鄧賢發(fā) 汪洲 梁金勝

摘要：隨著物流技術的不斷發(fā)展，自動化立體庫得到了廣泛應用。在汽車售后配件管理中研究和應用自動化立體庫，有助于提升配件的倉儲物流管理水平。本文以某汽車主機廠售后配件自動化立體庫建設項目為例，通過研究和集成應用新一代料箱機器人、窄巷道自動化存取技術、智能倉儲管理系統(tǒng)和設備調度系統(tǒng)等新技術、新裝備，實現配件訂單對接、供應商來料接收入庫、庫區(qū)庫存管理、揀貨出庫以及盤點的全流程自動化，提升了汽車售后配件庫的自動化、少人化和數字化管理水平。

關鍵詞：售后配件；自動化；立體庫；倉儲管理；調度系統(tǒng)

中圖分類號：U468.8 文獻標識碼：A

0 引言

汽車售后配件作為服務備件的一種，其需求的產生來源于預防性的保養(yǎng)和故障維修[1]。其通常具有以下特征。

（1）品類多：通常每一輛汽車由1 ～ 2 萬種零配件組成，而不同種類汽車配件也有眾多差異，導致了售后配件品種常常在數萬甚至十萬級以上。

（2）尺寸范圍廣：售后配件從小到一顆螺釘螺母，大到頂蓋側圍等鈑金件，尺寸范圍從數毫米到數米。

（3）訂單零散：售后配件按照4S 店需求采用訂單拉動式發(fā)貨，訂單零散，具有一定波動性和不確定性。

（4）材質和包裝雜：汽車配件材質包括金屬、玻璃和塑料件等多種類型，包裝形態(tài)常規(guī)有紙箱、木箱和氣泡膜等。

（5）標準化水平低：一般汽車售后配件涉及供應商數百家，產品包裝、供貨能力等標準化水平參差不齊。

因上述品類多、尺寸范圍廣以及訂單零散等特征，汽車售后配件倉儲自動化水平通常不高。行業(yè)內也多以高位貨架、閣樓或托盤堆垛等方式進行存儲，通過手動液壓車和普通叉車等物流設備輔助人工完成庫內業(yè)務操作，現場作業(yè)和管理效率低，員工勞動強度大。隨著物流用工成本的逐年遞增，汽車售后配件倉儲的傳統(tǒng)物流作業(yè)模式越來越無法滿足現代化物流發(fā)展的需求[2]。

在汽車售后配件管理中研究和應用自動化立體庫，有助于提升配件的倉儲物流管理水平。本項目研究應用的自動化立體庫位于某汽車主機廠售后配件庫內，主要用于中小配件的倉儲存放和出入庫管理。目的是通過建設小件自動化立體庫，實現對應配件的自動化作業(yè)，提高倉儲空間利用率和物流揀貨發(fā)運效率[3]。

1 整體方案設計

1.1 整體思路

基于汽車售后配件特征和小件物料存儲和出庫特點，本項目選擇合適的配件倉儲品類和揀選方式，對提高整體存儲能力和效率起到至關重要的作用。對于出庫頻率和數量相對較高的快銷品，采用“貨到人”的揀選模式，可以充分發(fā)揮自動化和智能化效益，減少人工揀選時在庫內走動找貨造成的效率損失，提高現場作業(yè)效率[4]。

另外，整體方案設計和自動化設備選擇上需要綜合考慮人機工程和現場安全。要最大程度減少人工搬運、行走和機器切換調整等場景，并兼顧充電安全、消防安全和作業(yè)安全。

1.2 整體布局

本項目所在的售后配件庫由堆垛區(qū)、閣樓貨架區(qū)、高位貨架區(qū)和收發(fā)區(qū)域組成（圖1）。倉儲操作以人工為主，配合手動液壓車和叉車等常規(guī)物流工具。其中，閣樓貨架區(qū)主要為小件存放區(qū)。本項目的自動化立體庫就選取閣樓區(qū)附件堆垛區(qū)域，以減少現場改造成本。綜合配件庫現場條件和訂單作業(yè)的效率需求，自動化立體庫整體設計要求：占地面積不超過500 m2，高度不超過6.00 m，設計庫容不少于5 800 個，出入庫綜合效率不少于200 箱/h。自動化立體庫主要分為自動化存儲區(qū)、理貨區(qū)和出入庫操作區(qū)（圖2）其中出庫操作區(qū)包括播種墻和揀選工作臺，主要用于對揀貨出庫配件進行整理和集貨。入庫操作區(qū)主要將待入庫料箱輸送上線，然后通過傳送系統(tǒng)，傳送至自動化存儲區(qū)。自動化存儲區(qū)由窄巷道貨架和自動化搬運機器人等組成，主要是完成料箱的自動化存取和搬運。

1.3 整體業(yè)務設計

入庫采用滾筒輸送線設計，配備讀碼器和移載抓稱重檢測設備。出現超重30 kg 或其他異常時會有聲光報警提醒，異常箱子經移載排出隔離，不影響其他入庫任務。輸送線緩存段可同時緩存6 個料箱，滿足料箱機器人單次最大裝載量。輸送線速度為0.5 m/s，輸送線緩速啟動和停止，設置調速、防止打滑和警示裝置，滿足輸送線防護要求（圖3）。

庫區(qū)存儲主要采用具備智能算法的IWMS 系統(tǒng)，滿足先進先出原則，提供庫存記錄查詢、調整和理庫，并根據庫存情況進行物料預警，傳遞預警信息給相應物流人員。出庫采用U 形滾筒輸送線設計，配備讀碼器、移載和工作站電腦組件及其配套等，滿足拆零出庫和物料回庫需求，支持出庫揀選誤操作，出現異常時會有聲光報警提醒。輸送線緩存段可同時緩存10 個料箱。輸送線速度為0.5 m/s，并設置調速功能。輸送線緩速啟動和停止，設置防止打滑和警示裝置。

每個出庫工作站背后設置流利貨架播種墻亮燈揀選（圖4），單個工作站支持15 個訂單同時進行揀選。該項設計符合人體工程學，采用模塊化設計，方便拆解與組裝，維護維修簡單。

2 主要硬件設備的設計與選擇

2.1 料箱的設計

基于配件ABC 分類管理的理念，對配件進行發(fā)貨頻次分析（圖5）。選擇月銷售頻次大于3 的品種共6 000 種，發(fā)貨行項11.1 萬，占小件發(fā)貨頻次86%。經對潛在6 000 種存儲配件進行尺寸和質量分析，采用自動化立體庫常用的存儲單元規(guī)格設計方法[5]，最終設計選擇了尺寸為600 mm×400 mm×300 mm 的標準料箱，單箱最大承重30 kg?？紤]進一步拓容和柔性倉儲的需求，料箱采用二、四分格設計，分格板可靈活拆卸。料箱粘貼箱碼和二維碼，長邊貼格口一維碼（圖6）。

2.2 貨架的設計

結合標準料箱和場地尺寸，設計貨架最佳數目確定的整數規(guī)劃模型[6]。假設貨架層高為h ，貨架每個貨格長度和寬度分別為l 和w ，單個工作站支持15 個訂單同時進行揀選。該項設計符合人體工程學，采用模塊化設計，方便拆解與組裝，維護維修簡單。貨架層數為m ，沿長度方向貨格數量為n ，貨架底層離地間距為h 0，則貨架總高度H 為：

結合倉庫建設區(qū)域長度L 總和寬度W 總分布，貨架沿寬度方向分布。設貨架分布總排數為u ，u /2 表示料箱機器人服務的巷道個數，料箱機器人服務的巷道寬度為W 1，自動化立體庫其他料箱機器人是自動化立體庫中最核心的設備。本項目采用的A42型料箱機器人在機身的底盤前后均設有安全型激光雷達避障模塊，可在機器人行走過程中精確檢測障礙物的位置和距離，最大檢測距離長達3 200 mm（圖9），并伴有聲光報警和語音功能，能充分保障現場作業(yè)安全。

3 系統(tǒng)管理軟件

本項目系統(tǒng)管理主要包括IMHS 智能倉儲管理系統(tǒng)和ESS 機器人調度系統(tǒng)，與外部系統(tǒng)采用黑盒的對接方式。整體架構設計如圖10 所示。

3.1 智能倉儲管理系統(tǒng)IMHS

為精準高效實現自動化立體庫配件的出入庫和倉儲管理，項目組定制化開發(fā)了智能倉儲管理系統(tǒng)IMHS。該系統(tǒng)具備入庫業(yè)務、出庫業(yè)務、理庫、庫存盤點、庫存管理、物料管理、組織關系管理以及用戶權限等功能，能有效控制并跟蹤作業(yè)過程。同時，與倉庫原WMS 管理系統(tǒng)通過標準接口進行數據對接，確保配件庫整體業(yè)務的協(xié)同穩(wěn)定。

3.2 機器人調度系統(tǒng)ESS

項目組結合自動化立體庫調度控制需求，搭建了機器人調度控制系統(tǒng)ESS（圖11）。該系統(tǒng)實現了機器人地圖模型建立、多路徑最優(yōu)規(guī)劃、多任務負載均衡以及多機器人交通動態(tài)調度管理等功能。

4 項目應用效果驗證

某主機廠售后配件庫通過此次自動化立體庫設計和應用，相較原閣樓貨架人工揀貨作業(yè)模式相比，在同樣500 m2 的倉儲面積下，出庫效率提升56%，入庫效率提升100%，庫容拓展提升51%，人工揀貨員減少3 名，人力成本降低60%（表1）。

5 結束語

本項目通過集成使用新一代料箱機器人、窄巷道自動化存取技術、智能倉儲管理系統(tǒng)和設備調度系統(tǒng)等新技術、新裝備，實現了配件訂單對接、供應商來料接收入庫、庫區(qū)庫存管理、揀貨出庫及盤點的全流程自動化。該項目在倉儲坪效提升、現場操作效率提升和人力成本的降低等方面取得顯著效果，提升了汽車售后配件庫的自動化、少人化和數字化管理水平，為汽車售后配件在智能倉儲建設方面提供了參考與指導價值。

【參考文獻】

[1] 申利俊. 汽車售后配件安全庫存研究[D]. 秦皇島： 燕山大學，2020.

[2] 杜宇， 于旭， 寧丹陽， 等. 自動化立體倉庫的系統(tǒng)設計及應用驗證[J].組合機床與自動化加工技術，2020（4）：114-117+122.

[3] 張洪波. 自動化立體倉庫設計與實現[J]. 新型工業(yè)化，2021，11（6）：22-24.

[4] 張國維.AGV 智能倉庫訂單揀選問題研究[D]. 北京： 中國科學院大學，2021.

[5] 陳傳軍， 檀智斌， 賈楠， 等. 自動化立體庫存儲單元規(guī)格設計方法[J]. 制造業(yè)自動化，2021，43（10）：144-146+152.

[6] 黃恒偉， 張漢江， 肖偉. 自動化立體倉庫設計中貨架貨格數目確定的整數規(guī)劃模型[J]. 系統(tǒng)工程. 2005（S1）：93-97.

作者簡介：

鄧賢發(fā)，本科，工程師，研究方向為汽車生產制造、汽車銷售、倉儲物流運行管理、物流規(guī)劃以及物流新技術新模式與應用等。