当前位置: 输送机 >> 输送机介绍 >> 密集型智能仓储中计算机系统的设计与应用
本文以重庆凯安机电制造有限公司的穿梭车自动化密集库物流项目为案例背景,针对该项目的计算机系统进行整体概述及分析总结。结合配件、成品物流仓库在机械制造行业的业务流程及行业特征,从计算机系统的软件架构、系统设计、功能模块和业务流程等多个方面,归纳总结出计算机系统在密集存储物流项目中的典型应用案例。
生产和销售是企业运营过程中的两大基本活动,也是企业效益的根本源泉。将生产和销售紧密衔接,合理、高效地管理配件及成品仓库,是企业经营管理的一个重要环节。
自动化密集存储仓库可以在有限的占地面积内最大化地提高库存储位,具备投资成本回报率高的特点。合理的总体规划、良好的物流装备集成,将自动化密集存储仓库成功应用到配件/成品的入库、库存管理、生产出库及商业配送等业务环节,可以全方位地提高企业物流管理水平,对生产和销售提供辅助决策分析支撑数据,降低人力资源成本,最终达到提高企业核心竞争力的目的。
本文结合机械制造行业密集存储仓库中的规划设计和业务流程分析,详细阐述了计算机系统的信息集成。通过对计算机系统的软件架构、功能模块、业务流程等进行归纳、总结,诠释了穿梭车式自动化密集仓库及其计算机系统的设计、开发和实施。
一、物流的整体规划
1.项目的整体规划和设备选型
本系统的整体规划平面图和立体仓库侧视图,如图1、2。
(1)立库货架
本自动化密集存储仓库共五层,中间的巷道堆垛机将仓库划分为左右两个库区。每个库区分别设计了个巷道,每个巷道9个货位,总货位数为个。
之所以选择密集存储仓库,源于在存储货位数量相同的情况下具备造价成本低、占用面积小、空间利用率高等优良特点。
(2)输送机设备
由6台输送机组成输送线,入库与出库共用一条线,位于立库区右下角的第一层。该方式可以降低输送机设备的投资成本,节约占地面积。
(3)堆垛机和穿梭车
堆垛机1台,穿梭车1台,用于在巷道内移载实托盘及空托盘组,如图3。
通过堆垛机搭载穿梭车,可以将穿梭车移载至立体库任意楼层的任意巷道。既提高了穿梭车在水平和垂直方向上换道的速度,同时又避免了配置换层提升机、穿梭母车,另外不需要在各个楼层安装穿梭母车轨道。
(4)条码阅读器
1套,用于在入库时识别托盘条码,以获取入库托盘信息。
(5)生产机台
10台,生产机台的生产成品是汽车门铰链,加工制造过程中消耗的配件为阴铰链、阳铰链、衬套、插销等。
(6)滚筒输送线
20条无动力倾斜的实料箱滚筒输送线,用于将实料箱搬运至生产机台。
1条有动力的空料箱滚筒输送线,用于将生产完毕后形成的空料箱自动回收至组盘入库区,便于后续组盘入库。
(7)生产出库通道
将立体库一层的20个巷道划分为生产出库通道,每2个出库通道对应1个机台,每个出库通道与实料箱滚筒输送线一一对应。该方式既不用单独设计生产出库通道,又节约了项目占地面积。而对于货位利用率的小幅降低,可以忽略不计。
(8)直角坐标机械手
1套,在水平和垂直方向运动,当生产出库的实托盘抵达自动拣选工位时,直角坐标机械手将托盘上的零配件料箱抓取至生产机台左右两端的无动力滚筒输送线,供生产机台加工。
(9)LED显示屏
1套,用于显示出入库输送线的当前出入库品牌、出入库数量等,以有效引导员工作业。
2.主要业务流程
(1)组盘流程(如图4)
(2)入库流程(如图5)
(3)导库流程(如图6)
(4)出库流程(如图7)
二、计算机信息系统概述
1.系统架构
计算机信息系统是以物料仓储、供应服务、衔接生产、集中管理、信息全线跟踪等为核心的在线物料管理系统,是信息管理、物流调度的中枢神经。物流信息系统担负了在线物料过程管理,通过调度系统下达物流指令,保障了物料存储管理、生产前储备。向上可与企业ERP、MES、商业配送等管理系统连接,同时衔接设备控制子系统,保证了信息的上传下达。
计算机信息系统集物料管理、物流供应、仓储管理等于一身,实现物料收、发、存管理。物流计算机系统按照体系架构及应用部署,可以分为信息管理层、调度监控层、设备执行层三个层次,如图8。
(1)数据接口层API
负责从ERP、MES、商业配送系统等获取物料基础信息、组盘数据、出入库计划、销售发货单等信息,并为企业信息管理系统实时反馈库存、出入库单据信息等,实现承上启下的业务管理功能,实现全厂各个信息系统之间系统集成、接口兼容、互联互通和资源共享。
(2)信息管理层的WMS
主要通过仓库管理模块实现物流信息管理层的功能,对采集的信息进行归类、整理和综合分析,以实现仓库的管理。提供人员角色管理、系统参数管理、货区货位管理、产品资料管理、收发货管理、出入库管理、搬运任务管理、库存管理、质量管理、报表分析统计等业务处理。仓库管理模块对物料进行全面的信息化管理,及时、准确地反映物料的收发情况、库存状态、储备状况,为企业生产及销售提供智能辅助决策分析。
(3)调度监控层的WCS
接收并分解物流管理层的任务,通过设备子系统接口协议下达至具体的设备执行层,对物流过程进行统一的调度,并对各个物流环节、现场设备、流程参数及工艺点进行监视和控制。系统设计集成不同厂家、不同类型的物流设备,完成综合调度、集中控制、状态监视、异常报警、日志记录等功能。
2.网络拓扑结构
重庆凯安穿梭车密集库自动化物流系统的网络拓扑结构如图9。从上至下分为计算机信息系统、电控系统、设备执行子系统等。该结构适用于机械制造、食品加工、医药及烟草等行业。
三、计算机系统设计
1.数据存储方案
(1)硬件部分
采用双机热备服务器,主/备服务器为IBMM4,磁盘阵列为IBMV。
主/备服务器,双硬盘做RAID1数据冗余,当一个硬盘失效时,系统可以自动切换到镜像硬盘上读/写,损坏硬盘可以热插拔更换,冗余机制自动完成硬盘的数据同步;磁盘阵列做RAID5,在一块硬盘离线或故障的情况下保证数据的正常访问,数据库创建在磁盘阵列的共享盘上;正常情况下,主服务器拥有磁盘阵列共享盘的访问控制权,SQLSERVER数据库启动在主服务器上;当主服务器出现故障或人为关机时,备服务器接管数据库服务及阵列共享盘;双机热备系统SQLSERVER数据库的IP地址是漂移IP,以保证一台服务器宕机而另外一台服务器接管数据库服务后,客户端能够正常连接。
(2)软件部分
操作系统为WINDOWSSERVER企业版,数据库为SQLSERVER关系数据库。
结合重庆凯安物流项目的用户需求和业务流程,以层次结构和功能模块为维度,设计出一系列的数据表,主要包括用户表、参数表、物料表、位置表、容器表、单据表、台账表、任务表、请求表、日志表、控制表、设备表、路径表等,以存储物流集成系统的基础、业务及流水数据等。
考虑到自动化物流系统对数据响应的及时性要求较高,故将任务驱动部分的具体实现部署在数据库端,通过存储过程实现出入库任务的产生,具体包括产生出入库单据、入库托盘及搬运任务等,对于复杂的货位搜索及事务处理可以保证快速地得到相应的结果。另外,存储过程涉及的知识点就是SQL结构化查询语言,容易掌握,利于敏捷开发。
2.仓储管理/调度控制方案
该项目中,开发平台为VS.NET,变成语言为C#,软件架构为C/S架构。
仓储管理系统即WMS系统,调度控制系统即WCS系统。两个系统之间既有相对的独立性,又有很多关联性及耦合性。将WMS系统与WCS系统构建到一个解决方案中,方案下的类库则细分为基础类库、WMS类库、WCS类库和UI类库等。
方案输出为一个服务端与一个客户端,服务端单点部署,客户端多点部署。服务端主要完成产生物流任务,即WMS系统功能;调度物流设备,即WCS系统功能。
客户端则提供人机交互界面,以实现物料、单据、位置、容器等物流管理功能。结合项目规划设计图,以二维图形化界面动态地展示出物流设备,以实现物流设备监视及控制功能。WMS与WCS的WINFORM界面,均使用客户端系统的功能树展开,通过用户角色权限控制操作员的访问和操作权限。
而服务端与客户端之间,通过数据表及WCF技术进行业务及数据交互。
该设计方式,源于软件架构中高内聚低耦合的理念,易于后期的整改维护和版本升级。如图10。
3.数据接口方案
避免信息孤岛,与外围各个信息系统之间接口兼容、无缝互联、资源共享等,是如今仓储物流计算机系统建设的一个重要环节。
在凯安项目中,物流库通过API系统与企业级ERP系统进行数据交互。API系统提供WCF服务,供ERP系统调用;ERP系统提供WEBSERVICE服务,供API系统调用。两个系统之间采用实体对象交互,主要完成了物料、出库单及库存的数据共享。数据接口交互如图11。
4.穿梭车遥控器方案
现今,移动应用在自动化物流领域内,得到了充分广泛的重视和应用。穿梭车遥控器APP基于安卓平台开发,具备设备操作、故障查询、任务查询、异常复位等功能。操作员可通过安卓手机的无线4G等随时下载最新版本,随身携带,就近操作设备。
安卓APP的开发工具为ECLIPSE,编程语言为JAVA。应用了以太网、MODBUS通讯、PLC控制技术,通过无线以太网和PLC进行连接,对PLC所控制的设备进行本地操作及状态查询,替代传统的电控按钮、固定式电脑终端或触摸屏终端操作方式,节约成本的同时提高设备操控的便利性及安全性。如图12。
四、案例分析
1.组盘
物流系统物料的载体为托盘,在重庆凯安项目中,首先将零配件或成品放置到料箱中,之后将料箱放置到托盘上。搭配完毕后,由ERP系统的操作员使用PDA扫描托盘号和物料
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