自動化立體庫系統(tǒng)主要由貨架、堆垛機、配套的物流輸送設(shè)備、自動控制系統(tǒng)及管理信息系統(tǒng)等構(gòu)成，能自動完成貨物存取作業(yè)，提高生產(chǎn)制造的智能化與高效化。立體庫系統(tǒng)的各個物流環(huán)節(jié)都可能決定立體倉儲系統(tǒng)的綜合性能。

　　某現(xiàn)場自動化立體庫系統(tǒng)中設(shè)有3臺雙貨位堆垛機，負(fù)責(zé)存儲生產(chǎn)原材料和空托盤，并為生產(chǎn)線供給原材料。

堆垛機I 堆垛機II 堆垛機III

　　圖1 立體庫系統(tǒng)布局

　　原材料通過U80生產(chǎn)線進(jìn)入立體庫，節(jié)拍為70盤/h，生產(chǎn)線U30和U80的生產(chǎn)節(jié)拍分別為30盤/h、80盤/h。以下為簡化描述，將輸送機按段編號為A,B~S,輸送系統(tǒng)局部如圖1所示，入庫段輸送機為每臺堆垛機提供3個入庫緩存位，定義編號K~S。

　　在D和H兩段輸送機位置，設(shè)有產(chǎn)生托盤入庫任務(wù)的RFID信息識別點，RFID的另一個作用是調(diào)度所識別托盤的下一步去向。原設(shè)計思路考慮到雙貨位堆垛機每次能處理兩個托盤，故將返回的空托盤每兩個編為一組，在H點將兩個托盤的入庫任務(wù)分配給同一臺堆垛機。

　　3個巷道出庫的原材料依次經(jīng)編號為I-J輸送機，供給U80生產(chǎn)線，返回的空托盤經(jīng)C-F-H到達(dá)入庫緩存位；去往U30生產(chǎn)線的原材料路線為I-B-D-E，空托盤經(jīng)由H點返回立體庫。

　　現(xiàn)場運行后發(fā)現(xiàn)入庫段的3個緩存位不夠用，經(jīng)常有第4個托盤堵在H或H至I之間的輸送主干線上，同時伴隨立體庫中需要去往U30的原材料出庫，導(dǎo)致環(huán)形輸送線C-D-H-I(如圖1虛線矩形所示）上的貨物無法流通，影響生產(chǎn)，必須人為介入疏通環(huán)線。

　　一、原因分析

　　根據(jù)實際問題，初步分析導(dǎo)致環(huán)線堵塞的幾個可能原因：

　　1)堆垛機效率不足，延誤了后續(xù)托盤入庫；

　　2)庫前區(qū)輸送機效率低，后續(xù)入庫的托盤排隊至輸送環(huán)線，后續(xù)流入環(huán)線的托盤逐漸積壓引起堵塞；

　　3)輸送機入庫緩存位置少，按現(xiàn)有的空托盤入庫任務(wù)分配機制，第1組空托盤占據(jù)2個緩存位，如果堆垛機沒有及時處理，第2組托盤又分配給同一巷道，第4個托盤（即第2組的第2個托盤）就會停在輸送線主干線上等待入庫，從而產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，如果每條巷道有4個入庫緩存位，輸送線堵塞可以緩解；

　　4)貨物出入庫的控制、參數(shù)設(shè)置不夠優(yōu)化，比如規(guī)定單次出、入庫任務(wù)的托盤數(shù)量，由于產(chǎn)品種類比較多，貨物入立體庫時只能采用混合存放，出庫時貨物分種類、依時間屬性先入先出，這種需求就導(dǎo)致堆垛機作業(yè)時，不能在一個位置取出兩托盤貨物。

　　為明確問題原因，進(jìn)一步現(xiàn)場觀察并測量需要的設(shè)備實際數(shù)據(jù)，測試自動化立體庫系統(tǒng)的實際節(jié)拍前，讓U30和U80兩條與立體庫對接的生產(chǎn)線滿負(fù)荷運行，采用人工計數(shù)法測量立體庫輸送系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點的極限流量，即在固定時間段內(nèi)統(tǒng)計通過的托盤數(shù)量，可以直接從立體庫管理調(diào)度系統(tǒng)中提取堆垛機貨叉的取放貨的運行記錄,從而得到堆垛機的實際節(jié)拍。

　　該次有針對性地選擇了主干線上的D段輸送機和U80生產(chǎn)線上的最長段輸送機。

　　測量時發(fā)現(xiàn)，受輸送主干線托盤緩行甚至堵塞影響，人工計數(shù)法獲得測量輸送線的極限流量，只能采用秒表計時法，即用秒表測量出一個托盤從前一段輸送機末端至完全離開所測段輸送機所用的時間，單個托盤經(jīng)過D段輸送機耗時25s，合144盤/h，通過最長段輸送線耗時24s，合150盤/h；

　　觀察堆垛機發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)?個托盤堵在輸送主干線H位置，等待第1臺垛機處理入庫任務(wù)時，由于后續(xù)托盤無法輸送至入庫段緩存位，第2、3臺堆垛機常處于閑置狀態(tài) 。

　　提取堆垛機貨叉的運行記錄，得到與現(xiàn)場一致的結(jié)果，0.5h的時間段，第1臺堆垛機10次復(fù)合作業(yè)共處理31個托盤，合62盤/h，第2、3臺堆垛機均是7次復(fù)合作業(yè)，各處理20個托盤，合40盤/h。3臺雙貨位堆垛機單次處理2個托盤的滿載頻率分別為55%、57.1%和42.8%。

　　測試單臺堆垛機效率和輸送機輸送效率，節(jié)拍與設(shè)計結(jié)果一致。

　　基于以上分析可知，入庫緩存位數(shù)量充足，堆垛機及輸送機節(jié)拍足夠，問題的主要原因是輸送主干線堵線，3臺堆垛機未滿負(fù)荷運行，排除輸送線堵線影響，3臺堆垛機的節(jié)拍總和至少會達(dá)到180盤/h，滿足生產(chǎn)線原材料入庫、U30生產(chǎn)供給、U80生產(chǎn)供給的流量總和。

　　如果能進(jìn)一步提高堆垛機的滿載頻率，自動化立體庫的極限能力還將有所提高。

　　二、優(yōu)化方法

　　根據(jù)輸送線問題原因，提出兩種解決方案：

　　方案一，通過新添輸送機，增加入庫路徑防止堵塞，但同時會增加設(shè)備投入成本及以后的維護(hù)費用；

　　方案二，在控制上進(jìn)行優(yōu)化，防止環(huán)形輸送線堵線，也是該次采用的比較節(jié)約成本的方案。從使用的角度出發(fā)，在現(xiàn)有設(shè)備布局基礎(chǔ)上，進(jìn)行了5處優(yōu)化，提高自動化立體庫的智能化及堆垛機的滿載頻率。

　　1）優(yōu)化1：去往U30生產(chǎn)線的原材料托盤及從U80返回的空托盤在輸送機C處合流，之前C點的控制邏輯為A、B兩點的托盤先到先行，分析后發(fā)現(xiàn)經(jīng)B處的托盤均是去往U30生產(chǎn)線，不會堵在D點等待，所以優(yōu)化C段輸送機，空位時優(yōu)先B段輸送機上的托盤通行，這樣既不影響輸送效率，也不會增加環(huán)線內(nèi)托盤數(shù)量，因而降低了堵線風(fēng)險；

　　2）優(yōu)化2：優(yōu)化H段輸送機的托盤通行，由于F處和G處的流量分別與生產(chǎn)線U80和U30匹配，所以優(yōu)先F段輸送機通行并不影響慢節(jié)拍的U30生產(chǎn)線，而且還會達(dá)到如優(yōu)化1疏通輸送線環(huán)線的效果。

　　3）優(yōu)化3：優(yōu)化H處RFID的入庫任務(wù)分配，控制程序中添加符合實際需求的算法，在3個巷道庫存平均的基礎(chǔ)上，通過編程序判斷每個巷道入庫緩存位上托盤數(shù)與該巷道動態(tài)托盤入庫任務(wù)數(shù)之和（即靜態(tài)托盤數(shù)+動態(tài)托盤數(shù)）的大小，將新到的托盤分配給最小和的巷道，不僅從動態(tài)流程上防止托盤入庫引發(fā)輸送主干線堵塞，而且避免了單臺堆垛機任務(wù)過多，實現(xiàn)堆垛機無閑置。

　　4）優(yōu)化4：替換兩個托盤為一組的入庫模式，改為單托盤分配巷道模式，從而達(dá)到充分利用入庫緩存位置和堆垛機的目的。

　　5）優(yōu)化5：延長入庫緩存位上托盤的等待時間，當(dāng)?shù)?個托盤未到達(dá)緩存位置時，堆垛機繼續(xù)執(zhí)行其他的出庫任務(wù)，當(dāng)2個托盤就位或者第1個托盤等待時間超時時，堆垛機再執(zhí)行入庫操作，基本保證雙貨位堆垛機單次處理2個托盤，提高堆垛機作業(yè)效率。

　　經(jīng)過以上優(yōu)化，現(xiàn)場再次測試自動化立體庫系統(tǒng)，庫前區(qū)輸送系統(tǒng)主干線堵塞問題得以解決，并達(dá)到預(yù)期效果，3臺堆垛機的滿載頻率分別達(dá)到64%、68%和65%，出入庫能力總和可達(dá)187盤/h，自動化立體庫系統(tǒng)的智能化程度也有所提升。

　　優(yōu)化1和優(yōu)化2在不改變物理設(shè)備的前提下，減少托盤輸送過程中的等待時間，從電氣層面提高了輸送系統(tǒng)的智能化程度，避免托盤在環(huán)形輸送線內(nèi)無法流通；

　　優(yōu)化3一改固定規(guī)則的入庫任務(wù)分配，結(jié)合庫存均勻性的原則，采用程序統(tǒng)計計算的動態(tài)控制方法，將托盤入庫任務(wù)依次分配給合理的巷道，使各臺堆垛機任務(wù)量趨于均勻，提高出入庫作業(yè)總數(shù)量；

　　優(yōu)化4從根本上解決了庫前輸送主干線的堵塞，兩個托盤為一組的入庫模式勢必會有第4個托盤堵線的弊端，而單托盤分配巷道模式，可以充分利用庫前區(qū)的9個緩存位，同時提高堆垛機的作業(yè)效率，即使第10個托盤堵在主干線上，也會在最短的時間內(nèi)移動至相應(yīng)的緩存位；

　　優(yōu)化5從滿載頻率的角度出發(fā)，提高堆垛機入庫效率，因而堆垛機有更多的時間處理出庫作業(yè)，從整體上講堆垛機的節(jié)拍也得到了提升。

　　三、結(jié)論

　　1）現(xiàn)場實測結(jié)果不僅有助于確認(rèn)問題的根本原因，還有助于找到問題解決方案的最優(yōu)選擇；

　　2）通過分析關(guān)鍵點輸送路徑，可以為邏輯控制提供理論依據(jù)，優(yōu)化整個物流輸送系統(tǒng)，如所述的輸送機B處和F處；

　　3）貨物入庫時，雙托盤為一組的任務(wù)分配機制，對雙貨位堆垛機是最優(yōu)選擇，但針對不同的輸送系統(tǒng)，卻不一定是最優(yōu)解，只有結(jié)合實際并認(rèn)真分析，才能讓物流系統(tǒng)更優(yōu)化；

　　4）為實現(xiàn)立體庫系統(tǒng)的自動化，需要控制程序指導(dǎo)設(shè)備運行，為實現(xiàn)立體庫系統(tǒng)的智能化，程序中需要有更符合實際需求的控制算法。