随着现代科学技术的发展, 高新技术逐步应用于仓库的业务管理, 自动化立体仓库系统是适应经济发展的需要而在近代崛起的新型仓储系统[1,2]。自动化立体仓库系统是在计算机直接控制和管理下能自动地存取并实现综合自动化管理货物的多层仓库存储系统, 可以实现管理现代化、存取自动化, 能按指令自动完成货物的存取作业, 并能对库存的货物进行自动化管理, 是企业实现现代化管理的一种高效方法[3,4,5]。

传统的模具仓库管理特点是手工记账, 人工统计数据, 且存储方法采用平面式放置, 仅适用于模具进出量少、占地面积大的仓库[6]。而飞机钣金零件一般都有复杂的曲面外形, 大部分零件的成形至少需要一套模具, 有的带翻边孔、异向弯边, 而同向二次弯边带闭角的复杂零件则需要2套及以上模具[7], 加上单机零件数量庞大, 生产批量小, 因此所需模具的数量十分庞大, 对存放模具场地的需求自然与日俱增。随着时间的积累与新项目的不断投产, 存放模具对场地需求量的日益增长与捉襟见肘的平面模具仓库面积之间的矛盾越来越尖锐;与此同时, 传统的手工记账模式不能及时、准确地反映模具存储信息。传统的模具仓库管理模式增加了较长不增值的生产准备时间, 延长了零件交付周期[8,9]。

传统的仓库管理模式已不能适应现代飞机钣金零件生产的需要, 基于此, 本文对现有的平面仓库进行了合理规划, 设计了自动化立体仓库系统。

合理布局储存空间。储存空间包括物理空间、潜在利用空间、作用空间及无用空间。根据现有的有效场地, 在规划和设计立体模具库储存空间时, 充分考虑到钣金模具的形态和钣金零件生产实际情况, 以及柱子间距、有效高度、通道和收发站台等因素, 在立体仓库内设置了功能区域, 如自动化立体仓库 (小型模具存放区) 、大型模具存放区 (用来存放拉型模与落锤模) 、入库暂存区、出库暂存区、消防通道等。自动化立体仓库示意图如图1所示[10]。与此同时, 规划出立体仓库内合理的流程, 从而有效地保持库内安全通畅。

图1 自动化立体仓库示意图  下载原图

按需配置仓储设施设备。仓储设施设备由收发设施设备、储存设备、搬运和输送设备等组成。立体仓库由6个巷道组成并配6台堆垛机和6台调运小车, 其中2台载重为3t, 4台为2t。在每个巷道的一端设置调运小车, 负责几种不同规格模具的出入库。堆垛机由机架、行走机构、起升机构、装有货叉的载货台和控制系统5部分组成[11]。由于钣金零件年均交付量涉及军民机达100余万件, 月均交付量达8～9万件, 通过统计计算每天进出模具190套吞吐量, 立体仓库仓储辅助设施配置如下:3台平衡重式叉车, 分别为8t、3t和2t;3辆电瓶车, 用来搬运不同质量和尺寸的模具。对于尺寸小的模具, 如:手打模、下陷模, 则采用人工三轮车来搬运。

建立以计算机为核心的信息化管理系统。钣金模具的账目、出入库作业、仓位存储情况、各类报表、巷道机工作状况等均依赖计算机提供, 并且人工掌握信息正确与否也与计算机信息系统直接相关联。自动化立体仓库系统录入信息程序界面如图2所示。

以计算机为核心的信息化立体仓库管理系统预先对立体仓库进行排、列、层的规划及对仓位存储状态的定义, 将立体仓库作如下规定:第5～8排为3t制库位, 其余为2t制库位。同时将仓位存储状态分为:空闲仓位、工作仓位、空托盘仓位、有货仓位、临时仓位、封闭仓位。由于立体仓库管理系统模具存储模型的构建, 使得库房保管员能随时随地清楚各机型模具存储情况。

图2 自动化立体仓库系统录入信息界面  下载原图

构建完整的仓位编码, 优化仓库管理流程。由于模具形态千变万化, 为了便于管理, 规定了特定的仓位编号。其仓位编号由货位类型代号 (L或S) +排号+列号+层号组成。库房保管员通过计算机输入各机型模具的仓位编码, 就可以准确、及时地将模具配送到各工段, 解决了以前需要靠手工记账、人工统计, 出入库效率极端低下的问题。自动化立体仓库操作流程如图3所示[13]。

图3 自动化立体仓库操作流程  下载原图

建立按 “先进先出”法进行模具出、入库作业的管理。立体仓库里的模具进行出、入库作业时, 必须经过人与计算机对话后, 由计算机发出指令, 按 “先进先出”法进行出、入库作业的管理流程。进行出库作业时, 经过人与计算机对话, 把出库的模具名称、仓位编码、出库的数量输入计算机, 出库作业方式分为整盘出库、分拣出库、指定出库及按先进先出法自动出库。进行入库作业时, 把所需入库模具名称、仓位编码及入库数量输入计算机, 由计算机根据仓位存储情况自动分配仓位, 入库方式分为整盘入库、补充入库、指定入库与自动入库[13]。

创建“清晰明了”的模具存储动态监控流程。自动化立体仓库存储状态信息如图4所示, 图4直观地反映出立体仓库每排货架的使用情况、库存托盘分布图示、每个货位的当前状态等。自动化立体仓库管理系统可对2t仓库及3t仓库存储情况进行动态监控, 同时可以计算出整个仓库的利用率。这样仓库保管员可以“清晰明了”地掌握仓库存储动态, 为实现模具准时、高效配送打下了扎实的基础。

图4 自动化立体仓库存储状态信息  下载原图

以工段需求计划为目标, 打造模具准时、高效的模具配送流程。现代物流管理追求的目标可以概括为“7R”:将适当数量 (right quantity) 的适当产品 (right product) , 在适当的时间 (right time) 和适当的地点 (right place) , 以适当的条件 (right condition) 、适当的质量 (right quality) 和适当的成本 (right cost) 交付给客户[13]。自动化立体仓库管理系统建立后, 通过运用现代物流管理理念, 不断地梳理仓库管理流程, 理顺内部客户关系, 对仓库管理进行流程再造。同时提出了以各工段生产计划为拉动, 以工段为中心的生产物流配送思想, 打造了一套符合准时制管理理念的准时、高效立体仓库配送流程, 其配送流程如图5所示[14]。

图5 一套符合准时制理念的立体仓库配送流程  下载原图

突破了钣金模具存储瓶颈, 节省了场地面积。由于平面仓库储存率低, 传统的仓库已完全不能满足使用要求, 大量模具只能占用生产场地, 并超高或占用绿色通道, 没有场地甚至只能堆放在厂房外露天空地, 传统平面仓库的现场环境脏、乱、差。而自动化立体仓库管理系统运行后, 根据模具存储动态监控流程显示的数据表明, 平面仓库使用率为90%, 3t位基本满库, 2t位的使用率达90%, 整个库房的利用率达95%。由于3 000m2的自动化立体仓库大幅度增加仓库高度, 充分利用库房面积与空间, 减少占地面积, 较传统的模具仓库管理节省场地近1 100m2。

减少了生产准备时间, 提高了生产效率。自动化立体仓库管理系统运行前, 工人需要到库房借模具, 由于距离长, 生产变动因素较多, 工人从本工段到平面库房借还模具平均需要50min, 带来了大量不增值时间, 生产准备时间长。原参与模具管理和辅助人员有20人, 但随着日益增加的任务量, 若仍按原来的模式运行, 至少需28人。而自动化立体仓库管理系统运行后, 通过梳理模具管理流程, 成立配送中心, 飞机钣金模具由搬运工按生产计划指令要求, 由立体仓库配送至各零件生产工段, 减少了不增值的走动时间, 生产效率提高了45%。由于工人专于加工零件, 使得生产效率大大提高, 直接表现为零件交付速率明显加快, 零件交付数量提高了53.8%。立体仓库运行前后效果对比情况如图6所示。通过使用自动化立体仓库管理系统平均每年减少生产准备时间43 980h。若按工时45元/h, 定额完成率为1.2来计算, 直接节省237.006万元/年。通过改变运行模式和工作流程, 现有管理和辅助人员13人, 实际减少7人, 仅此1项每年节约人工成本36.4万元 (按年平均工资5.2万元/人计算) 。

图6 立体仓库运行前后效果对比情况  下载原图

本文以自动化立体仓库管理系统为平台, 解决了传统平面库房存在的模具进出库效率低、占地面积大等问题, 并将现代物流管理理念融入到钣金模具存储管理中, 主要创新点如下:

a.立体仓库充分利用了库房面积和空间, 减少了占地面积, 增加了存储空间, 突破了模具存储瓶颈约束。

b.钣金模具存储实现了自动化、信息化, 并按“先进先出”法进行存储和组织管理。

c.提出了以满足工段生产需求为目标的物流配送思想, 打造了一套符合准时制管理理念的准时、高效立体仓库配送流程, 减少了不增值的生产准备时间。