智能仓储设计与信息化应用

何骞，刘辉，邹孟君

智能仓储设计与信息化应用

何骞，刘辉，邹孟君

（成都川哈工机器人及智能装备产业技术研究院有限公司，四川 成都 610095）

传统仓储管理中，存取效率低、土地利用率低、出错几率高、人力成本高等问题日益突出。本研究建成由存储系统（横梁式货架和巷道堆垛机）、搬运系统（链条和滚筒输送机）、识别系统（尺寸检测、重量检测和条码扫描）、仓储管理软件四部分组成智能仓储系统，可提高存取效率和土地利用率。利用物联网技术，引进条码管理，采用手机APP扫码，提高作业的准确性和实效性。对相关数据进行收集和分析，为库存物料管理决策提供大数据支持。通过智能仓储系统建设，规范了仓储相关管理，大幅降低人工成本，提高工作效率。

智能仓储；物联网；大数据

随着中国制造2025的不断推进，企业对仓储管理的要求越来越高。现在企业普遍存在需建立仓库作业的规范性、提高库存管理精细度、完善业务信息展现体系、提升上下游系统的集成度等需求。而智能仓储正是利用先进的机械装备和信息化手段，配备立体货架，实现物资的立体化存储[1]，对于提高仓储管理效率、节约成本、减少浪费、提升企业精益管理有较大促进作用，并最终为企业带来更大的经济效益。

目前的智能仓储在东部沿海地区普及率较高，在中西部地区适用不多，主要集中在电商、快递等行业，大型工矿企业因物资品种多，物资堆存点多，故适用的较少。部分智能仓储项目能达到高效节约土地，提高存储效率等要求，但是未对立体库房以外的平库未统筹管理，未充分利用相关大数据，形成了数据孤岛。本次研究将立体仓库和平库统一纳入系统管理，使用物联网手段、条码管理提高管理效率；使用大数据分析，打通ERP数据传输，解决物资管理的数据需求，实现绩效的数据化。

本文就结合某企业智能仓储的改造项目案例对智能仓储设计与信息化应用进行研讨。

1 智能仓储设计

某企业原物料仓储，采用轻型货架、重型货架和散货区结合的方式。轻型货架采用人员存取，重型货架采用叉车存取，散货区采用叉车或吊车存储。其备件总库人工管理、工作效率低、精细化管理水平低[2]；现场库因夜班及临时领用较多，各现场库管理人员盘点和出入库工作量大，经常出现以领代耗或已耗未领等情况，造成账实不符，影响财务成本核算。

针对以上缺点，进行了智能仓储改造并与现有ERP实现无缝对接，技术参数改造如表1所示。

表1 主要技术参数

1.1 总体布置规划

根据项目实际情况，为了更有效的利用土地和空间，同时兼顾成本和预算，此智能库房总体布置规划为双深位式货架，配套两台双立柱巷道式堆垛机，物料单元格尺寸1200 mm×1000 mm×1500 mm，合计3504个货位。项目总体布置如图1和图2所示。

图1 立库平面

图2 立库立面

1.2 智能仓储的组成

在智能仓储的设计中，一般主要由存储系统、搬运系统、识别系统及仓储管理软件四部分组成。

1.2.1 储存系统

存储系统是智能仓储的重要一环，作为负责货物储存的大型系统，承担着货物的置放与取用的功能，其设计的好坏直接决定了仓储系统的货物存量以及仓储空间利用率的高低。储存系统的关键设备包括储存货物的货架、用于货物移位的巷道堆垛机等。

（1）本项目货架采用横梁式，结构形式为横梁组合式、一格二货位；横梁原料材质为Q235、立柱原料材质为Q345/Q235；立柱变形量≤/1000；横梁中点扰度≤/200。为保证货物安全，货架制造与安装精度如表2所示。

货架表面一般先采用磷化、抛丸除锈，再采用环氧树脂粉末静电喷涂，涂层厚度不小于60 μm，表面质量达到GB/T 9286－2021[3]规定。货架系统与基础连接主要采用化学螺栓方式。

（2）巷道堆垛机

巷道堆垛机是高层货架内存取货物的主要起重运输设备，能够在高货架的巷道中进行运行，将存在的货物能够更好地运送到巷道口[4]，载货台（上有存取货叉）可沿堆垛机立柱垂直移动，存取货叉可向巷道两侧的货格伸缩和微升降。主要由金属结构、载货台、行走机构、升降机构、货叉伸缩机构、电气控制系统及安全装置等机构组成，巷道堆垛机外形如图3所示，其主要性能如表3所示。

表2 货架制造与安装精度

图3 轨巷道堆垛机

1.2.2 搬运系统

搬运系统即输送系统，在智能仓储系统中起到在储存区域与出入库站台或分拣区域运送货物的作用。搬运系统是智能仓储系统中变化最为复杂的系统，要将货物从储存区域快速准确的出库或从外部入库，其设计与运行的优劣直接影响到货物流通的流动性。

本项目搬运系统，主要采用链条输送机和滚筒输送机，图4为输送系统布置流程图。

表3 轨巷道堆垛机主要性能

图4 搬运系统布置

本项目搬运系统，采用双拣选口＋1个出库口＋1个入库口的方式，此设计满足整托物料在出库口和入库口进出智能库房，也保证半托物料直接在拣选口存取，同时设计了物料的缓存区，极大地提高了拣货效率。

1.2.3 识别系统

智能仓储的识别系统即信息采集系统，是将货物信息与仓储系统连通的重要手段，是智能仓储的货物出入库与管理的基础。识别系统直接影响到出入库管理的效率，相比过去人工记录的方式，智能仓储采用数字化、智能化采集技术，大大改善了货物识别的效率，提高了识别的准确性。

本项目识别系统主要有尺寸检测、重量检测和条码扫描。

尺寸检测装置是以存储单元尺寸的长、宽、高为基础，根据允许的误差进行设定。然后对入库的存储单元长、宽、高三个方向的尺寸进行红外光电扫描，判断是否超过该设定，若没有超过该设定则视为尺寸合格，允许入库。若超过该设定，在系统里则视为“尺寸不合格”托盘，需要退出整理，并向系统报告超差情况（如高度或长度方向等）。

重量检测采用称重模块，安装于入库输送机底部，实现动态称重检测，对于超重货物进行报警，人工处理再入库。

条码识别系统是整个自动控制系统中自动识别托盘和原辅料、成品的重要手段，具有自动识别托盘和原辅料、成品条码（含托盘流水号、托盘原辅料、成品详细信息编码等），能进行标准RS232接口的数据通信、处理、检验，并具较强的整机自检功能。可以部分或全部代替人工键盘输入，减少可能出现错误的操作环节，减轻劳动强度，提高作业效率。为了方便实际操作，操作人员可采用手机APP进行条形码数据采集指导入出库作业，操作灵活性强。

1.2.4 仓储管理软件

仓储管理是供应链管理中最核心的一个环节，是物资流动与信息流通的中心环节，因此，仓储软件的发展变化影响着整个供应链管理[5]。

仓储管理软件是应用仓储管理的技术手段，按照常规和用户自行确定的优先原则，来优化仓库的作业效率和空间利用率。其后台通过电子数据交换等媒介，与企业的计算机主机联网，由主机来下达收货和订单的原始数据，无缝对接企业现有ERP软件。

企业通过仓储管理软件减少运营成本，减少物料差错，提高订单执行效率，为智能仓储的实现带来实质性的改善。

仓储管理软件一般包括基础管理、入库管理、库内作业、出库管理等功能（表4）。

表4 仓储管理软件主要功能

2 信息化应用

智能仓储的信息化应用，主要包括物联网应用和大数据应用两个方面。

2.1 物联网应用

本项目除了满足存储功能外，为解决现场库管理痛点，经常出现以领代耗或已耗未领等问题，造成账实不符的情况，采用物联网手段实现了手机APP扫描条码出入库、盘点。

2.1.1 条码简介

条码是一种利用光电扫描阅读设备识读并实现数据自动输入计算机的特殊编号[6]。条码具有可靠性准确、数据输入快、成本低、灵活实用、设备简单、易于操作等优点。

2.1.2 条码管理流程

条码管理流程如图5所示。

图5 条码管理流程

2.1.3 条码使用场景

根据条码管理与实时数据作为仓库初期最核心的需求，一般将条码应用于以下三个场景：

（1）实物条码（商品码、容器具码）：粘贴或喷码在包装固定位置（可以在托盘上，也可以在一托货物中最下层的包装上）。

（2）货位条码：对仓库的库位进行科学编码，用条码符号加以标识[7]，粘贴在货位/货架易扫描的位置。

（3）单据条码：不同的业务单据以及使用频率，将单据信息条码化，实现快速的信息采集。

2.1.4 条码实际应用

由原PDA终端扫描改换成在智能手机端输入[8]，手机APP软件基于成熟的可配置式开发平台进行开发与维护，平台需具备APP、web等多种登录方式且需兼容windows、安卓、ios等主流操作系统，并打通与ERP之间的数据接口。手机APP包括组盘、平库上架与下架、扫码入库（图6）、扫码出库及发料复核、库存查询、盘点等功能，需实现数据在公网与局域网之间的传输。

现场业务人员在存、取物料和盘点时，首先用手机APP扫描单据编码，手机自动弹出相关单据信息，然后根据任务信息，分别扫描货位条码和物料条码，完成相关工作。引入条码管理，保证了出入库特别是夜间物料出库的即时性，解决了企业长期存在因出库不及时造成账实不符从而影响生产成本不真实的痛点。同时极大地提高了工作效率。

图6 扫码入库

2.2 大数据应用

智能仓储项目完成后，数据库系统除了提供强大的读、写、删、改的能力，也需要对历史数据能长时间保存[9]，以便对数据进一步分析提供条件，为物料管理决策提供大数据支持。其主要有以下几个方面。

2.2.1 货位、仓库推荐

传统物料在库内的存储、上架、拣货完全依赖人工判断存放区域、拣货区域，对作业人员的依赖性强。利用大数据，可以由系统自动推荐智能仓储货位或者平库货位。周转率高的物料推荐存放靠近仓库出入口或者主要通道，而重量较重的物料推荐存放在货架下层，通过缩短入库行程，优化拣货性能。

2.2.2 预警分析系统

通过对现有库存数据分析，设定相关预警条件，由系统预警，并发送预警信息给相关管理人员，常见有以下三种维度的预警：

（1）库存预警：根据库存物料一定周期内（年、月）的出库使用情况数据，制定基于物料的最大最小库存。当物料数量低于最低库存时，库存低预警，提醒此物料需尽快购买入库，杜绝因库存物料短缺影响生产。当物料数量高于最高库存时，库存高预警，提醒此物料需暂停购买入库，减少库存物资资金占用。

（2）保质期预警：首先按照物料实际情况，在物料属性中设置物料保质期和提前预警时间（如保质期到期前1个月）。在收货时，确定物料保质到期时间，根据物料收货时间进行批次管理。在物料发放时，按照先进先出的原则，系统自动推荐先回厂批次领用。根据提前预警时间，对在库物料临近超期预警，杜绝因库存物料过期造成财产损失。

（3）呆滞品预警：针对现有库存物料，分析年采购量、周转时间、库龄等数据，形成呆滞物料预警报告，由使用和管理部门对呆滞品提出处理意见，盘活库存物资。

对正常使用的物料，分析建议年度采购量，便于采供部门批量采购，降低采购成本，提高采供效率，减少采供工作量。

2.2.3 报表查询。

根据业务需要，在系统中主要预制有库存现有量报表、过期材料积压报表、库龄分析报表、库存周转率报表、最高最低库存报表、入库明细/汇总表（图7）、订单发货明细/汇总表等业务报表。还可针对不同的业务需求，由管理人员选择自由组合查询条件，如物料、批次、供货商等不同维度，组合筛选出需要的相关数据。

图7 出入库汇总表

展现库存情况，即时在手机端和电脑端展示分析现有库存情况，让管理人员和决策层能随时随地查看相关信息，对物料管理决策提供数据支持。

2.2.4 员工绩效管理

本次项目创新性的利用大数据对员工绩效进行管理，提高员工工作效率和准确性，主要有以下几方面：

（1）数据管理。员工可以通过电脑、手机等电子设备，随时随地查询库存物料的数量、货位等状态信息。针对入库和出库订单，系统可帮助员工了解已知和预测的出库和入库数量，提前准备相关工作。

（2）工作任务的排序和分配。根据任务先后次序以及重要性和紧迫性，增强工作安排的灵活性和失效性。在分配任务时，给出最佳方案。比如：根据物料存放货位，给出最佳拣货顺序；根据人员繁忙程度自动排序等。

（3）指导作业。将规范操作流程（Standard Operation Procedure，SOP）嵌入软件，经手机屏幕和语音来辅助员工的每一个具体操作动作，对各个环境给予明确的指导。减少出现操作失误的几率，减少对人员培训的投入和降低对人员素质的要求。

（4）记录操作过程，实时统计、分析和调度。系统自动采集数据信息，并展现在管理人员面前，从而对整个过程进行有效的监控和管理，也能及时反馈异常环节。直观地向管理人员展示人员的操作情况，协调管理人员调度现场设备和人力资源，为管理决策提供提示和建议。

（5）进行绩效评价。由系统自行整理和分析各个操作过程中的相关数据信息，自动生成绩效考核表。避免绩效考核中的人为因素，体现了多劳多得的原则，可调动员工的积极性，也使绩效考核变得简单和准确可靠。

3 经济效果分析

原有物料上下货架工为劳务外包，劳务公司根据物料价值按比例收取装卸费用，智能仓储项目完成后，上下货架工作全部由系统自动完成，可节约相关装卸费用支出。以下以减少库管员6人为例计算年节约直接成本。

（1）年节约人工工资为：

1＝××（1＋）×（1）

式中：1为年节约人工工资，元；为减少的库管员人数，预计为6；为库管员平均工资，预计为4000元/月；为公司部分社保及福利费系数，平均为0.3；为月份数，取值12。

计算得：1＝374 400元。

（2）根据原有物料上下货架劳务外包合同年节约装卸费计算如下：

2＝×××（2）

式中：2为年节约装卸费，元；为智能仓储货位，为3504个；为平均货位存放物料价值，取值为20000元；为每货位平均年周转率，为5次；为装卸费用支付取值系数，取1.93‰。

计算得：2＝676 272元。

综合库管员人工工资和装卸费，年节约直接成本合计为：1＋2＝1 050 672元。

4 结论

智能仓储作为仓储管理的机械化、信息化手段，对传统仓储管理有积极的促进作用。应用智能仓储现场智能作业机制、WMS接口物资管理系统的数据实时采集、移动作业终端及时仓库盘点和无线通讯网络实现、数据即时传输技术，构建无人值守智能仓储的自助应用模式，可为物资保障工作提供有效的数据支撑、工具支撑、管理支撑，可提升物资运行管理水平[10]。

通过智能仓储设计和信息化应用，可大幅减低土地成本、节省人力资源，减少人力成本，而且对于在黑暗、低温、有毒等特殊环境作业时更有利。智能仓储利用计算机进行管理和自动控制，可迅速、准确的将货位送到指定位置，减少车辆待装卸时间，大幅提高仓库的存储周转效率，降低存储成本。智能仓储管理系统能够做到账实同步，企业只需建立合理的库存，即可保证生产全过程顺畅。结合信息化物联网和大数据的深度应用，可大大提高工作效率、节约成本，获得更大的经济效益。

[1]许玲. 探索现代智慧供应链体系下智能仓储建设的必要性[J]. 低碳世界，2019，9（4）：290-291.

[2]李胜广，朱元硕，李莉. 智能仓储物联网中主要设备的设计与实现[J]. 警察技术，2013（2）：19-22.

[3]国家市场监督管理总局/国家标准化管理委员会. 色漆和清漆划格试验：GB/T 9286-2021 [S]. 北京：中国标准出版社，2021.

[4]王凯，郑玉琨. 双立柱巷道堆垛机的关键结构设计[J]. 中国高新区，2018（11）：159.

[5]鹿崇. 大数据时代仓储管理软件发展热点解析[J]. 现代制造，2016（1）：14-15.

[6]李小娟，孙韬，郭静文. 用条码技术实现超市化仓库管理[J]. 河北冶金，2015（2）：80-82.

[7]刘迅，王江礼. 论企业实施仓库条码的必要性[J]. 百科论坛电子杂志，2018（1）：111.

[8]赵孝登. 横梁式货架仓库的智能化管理实现方案[J]. 物流技术与应用. 2016，21（5）：129-131.

[9]陈凯，刘晶霞. 智能仓库管理系统中数据库的使用[J]. 电子技术与软件工程，2019（15）：124-125.

[10]程亚晶. 基于物联网技术的无人值守智能仓储的建立[J]. 中国管理信息化，2017，20（21）：189-190.

Intelligent Storage Design and Information Application

HE Qian，LIU Hui，ZOU Mengjun

( Chengdu CHG Robots &Intelligent Equipment Institute, Chengdu 610095,China )

In traditional warehouse management, the problems of low efficiency, lowland utilization rate, high error probability and high labor cost are becoming increasingly prominent. In this study, an Intelligent Storage composed of storage system (Pallet Racks and Lane Stacker), handling system (Chain and Roller Conveyor), identification system (Size detection, Weight and Bar Code scanning) and Warehouse Management System, are established to improve access efficiency and land utilization. Using Internet of things technology, introducing bar code management and scanning code with mobile app to improve the accuracy and effectiveness of operation. Collect and analyze relevant data to provide big data support for inventory material management decision-making. Through the construction of Intelligent Storage, the storage related management is standardized, the labor cost is greatly reduced, the operation experience and work efficiency of business personnel are improved, and the purpose of reducing staff and increasing efficiency is effectively realized.

intelligent storage；internet of things；big data

TH692.3

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2022.11.006

1006-0316 (2022) 11-0043-08

2022-03-29

四川省重点研发项目（2021YFG0041）；成都市重大科技创新项目（2021-YF08- 00051-GX）

何骞（1980－），男，四川乐山人，高级工程师，主要研究方向为机械设备设计及应用、智能制造，E-mail：3567899@qq.com。