本文以某部隊物資器材自動化立體倉庫規(guī)劃設(shè)計和改造為例，結(jié)合現(xiàn)有庫房現(xiàn)狀并采用多種不同形式的自動化物流倉儲技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)、3D數(shù)字孿生、可視化等新技術(shù)，最終完成了自動化倉庫的整體規(guī)劃和實施應(yīng)用。本文可為今后軍方物資器材儲備自動化方案的總體規(guī)劃設(shè)計工作，提供科學(xué)的理論和參考依據(jù)。

加快建設(shè)現(xiàn)代軍事物流體系和軍隊現(xiàn)代資產(chǎn)管理體系，已納入國家和軍隊重點建設(shè)戰(zhàn)略規(guī)劃，物資器材倉庫作為現(xiàn)代軍事物流體系建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)有配套設(shè)施和管理手段相對落后，進(jìn)行現(xiàn)代化改造和技術(shù)升級的需求迫切。立足現(xiàn)有條件和任務(wù)需求，引入地方先進(jìn)成熟技術(shù)方案對老舊倉庫進(jìn)行現(xiàn)代化升級改造，以期更快融入現(xiàn)代軍事物流體系并取得良好軍事經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)實地踏勘，現(xiàn)有在用庫房多為平庫地堆存儲模式，普遍空間利用率較低、規(guī)模小、設(shè)備落后，存在儲備物資少、占地面積大、物資信息管理落后、應(yīng)急響應(yīng)速度慢等不足。庫房物資器材堆碼雜亂，管理模式傳統(tǒng)粗放，庫房出入庫、盤庫清點等作業(yè)均是人工完成，人工強(qiáng)度大，收發(fā)效率低，加之在編職工保管員數(shù)量日益縮減，部隊官兵更迭頻繁，使得發(fā)展滯后的庫房管理和搬運(yùn)模式成為制約器材保障快速發(fā)展的最大瓶頸，對現(xiàn)有庫房智能化和信息化改造，實現(xiàn)機(jī)器換人，減員增效，成為軍方達(dá)成的普遍共識。

本文以某部隊物資器材自動化立體倉庫規(guī)劃設(shè)計和改造為例，對多形式倉儲系統(tǒng)在軍方物資儲備舊庫改造中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹分析。

一、設(shè)計目標(biāo)

在系統(tǒng)規(guī)劃方面，綜合器材保障未來發(fā)展趨勢，兼顧器材保障業(yè)務(wù)及管控職能，突出器材精細(xì)化和信息化管理優(yōu)勢；針對性提出相應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計，使物流系統(tǒng)更具模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化，實現(xiàn)自動化物流系統(tǒng)“平時保障、戰(zhàn)時應(yīng)戰(zhàn)、急時應(yīng)急”多種模式；結(jié)合先進(jìn)的現(xiàn)代器材管理理念，充分利用功能區(qū)域及應(yīng)急保障措施，以信息化為核心，突出智能化倉儲、自動化輸送以及托盤一貫化承載輸送作業(yè)，從而降低勞動強(qiáng)度，提高器材保障效率，打造具有先進(jìn)性、引領(lǐng)性的示范工程。

二、設(shè)計范圍

本次項目規(guī)劃內(nèi)容，包括對4棟庫房（2號、6號、7號、9號）進(jìn)行存儲、作業(yè)、管理的全系統(tǒng)現(xiàn)代化改造；對X棟現(xiàn)有庫房進(jìn)行倉儲管理信息系統(tǒng)運(yùn)用；項目內(nèi)容還包括相應(yīng)配套的土建地面改造、消防系統(tǒng)及中控室的建設(shè)等。

三、總體規(guī)劃設(shè)計

本次系統(tǒng)的工藝設(shè)計，以先進(jìn)性、功能性，以及對未來發(fā)展的拓展性為建設(shè)依據(jù)，結(jié)合當(dāng)前需要，立足空間布局。整合營區(qū)業(yè)務(wù)流程、物流動線、作業(yè)節(jié)點等關(guān)鍵管控因素。業(yè)務(wù)流程活動區(qū)域按照作業(yè)特點設(shè)置，既實現(xiàn)了器材的分類管理，又增加了作業(yè)面積，實現(xiàn)了建筑空間的最大化利用。

1.關(guān)于2號庫房的改造實施

2號庫房建設(shè)于1975年，建筑長53.55米×寬17.5米×高3.8米，面積約950平方米。庫內(nèi)設(shè)施陳舊，地面條件、庫房高度等條件較差，存儲作業(yè)采用傳統(tǒng)的“固定貨架+人工叉車”的存儲和搬運(yùn)模式，存儲空間利用率和出入庫效率較低。

圖1：2號庫房現(xiàn)狀

鑒于庫房條件和存儲物資特點，根據(jù)空間利用率最大、存儲品項最多的原則，排除常規(guī)自動化立庫方案，諸如堆垛機(jī)、四向車等，選取電動移動貨架作為最終實施方案。電動移動貨架一般在3～6米高的庫房空間安裝應(yīng)用，適合少樣多量、低頻度的器材存儲；在方便存取每一項貨品的同時，不受器材存儲順序的影響，可電腦控制，操作簡單，方便庫存管理，現(xiàn)場作業(yè)省力、省時，能提高管理水平和生產(chǎn)效率。

改造后的庫房，采用電動移動貨架為主要存儲設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)尺寸塑料托盤為主要載具，托盤承重為1000kg。庫房共設(shè)計21排電動移動貨架，貨位數(shù)量774個，可存儲物資800余立方米。

圖2：2號庫實施效果圖

正常作業(yè)模式下，僅留有一條約3.5米的作業(yè)通道，其他面積均用作存儲托盤貨物，即實現(xiàn)了密集化存儲，又實現(xiàn)了任意位置托盤存取及時化。庫房改造后，設(shè)計存儲量為原有庫房的3倍，可節(jié)約70%的倉庫工作空間，地面使用率達(dá)到80%。與此同時，貨架底部安裝有電機(jī)驅(qū)動，可實現(xiàn)電腦控制，自動化作業(yè)，極大提高了庫房管理水平和作業(yè)效率，降低了工作強(qiáng)度。

2.關(guān)于6號庫房的改造實施

6號庫房建設(shè)于上世紀(jì)80年代，建筑長53米×寬19.5米×高11米，面積約1035平方米。庫房存儲作業(yè)采用“平地堆碼+人工叉車/行車”模式，垂直空間實際利用率不到30%，作業(yè)效率低下且管理模式落后。

圖3：6號庫房現(xiàn)狀

鑒于庫房條件和存儲物資特點，根據(jù)空間利用率最大、存儲貨位最多原則，經(jīng)與巷道堆垛機(jī)方案貨位、效率以及靈活性等方案對比，選取托盤四向車作為最終實施方案。四向車穿梭板式自動化密集倉儲系統(tǒng)的核心設(shè)備，包括托盤四向穿梭車、專用垂直提升機(jī)和配套貨架等。四向穿梭車結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行速度快，采用無線通信，不僅能夠在配套的貨架軌道上四向行駛，還能利用垂直提升機(jī)在貨架內(nèi)實現(xiàn)換層作業(yè)，提高了貨架布局和庫內(nèi)作業(yè)的靈活性。四向車具有廣泛適用性，適合不同高度庫房、柱子過多庫房、形狀不規(guī)則庫房的自動化改造，具有充分的靈活性和可拓展性。

改造后庫房采用穿梭板式貨架為主要存儲設(shè)備，托盤四向車為主要搬運(yùn)工具，標(biāo)準(zhǔn)尺寸塑料托盤為主要載具，托盤承重為1000kg。庫房共設(shè)計10排穿梭式貨架，垂直高度上6層存儲，貨位數(shù)量1602個，可存儲物資2245余立方米。

圖4：6號庫實施效果圖

在空間拓展性上，能夠在任意方向拓展存儲空間，可充分利用庫房立體空間，垂直空間拓展后的空間利用率可達(dá)90%以上（原有庫房利用率約30%）；在出入庫能力上，能夠隨時通過增加或減少四向穿梭車數(shù)量來改變作業(yè)效率，改造后采用6臺四向車作為主要存取設(shè)備，實行托盤化存儲和轉(zhuǎn)運(yùn)，極大提高了器材收發(fā)速度，比原有人工作業(yè)效率提高近4～5倍；在存儲密度和貨物類別上，可以動態(tài)改變庫房的存儲密度和貨物類別，可較好滿足部隊器材快速增長的需求。

3.關(guān)于7號庫房的改造實施

7號庫房新建不久，建筑長192米×

寬27米×高12米，面積約5200平方米。庫房土建已經(jīng)按高架庫要求進(jìn)行設(shè)計實施，該庫具有合理的布局結(jié)構(gòu)和良好的土建構(gòu)造，為實現(xiàn)自動化改造提供了有利的基礎(chǔ)條件。

圖5：7號庫房現(xiàn)狀

庫房目前采用的是“固定式高位貨架（約11米）+人工高位叉車”的存儲和搬運(yùn)形式?？紤]到高層貨架的人工操作不便性和危險性，目前整體高位貨架僅利用底層進(jìn)行物料存儲，造成大量的垂直空間浪費(fèi)。與此同時，與平庫管理模式相比，該庫房倉庫管理人員數(shù)量并未有實質(zhì)性降低，人工勞動強(qiáng)度依舊很大。

考慮到資金投入和改造簡易性兩方面，對庫房進(jìn)行信息化和自動化改造，加固已有貨架結(jié)構(gòu)并采用高位叉車式AGV對物料進(jìn)行存取和搬運(yùn)。不同于普通叉式AGV，高位叉車式AGV作業(yè)時門架帶動貨叉前移，伸出到前輪之外取放器材，行走時門架帶器材收回，使器材中心在支撐面內(nèi)。這種前移式叉車AGV具有操作靈活性和高載荷的優(yōu)點，擁有較佳的平衡力、穩(wěn)定力，同時可以節(jié)省空間，減少轉(zhuǎn)彎半徑，適合于通道較窄且高度較高的高位貨架倉庫搬運(yùn)裝卸作業(yè)，其最高可將器材提升至9米的高度存儲。

 改造后的庫房保留現(xiàn)有貨架和托盤不變，采用高位叉車式AGV為主要搬運(yùn)工具，具有較高的智能化、自動化和柔性化，不但增加了現(xiàn)有庫房的空間使用率（改造后的庫容量可在已有基礎(chǔ)上翻倍存儲），實現(xiàn)該庫房的智能化、無人化、自動化和信息化，也緩解了日益減少的倉儲管理人員與激增的器材數(shù)量之間的突出矛盾，既立足當(dāng)前需要，也適應(yīng)未來發(fā)展。

圖6：7號庫實施效果圖

改造后的庫房，可將庫管人員減少至1～2名，且操作安全性高，將現(xiàn)有“人找貨”模式轉(zhuǎn)換為“貨到人”，不僅大大降低了庫管人員的勞動強(qiáng)度，減少行走距離，也大幅提高了庫房的物流轉(zhuǎn)換效率，目前庫房配備4臺AGV，可根據(jù)訂單需求同時作業(yè)，較原有人工收發(fā)作業(yè)效率提高近4～5倍。

對于現(xiàn)有10米高的貨架，人工操作叉車時因高度原因產(chǎn)生的掉貨、高貨位物料位置偏斜以及叉車誤碰撞時有發(fā)生；改造后則可完全避免，極大提高庫房的操作安全性，最大化保護(hù)貨物和人員安全，將危險因子降至最低。

4.關(guān)于9號庫房的改造實施

9號庫房建于上世紀(jì)80年代，建筑長52米×寬12米×高6米，面積約625平方米，主要用于存儲小件物資，比如五金配件。庫房目前采用的是“固定式擱板式貨架（約3米）+人工登高車輔助”的存儲和搬運(yùn)形式?？紤]到高層貨架的人工操作不便性，成品紙箱拆包后形成的散件由人工按區(qū)域放置于擱板貨架存儲，對于較高層貨架物資的取放，還需借助登高設(shè)備進(jìn)行輔助作業(yè)，操作極為不便。目前該庫房存儲狀態(tài)已經(jīng)嚴(yán)重飽和，物資器材已經(jīng)在門口大量堆積無法入庫，亟須改造庫房以解決器材無處存放的處境。

圖7：9號庫房現(xiàn)狀

鑒于庫房條件和存儲物資特點，根據(jù)空間利用率最大、存儲貨位最多原則，選取料箱四向車+“貨到人”系統(tǒng)作為最終實施方案。

改造后的庫房采用料箱四向穿梭車為主要存儲設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)尺寸塑料周轉(zhuǎn)箱為主要載具，料箱承重為50kg。庫房共設(shè)計9排穿梭式貨架，垂直高度上9層存儲，貨位數(shù)量5760個，可存儲物資415余立方米。

改造后的立體庫可最大化利用現(xiàn)有庫房垂直空間，使庫容量達(dá)到最大，較原來增加300%庫容量，而且自動化設(shè)備可以使需要的物料到達(dá)指定位置，實現(xiàn)“貨到人”的操作理念，無需人工取放和搬運(yùn)，可最大程度降低操作人員勞動強(qiáng)度、提高作業(yè)效率（單人作業(yè)效率提高約10倍）、降低揀貨差錯率，滿足物資器材日益增長的需要。

圖8：9號庫實施效果圖

四、物資信息系統(tǒng)設(shè)計

1.現(xiàn)有庫房信息管理的狀況

目前庫房管理信息化程度不高，主要采用手寫貨位卡片和物料卡片并人工計入賬本的方式進(jìn)行管理，這就需要依托大量的人力物力，對于一些品規(guī)較多、出入庫頻率較高的倉庫，這樣的管理方式顯得捉襟見肘，不僅降低了出入庫效率，還大大增加了出錯概率，對于管理人員整體素質(zhì)及穩(wěn)定性要求也較高。

針對以上情況，對區(qū)域內(nèi)具體改造倉庫進(jìn)行信息化管理和建設(shè)，并逐步向庫區(qū)內(nèi)其他倉庫進(jìn)行擴(kuò)展和改造。對物料和周轉(zhuǎn)箱進(jìn)行二維條碼和RFID信息管理，使該標(biāo)簽成為具備二維條碼信息、RFID信息及文字信息的綜合管理載體。

圖9：WMS系統(tǒng)架構(gòu)

2.智能化物資信息系統(tǒng)的設(shè)計

物資器材信息系統(tǒng)是自動化物流系統(tǒng)的調(diào)度核心和信息存儲處理中心，運(yùn)行于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之上，上聯(lián)部隊信息管理系統(tǒng)，下聯(lián)工業(yè)實時控制系統(tǒng)。

物資器材信息管理系統(tǒng)總體設(shè)計思路，主要考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、二次開發(fā)、易操作性，業(yè)務(wù)擴(kuò)展或業(yè)務(wù)改變時，能快速增加新功能以適應(yīng)部隊業(yè)務(wù)需要。

（1）系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)自動化物流系統(tǒng)的功能分析，依據(jù)自動化物流系統(tǒng)的設(shè)計原則，將自動化倉儲系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分為3個層次：外圍信息層、TIMMS層（TINF信息接口層、物流管理層、物流調(diào)度層）、設(shè)備執(zhí)行層。以下是對各層次的功能分析：

外圍信息層

外圍信息層為部隊上位物資信息管理系統(tǒng)。

外圍接口層

TINF信息接口層實現(xiàn)TIMMS與外圍信息層的各類系統(tǒng)信息接口，實現(xiàn)信息的自動流轉(zhuǎn)，為倉儲物料的流動提供高可跟蹤性。

物流管理層

物流系統(tǒng)管理層主要實現(xiàn)物流系統(tǒng)的管理功能，通過調(diào)整配置參數(shù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的定義，實現(xiàn)倉庫的管理。

物流調(diào)度層

物流調(diào)度控制層接收管理層下達(dá)的任務(wù)指令，分解并通過作業(yè)接口層下達(dá)給具體的作業(yè)執(zhí)行層。通過對象轉(zhuǎn)換插件的設(shè)計方法，集成不同類型的物流設(shè)備。

設(shè)備執(zhí)行層

作業(yè)執(zhí)行層是集成了各種執(zhí)行設(shè)備的工業(yè)控制網(wǎng)或?qū)Ｓ每刂葡到y(tǒng)。在本系統(tǒng)中主要包含的設(shè)備有：電控輸送設(shè)備、四向車、AGV等。

（2）主要功能

①倉庫管理系統(tǒng)（WMS）

WMS系統(tǒng)實現(xiàn)倉庫管理層的功能，通過對器材托盤和倉庫貨位進(jìn)行全面的信息化管理和對調(diào)度模塊信息進(jìn)行收集歸類、整理和分析，實現(xiàn)倉庫器材的自動化存儲和出入庫，及時準(zhǔn)確地反映倉庫器材的收發(fā)情況、儲備狀況，有效控制器材的存儲成本，為部隊器材倉庫決策提供準(zhǔn)確、快捷的材料和數(shù)據(jù)支持。

WMS系統(tǒng)主要功能有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、貨位管理、組盤管理、出入庫管理、批次管理、質(zhì)量狀態(tài)管理、庫存管理、移庫管理、盤庫管理、綜合查詢和報表管理、用戶權(quán)限管理、任務(wù)管理、客戶化功能等。

②倉庫調(diào)度系統(tǒng)（WCS）

調(diào)度控制系統(tǒng)是連接業(yè)務(wù)管理層及設(shè)備執(zhí)行層的樞紐，與WMS系統(tǒng)進(jìn)行通信，接收WMS系統(tǒng)的任務(wù)指令，分解下達(dá)給各執(zhí)行設(shè)備，并反饋設(shè)備執(zhí)行情況，為上層管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)采用數(shù)字孿生3D技術(shù)實現(xiàn)自動化立體庫內(nèi)設(shè)備監(jiān)控場景的縮放、旋轉(zhuǎn)、平移，可以根據(jù)需要調(diào)整監(jiān)控視角，使得監(jiān)控不留死角，同時場景中的設(shè)備可以根據(jù)位置數(shù)據(jù)模擬移動反映設(shè)備當(dāng)前位置，可以通過顏色直觀反映設(shè)備的狀態(tài)，還可以通過點擊設(shè)備了解設(shè)備的詳細(xì)狀態(tài)和任務(wù)信息，有效提升了用戶體驗，可實現(xiàn)實時監(jiān)控可視化、設(shè)備監(jiān)控可視化、設(shè)備管理可視化、設(shè)備故障可視化、庫存貨位可視化以及模擬仿真、仿真優(yōu)化等。

圖10：托盤四向車系統(tǒng)3D數(shù)字孿生監(jiān)控界面

五、總結(jié)

本項目根據(jù)原有庫房基本條件及作業(yè)需求特點，針對性地采用了4種不同的自動化存取模式，主要有電動移動貨架立庫、標(biāo)準(zhǔn)塑料托盤四向車立庫、標(biāo)準(zhǔn)料箱四向車立庫、高舉升式AGV立庫，通過改造可滿足現(xiàn)代軍事物流對器材大幅持續(xù)增加的要求。與此同時，在信息化建設(shè)層面，智能化倉儲系統(tǒng)WMS的應(yīng)用使倉儲信息維護(hù)管理工作簡單、易操作，項目首創(chuàng)性地將3D數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到軍方倉儲系統(tǒng)，在提升信息化管理水平的同時，也使操作工的作業(yè)難度減至最低，實現(xiàn)操作零誤差，從而大大提高了作業(yè)效率。

本文對部隊物資器材儲備庫的自動化改造進(jìn)行了深入研究，對軍方物資器材物流體系的構(gòu)建和實現(xiàn)起到推動作用，對部隊同類型儲備庫的建設(shè)也具有一定指導(dǎo)作用和現(xiàn)實意義。