，也可以运行于Unix平台，对自己的IBM的服务器之间有较好的兼容性。

4.2 网络

某卷烟厂整个工业主干网采用的是环形网的拓扑结构，其好处就是在主干网上无论哪个节点断开，也不会影响到整个网络的数据传输[8]。在主干网的节点之间采用光纤来接连，如此，即便在大量的数据经过之时，也不至于使网络瘫痪。对于自动化立体库系统，采用从主干网的节点上引出旁路，然后在经过一个网络交换设备（网络交换机、集线器等）作为扩展的输出节点。并将此节点作为中介点，再组一个星型网络结构。经由这个节点，隶属自动化仓库的所有子设备的网络就被贯通。某卷烟厂辅料库的网库拓扑如图4所示。

4.3 WMS

在WMS设计中最为关键是要理清自动化立体库所涉及的业务逻辑，并将这些业务逻辑组织成业务流程，然后再逐步分解、转换为可以设计编程的需求描述，图5是一个辅料库典型的业务内容。

5 总结

本文详细介绍了某卷烟厂自动化立体仓库的库容设计与计算、辅料库的工艺流程、各主要设备的选型和布局，对其数据库选择、网络构建和WMS设计作了详细分析。辅料库长期的实际运行情况也验证了设计的合理型。

参考文献：

[1]胡晓娟，叶晓东.一种自动化立体仓库系统设计[J].Internal Combustion Engine & Parts，2010.

[2]刘志刚，张建奇.自动化立体仓库机械结构设计[J].机械与电子，2011.

[3]王盛明，卢秉亮.自动化立体仓库货位分配优化研究[J].微处理机，2013.

[4]余勇，危锋.数据库技术在立体仓库仓储货物中的应用[J].物流技术，2014.

[5]李美霞，李卫东.企业物流自动化立体仓库设计[J].物流技术，2010.

[6]张衍会，邱建东，汤旻安.一种货架共用模式自动化立体仓库货位优化[J].计算机应用与软件，2017.

[7]李玉金.自动化立体仓库存储管理策略的优化[J].中小企业管理与科技，2017.

[8]石树正，马立勇，梁永生.自动化立体仓库控制系统设计[J].河北建筑工程学院学报，2016.