在国内机械制造行业产能扩容的背景下，传统仓储模式逐渐难以满足企业实际需求，空间利用率低、人工成本高、信息不畅等诸多痛点问题凸显。某机械制造企业携手德力智仓打造定制化四向穿梭车立体库，实现仓储空间纵向拓展、信息精准管控，联动AGV打通全流程，筑牢企业高效运营根基。

近年来，国内机械制造行业发展迅猛，产能规模不断扩大，仓储管理问题也随之而来，传统的物料存储多半采用场地地堆或者人工叉车配合高位货架的模式，存在空间场地利用率低、人工成本高昂、物料信息管理混乱、物料堆放杂乱、安全隐患高、作业效率低、货物损耗与丢失、成本控制困难、信息数据孤岛与不畅等一系列问题。

在此背景下，某机械制造企业携手德力智仓引入自动化立体仓库及智能仓储管理系统，实现仓储空间纵向发展、物料信息实时更新准确记录，同时配合AGV等自动化设备实现“仓储+配送”一体化，极大提高作业效率、降低人力成本、提高整体运营效率，为企业向智能化转型升级提供坚实保障。

01企业物料仓储管理问题分析 

某机械制造企业集汽车配件设计、铸造、加工和销售为一体，主要为国内汽车制造商提供差速器壳体、微车差速器壳体、减速器壳体和后桥包壳体等汽车零配件。近年来，随着国家及政府相关政策的支持，企业规模不断扩大，原有物料管理和仓储模式已无法满足企业需求，产生诸多问题困扰。

1.物料仓储现状

该企业现阶段生产的差速器壳体、微车差速器壳体、减速器壳体和后桥包壳体等汽车零配件（见图1），目前采用钢制笼框地堆摆放的方式，如图2所示。该企业通过人工叉车进行物料的周转搬运，笼框最多只能叠放3层，且现场地堆摆放无序混乱、安全隐患突出、物料周转耗时耗力，如图3所示。

图1 某企业所生产零部件

图2 某企业物料地堆现场

图3 某企业物料叉车搬运现场

2.信息管理现状

现阶段的物料信息管理采用企业ERP系统，收货、发货、入库等环节由人工将单据粘贴到料框上，如图4所示。由于采用地堆存储管理，没有明确的空间划分，发货时需要人工先对照发货单在地堆区寻找对应物料，而后驾驶人工叉车搬运至产线对应工位，每完成一道工序后均需要驾驶人工叉车搬运至下一个工位，信息管理落后，人工出错率高、准确性低、人工操作劳动强度大且效率低下，对业务流转的及时性、有效性、精准性造成极大影响。

图4 某企业发货单据

02自动化立体仓库规划设计

1.系统设计原则

针对该企业的仓储需求，德力智仓为其规划建设自动化立体仓库及智能仓储管理系统。方案的总体规划在满足当前的使用需求的前提下，考虑将来的发展、扩展，既注重实用性、先进性、人性化，又满足经济性和密集储存的特点，主要遵循以下原则进行设计：

（1）安全性原则：贯彻安全第一原则，确保设备和系统运行安全。

（2）可靠性原则：确保物流设备和物流系统的稳定性，适应性和软件系统的兼容性与容错性。

（3）适用性原则：设计的系统必须适应客户需求，充分考虑客户操作系统的方便性。

（4）防呆原则：设计要尽量做到操作简单，不易出错。

（5）经济性原则：在满足用户要求和上述原则的前提下，选择最经济的解决方案。

（6）易维护性原则：设计的系统应易于维护，降低运营维护成本。

2.自动化立体库设计步骤

自动化立体库的规划设计，主要按照以下步骤进行：

（1）客户需求调研分析：收集客户项目的原始基础资料，包括存储货物的种类、尺寸规格、包装形式、重量、仓库的土建情况等，明确客户的设计目标和要求。

（2）确定立体库的物流形式及相关参数：在原始资料收集完毕后，根据资料计算相关参数，包括库区出入库总量要求、货物单元的外形尺寸、立体库的货位数量、货架高度、设备布局等。

（3）合理规划库区布局：在确定立体库形式以后，合理规划布置立体库功能分区，规划出暂存区、存储区、出入库区、月台、退货区以及办公室等物流功能区。

（4）选择物流设施设备：根据需求及方案规划需要，科学合理地选择物流设施设备。

（5）物流系统建模仿真：根据实际项目需求，建立三维模型图及仿真。

3.场地情况与方案选择

通过现场实地测量调研，该企业物料存储厂房长度约23500mm，宽度约14600mm，厂房可用净空高度为10300mm，厂房为钢架结构，立柱上有高压线缆桥架凸出、厂房立柱下细上粗、靠墙一侧墙体上有摄像头、桥架等干涉物，如图5所示。立体仓库规划设计布局时需要考虑避开干涉物，同时厂房整体形状呈矩形、整体长宽尺寸较小，但可向上纵向发展。此外，仓库两面靠墙，其余两面为人工通行通道，设备布局不能占用公用空间，若采用堆垛机立体库方式，一方面堆垛机巷道前后端需要预留大量空间，另一方面由于仓库长度较小，堆垛机运行无法达到理想速度，影响出入库效率，而四向穿梭立体库通过配置换层提升机，可实现物料和四向穿梭车的换层作业，同时库前端出入库后可灵活布局，结合流量、SKU等数据分析，因此为该企业量身定制了四向穿梭车立体仓储系统。

图5 某企业仓库

4.SKU及系统流量分析

经过现场调研，该企业生产汽车壳体等物料SKU数量约20种，零部件物料在生产区组盘后由人工叉车搬运至立体库进行存储，通过对企业生产规模以及发货单等进行数据分析，得知该立体库出入库流量需求为：入库5托盘/小时，出库13托盘/小时；在AGV产线运行区域，共对接20个产线设备供货点，每个点位2个小时消耗一托物料；同时结合产线人工消耗物料节奏及载具转运流量的需求，共配置2台四向穿梭车、4台叉车式AGV、1台托盘换层提升机。

5.载具单元设计

由于该企业生产的汽车壳体零部件物料具有重量大、外形不规整等特点，经过规划后，采用仓储笼作为物料载具进行存储，仓储笼尺寸为L1200×W1000×H1250mm，底部为四向进叉川字底结构托盘，四周设计护栏及围网，同时为方便人工在产线取用物料，在宽度方向上采用可开门设计，仓储笼如图6所示。

图6 仓储笼

6.系统功能分区及设备配置

为满足汽车零部件存储及配送需求，结合物料生产工序，方案设计时规划出入库区、货架存储区、出库区、加工区、清洗区等功能分区，如图7所示。

图7 厂房布局及功能分区

立体仓库总体布局如图8所示，包含入库区、出库区、货架存储区。

图8 立体仓库总体布局图

托盘四向穿梭车立体库适用于少品种大批量、对“先进先出”要求不高的托盘物料，立体库硬件设备配置详见表1。

表1 厂房布局及功能分区

根据现场调研得到的场地尺寸，货架设计总高度约7.65m，最上层货位高度约8.5m，换层提升机高度约9.17m，货架设计为5层（部分区域3层设计），层高为1.65m，立体库立面设计如图9所示。

图9 厂房布局及功能分区

03自动化立体库工艺流程 

在仓储管理系统（WMS）的精准管理和仓储控制系统（WCS）的调度指挥下，输送系统精准输送，托盘四向穿梭车接驳物料精准存取，配合换层提升机的换层功能，实现托盘四向车及物料的跨层流转，同时配合叉车AGV，将物料精准、及时送达产线工位上。准确、通畅的流程设计，可以让立体库运转井然有序。

1.入库流程

入库流程如图10所示，具体包括：

物料生产完成后，人工使用手持PDA扫描仓储笼上的托盘以及物料码，将物料与托盘绑定，完成组盘。

图10 入库流程图

填写入库单据，WMS自动生成入库任务，下发给WCS调度设备。

人工驾驶叉车将组好盘的整托物料板搬运至立体库入库口辊道输送机上。

检测光电被触发后，输送线自动开始运转输送，依次经过条码扫描、外形检测、称重复核，全部核验通过后向前输送，如有一项不合格，系统将报警并退回入库站台，等待人工处理。

WCS调度四向车搬运，一层直接存入货位，如需要存到高层货架，则调度提升机接驳四向车连同货物一层实现跨层。

入库完成后，WCS反馈任务完成状态，WMS系统结束入库任务。

2.出库流程

出库流程如图11所示，具体包括：

加工生产车间发起物料需求，WMS根据订单自动生成出库任务单。

图11 出库流程图

WCS生成调度任务，调度四向车取出目标托盘，一层直接通过提升机出库，高层物料则调度提升机到达对应楼层，将物料搬运到一层。

托盘通过提升机、输送机输送到出库站台。

AGV将托盘搬运到需求站点；向上层反馈执行结果，出库任务结束。

3.AGV产线配送流程

AGV叫料工位配置有按钮呼叫器，配套LED显示屏，AGV配送流程如图12所示，具体包括：

人工通过呼叫器进行呼叫AGV从库内搬运货物至叫料位置，供产线使用。

图12 AGV产线配送流程图

人工通过呼叫器呼叫AGV至产线下料位置，将满框货物搬运至清洗暂存区。

04自动化立体库软件系统架构 

信息管理系统作为整个物流系统的指挥和控制系统，是物流系统的调度核心和信息存储处理中心。信息管理系统构建在先进的工业控制网上，运行于计算机网络系统与数据库环境下，系统构建以集成技术为核心，实现物流指令快速、准确地执行及物流信息的收集、处理、传送、存储和分析，并做出正确的决策以协调各业务环节，从而实现物料高效有序地流动和科学管理以满足工厂作业计划的需要。同时，还通过对物资消耗、库存分析，及时、准确地了解某一段时间内的生产情况，为企业信息决策支持系统提供基础数据，为上级管理信息系统提供生产物流信息。

系统体系架构纵向可分为软件系统组织架构图（见图13）所示的几个层次：

图13 软件系统组织架构图

1.接口交互层

接口交互层用于计算机系统与企业ERP/MES系统的数据传输及业务驱动，是信息管理层与外围系统的数据桥梁，按照约定下发和上传业务数据。

2.信息管理层

信息管理层用于仓库货位、物料、人员、统计报表等统一管理，一方面接收接口交互层的数据输入，另一方面需要根据业务数据的不同进行相应处理。同时，需要根据调度监控层的数据反馈进行业务处理，并将接口交互层输入的数据处理后反馈给接口交互层。

3.调度监控层

调度监控层指WCS调度系统接收到信息管理层的任务指令后，分解指令，并通过调度算法合理调度设备执行层的各个设备，并将指令进行下发，以驱动设备搬运执行。调度监控层也在实时接收设备执行层的状态反馈，通过界面实时反映设备的运行状况。

4.设备控制、执行层

设备控制、执行层指各个搬运设备通过Profinet工业以太网技术与WCS通讯，设备在接收WCS任务指令后进行指令分解，并执行相应的搬运动作。同时，将执行状态数据反馈给设备监控层进行监控。

05三维建模助力自动化立体库建设 

在自动化仓储物流系统规划设计工作中，对系统进行建模是不可缺少的一项工作，运用计算机建模技术，将仓储系统转换成三维立体模型，结合现场调研数据建立仓库模型图，一方面可以直观展现自动化立体库效果图，另一方面可以规避立体仓库与周围厂房建筑设施干涉情况，及时发现问题并调整方案，为后期项目实施保驾护航。

1.建模软件介绍及模型效果

在自动化物流仓储行业，常用的建模软件有3D MAX、SKETCHUP、FLEXSIM等，本项目采用SKETCHUP2018软件进行建模，结合前期现场调研数据，建立仓库建筑模型，而后依次对立体库货架、输送设备、提升机、四向车、AGV等进行建模，完成整体模型的搭建，在搭建三维过程中，发现多处立体库货架与土建厂房干涉情况，及时有效地进行调整，使得项目实施顺利开展，项目三维模型效果如图14所示。

图14 立体仓库三维效果图

2.立体库建成落地实际效果

通过前期细致的调研，结合三维建模等技术，保障系统顺利实施，该企业自动化立体仓库系统顺利建成落地，为企业降本增效发光发热。立体库实景，如图15、图16和图17所示。

图15 自动化立体仓库实拍

图16 立体库出库口实拍

图17 AGV实拍

06项目运行效果 

自动化立体仓库建成投入使用后，使该机械制造企业的仓储空间利用率提高300%，物料信息管理高效快捷，信息追踪、库存管理精准把控，数据管理准确率达99.99%，自动化程序提升90%，节省80%人工成本；通过引入AGV系统，实现“出库－搬运－产线配送－清洗配送”的全流程自动运转，解决了人工叉车在产线拥挤堵塞问题，后期生产车间与立体库间的搬运由人工叉车改为AGV后，该企业从生产入库、出库、产线配送实现全流程自动化，降低人工成本，企业实现降本增效，满足企业高密度存储、高周转效率需求，低成本运营，极大提高了企业核心竞争力。

通过这一项目，可以看到自动化立体库是助力机械制造企业发展的一大利器，可显著提升仓储容量、提高自动化程度、减少人工错误率及降低人工成本，实现全面数据化、可视化管理，为企业实现“降本增效、节能降耗”奠定坚实基础。