自动化立体仓库和管理系统解决方案

        自动化立体仓库的出现是物流技术的一个划时代的革新。它大大拓展了仓库功能，从单纯的保管型发展到综合流通型，是未来物流自动化的一个重要发展方向。

        作为现代物流技术的典型代表，自动化立体仓库系统主要由货架、传输设备、存储设备、堆垛机、控制系统、通信系统、计算管理监控系统等辅助配套组成。自动化立体仓库系统能够按照指令自动完成货物的存取，并能对库存货物进行自动管理，完全实现自动化作业。



图1 - 西门子物流与装配（德马泰克）堆垛机、输送机和自走台车

        就其特点而言，自动化立体仓库货架长度大、排列数多、巷道窄，密度高。巷道机上装有各种定位的检测器和安全装置，保证巷道机和货叉能高速、精确、安全地在货架中取货。立体仓库自动控制方式有集中控制、分离式控制和分布式控制3种。分布式控制是目前国际发展的主要方向，大型立体仓库通常采用三级计算机分布式控制系统。三级控制系统是由管理级、中间控制级和直接控制级组成的。管理级对仓库进行在线和离线管理；中间控制级对通信、流程进行控制，并进行实时图像显示；直接控制级是由可编程序控制器组成的控制系统对各设备进行单机自动操作，使仓库作业实现高度自动化。

        自动化立体仓库该系统具有提升物流管理水平与物流运作效率、操作简单、能与ERP系统进行信息集成、节省占地面积、维护方便快捷等诸多优点。对于一些生产型的企业，可以通过MES、ERP、WMS等系统的连接，完成对工厂生产入场喂料物流和成品出场物流，这在国内医药、汽车、烟草、高科技行业中使用较为普遍。整个自动化物流中心的解决方案中，通常有存储系统、输送系统、分拣系统、控制系统、监控系统等组成。巷道堆垛机（AS/RS）、穿梭车（自走台车）、自动导引小车（AGV、LGV）、机器人、分拣设备（比如电子标签）、输送设备等经常被集成在一起建立起一个自动化的解决方案。而对于每一个分系统，比如分拣系统，又经常通过现场总线（PROFIBUS）的方式将PLC、仪表、现场设备、通信线路等连系在一起。对于配送和分拣业务量要求非常大的配送中心，比如烟草、医药、食品行业经常还会用到塔式分拣机。

       与普通仓库相比，自动化立体仓库具有无可比拟的优越性。首先是节约空间、节约劳力。据资料显示：以库存11000托盘、月吞吐10000托盘的冷库为例，自动化立体仓库与普通仓库比较情况为：用地面积为13%、工作人员为21.9%、吞吐成本为55.7%、总投资为63.3%。立体仓库的单位面积储存量为普通仓库的4~7倍。其次是提高了仓库管理水平和准确度，减少货损，优化、降低库存，缩短周转期，节约资金。

自动化立体仓库未来发展趋势

        普通标准货架的使用。自动化立体仓库的库架比其他的货架系统要昂贵许多，并且当物品尺寸改变时，而无法改变。通过新的旋转式叉（或者其他纸箱夹具）技术可以使巷道式堆垛机运用到普通货架。国际知名的物流自动化都在进行这方面的设计和研究。

        用于慢速移动物品的分拣。以订单拉动的自动化仓库在大型的分拣中心应用时，对于慢速移动的货品，为了节省拣选面积和拣选库位，一般把那些货品存放在高架库，通过堆垛机进行拣货。

         控制系统更易于维护和安装。目前很多的控制系统是采用现场总线的形式，并且支持远程控制，使得系统维护更加方便和快捷。此外系统的架构、设计、用户界面使得工程技术人员更易于维护，而不需要非常专业的控制系统或自动化立体仓库的专家进行现场维护。

        系统弹性和更大的工作能力。许多公司在研究如何提高自动化立体化仓库的工作能力，同时也能提高系统的弹性，并且随着弹性和工作能力的增加，对于巷道式堆垛机更换提供了更多的弹性空间。比如许多公司在研究同时用堆垛机拣三个周转箱（单位托盘）到三个货位上，这三个货位又可由运输车辆的路线和订单来决定等。

实施自动化立体仓库的注意事项

1、如何选型和确定集成方案
        在确定采用自动化立体仓库后，我们的企业、系统集成商坐在一起共同探讨自动化立体仓库的总体规划、订单分析、物流量的计算、仓库物品ABC分类、仓库格局设计、业务流程设计和WMS的功能实现。具体包括了仓库面积、库位、货架、区域划分、堆垛机、输送设备、分拣系统、托盘的设计、业务的流程、WMS的功能、控制系统、监控系统等。并且也要涉及具体设备的选型和报价，根据供应商设备的性能参数计算和评估设备能力平均和最大能力能不能达到出入库的要求等。

         新系统的实施或升级，最终是离不开管理和业务的需要，有了自动化立体仓库，必然少不了自动化仓库管理系统，只有使用强大的仓库管理系统才能使得仓库管理和业务流程上一个台阶，才能将先进的硬件设备发挥作用和产生效益。这也是仓库管理系统和许多ERP供应商提供的库存管理系统软件有很大不同的地方。仓库管理系统是专业的仓库管理，它对库内所有的操作、人员、区域、库位、设备进行管理，并能达到任务的优化和作业交叉等。 在做仓储管理系统的选型时，不但要考虑到仓储管理系统支持自动化立体仓库的支持度，而且要考虑仓库管理系统的功能、对当前业务流程的支持、与其他系统（ERP、MES、OM）等的对接，这样在仓库管理才能和企业或配送中心的业务流程、管理需要无缝结合起来。

        在这阶段的工作中，需要将自动化立体仓库及相关辅助系统和设备、控制系统、WMS等完整集成在一起。通常在做这几方面的系统集成要考虑的因素非常多，下面列举两个经常会遇到的问题：
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        如果是针对配送中心：WMS如何下达分拣指令、分拣如何实现？比如是按批次、还是波次，指令时按照区域来拣，还是按订单？系统必须保持一定的弹性和灵活性来实现所有的功能。
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        如果是针对生产入场物流并要喂料：假如是通过全自动设备提供喂料功能，而不是通过人工、或者生产车间很大的中间库存提供原料的话，那么对系统的性能要求非常高。如果在涉及到原材料（配件）的分拣、组装等操作，那么整个仓库管理系统非常复杂，如何准确、均匀地喂料是一个很重要的考虑。在汽车、高科技和烟草行业经常遇到这样的要求。
       许多自动化立体仓库的集成商自己也开发了一套仓库管理系统，比如西门子物流与装配和大福等世界著名的物流成套设备供应商，但总体而言，其功能和其他信息管理系统的集成性方面与一些专业化的第三方仓库管理系统软件还有一定的差距。这些系统集成商的WMS产品也呈现不同的技术特点和功能，但其功能在不同行业应用中也有不同的优点和缺点。对于客户而言，为了实施一个成功的WMS，需要考虑很多方面的因素。




专业WMS和系统集成商提供的WMS比较

2、WCS与WMS的集成风险
        传统意义上的WMS供应商都不是物流系统集成商，也不具备物流设备设计、制造、集成的能力。尤其在各个行业占有许多市场份额的WMS供应商如何将自己的WMS和那些自动化物流系统进行集成，这主要是WMS和仓库控制系统（Warehouse Control System）的合作了。WCS通常由系统集成商或者设备供应商提供，一般采用标准的TCP/IP协议、RS232或RS485协议等与计算机系统进行通信。而WMS供应商通过中间件技术或者SOCKET通信技术和仓库控制系统进行连接。WCS也可以通过数据包或者数据广播的形式将所有的设备状态信息等全部返回给WMS，与WMS实时通信。在实际对接时，WMS可能涉及到的有电子标签、AS/RS、塔式分拣系统、输送机、分拣机、AGV、机器人等。



图2 - SSA从生产到消费的端到端过程的供应链解决方案

        在实施WMS和WCS对接时，经常会遇到这样的一些问题：从技术上讲WMS和WCS必然要求是连接的，并能进行数据和控制指令的通信，所以在第一阶段必须确定接口的方案。在硬件上、协议上、通信频率上、数据量上进行确定等。然后针对业务流程和WMS系统功能来设计两者之间的通信和会话。然后建立各自的参数定义，比如设备编码、指令编码等。在做制造业生产入场物流的实时喂料时，系统通信就会变得复杂。接口通信程序必须通过严格的测试后才能在生产现场进行测试。许多WCS的供应商提供产品的模拟测试软件进行与第三方的仓库管理软件进行对接测试。

        图3为SSA EXCEED WMS（原EXE EXCEED WMS）和仓库控制系统的连接逻辑架构，WMS IDX MHE中间件提供了与控制系统和仓库