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板式定制家具企业智能立体仓库的构建

发布日期：2026-07-09 21:49:09    已浏览 次    发布者:小编

　　
　　第36 卷 第5 期 木材科学与技术 2022 年9 月 Vol. 36 No.5 Chinese Journal of Wood Science and Technology September 2022 “家居数字化车间规划与管控”专栏 （7） DOI ：10.12326/j.2096-9694.2022010 编者按：依托国家 “十三五”国家重点研发计划、木竹产业技术创新战略联盟、江苏省重点智能制造产业学院 等项目和平台支持，南京林业大学家居智能制造科研团队进行了家居数字化车间规划和管控方法关键技术研究 与实践，经产学研联合攻关，研发了家居产品数字化车间整厂规划、机器视觉应用技术、全员生产保全 （total productive maintenance ，TPM）技术、车间信息集成技术等，为传统家具企业向智能制造转型升级，突破关键 技术和提升生产效率提供支撑。本刊于2022 年系列报道相关研究成果。 板式定制家具企业智能立体仓库的构建 王旭，朱剑刚 （南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037 ） 摘要：在智能制造大背景下，板式定制家具制造业作为传统产业正面临着升级转型的挑战与机 遇。仓库自动化水平直接影响板式定制家具企业的生产效率。传统叉车作业方式的仓库自动化 水平低，工作效率亦不高，而智能立体仓库可以有效解决上述问题。以家具智能制造发展为切 入点，阐述智能立体仓库的高效、安全等作用优势，着重分析板式定制家具企业构建智能立体仓库的典型设备、 关键技术与策略。 关键词：板式定制家具；智能制造；智能立体仓库；仓库管理 中图分类号：TS664 ；TP29 文献标识码：A 文章编号：2096-9694 （2022 ）05-0025-06 Construction of Intelligent Storage-and-Retrieval System in Custom Panel Furniture Manufacturing WANG Xu ，ZHU Jian-gang （College of Furnishings and Industrial Design ，Nanjing Forestry University ，Nanjing 210037 ，Jiangsu ，China） Abstract ：The custom panel furniture manufacturing is taking challenges and opportunities of upgrading and transforming into the intelligent manufacturing. The level of warehouse automation directly affects the production efficiency of custom panel furniture manufacturing. The automation level of traditional forklift-operation warehouse is low, and the efficiency is not high, while the intelligent storage-and- retrieval system can solve the above problems. This article reviewed the furniture market situation, described the current dilemma of the warehouse system of the custom panel furniture manufacturing, and elaborated the advantages of the role of intelligent storage-and-retrieval system. In order to build intelligent storage-and-retrieval system, the principle equipment, key technologies, and construction strategies of the custom panel furniture manufacturing were analyzed. Key words ：custom panel furniture ；intelligent manufacturing ；intelligent storage-and-retrieval system；warehouse management 收稿日期：2022-01-25 ；修改日期：2022-08-29 基金项目：江苏省中外合作办学平台联合科研项目 “南京林业大学-加拿大不列颠哥伦比亚大学现代林业及林产品联合科研中心”（苏教办 [2019]7 号）。 作者简介：王旭 （1996—），男，硕士研究生。Email: 493888597@ 通讯作者：朱剑刚，男，教授。Email: austin_zhu@ 26 木材科学与技术 第36 卷 根据中国工业和信息化部发布数据，2022 年 1.2 拓宽仓库空间格局 上半年我国规模以上家具制造业企业营业收入 因为客户订单以及产品类型的日益增加，为 3 604 亿元，同比下降4%[1] 。受疫情等多重因素影 了扩大产能需求，在有限的厂房面积下尽可能地 响，家具制造业竞争压力不断加大，企业要顶住 建立产线，是如今大多数家具企业的选择，因此 压力扩大市场份额，必须不断注入新理念与新技 留给企业建设仓库的面积就显得捉襟见肘。同时 术。仓库作为生产流程的后端环节，仓库的物流 家具企业的仓库不是仅满足于成品储存的仓库， 与管理水平关系着企业的出货效率、客户满意度 还要有原材料仓库、半成品仓库、配件仓库以及 以及企业核心竞争力。目前，多数板式定制家具 外购件仓库等。在仓库面积有限的现实条件下， 企业仍采用传统人工叉车作业方式进行仓库作业， 智能立体仓库通过多层的货架，使仓储空间向高 自动化程度低，工作效率低，还存在安全隐患， 空发展，减少了占地面积，提高了仓储空间的利 同时家具仓库部门人员流动性大，货位分布规律 用率和货位数量，其单位面积存储量是普通仓库 [6-7] 需要操作人员在货物分拣过程中不断熟悉，企业 的5~ 10倍 。 [2] 频繁地更换仓库员工会降低出入库效率 。智能立 1.3 提高仓库自动化 体仓库依靠自动化的设备，根据传感器以及系统 智能立体仓库采用自动化设备，可以实现货 指令可以有效地规划出入库路线，提高出入库 物自动化扫码入库、信息录入、任务分配等仓库 效率。 作业。同时，相比于传统仓库叉车作业方式，智 随着 “互联网+ ”以及人工智能等前沿科技的 能立体仓库自动化设备不仅提高了仓库自动化程 [8] 不断发展，家具产业的智能制造理念不断深入。 度，而且节约了作业时间，节省了人力资源 。以 智能立体仓库得到了板式定制家具企业的广泛关 某家具企业仓库作业人员优化为例，智能立体仓 注，家具企业要在个性化、定制化的市场需求下， 库相较于传统平面仓库减少了7 个叉车司机、2 个 完成智能制造转型，构建智能立体仓库将是必由 仓管人员。自动化设备不仅为企业节约人力资源， [3] 之路 。智能立体仓库依靠自动化设备、信息识别 还降低了仓库作业人员的劳动强度，同时提高了 技术、配套软件，可以协同企业的制造执行系统 其作业效率。 （manufacturing execution system ，MES ）、企业资 1.4 提升企业信息化 源计划 （enterprise resource planning ，ERP ）等信 家具企业要实现智能制造，首先要解决各生 息系统，打通仓库与生产车间、发货物流之间的 产环节的信息 “孤岛”问题。智能立体仓库可以 信息 “孤岛”，实时掌握仓库货物动态并快速调 通过信息化的管理系统有效地结合企业MES 、 度，加快企业各环节之间的信息流转，提高仓库 ERP 等系统，自动执行仓库盘点、货位管理、任 自动化水平的同时，提升企业生产与管理水平， 务分配等任务。智能立体仓库管理系统根据仓库 [4-5] 最终实现企业数字化转型 。 物料直接汇总整合物料清单 （bill of material ， BOM ），方便物料管理和采购部门实时查看库存实 1 板式定制家具企业构建智能立体仓库的作用优势 况，还可以根据企业出货要求，依据订单的入库 1.1 响应家具企业物流革命 信息，自动生成出货计划，最大限度地减少人为 [9] 近些年家具行业快速发展，产销量不断增加， 干预，从而提高企业的管理水平 。 产品趋于定制化小批量、多品种的生产模式，这 1.5 增强仓库安全性 就对企业物料分拣和物流管理提出了新挑战。智 仓库安全是仓库日常管理的重要项目，而作 慧立体仓库形式立体化、设备自动化、搬运无人 业人员安全则是仓库安全的首要任务。传统仓库 化、管理智能化、信息网络化，故而智能立体仓 工人与叉车在仓库内部交叉作业，易发生叉车碰 库的出现对于传统仓库而言，不仅仅只是技术的 撞、货物坍塌等安全事故。智能立体仓库整个运 革新，更是企业物流的革命。 行环节实现了无人化作业，极大地保障了作业人 第5 期 王旭等：板式定制家具企业智能立体仓库的构建 27 员安全。同时，智能立体仓库可以通过系统实时 查询货物的状态与位置，仓库管理人员可在系统 中进行仓库盘点工作，工作性质从保管员转变成 系统操作员，工作环境从仓库转移到了办公室。 作业环境改善的同时，人员流动性降低，事故隐 [7, 10] 患减少 。 2 板式定制家具企业构建智能立体仓库的典型 设备 2.1 高层货架 图2 托盘式堆垛机 Fig.2 Stacker cranes for pallets 钢结构货架是高层货架存储区存放货物的主 要设备，可以比作智能立体仓库的 “骨骼”，其强 2.3 RGV 与AGV 运输车 度与刚度直接影响立体仓库的健康程度，因此要 有轨制导车辆 （rail guided vehicle ，RGV ）是 有足够高的强度和刚度以及尺寸精确度，高层货 一种有轨式移动小车，在物流系统中有着非常广 架还要有一定的抗震要求。如图1所示，高层货架 泛的应用，具有速度快、可靠性高、成本低等特 [11] 点。可通过编程实现货物存取、运送、放置等任 主要由立柱、横梁、加强筋等结构组成 。通常主 要采用薄壁型钢，表面经过静电粉末喷塑处理， 务操作，并可与上位机或仓库管理系统进行通讯， 有较强的抗腐蚀能力，可以充分满足板式家具企 结合无线射频技术、条形码识别技术，实现自动 [13] 业智能立体仓库的要求。 化识别、存取等功能 （图3a）。 自动导引运输车 （automated guided vehicle ， AGV ），与RGV 相比，其自动化程度更高，没有 轨道的限制。AGV 的显著特点是无人驾驶，装备 有自动导向系统，可以保障系统在不需要人工引 航的情况下就能沿预定的路线自动行驶，将货物 或物料自动从起始点运送到目的地。同时AGV 柔 性好，自动化程度和智能化水平都较高 （图3b ）。 图1 高层货架 Fig.1 High-rise racks 2.2 堆垛机 有轨巷道堆垛起重机，简称堆垛机，是随着 立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，是智 能立体仓库中非常重要的起重搬运设备，其主要 用途是在高层货架仓库的巷道内沿轨道运行，将 [12] 位于巷道口的货物存入货格 。主要分为单立柱堆 垛机和双立柱堆垛机，还可以根据运输货物类型 分为托盘式堆垛机 （图2 ）、料箱式堆垛机以及圆 图3 RGV 和AGV 运输车 盘式堆垛机等。 Fig.3 RGV and AGV transport vehicles 28 木材科学与技术 第36 卷 2.4 运输系统 智能立体仓库所需要的传感器种类复杂，除 运输系统是立体仓库主要的外围设备，其主 了传统常见的传感器以外，还需要许多新型传感 要任务是物料输送。运输系统可以在仓库、生产 器。如加速度传感器可以用在RGV 和AGV 运输车 车间和包装车间范围内，形成既可顺畅到达各个 上，通过速度变化来预测设备故障。由于板式家 [14] 生产位置同时又是封闭的循环输送线系统 。行业 具制造需要大量的零部件材料，如螺丝、铰链等 不同运输机的种类也不同，常见的有辊道输送机 五金件，大部分由外部采购而来，日常的入库工 （图4 ）、链条输送机及悬挂输送机等。 作较为繁琐。货架称重传感器可以使货架具备称 重功能，通过称重显示系统即可点清库存，提高 效率。此外，对板式定制家具企业而言，其产品 主要使用木质材料，仓库防火是家具企业的重中 之重，配备烟雾传感器可以有效地监测仓库安全， 快速响应，减少企业损失。 3.3 信息管理技术 仓库管理系统 （warehouse management system ， WMS ），综合了入库管理、出库管理、物料对应、 库存盘点、虚仓管理、库存统计等诸多功能，有 效控制并跟踪仓库的物流，实现完善企业仓库信 图4 辊道输送机 息管理，并可以与MES 、ERP 等多种信息系统进 Fig.4 Roller conveyor [18] 行对接，更好地提高企业管理的深度和广度 。 仓库控制系统 （warehouse control system ， 3 智能立体仓库的关键技术 WCS ），是介于WMS 系统与PLC 系统之间的管理 3.1 RFID 技术 控制系统。其主要作用是自动化管理生产线，实 无线射频技术 （radio frequency identification ， 时监控产线动态，自动分配WMS 系统的生产任 RFID ）即射频识别技术，是自动识别技术的一种， 务，协调堆垛机、穿梭车以及工业机器人等各种 通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利 物流设备之间的运行。 用无线射频的方式对记录媒体 （电子标签或射频 WMS 和WCS 系统可以与企业的其他信息系统 卡）进行读写，从而实现识别目标和数据交换的 连接，经营管理者可以快速把握仓库中各种货物 15] 状态信息，了解库存情况，合理进行生产经营统 目的 。 相对于传统的家具企业通过扫描条形码识别 筹。通过WMS 和WCS 等系统之间的信息交换， 板件信息，RFID 技术可以实现在一定距离的范围 可以实现无纸化、自动化办公，大大提高企业信 内，在不接触的情况下同时对多个板件信息进行 息化的水平。 [16] 3.4 数字孪生技术 自动识别和记录 。对于仓储转储工序来说，需要 人工扫描每个板件信息以录入仓储系统；而RFID 数字孪生技术是多种前沿技术的总成。简单 技术可以大量的节约时间成本，快速、批量地完 地说数字孪生是以数字化的方式创建物理实体的 成转储工作。 虚拟模型，数字虚拟模型通过物联网、大数据等 3.2 传感器技术 关键技术实时映射物理实体的状态、预测风险等， 传感器是一种检测装置，能感受到被测试的 最终实现对物理实体全生命周期的管控。 信息，并将信息按一定的规律变换成为电信号或 数字孪生技术应用于板式家具仓库，借助仓 其他形式输出，以满足信息的传输、处理、储存、 库的物理实体的数据信息，建立与实体仓库完全 [17] 显示、记录和控制等要求 。 映射的数字模型，结合各类算法与企业的信息化 第5 期 王旭等：板式定制家具企业智能立体仓库的构建
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