自動化立體庫系統主要由貨架、堆垛機、配套的物流輸送設備、自動控制系統及管理信息系統等構成，能自動完成貨物存取作業，提高生產制造的智能化與高效化。立體庫系統的各個物流環節都可能決定立體倉儲系統的綜合性能。

　　某現場自動化立體庫系統中設有3臺雙貨位堆垛機，負責存儲生產原材料和空托盤，并為生產線供給原材料。

堆垛機I 堆垛機II 堆垛機III

　　圖1 立體庫系統布局

　　原材料通過U80生產線進入立體庫，節拍為70盤/h，生產線U30和U80的生產節拍分別為30盤/h、80盤/h。以下為簡化描述，將輸送機按段編號為A,B~S,輸送系統局部如圖1所示，入庫段輸送機為每臺堆垛機提供3個入庫緩存位，定義編號K~S。

　　在D和H兩段輸送機位置，設有產生托盤入庫任務的RFID信息識別點，RFID的另一個作用是調度所識別托盤的下一步去向。原設計思路考慮到雙貨位堆垛機每次能處理兩個托盤，故將返回的空托盤每兩個編為一組，在H點將兩個托盤的入庫任務分配給同一臺堆垛機。

　　3個巷道出庫的原材料依次經編號為I-J輸送機，供給U80生產線，返回的空托盤經C-F-H到達入庫緩存位；去往U30生產線的原材料路線為I-B-D-E，空托盤經由H點返回立體庫。

　　現場運行后發現入庫段的3個緩存位不夠用，經常有第4個托盤堵在H或H至I之間的輸送主干線上，同時伴隨立體庫中需要去往U30的原材料出庫，導致環形輸送線C-D-H-I(如圖1虛線矩形所示）上的貨物無法流通，影響生產，必須人為介入疏通環線。

　　一、原因分析

　　根據實際問題，初步分析導致環線堵塞的幾個可能原因：

　　1)堆垛機效率不足，延誤了后續托盤入庫；

　　2)庫前區輸送機效率低，后續入庫的托盤排隊至輸送環線，后續流入環線的托盤逐漸積壓引起堵塞；

　　3)輸送機入庫緩存位置少，按現有的空托盤入庫任務分配機制，第1組空托盤占據2個緩存位，如果堆垛機沒有及時處理，第2組托盤又分配給同一巷道，第4個托盤（即第2組的第2個托盤）就會停在輸送線主干線上等待入庫，從而產生堵塞現象，如果每條巷道有4個入庫緩存位，輸送線堵塞可以緩解；

　　4)貨物出入庫的控制、參數設置不夠優化，比如規定單次出、入庫任務的托盤數量，由于產品種類比較多，貨物入立體庫時只能采用混合存放，出庫時貨物分種類、依時間屬性先入先出，這種需求就導致堆垛機作業時，不能在一個位置取出兩托盤貨物。

　　為明確問題原因，進一步現場觀察并測量需要的設備實際數據，測試自動化立體庫系統的實際節拍前，讓U30和U80兩條與立體庫對接的生產線滿負荷運行，采用人工計數法測量立體庫輸送系統關鍵節點的極限流量，即在固定時間段內統計通過的托盤數量，可以直接從立體庫管理調度系統中提取堆垛機貨叉的取放貨的運行記錄,從而得到堆垛機的實際節拍。

　　該次有針對性地選擇了主干線上的D段輸送機和U80生產線上的最長段輸送機。

　　測量時發現，受輸送主干線托盤緩行甚至堵塞影響，人工計數法獲得測量輸送線的極限流量，只能采用秒表計時法，即用秒表測量出一個托盤從前一段輸送機末端至完全離開所測段輸送機所用的時間，單個托盤經過D段輸送機耗時25s，合144盤/h，通過最長段輸送線耗時24s，合150盤/h；

　　觀察堆垛機發現，當第4個托盤堵在輸送主干線H位置，等待第1臺垛機處理入庫任務時，由于后續托盤無法輸送至入庫段緩存位，第2、3臺堆垛機常處于閑置狀態 。

　　提取堆垛機貨叉的運行記錄，得到與現場一致的結果，0.5h的時間段，第1臺堆垛機10次復合作業共處理31個托盤，合62盤/h，第2、3臺堆垛機均是7次復合作業，各處理20個托盤，合40盤/h。3臺雙貨位堆垛機單次處理2個托盤的滿載頻率分別為55%、57.1%和42.8%。

　　測試單臺堆垛機效率和輸送機輸送效率，節拍與設計結果一致。

　　基于以上分析可知，入庫緩存位數量充足，堆垛機及輸送機節拍足夠，問題的主要原因是輸送主干線堵線，3臺堆垛機未滿負荷運行，排除輸送線堵線影響，3臺堆垛機的節拍總和至少會達到180盤/h，滿足生產線原材料入庫、U30生產供給、U80生產供給的流量總和。

　　如果能進一步提高堆垛機的滿載頻率，自動化立體庫的極限能力還將有所提高。

　　二、優化方法

　　根據輸送線問題原因，提出兩種解決方案：

　　方案一，通過新添輸送機，增加入庫路徑防止堵塞，但同時會增加設備投入成本及以后的維護費用；

　　方案二，在控制上進行優化，防止環形輸送線堵線，也是該次采用的比較節約成本的方案。從使用的角度出發，在現有設備布局基礎上，進行了5處優化，提高自動化立體庫的智能化及堆垛機的滿載頻率。

　　1）優化1：去往U30生產線的原材料托盤及從U80返回的空托盤在輸送機C處合流，之前C點的控制邏輯為A、B兩點的托盤先到先行，分析后發現經B處的托盤均是去往U30生產線，不會堵在D點等待，所以優化C段輸送機，空位時優先B段輸送機上的托盤通行，這樣既不影響輸送效率，也不會增加環線內托盤數量，因而降低了堵線風險；

　　2）優化2：優化H段輸送機的托盤通行，由于F處和G處的流量分別與生產線U80和U30匹配，所以優先F段輸送機通行并不影響慢節拍的U30生產線，而且還會達到如優化1疏通輸送線環線的效果。

　　3）優化3：優化H處RFID的入庫任務分配，控制程序中添加符合實際需求的算法，在3個巷道庫存平均的基礎上，通過編程序判斷每個巷道入庫緩存位上托盤數與該巷道動態托盤入庫任務數之和（即靜態托盤數+動態托盤數）的大小，將新到的托盤分配給最小和的巷道，不僅從動態流程上防止托盤入庫引發輸送主干線堵塞，而且避免了單臺堆垛機任務過多，實現堆垛機無閑置。

　　4）優化4：替換兩個托盤為一組的入庫模式，改為單托盤分配巷道模式，從而達到充分利用入庫緩存位置和堆垛機的目的。

　　5）優化5：延長入庫緩存位上托盤的等待時間，當第2個托盤未到達緩存位置時，堆垛機繼續執行其他的出庫任務，當2個托盤就位或者第1個托盤等待時間超時時，堆垛機再執行入庫操作，基本保證雙貨位堆垛機單次處理2個托盤，提高堆垛機作業效率。

　　經過以上優化，現場再次測試自動化立體庫系統，庫前區輸送系統主干線堵塞問題得以解決，并達到預期效果，3臺堆垛機的滿載頻率分別達到64%、68%和65%，出入庫能力總和可達187盤/h，自動化立體庫系統的智能化程度也有所提升。

　　優化1和優化2在不改變物理設備的前提下，減少托盤輸送過程中的等待時間，從電氣層面提高了輸送系統的智能化程度，避免托盤在環形輸送線內無法流通；

　　優化3一改固定規則的入庫任務分配，結合庫存均勻性的原則，采用程序統計計算的動態控制方法，將托盤入庫任務依次分配給合理的巷道，使各臺堆垛機任務量趨于均勻，提高出入庫作業總數量；

　　優化4從根本上解決了庫前輸送主干線的堵塞，兩個托盤為一組的入庫模式勢必會有第4個托盤堵線的弊端，而單托盤分配巷道模式，可以充分利用庫前區的9個緩存位，同時提高堆垛機的作業效率，即使第10個托盤堵在主干線上，也會在最短的時間內移動至相應的緩存位；

　　優化5從滿載頻率的角度出發，提高堆垛機入庫效率，因而堆垛機有更多的時間處理出庫作業，從整體上講堆垛機的節拍也得到了提升。

　　三、結論

　　1）現場實測結果不僅有助于確認問題的根本原因，還有助于找到問題解決方案的最優選擇；

　　2）通過分析關鍵點輸送路徑，可以為邏輯控制提供理論依據，優化整個物流輸送系統，如所述的輸送機B處和F處；

　　3）貨物入庫時，雙托盤為一組的任務分配機制，對雙貨位堆垛機是最優選擇，但針對不同的輸送系統，卻不一定是最優解，只有結合實際并認真分析，才能讓物流系統更優化；

　　4）為實現立體庫系統的自動化，需要控制程序指導設備運行，為實現立體庫系統的智能化，程序中需要有更符合實際需求的控制算法。