智慧仓储技术在铝型材挤压模具管理中的应用

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摘要：为了加强模具的库房管理水平，促进提高铝型材挤压厂家产品成形质量、生产计划完成率以及缩短交货周期，本文通过分析智慧仓储技术的成熟度和多样性，结合挤压厂家生产工艺的特点，研究智慧仓储技术对于模库管理的必要性和适用性，做出可供挤压厂家用于选择挤压模仓库型式的分析报告。报告从仓库型式和管理软件两个方面着手，首先介绍了多种不同型式的自动化立体仓库，计算在模具规格和数量相同条件下，不同型式的立体库所占用的库房容积和作业效率；其次介绍了系统集成技术的功能，以及系统集成技术在挤压厂家生产模具、使用模具和模具管理发挥的作用，供模具管理者参考。

关键词：挤压模具管理、智慧仓储技术、自动化立体仓库、WMS仓储管理系统

作者：梁广源 郭庆

山西迎才物流设备科技有限公司

一

引言

目前，大多数铝型材厂家还是采用平库货架的方式存放模具，通过人工填写单据来记录模具的库位，收集和保存的信息仅仅能满足存取和盘点的功能。由于工厂生产品种逐年增多，新老产品淘汰更新频繁，或者由于人事变迁和当初库房管理不善，加上模具管理制度不健全等诸多因素，导致模具在库房堆积如山。这些积存的模具既无太多使用价值，又无形中加重了模具管理负担，使模具的库房清理工作非常艰难，要搞好模具的最低库存管理工作就更难[1]。如果继续采用平库货架的方式，需要通过增加库房和管理人员来解决上述问题，无疑会增加模具管理的成本。

由于铝型材市场竞争激烈，各铝型材厂家都力争以最低的生产成本、最好的产品质量、最短的交货期来提高自身的竞争力[2]。提高模具管理水平和减少库房的成本投入，是厂家降本增效的有效途径之一。

本文将通过对比不同智慧仓储技术的特点，结合铝型材模具管理中的问题，为铝型材厂家提供选择模具库房物流解决方案的方法。

二

智慧仓储技术

智慧仓储技术，也称为第五代自动化立体仓库，是现代物流系统中的重要组成部分。它集成了人工智能、机器学习、物联网、大数据等先进技术，可实现集成化（Integrated）、智能化（Intelligent）、信息化（Information）的仓储管理。

与前几代自动化立体仓库相比，第五代自动化立体仓库不仅在技术应用、系统架构、运营模式等方面都有很大创新和突破，而且仓储搬运设备的型式也呈现多样性。除了传统的堆垛机、无人叉车等，近些年又出现了库内搬运的四向穿梭车、用于自动分拣的料箱机器人等新型技术。这些技术将为企业提供可以适应不同产品存储和功能的仓库型式，通过智能调度、智能规划、智能协同等方式，提高仓库的存储效率、降低运营成本、提升物流服务水平。

在实际应用中，智慧仓储技术可以应用于各种行业和场景，如电商、物流、制造业等。通过引入智慧仓储技术，企业可以提高仓储效率、降低成本、优化供应链管理，从而获得更大的竞争优势。

1.适用于模具存储的自动化立体仓库

自动化立体仓库的型式，可以根据仓库的高度、存储货物的特性、货架的型式、仓库建筑的类型、搬运设备等多种方式进行选择。

结合挤压厂家模具存储和使用的方式，选择四种适用于模具存储的自动化立体仓库进行简单介绍，分别为托盘堆垛机立体库、Miniload堆垛机立体库、推高式无人叉车立体库、四向穿梭车密集库。

（1）托盘堆垛机立体库

托盘堆垛机立体库通常由货架系统、堆垛机系统、输送系统和控制系统等四部分组成，特点是载荷大、储量大、效率高。

图1是笔者所在公司承建的某铝业公司的模具库，储量高达10万套铝挤压模具。

图1 托盘类模具立体仓库

（2）Miniload堆垛机立体库

Miniload和托盘类的主要区别是载荷的不同，前者负载范围在20～500kg之间，后者一般在500kg以上，目前最大可以做到单货位30吨。如图2。

图2 Miniload模具立体仓库

（3）推高式无人叉车立体库

推高式无人叉车覆盖了1000～3000kg的负载范围需求，最高可实现4.5米的提升高度（可定制），极窄的车体厚度，可大大减少运行的通道宽度，有效提升仓储空间利用率；通常适用于库房高度10米以下，作业效率不高的场景；其特点是可以与产线连接，直接将模具送到挤压设备。如图3。

图3 推高式无人叉车立体仓库

（4）四向穿梭车密集库

四向穿梭车是一个集四向行驶、原地换轨、自动搬运、智能监控和交通动态管理等功能于一体的智能穿梭车搬运设备。此类仓库的特点是空间利用率大，不受场地限制，适应多种工作环境，目前最大负载可达1500kg。如图4。

图4 四向穿梭车立体仓库

2.立体库的储量和出入库作业效率对比分析

目前，大多数铝挤压厂家的模具库仍然采用的是平库和传统模具架的型式（如图5）。为便于人工取放模具，模具架通常做到1.3米左右，以至于每平方米储存的模具数量很少，平均为12套左右。库管人员需要到货架内部去寻找和取放模具，取用单套模具的时间平均要6分钟左右。当模具数量随着订单不断增加时，库房和库管人员也需要增加，增大了厂家的运营成本。

图5 某铝业公司模具库

（1）先决条件

设定条件：某主营建筑材料的铝型材挤压厂家现有模具数量为20000余套。

图6 模具载具

模具的载具选用图6的型式，单个托盘的最大装载量为1200kg，按照模具规格进行分类统计，见表1。

表1 模具规格、数量分类统计表

表1的分类结果适用于托盘堆垛机立体库、推高式无人叉车立体库、四向穿梭车密集库三种型式。

Miniload堆垛机立体库需要采用表2的分类方式。

表2模具规格、数量分类统计表

（2）结果对比

根据条件中的需求，分别设计方案，得出主要参数见表3。

表3 不同立库、相同模具的库房容积、作业效率对比

（3）总结分析

从表3可以看出，在同等模具规格和数量的条件下，托盘堆垛机立体库的占地面积最小，即空间利润率最大。对于托盘堆垛机立体库，每平方米的模具数量是36套，是平库的3倍。实际上，堆垛机立体库的高度还可以增加。按照我们以往承建模具库的经验，用于模具的堆垛机立库最高可以做到16米，这样存储数量能达到平库的5～6倍。

表4 不同立库、相同模具的单位储量(每平方米)

其他类型立库的单位储量，如表4所示。

从表3还可以看出，立体库的作业效率明显要高于人工，而且立体库采用的托盘存储，一次取放的不一定是一套模具。以托盘立库为例，一个小时平均作业量可以看作是60次乘以8套，即将近480套模具。当然，需要通过提前规划好模具的存储方式，确保取用的模具正好在同一个托盘上，才能进一步提高立库的作业效率。要实现这一过程，离不开模具管理数据的统计分析和生产排单信息的同步更新。

3.小结

科学合理的仓库布局和设计可以提高仓库的作业效率。规范化的库存管理和物料处理方法可以减少错误和损失，提高货物的准确性和处理速度。使用合适的设备和技术支持可以提高工作效率和准确性，同时降低人为错误的风险。

智慧仓储技术的综合应用将大大提高铝型材厂的整体运作效率，从而实现更快的模具更换和更及时的货物交付，增强企业的竞争力。

三

系统集成技术

随着智慧仓储技术迭代发展，相应的仓库管理系统已超出最初设计的功能范畴，扩展为可以与多种企业管理和生产制造系统相关联的系统性的集成技术。

在一些单一产品制造的工厂或小型企业，实施自动化立体仓库时，经常会提到在仓库管理系统中开发订单处理、客户信息处理等功能。

首先分享一个已上线的智能工厂软件架构图（见图7）：智能制造全场景下，将WMS仓库管理系统（Warehouse Management System） 定位于不仅是仓储执行管理系统，更作为连接全方案的“类总线”“小中台”系统，不仅承接ERP企业资源计划（Enterprise Resource Planning）的采购订单、委外订单、生产订单，与ERP同步订单状态、形成任务池，还承接了MES制造执行系统（Manufacturing Execution System）的领料申请、生产报工，同时将任务推送算法至智库系统以指挥WCS仓库控制系统（Warehouse Control System）出入库任务，立库与AGV集成待任务完成形成出入库记录同步WMS。

图7 智能工厂软件架构图

下面我们简单概括以WMS为中心，与周边智造系统的集成关联。

1.WMS仓库管理系统的主要功能

仅依赖ERP系统往往都会存在物流和信息流脱节的情况，存在大量事后补单，从而形成业务和系统两张皮。管理颗粒度缩小后，WMS系统的应用可以很好地解决上述问题，提供灵活智能的仓储管理模式，具体功能包括：

(1)完整的物料追溯：失效期自动报警、批次信息继承、物料来源明确；

(2)智能的库位管理：源头标识，扫描报警，杜绝错发；

(3)高效的库位管理：空间标识细化、支持混放，提升空间利用率，降低企业成本；

(4)精准的盘库管理：多种盘点方案，提高盘点效率；

(5)严密的过程管理：提醒作业顺序，规范操作行为。

2.WMS与各系统的集成关联

（1）WMS与PLM系统的集成关联

PLM产品生命周期管理系统（Product Lifecycle Management）存储有产品的详细设计信息、BOM信息，以及图文档，WMS通过访问这些信息来确保正确的库存管理，比如，确认产品的存储条件或者组件的特定要求。当产品设计发生变更时，PLM系统能够及时更新相关信息，WMS需要同步这些变更，以确保库存数据与最新设计保持一致。

（2）WMS系统与ERP系统的关联

WMS与ERP的关联紧密度比较高：

①WMS实时跟踪库存水平，将入库、出库、库存盘点等信息及时反馈给ERP系统，以便ERP进行库存预警、补货计划等决策支持；

②WMS处理订单的拣货、打包、发货等操作，将结果更新到ERP系统中，以便ERP系统可以追踪订单状态，并更新销售、客户管理等相关信息；

③WMS提供物料的实际位置和状态信息，ERP则基于这些信息来规划采购和生产

（3）WMS系统与MES系统的关联

WMS与MES的关联紧密度也比较高：

①物料跟踪：WMS将物料的存储位置、数量、状态等信息同步到MES系统，MES来判断生产过程中所需物料的可用性；

②订单管理：WMS将订单的创建、拣选、打包和发货等状态同步MES，MES可以根据WMS提供的订单状态信息来安排生产计划，确保按时完成生产任务；

③库存管理：WMS实时监控库存水平，低库存时可以通知MES调整生产计划或进行采购；

④生产进度与异常报告：当生产进度或质量出现问题时，MES可以及时通知WMS，以便调整物流计划、动态调整库存预测和实际库存量，如，重新安排发货时间或处理不合格产品；

⑤工艺路线与作业指导：WMS需要MES的工艺路线和作业指导信息来安排合适的物料和包装方式，以支持特定的生产工艺要求；

⑥质量追溯：当发生产品质量问题时，MES可以追溯到相关的物料批次。WMS通过这些信息可以帮助定位问题物料，并采取相应的措施，如隔离或回收；

⑦设备维护：MES监控设备状态，预测设备维护需求。WMS可以据此调整仓库内的物流作业，以适应可能的生产中断。

（4）WMS系统与WCS系统的关联

①库存管理：WMS会向WCS提供实时的库存数据，确保WCS在调度任务时考虑到当前的库存状态。同时，WCS在执行任务过程中库存的变动也需要反馈给WMS，保证WMS中的库存信息始终是最新的；

②任务调度：WMS生成拣选任务后，可以通过集成将任务发送给WCS，WCS根据任务要求和当前设备状态进行任务调度，并控制自动化设备执行任务。任务执行的进度和结果也需要反馈给WMS；

③设备控制：WCS负责控制自动化设备的操作，这些操作需要依据WMS提供的任务和库存信息来执行。设备的运行状态和故障信息也会发送给WMS，以便WMS可以进行相应的监控和调整；

④出入库管理：WMS管理商品的入库和出库流程，而WCS则负责这些流程中自动化设备的操作。例如，当商品到达仓库时，WCS会根据WMS提供的信息，控制自动化设备进行商品的存放。

（5）WMS系统与AGV系统的关联

WMS能够向AGV系统提供实时的库存信息（货位状态、库存数量等），以确保AGV准确无误地完成货物搬运任务；发送任务指令（拣选、搬运和配送），AGV系统可以反馈执行状态和进度给WMS，并根据WMS提供的任务信息，结合自身的传感器数据，进行路径规划和优化，以提高搬运效率并减少冲突，同时将货物信息（目的地、货物类型等）与WMS同步。

（6）WMS系统与OA系统的关联

通常我们认为OA与业务系统的关联更多是单点登录，但深度应用集成后，OA系统可以利用WMS的库存数量、库位信息、货物状态等数据进行库存预警、采购申请、触发OA补货流程。WMS生成的库存报表、出入库报表等可以被OA系统调用，用于生成月度报告、财务报表等。OA系统中的采购申请和供应商信息，可以与WMS的库存数据关联，自动触发补货订单。

3.WMS系统在模具管理的作用

要实现模具的科学管理必须弄清模具在生产使用过程中的生命周期，掌握每一个环节的信息[3]。通过扩展开发WMS系统的功能，将这些信息整合到一起，真正实现模具整个生命周期的数字化和信息化，替代以往依靠手工记账式的管理模式，不仅可以提高效率，而且可以减少因管理不善而延误生产造成浪费，并对经营管理者的决策提供准确而快速的帮助。

WMS系统在模具管理中的作用，可以具体体现在以下几个方面：

（1）可以对库存模具实行准确无误的实物管理；

（2）可以通过开发模块完成模具设计制造的部分信息以及从试机到生产使用、修模氮化直至报废全过程所有信息的存储、修改、删除工作，操作简单，录入操作量少；

（3）满足用户任意条件的查询要求，查询结果不仅可以进行屏幕浏览，而且能够以多种报表格式打印输出；

（4）模具报废登记后，即时对每副模具及不同厂家/设计者的不同系列模具进行成本核算；

（5）模具报废后，根据统计结果和经验模型完成对模具质量的分析和评价，进而完成对各设计者（实际上为设计者的设计方法与技术水平）或制造厂家、各系列模具质量的综合评价，为企业的经验积累与决策提供帮助。

图8 WMS功能

四

结束语

模具管理是铝型材挤压线可靠运行、生产正常开展的重要保障，其中模具仓储管理是生产需求和及时交付的交汇点。因此，模具管理的有效性、及时性、准确度，对铝型材挤压厂家交货周期的服务能力与质量有重要的影响，需要充分重视模具管理水平的能力提升。

目前，铝型材挤压厂家普遍建设了模具管理系统，实现模具管理的电子化和流程化，但日常的收货、发货、物资盘点等基本业务均依赖人工完成，运用自动化设备甚至条形码的比例也非常少。这表明铝型材挤压厂家仓储智能管理与自动化设备比较缺乏，与国内外物流行业的智能仓库应用形成鲜明的对比，目前国内外众多物流企业在仓库中应用了自动立库、机器人、传输线等各类自动化设备，逐渐实现仓库管理的智能化无人化，彻底颠覆传统人工管理的仓储模式，极大提高了仓库运行效率和管理效能。为此，铝型材挤压厂家应积极推进智慧仓储建设，这既是当前数字化转型的重要应用场景，也是减员增效、提升效益的有效途径。

参考文献:

[1]熊落保.铝型材挤压模具管理的问题与对策[J].铝加工,2000.

[2]周奇才.基于现代物流的自动化立体仓库系统（AS/RS）管理及控制技术研究[D].西安：西安交通大学,2002.

[3]谢建新.铝型材挤压模具综合管理信息系统[D].北京：北京科技大学金属压力加工系.

———— 物流技术与应用 ————

编辑、排版：罗丹

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