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    家具企业立体仓库管理及关键技术研究

      信息来源:   发布时间:2021-07-31  点击数:

    0 引言

    家具制造业属于离散型制造,是先将原料在不同加工地点加工成某一部位的零件,最后将不同部位的零件组装成为成品的加工装配型生产,这要求家具企业的仓库对产品的原料、半成品、成品都有一定的储存量,才能够确保企业在生产制造过程中各个阶段能够协调进行[1,2]。同时,个性化定制的提出,让多品种、小批量以及短交货周期成为家具制造业的一大特征,这一特征加速了家具企业柔性制造模式的发展,在提高了效率的同时也增加了分拣工作量,对企业的仓储管理造成了巨大的压力[3,4]

    我国家具制造业起步较晚,信息化以及机械化程度整体较低,大部分企业的作业模式为半机械化甚至是人工作业,包括填单、货品的出入库以及盘点等工作,并且这种仓储模式属于静态存储,而现代家具企业的发展模式对仓储系统的需求不仅仅是存储物品,还要求它具备从入库到出库的输送、分发等方面的管理功能[5,6,7,8],立体仓库作为信息化与自动控制技术相结合的产物,具有利用纵向空间,减少土地面积占用以及企业投入资金;利用信息化控制,做到先入先出以及货物的即时盘点与追溯;减少人工操作,提高货物流动速度以及错误率;合理调节库存,减少企业资金积压等诸多优势,利用自动化立体仓储实现家具企业的信息化高效管理是家具制造业的必然发展趋势[9]

    基于此,本文针对家具行业的仓储管理现状,阐述了实施立体仓库的必要性以及立体仓库管理的关键技术,为家具企业建设与管理现代化仓储系统提供借鉴与参考。

    1 立体仓库的定义与组成

    1.1 立体仓库的定义

    自动化立体仓库又被称作高层货架仓库或自动存取仓库,是涵盖了存放、分发、输送、管理等多种功能的新型企业仓储模式,构成元素包括五个部分,如图1所示。通过利用无线射频以及自动引导小车等先进的自动化技术,可以实现企业的原料、半成品以及成品从入库到出库全过程的自动化,从长远目标来看,是降低企业生产成本,提高企业生产效率的有效手段[10,11]

    图1 立体仓库构成元素

    图1 立体仓库构成元素   下载原图


    1.2 立体仓库的组成

    自动化立体仓库系统是一个构造十分复杂的自动化信息系统,根据系统的不同组成部分,总结归纳出自动化立体仓库有以下几种分类标准,如表1所示。在几种不同的分类方式中,以货架结构为依据最为常见,本文将对这一分类方式中的立体仓库形式进行重点阐述。

    表1 立体仓库类型     下载原表

    表1 立体仓库类型
    图2 单元货架式立体仓库

    图2 单元货架式立体仓库   下载原图


    图3 贯通式立体仓库

    图3 贯通式立体仓库   下载原图


    图4 垂直循环式立体仓库

    图4 垂直循环式立体仓库   下载原图


    图5 水平循环式立体仓

    图5 水平循环式立体仓   下载原图


    1.2.1 单元货架式立体仓库

    单元货架式立体仓库目前是各个领域应用最多的一种仓储形式,如图2所示。在三种形式的货架中,它的通用性最强,对存储货品的要求不高。每两排单元货架成一组,沿着立体仓库的宽度方向设有多组货架,每组货架之间有一个巷道,巷道面积大约占整个立体仓库面积的1/3,自动堆垛机在巷道沿着直线轨道或者U型轨道进行机械行走以及自动存取货物作业,在巷道的一端或两端设有立体仓库的出入口[12,13]

    1.2.2 贯通式立体仓库

    贯通式仓库又称通廊式仓库或者驶入式仓库,如图3所示,组成仓库的所有货架为一个整体,单元货架之间未设置巷道,在空间相同的情况下,对比单元货架式立体仓库,它的储存量是其两倍,空间利用率在三种货架形式中最高,但由于取消了货架之间的巷道,导致在出库时不能实现货物的先入先出,且货架尺寸一定,比较适合大批量、少规格、少品种的货品储存。

    1.2.3 循环式立体仓库

    根据运转方向的不同,循环式立体仓库又可以分为水平旋转式与垂直旋转式两种,如图4、图5所示,循环式立体仓库是通过内部的链条运转实现所存储的货品在垂直或水平方向进行移动,当信息控制中心给出需要出库货品的属性、规格等信息后,循环式立体仓库会将相对应的货品稳定的转到出货口。这种形式的立体仓库对链条等强度要求较高,因此经常运用在货品出入库频率不太高的企业。

    2 构建立体仓库的必要性

    2.1 提高空间利用率

    家具企业属于加工装配型生产,要求对生产所需的原料、半成品以及成品有一定的储存量,并且家具原料与成品体积庞大,要求企业仓库有足够的存储空间,但目前我国土地资源稀少,并且价格昂贵,立体仓库可以通过使用高层立体货架,利用垂直空间,在不扩大土地占用面积的情况下将仓储量扩大至原来的4~7倍,提高了企业的空间利用率,从源头上减少了企业的资金投入[14]

    2.2 提高货物质量与周转率

    首先,传统仓储模式人工作业占比大、过于依赖劳动力,降低了企业物流的效率、准确性以及安全性。其次,由于制作过程的特殊性,家具半成品一般会积累到一定数量后才会传递到下一道工序或下一个车间,导致企业经常因为层积堆叠造成货物积压,堆积在最底层的零件不能实现先入先出。自动化立体仓库采用信息化管理,可以通过利用互联网与自动化技术,减少人工操作,加快货品的流通速度,合理的减少库存数量,在很大程度上减少企业在仓储环节上的资金积压,降低仓储环节的资金压力以及生产成本,让企业能够有更多的资金用于产品的研制与创新[7]

    2.3 实现信息化管理

    货品的储存状态、数量以及完整性是企业重大决策的重要依据,而传统人工盘点的方式不仅费时费力,且效率低、错误率高。立体仓库与企业之间的信息管理系统是高度集成的,可以实现家具企业在管理部分的自动化,避免了信息化“孤岛”的出现。通过立体仓库的实时反应,管理者可以随时了解存储货品的仓储状态以及数量,通过协调库存与生产之间的关系,对生产计划及时做出规划与决策。

    2.4 实现企业均衡生产

    立体仓库可以将传统的仓储作业转变为可以机械化的通过按照物料的规格尺寸、品种、色彩等等而进行自由的选择货位,并且在出库时自动取出物料,按照生产的需要进行先入先出,由一个静态仓库转变为一个动态仓库,符合家具企业短交货周期的交货时间/生产周期≥1的标准,从而实现原材料与家具成品之间的均衡生产。

    2.5 实现特殊材料储存

    制作家具所需要的木材、胶黏剂、漆料等原材料对存储环境以及工作人员的操作要求较高,主要体现在:1)木材具有干缩湿胀的环境特性,需要温湿度与木材自身含水率能够达到一定平衡的存储环境;2)胶黏剂与漆料等属于易燃、有毒物品,不仅需要小心搬运,还需要避光低温保存的存储环境。传统的仓储模式无法实现仓储环境的精准控制,经常会发生由于工作人员操作不当或对仓储环境管理不当导致木材开裂变形甚至是霉变等无法回转的情况。自动化立体仓库基本可以实现整个运作过程的无人作业,只需要部分技术人员在控制室操控自动化设备,可以满足家具仓储环境的温湿度以及光照的要求甚至可以实现仓储环境的全黑暗作业。

    3 立体仓库管理的关键技术

    根据物品的在库状态,企业仓储管理(如图6所示)可以归纳总结为货品的入库管理、在库管理以及出库管理,而物品从入库到出库的整个过程中,都需要通过技术人员利用软件系统操控自动化设备实现,所以,本文从软件管理、设备管理以及操作人员管理三个方面对企业管理仓库的关键技术进行分析与阐述。

    图6 企业仓储管理内容示意图

    图6 企业仓储管理内容示意图   下载原图


    3.1 软件管理

    传统的手工填写方式由于效率低、错误率高等缺点已经逐渐被淘汰,而磁卡、条形码等技术自身也存在很多缺陷,无线射频技术(RFID,Radio Frequency Identification)作为一种新兴技术,利用电磁感应或者电磁反向散射原理可以实现在不直接接触的情况下对仓储货品进行自动识别及记录,具有处理信息高效准确、耐高温、使用寿命长、穿透性强、数据储存量惊人、使用环境要求低、安全性高等诸多优点[15]。目前仓储管理系统(WMS,Warehouse Management System)在制造业中应用比较普遍,通过互联网实现企业各个环节的集约化管理,将RFID技术与WMS系统连接,可以减少货品在流通过程中的人工干预,避免繁琐的人工输入等流程,同时保证操作人员能够及时了解以及处理货物在流通过程中任何问题,提高立体仓库出入库时的拣选工作,降低货品的滞留时间,加快企业的生产进程。

    3.2 设备管理

    3.2.1 堆垛机货位优化

    受个性化定制的影响,家具企业的原料品种趋于复杂多样化,不同规格的原材料种类较多,而自动化立体仓库在建成以后尺寸规格无法进行调整,容易造成存储杂乱,没有规律的现象。按照上轻下重、分区存放以及短距离出入库的原则对货品在入库时进行货位优化处理,按照企业的不同要求,大致有四种不同的分配方法:1)根据出入库频率的高低做定位储存;2)根据货品入库时间的先后做随机储存;3)根据产品规格、属性、流动性做分类储存;4)货品共享货位做共享储存[16]。准确的仓储方式可以有效地缩短仓储货品出入库的距离,从而降低货品流通的时间,同时合理的货位安排还可以增加仓储空间的利用率。

    3.2.2 自动引导小车路径优化

    输送系统在立体仓库系统中发挥着十分重要的作用,它是连接存储与分拣、客户与货品的“纽带”,而自动引导小车(AGV,Automated Guided Vehicle)的数量以及运行路径是影响输送系统最主要的因素。通过遗传算法计算出AGV的最佳运行路线,可以保证AGV能够以最短的路线将货品运输到制定地点,有效的减少无效劳动,提高运输设备的利用率[17]

    3.2.3 设备日常维护

    立体仓库采用先进的自动化设备与管理方式,构成仓库的设备控制系统结构复杂[8],导致操作人员对系统或是设备存在的小问题难以及时发现,当小问题积累成为大问题导致部分系统或设备瘫痪后,整个立体仓库将停止运转,并且设备维修困难,只能依赖于供应商,无法做到故障的及时修复[18],影响整个企业的生产计划,极大的降低企业的生产效率。企业可以通过建立完善的管理与日常维护准则,保证工作人员定期的维护与检查立体仓库的系统与设备,尤其对易发生故障的位置做重点检查,防止小问题变大问题情况的出现。

    3.3 操作人员管理

    传统的仓储模式对工人的体力要求较高,对文化水平要求较低,而自动化立体仓库需要操作人员在控制中心对自动化设备进行操控,这就要求操作人员的技术素养必须达到一定的标准,除了需要具有传统的实物管理、统计分类等能力之外,还需要全面掌握自动化设备是使用技能与维修技能。企业可以通过邀请专业人士对公司的操作人员进行定期培训,并在学习的后期进行考核,以便提高员工的专业素养,避免在工作过程中因为操作不当而产生失误,在无形中提高企业的生产效率。

    4 结语

    自动化立体仓库利用垂直空间,结合信息化与自动化技术构成了先进的物流系统,成为家具制造业乃至中国制造业发展生产的利器,但正是由于它的先进性,导致企业在管理过程中极易出现各种问题。只有真正了解立体仓库,掌握管理自动化立体仓库的关键技术,才能够引导企业正确使用,真正满足企业降低生产成本,提高生产效益的长远发展目标。


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