汽车行业是一个生产自动化程度较高而物流偏于人工操作的行业。近几年，国内汽车厂商对于自动化物流设备的需求越来越高，但多数都处于观望或试点的阶段。2018年，由北京起重运输机械设计研究院有限公司（简称：北起院）负责承建的上海国际分拨中心与运营总部建设项目立体自动化仓库系统正式上线使用，因地处上海“自贸区”，并且整个仓库规划从零配件到整车的一系列汽车存储配送需求，所以在国内汽车行业具有一定的代表性及典型性。

项目简介及物流规划依据

上汽国际以上汽集团产业链的安全和增值为核心，形成全球采购、全球供应、全球分拨、全球结算、全球投融资的国际经营综合服务平台。上汽国际分拨中心与运营总部项目主要以汽车零部件和售后件为主体，采用自动仓储技术对库区的入库、分拣、出库、包装及数据管理等功能实现自动化、智能化、信息化和标准化，以此提高分拨中心保管能力与运作效率，同时降低人员工作负荷强度。

总体规划及系统构成

上汽国际分拨中心与运营总部项目工艺智能化设计项目拟建地点在中国（上海）自由贸易试验区中洋山保税港区所辖临港新城，面积10万多平方米。项目规划建设一座现代化的物流配送中心。本项目规划示意图如图1所示。

图1  项目规划示意图

本项目规划设计的工艺布置图如图2所示：

图2  项目规划平面图

其中，主要生产区有：KD件区、进口件区、售后配件区、深加工区。具备可能功能区为：大件堆放区、中件堆放区、小件堆放区、车身堆放区、包材堆放区、周转包装堆放区、车身预固定区、零部件包装区、零部件包装区、车身包装区、包材制作区、预配载区、装卸货区、检验区、生产计划室、车辆调度室、装卸货车辆等待区域、生活配套区域、其他工艺及劳动保护配套功能区域。

一号库主要区域介绍

项目整体分为一号库与二号库，其中一号库北侧车身包装、上料、储存区主要用于储存车身以及组装车身的配件，并进行车身的包装及组装。车身由飞翼车送至一号库东北侧，进行入库。1号库规划布置图如图3所示。

图3  一号库车身包装、上料、储存区平面图

自由堆放区用于存储异形件或体积较大的货物。因中间有防火墙，可以将此区域分成两部分，一部分为保税品存储区，另一部分为非保税品区，满足了海关将两种货物分区域存放的要求。

高位货架区用于放置体积较大、周转周期短或不适合存放于立体库中的货物。

小件存储区用于存放数量较少体积较小的货物。

一号库南侧区域规划为多层穿梭车系统，与小件存储区相对，用于存储箱货物，可实现箱货物的快速周转。

一号库东侧为飞翼车收发货区。飞翼车将需要入库的货物运至收货区，卸货后可以根据不同产品分至不同库进行入库；发货时，由工人将货物叉取至暂存区暂存，核对信息后装车发货；西侧为集卡收发货区，采用下沉式泊位。每辆车对应有两个6m*2.4m的区域可以按装车顺序暂存货物，待集卡到位后，可以按顺序直接卸车/装车，效率较高。下沉式泊位可以使集装箱车或厢式货车底与月台齐平，叉车可以直接将货物送至车厢内。高位货架区和自由堆放区如图4和图5所示。

图4  高位货架区

图5  自由堆放区

二号库主要区域介绍

二号库北侧为立库区，共12000多平方米。其中立库货架区共规划22根巷道，其中20套单深位堆垛机，2套双深位堆垛机，库位数共46000多个。立库区一楼货架区下方是入出库托盘输送系统和环形穿梭车系统，经过检测的货物由环形穿梭车摆渡到对应巷道。立库区二楼也有入出库托盘输送系统和环形穿梭车系统。二楼环形穿梭车系统将一号库和二号库连接起来，配合托盘提升机和入出库托盘输送系统实现货物的入出库。一号库的货物通过托盘提升机送至夹层，再由环形穿梭车送至入库。反之，二号库的货物也可由环形穿梭车送至托盘提升机处，由托盘提升机降至一楼，送至一号库中，实现一号库与二号库的连接。

自由堆放区：自由堆放区用于存储异形件或体积较大的货物。因中间有防火墙，可以将此区域分成两部分，一部分为保税货物存储区，另一部分为非保税货物存储区，从而满足了海关将两种货物分区域存放的要求。

二号库西侧为飞翼车收发货区。飞翼车将需要入库的货物运至收货区，卸货后可以根据不同产品分至不同库进行入库；发货时，由工人将货物叉取至暂存区暂存，核对信息后装车发货；东侧为集卡收发货区，采用下沉式泊位。每辆车对应有两个6m*2.4m的区域可以按装车顺序暂存货物，待集卡到位后，可以按顺序直接卸车/装车，效率较高。下沉式泊位可以使集装箱车或厢式货车底与月台齐平，叉车可以直接将货物送至车厢内。

2号库立体库区、环形车系统及提升机系统如图6、图7和图8所示。

图6  立体库区

图7  环形车系统

图8 提升机系统

流程概述

注册流程

货物在①处卸车后，货物进入系统存储前在②处进行收货、注册等收货操作，确定物料的存储区域和码盘规则。整个操作有RF支持。信息连接自动进行。基本数据通过接口软件从WMS系统获得。收货注册完毕的货物组盘送往③-⑦处的AS/RS区、自由堆放区、高位货架区、小件储存区及多层穿梭车库区。具体货物注册流程示意图如图9所示。

立体库入出库流程

货物注册后，系统获取入库货位，叉车将分配好货位地址的托盘货物放置于入库口，尺寸检测、关键位置检测、称重、条码阅读，提升机将货物提升至夹层托盘，环形小车将货物输送到巷道口，堆垛机将托盘货物入库到指定货位。

对于需要重新翻包装或组盘的货物，出库操作员根据调度中心指令在系统中录入出库单，经审核后申请成品出库，WMS根据先入先出、半托盘优先原则分配出库货位，确认后，监控系统向设备下达出库指令，接到指令后堆垛机将成品托盘调集出库，环形小车将货物输送到提升机位置，由提升机将托盘送至AGV小车接驳点，再由AGV小车将托盘送至翻包装、组合区。

包材供应流程

当需要包材、料箱时，由WMS系统下达命令，自将包材、料箱送至AGV接驳点，再由AGV小车送至包材、料箱区。

翻包装流程

立体库货物：当需要重新组盘的翻包装货物时，由WMS系统下达命令，在夹层由环形小车及提升机自动将该货物送至AGV接驳点，再由AGV小车送至翻包装、组盘区。

其他存储区货物：由叉车工人根据RF指示叉取正确的货物送至翻包装区域。

图9  货物注册流程示意图

项目集成细节及注意事项

对于车辆识别距离，在实际实施中，对于扫码器、探测器等规定合适的景深距离，便于快速识别进入园区的车辆等；园区内转弯处的道路要符合各种车型的转弯半径，运输货物的货车/集卡均为常规车辆；设备安装时，输送堆垛机的车辆可能较长，需要注意；因为立体库区整体较大，建筑材料为彩钢板，货架较多，并且存储的货物多数为金属物件，对AGV会产生一定的信号屏蔽，挑选设备时需要注意这方面，选择合理的AGV定位方式。

在后续集成RFID设备时，不同的RFID会存在不同的读码精度、误差率，对设备选型时，需要对这方面进行要求；还应该规范RFID的扫码方向等细节问题。

同时考虑到海关需要对整个园区的各个环节进行监控，所以必须在园区的适当位置安装摄像头；对于库内，其他库区比较常规，对于立体库区域，因为该区域属于密集区域，且立体货架区内没有人员操作，要实现对每个货位的监控，可能需要安装数量较多的球机摄像头以便能看到所有的货位；或者在海关方面许可的情况下，可以要求堆垛机的货叉上加装摄像头，这样海关需要抽检某个货位时，调集堆垛机去往指定货位前即可查看货位及该货位货物情况。

三维系统数据仿真分析

采用基于Windows的Flexsim物流仿真软件，面向对象开发环境，实现生产流程的三维可视化模拟，为方案提供数据模拟和策略支持，以达到方案对比优化。依照CAD图纸搭建仿真数据模型，将区域划为月台装卸区、存储区、发货区。设置输入流量和作业参数，实现流程模拟。一号库物流数据仿真和仿真数据输入分别如图10和图11所示。

图10  一号库物流数据仿真

实验预估达到设计目标流量时，对库内作业能力的需求预测，即叉车搬运需求。流量输入：一号库流量600托盘/小时，二号库600托盘/小时（立库区300托盘/小时，平库区300托盘/小时），库内叉车数量配置对出入库能力的影响。

图11  实验数据输入

仿真结论分析：在1、二号库入出库总流量为1200托盘/小时，对叉车的作业需求量数量为34台左右，堆垛机系统、托盘输送机、叉车系统等各设备效率均满足需求能力，总体规划方案中各个设备发挥了最大作业效率。物流通畅合理，在实际运行过程中，集成化物流管理控制系统还可根据历史记录及实际运行状况，对运行进行相应调整，从而最大限度地发挥系统的能力。设备实际运行情况监控如图12所示。

图12 设备实际运行情况监控

结论

在项目建成初期，系统作业能力需求并不大，而是逐步提升的。采用环形小车的形式，系统更灵活，如果业务量有所增加或入出库同时进行，业务发生变化，可以通过增加环形小车的数量来应对未来的变化，增强系统柔性。

总体来看：堆垛机系统、托盘输送机系统、环形小车、托盘提升机等各设备效率均满足需求能力，并且为后期的扩展预留了一定的能力，总体规划方案中各个设备发挥了最大作业效率。物流通畅合理，在实际运行过程中，集成化物流管理控制系统还可根据历史记录及实际运行状况，对运行进行相应调整，从而最大限度地发挥系统的能力。