现代工厂仓储智能管理

陈德木

摘要：企业传统仓库管理往往存在诸多问题：入库登记不规范；人工完成从库房到生产线的物料运输，库内运输效率低下；不同时间生产包装的成品堆积，位于货堆底部的成品出库困难；多品种产品出库需协调多个仓库，程序繁琐。针对这些问题，提出并实践了一套为生产原材料、加工半成品、成品的存储管理全过程进行智能化管控的方案。该方案提出货物使用高架库存放代替传统仓库存放，通过机械手和自动引导车（automatedguidedvehicle,后简称AGV）进行物料和成品的入库出库，通过自动电磁悬挂（electromagneticsuspension,后简称EMS）运输车进行库内运输，不同货架的物料和成品的分拣通过分合流系统进行，最终通过双向堆码垛机送入高架库中进行存放。全过程信息化实现，物料通过托盘上射频识别（radio-frequencyidentification,简称RFID）芯片进行标记、成品通过唯一标识条码配合RFID芯片进行识别，物料和成品在库内位置、状态等信息可实现全程精准可控、智慧管理。本文主要分析现代工厂仓储智能管理。

关键词：数字孪生；分合流系统；智慧工厂；物联网

引言

当今时代，物联网、大数据技术飞速发展，随着物流运输不断向数据化、信息化发展，物流仓储业应紧跟时代脚步。在本次智慧仓库管理方案分析中，我们以技术升级改造项目为例，探讨智能管控在现代仓储中的运用。针对仓储情况，有如下现状：①物料入库需要整托盘入库，散件需要人工或自动配盘入库；②需要存放的物料或成品种类不多，其体积和质量相近；③成品库存区与销售运输区域相连，成品可直接装车出库。

1、仓库内运输

在本文研究环境下，库内运输包括辅料从运输车辆运送至入库站台、经入库站台运送至货架、从货架运输至生产线和成品从生产线运输至货架、货架之间的相互运输以及成品从货架出库等过程。针对物料运输至入库站台，对于整托盘物料直接通过AGV车进行运输，特殊情况下由人工叉车负责运送。散件由人工叉车运送至人工配盘区后由人工配盘。物料从入库站台送至货架分为两部分，第一部分通过传送带进行运输，传送带连接到各个入库站台，对于路线交叉处采用可升降的传输机通过升降控制运输方向。由于货架使用频率较高，若使用AGV或人工叉车等运输方式容易造成堵塞，影响整个系统工作效率，综合考虑下，EMS运输系统是解决货架区域运输的首选。自动电磁悬挂车辆根据预定轨道运行，变轨装置的存在使运送路径得以多样选择，通过良好的调度管理和精确的控制技术实现高效的运输。分合流系统是一种先进高效的自动分拣系统，其一般由输送部分、设备自动控制部分和物联网系统组成。本仓库中分合流系统分为三个部分：二楼入库分合流设备、一楼出库分合流设备及提升机。其中入库分合流设备包括含1个货物主要入口和17个分类出口、提升机入口，另外包含不合格的物体剔除口、物体回流口和环形输送机各一个。物体从主要入口进入，在通过环形分合流轨道后可以最多分成17个种类进入仓库进行存储。出库分合流设备，该设备分为6个入库口、8个出库口、提升机出口、不合格的物体剔除口、物体回流口和环形输送机。将通过这6个入库口将仓库中的物体输送到出库分合流设备，然后在8个出库口进行出库装车。提升机可以在将一楼的货物提升到二楼并进入入库分合流设备，进行分类。

2、智能仓储管理系统设计

RCS系统采用AGV与仓库iWMS系统对接，对接协议采用海康标准接口协议。其主要目的是，在仓库库存相对较多的情况下，帮助准确定位物料的储存地点，并为储存和挑库、回收等提供一些便利。同样，它可以提高仓库管理的效率。此外，配备智能管理系统的机器人可以通过导航系统进行直线运动和分岔运动等操作，可以用机械手臂轻轻叠放和抓取。前激光避障有助于避免人为设置障碍物而在机器人的道路上碰撞。支持液晶显示、声光报警以报告人机友好的相互作用；设备状态显示为双色led。设备必须通过网络进行管理，因此在设计系统时应注意通信服务，例如应用5G技术。设计RCS+iWMS系统的总体架构，即机器人规划控制系统。整个系统由两个子系统组成:底部机器人控制系统(RCS)和书架管理系统(iWMS)。机器人控制系统(RCS)由管理中心服务(RCS-WEB)、机器人控制服务和警报管理服务组成。管理中心负责配置和管理资本服务资源信息。机器人控制部门负责移动机器人的控制和管理，其中一个部门负责物理空间仓库设备的管理和维护。货架管理系统(iWMS)负责接收甲方WMS系统发出的库存清单和指令，进行自匹配分析，将它们发送到机器人控制系统，执行、监测和维护子任务，以确保业务信息的完整执行。

3、智能输送装备与无线网络

(1)接入点安装可在顶部安装，墙壁安装可在顶部安装，安装时建议接入点倾斜角度为7 ~ 9度，建议接入点高度为3 ~ 5米。(2)接入点的数量必须合理且过大，不能引起接入点之间的干扰，可参照以下评估方法:如果接入点的发射功率为20dBm，如果AGV必须带有金属支架，则接入点的复盖范围设计为半径为15米，且如果AGV连接埠不需要连接埠-容器(例如鼓式AGV连接埠)，存取点的涵盖范围设计为半径20公尺。(3)根据不同的接入点型号确定复盖范围和安装方法，特别注意全方位接入点和定向接入点之间的区别。(4)相邻AP信道的配置应分阶段进行，信道应固定:2.4G使用信道1.6.11和5.8G使用信道149.153.157.161.165。5.8G可指2.4G部署。(5)接入点的布局必须充分考虑到物理隔离，如隔离墙。如果有防火墙，无线信号穿过墙壁很弱，信号强度断层就会断裂。这些特别地区应考虑增设接入点，例如沿AGV公路沿防火墙门增设接入点，以避免信号中断。(6)必须确定相邻AP信号的重叠范围大小，这是接入点布局的关键，由STA的漫游交换策略、AP和STA之间的匹配阈值、STA的最大移动速度和AP/AC支持的交换时间共同确定一般来说，建议每个存取点在存取点和存取点讯号强度范围内都有一个-65dB的强度范围。智慧储存系统目前已被广泛使用，不仅是物流业用来进行智慧存货管理5G时代，通信信号的连接速度和质量可能影响网络信息数据的传输情况。随着库存物品数量的增加，管理系统需要不断改进。为了分析应用各种信息技术的好处，探讨如何将这些技术纳入智能存储系统，以优化存储管理服务。本文主要介绍了计算机系统的建设思路，以及人工智能机器人的工作原理和操作方法。在系统架构的实际实施过程中，应注重用户的需求，并考虑如何扩大网络信号复盖面。

4、智能控制及数字孪生平台

在整个仓储区间，几乎所有的设备均连接网络，并通过网络实现控制信号和状态数据的传送。在该项目中，入库站台、出库站台、人工配盘区、机械手、堆码垛设备均配备RFID读写设备，传送带、智能运输车、分合流系统配备扫描装置，可识别物件形状及表面存在的条码信息。AGV车辆通过智能调控系统进行任务分派和路径规划，EMS运输系统根据运输任务实时控制EMS穿梭车速度并调用变轨系统优化路线。库区堆垛机通过智能控制实现货位分配优化，使得在利于管理货物存放的同时，获得较高的效率。正是因为几乎所有设备均通过物联网技术与控制中心连接，由此孕育而生了库区数字孪生平台——虚拟仿真监控管理平台。平台通过综合处理各传感器所读取到的数据，及时进行分析处理，通过虚拟仿真技术实现数字孪生。该平台同时连接数据库系统，实时获取任务信息，将任务信息与传感器数据进行匹配比较，从而低延时、高精度地反映运输线上的实际情况。

结束语

现代工厂发展要面向世界科技前沿、面向经济主战场，勇于创新。通过技术改造实现现代工厂智能仓储运输控制，利用EMS、AGV、分合流设备打造库内智能运输体系；配合传送带、堆码垛设备完成物料、成品位置、状态精确把控；利用虚拟仿真系统实现运输生产可视化管理。该项目结合传感器、物联网、人工智能等关键技术，深入研究并搭建工厂和仓库的三维虚拟监控数字孪生系统，除前述特点外系统具备良好的可扩展性，设备、物料、成品信息可跨系统跨平台共享，促进工业生产车间智能化发展，为现代工厂仓储运输提供可行的解决方案。

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