近年來，隨著國家對智能制造的不斷推進以及勞動力成本的不斷提升，致使一些大中型企業逐步向著生產集約化轉型，優化資源配置，進一步提升利潤空間[1]。物流被稱為企業的第三利潤源，在市場競爭日趨激烈的今天，提升物流效率，降低物流成本，逐漸成為企業轉型的重要手段。盡管如此，仍有一些企業的物流發展處于比較滯后的狀態[2]。

文中以主要生產袋裝物料的某企業倉庫為應用背景，探索研究一套適用于類似生產模式的物流系統，實現倉儲物流設備與包裝生產線對接，形成從包材供應、包裝、成品入庫、移庫、出庫及自動裝車的自動倉儲系統，以期實現提升倉庫儲能、節約物流成本的目標。

本課題研究對象為我國北方某大型煤化工企業生產包裝及倉儲車間，所生產物料為聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）顆粒，兩種物料產能相當，日產量約為2 000 t。庫區南北長390 m，東西寬112 m，總占地面積45 000m2。左側為聚丙烯包裝車間，右側為聚乙烯包裝車間，兩車間共有8條成品包裝線，單線包裝能力為30 t/h，占地面積6 705 m2。配電站設在庫房中部西側，占地面積204 m2。汽車裝車站臺長240 m，寬8 m；車站站臺長390 m，寬6.5 m，能同時滿足物料裝車和汽車裝車需求。在現有生產模式下倉庫儲能約為15 000 t。

由于該車間的物料生產及存儲布局基本上是左右對稱的，分析中均以右側PE生產存儲為例。如圖1所示，PE存儲區域劃分為11個部分（PE01～PE11），該車間所生產的合格物料主要通過火車運輸銷售，生產過程中所產生的過渡料、協議料及部分合格料通過卡車運輸銷售。

圖1 廠區布局   下載原圖

車間目前生產流程為人工用叉車將包材及托盤送至生產線，生產線實現自動包裝碼垛作業。貨物由包裝線碼好后，人工用叉車將貨物運送至庫房內存儲區域。物料在倉庫內靜置48 h后，根據質檢結果和出貨需求，確定物料出庫時間。物料出庫時，由叉車將貨物搬運至運輸車輛裝車位，由人工完成貨物裝車作業。

現有的作業模式中諸多環節是通過密集勞動力實現的，如庫房內所有包材、托盤及貨物運輸，靠人工用叉車搬運。叉車運輸速度較快，易造成貨物損壞，存在安全隱患；在貨物出庫裝車階段，完全是依靠勞動力搬運，勞動強度大，人員成本高。因此，該自動倉儲系統的設計目標之一是滿足作業需求的條件下最大程度減少叉車作業人員和裝卸作業人員，提升企業倉儲物流自動化水平。

在基本保持現有生產模式的前提下，對整個倉儲空間做出重新規劃，新規劃布局主要體現了3個亮點：(1)物料成品自動下線，通過輸送線運送至對應存儲區；(2)包材、托盤通過AGV（見圖2）實現上線，并通過輸送線分配至對應上線口，完成自動上線；(3)AGV通過調度系統控制，將貨物搬運至出庫線體，線體將貨物分配至相應裝車工位，自動裝車器械完成貨物的自動裝卸工作。

圖2 激光導航AGV   下載原圖

以火車的自動裝車為例，該倉庫內的自動倉儲作業流程見圖3。

生產流程：PE/PP顆粒原料通過管道輸送至包裝車間的生產線下料口，操作員根據產品信息向系統輸入即將要進行包裝的物料的噴碼序列號，啟動包裝設備后，包裝生產線開始包裝碼垛作業，包裝流程如圖4左側方框內所示。最終碼好垛的物料被運送到生產線末端，包裝生產作業結束。

包材/空托自動上線：包裝過程中需要包材和空托補給，系統通過AGV將包材和空托搬運至滾筒輸送線，再通過輸送線將包材與空托發送至生產線，完成包材和空托自動上線。

入庫作業：貨物入庫作業是通過輸送線運輸和AGV搬運配合完成的，入庫輸送線和包裝產線對接，貨物被直接輸送至相應的入庫工位，由AGV接駁搬運，將貨物運送至相應的存儲位，完成入庫作業。

移庫作業：根據第二天出庫訂單，將待出庫物料轉移至待裝區域，避免入庫作業和出庫作業形成沖突，同時也節省出庫作業時間。

出庫作業：接到出庫作業指令，AGV依次將待裝區物料搬運至出庫輸送線，再由出庫輸送線將物料輸送至相應工位，機器人拆解整托貨物，將物料搬運至自動裝車設備，完成出庫作業。

空托回流入庫：每托物料搬運結束后，所產生的空托盤由出庫輸送線運送至空托存儲區域，空托由AGV接收并碼放于存儲區內，余料、空托回流入庫作業完成。

圖3 自動倉儲作業流程   下載原圖

如圖4所示，包裝產線所需的包材和托盤由2臺AGV自動搬運上線，包裝車間每條產線的生產節拍為1200包/h(30托/h）。對于PE生產車間，所需包材分為兩種，且兩種包材在外形體積上無差別，每托包材裝有包裝袋7 200根。托盤只有一種，10個托盤為一個搬運單元。每托包材可供生產線連續使用6 h，每條生產線每天所需包材2～3托，為避免包材輸送與托盤發生沖突，該方案中規定每天生產開始前30 min由AGV負責包材的自動上線，將包材發送至線邊臨時存放。一個空托搬運單元為10個托盤，生產車間4條生產線每小時需托盤120個，即12個搬運單元，由此得出AGV的搬運節拍為5 min/次。

圖4 包材/空托上線流向圖   下載原圖

成品物料自動化存儲設計需要考慮：1）物料存儲區需滿足貨物的存儲需求，即倉庫升級后存儲量不能低于現有生產模式下的存儲量；2）貨物可根據出貨需求，提前完成移庫作業，以滿足就近出庫裝車的需求；3）該倉儲系統存在高峰作業時間段，即5 h內完成1 518 t裝車量，且不影響物料入庫作業。

如圖5所示，包裝碼垛后的物料合流到同一輸送線，單線生產節拍為30托/h，合流后生產節拍為120托/h。經過該輸送線，物料被輸送至存儲區對應的接駁位，由AGV將貨物搬運碼放至存儲區域內。PE存儲區內有5條通道，單條通道寬5 m，可供2臺AGV并行，每臺AGV搬運節拍約為5 min/托。

圖5 物料流向圖   下載原圖

通過對現有存儲區域實地測量得出單位面積上堆放貨物1.5 t，因此,表1中系數k（單位面積存放量）取值為1.5。表1統計數據為新布局中各存儲區域占地面積，以此計算得出倉庫儲能較原有布局提高約10%。

表1 倉庫儲能核算     下載原表

由于火車運輸對物料裝車時間限制為5 h，且出庫作業與入庫作業不能有沖突，因此，需要AGV在夜間不生產的時間段內進行移庫作業，將待出庫貨物搬運至靠近出庫工位的待裝區域。PE存儲區和PP存儲區內有11條通道，可運行22臺AGV，移庫作業時間為6 h，每臺AGV的移庫作業節拍為5 min/托。出庫作業時，有22臺AGV參與作業，待裝區內存放的貨物距離裝車工位較近，裝車作業時間為4 h，每臺AGV搬運出庫節拍為3.5 min/托，滿足裝火車的時間需求。

控制系統是自動化倉庫管理和控制的核心，既要完成倉儲中各種信息的管理和控制，又要實現各種自動化倉儲設備的調度和控制。其主要任務：根據倉庫中出入庫的實際情況對在庫物品進行管理，根據倉庫中設備的具體情況及當前狀態，對各出入庫任務進行調度，對系統中的各自動化設備或裝置進行實時監控，與企業管理系統進行通信，實現系統故障的自動檢測和診斷等[3,4]。

控制系統結構可分為三層：WCS（倉庫控制系統）層、WMS(倉儲管理系統)層和執行機構層。倉庫管理系統（WMS）軟件是系統的核心，負責整個倉庫的賬目管理和作業管理，并擔負與上級系統的通信和企業信息系統的部分任務[5]。倉庫管理系統需具備入庫管理、庫存管理、出庫管理、審計事務日志、管理/追蹤等功能。倉庫控制系統(WCS)是自動化倉庫的信息樞紐，它根據倉庫管理系統的作業命令，按運行時間最短、作業間的配合合理等原則對作業的先后順序進行優化組合排隊，并將優化后的作業命令發送給各控制系統，對作業進程、作業信息及運行設備進行實時監控，同時將指令執行結果反饋給WMS。電氣控制系統在得到指令后，將其翻譯成機器可以識別的指令，通過外部傳感器，最終通過控制設備完成指令。對于本系統，AGV通過無線AP接收WCS指令，將指定物料搬運至指定工位；PLC驅動輸送線滾筒電機，將物料、空托、包材等輸送至指定工位；掃碼設備通過讀取托盤信息，與系統內調取出的物料信息進行綁定，將對物料的追蹤轉化為對托盤的追蹤，直至物料出庫裝車，托盤與物料信息解除綁定；碼垛機器人負責拆解物料，將物料搬運至自動裝車設備，并反饋給WCS相應的搬運信息；自動裝車設備接收WCS發出的調度指令，執行相應程序，完成具體的裝車作業，并將作業數據反饋給WCS。

本文通過對某企業物流現狀進行分析，針對生產流程中存在的叉車安全隱患、作業人員勞動強度大等問題，探索性地提出了一種新的物流模式，并分析了這種模式的可行性及優勢。隨著勞動力成本不斷增加，行業標準化程度逐步提高，這種物流模式在大型倉儲企業將會得到推廣應用。