CN113003080A - 物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置和方法，包括固定的立体货架和自动化堆垛机，由堆垛机实现物料自动化入库出库；堆垛机的机械动作包括：转运车巷道运输行走、货物周转箱自动提升下落和货叉伸缩向立体货架存物取货；堆垛机采用双深形式，行走驱动方式为矢量变频调速，制动方式为能耗制动，采用制动电阻吸收能量，定位方式采用激光和条码双定位的方式。本发明对入库库位进行自动分配，实现了客户产品的聚集、出入库时间的最小化、以及立库承重的优化。
Description
技术领域
本发明涉及物品仓储管理技术领域，具体地，涉及一种物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置和方法。
背景技术
根据银锭管理规定，银锭物理规格要求呈长方形锭状或梯形锭状；并要求表面平整、洁净、不应有夹层、冷隔、夹杂物、空洞和裂纹等；并要求15kg银锭顶端切口高度不应超过端面5mm，同时银锭表面不得有机械、或手工加工的痕迹(切口、铜刷处理和表面标志例外)。同时，标准银锭上按照要求浇铸或打印商标、牌号、批号等标志，且要求15kg标准银锭的重量偏差不能超过1kg，长度为365mm±20，宽度为135mm±20。在当前的标准银锭仓储中，银锭存储在1200mm×900mm的标准托盘上，每个标准托盘上存放66块标准银锭，即总重量1吨。以往的标准银锭仓储采用的人力入库、理库、盘点和出库方式已经不能满足日益更新劳动用工要求，同时也和银锭的标准存储规则不付，在日后的银锭存储标准化过程中，会造成一定的困扰。
近年来，物流和仓储自动化设备飞速发展，在很多行业的物流部门都得到了广泛应用，逐渐转变了物流行业原有的人力密集型模式。自动化设备的引入，包括AGV、拣选流水线、立库等的使用，在电商行业、零售行业、以及制造业物流中已经发挥了很重要的作用。同时物流行业的自动化的发展与所属行业相关，不同的行业有不同的物流模式，不同的物流场景对于物流自动化设备的架构、选型和系统设计都有定制化要求。这一点在贵重金属管理，特别是标准银锭的管理中更加明显。首先，标准银锭依标准托盘存储，每托盘上近1吨重量，货品重量标准但是具有一定重量；其次，在银锭在存储过程中，需要根据客户交易信息进行出入库操作，由于目前客户信息，需要考虑合理的储位减少出入库操作时间，保证客户满意度；另外，客户在交易所中的交易结果，将会导致零星标准银锭在仓库中的过户，即无实物移动但存在信息过户现象。以上特点导致对于银锭入库过程中，需要对储位进行精细计算，并设计相应的盘点和理库方案。
专利文献CN109816284A(申请号：CN201711172011.8)公开了一种仓储管理系统，所述配置系统包括若干个货物仓储终端、库存分配器以及调度设备，其中，所述货物仓储终端包括基础信息配置模块，所述基础信息配置模块用于配置所存储货物的货物信息，所述货物信息包括库存信息和商品信息；所述库存分配器用于获取货物需求信息及调取货物仓储终端中的货物信息；所述货物需求信息所包含的信息类型与所述货物信息相同；所述库存分配器用于判定所述货物需求信息和货物信息是否匹配，若匹配，则向所述调度设备发送调度信息；所述调度设备用于根据接收到的调度信息，向相应货物仓储终端发送调度指令。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置和方法。
根据本发明提供的物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置，包括固定的立体货架和自动化堆垛机，由堆垛机实现物料自动化入库出库；
堆垛机的机械动作包括：转运车巷道运输行走、货物周转箱自动提升下落和货叉伸缩向立体货架存物取货；
堆垛机采用双深形式，行走驱动方式为矢量变频调速，制动方式为能耗制动，采用制动电阻吸收能量，定位方式采用激光和条码双定位的方式。
优选的，载货过程中平台的货型检测采用光电检测和图像检测，在载货台顶端加装摄像装置和光源，在入库过程中拍摄托盘中的物品图样进行入库保存；
载货平台的定位方式为激光和条码，伸叉速度为0.3m/s，升降采用的电机功率为0.75kw；
采用无线或以太网的方式进行通讯，采用光通讯器方式与输送机联锁；
整体供电方式为380/220V防尘防溅安全滑触线，电源规格为380/220V三相五线制，采用的操作方式为仓储管理系统库位管理模块直接控制，同时采用机载人机界面触摸屏的方式进行示警时人工介入。
优选的，执行机构运输的货品重量达到预设值时，采用安全设计：双重入库和空取货探测及报警；
在堆垛机行走及升降行程两端均设强迫换速和强迫停止开关、货叉伸缩自动换速及伸缩超时保护、货叉行程两端机械挡块，载货台具有货架货位虚实探测器，以避免双重入库，发现货位时立即以有效方式报警。
优选的，堆垛机上所有电机具有过载和过热保护，触发时进行有效报警；
堆垛机有故障自我诊断功能，具有详细故障信号的个别模块功能监测，以满足快速检修的需要；
运行机构、起升机构和货叉机构均通过交流电机驱动，采用矢量变频器来实现无级调速和电气制动，起停平稳快速；
换速制动采用电气制动，期间能量释放通过制动器电阻器被转换成热，机械制动仅在停止或紧急制动时起作用。
优选的，巷道堆垛机水平运行距端头货位接近处并向货架外运行时，水平运行速度被强制变为慢速，距端头固定挡块预设缓冲距离处设限位开关，确保堆垛机可靠停车；
巷道堆垛机两端头设有聚氨酯缓冲器，在出现故障时，实现巷道堆垛机缓冲停车，确保巷道堆垛机安全；
载货台设有货物托盘外形超差检测传感器，避免货物超出堆垛机而引起事故，货叉设有中位检测开关，以防止货叉在有轨堆垛机行走和升降运行时，出现误动作，确保巷道堆垛机运行的安全。
优选的，在堆垛机上设有松绳及超载报警，过载时发出报警信号并停止运行；
设有限速防坠装置和限速保护装置，当钢丝绳断裂载货台下降或下降速度超过安全速度时，可及时钳住以避免载货台跌落；
设置强制减速开关，确保载货台向下运行距一层货架预设距离时，限制载货台只能慢速运行；
货叉运行锁定的情景包括：堆垛机行走或升降运行时、巷道堆垛机定位没有达到设定精度范围、堆垛机进行制动开关动作。
根据本发明提供的物品仓储管理中库位分配和作业调度的方法，包括：
步骤1：提供质量检验，针对重量进行复核，在自动识别过程中如果编码不存在、重量与码单误差超过预设阈值，则确认暂停入库；否则，进入储位分类流程；
步骤2：根据入库码单，包括标准物品编码、对应的客户名称、生产商名称、重量，通过生成上架步骤顺序，进行上架库位优化与工作负载平衡，输出入库确认号、仓储库位和入库序列号；
步骤3：在仓储管理系统中进行收货确认和发货确认时，仓储管理系统生成订单表头、订单明细，并上传业务系统，业务系统根据订单信息跟踪订单的执行状态。
优选的，通过支持直接上架与分步上架，进行上架库位优化与工作负载平衡，具体步骤为：
步骤2.1：在物品入库前，从客户处获取待入库码单；
步骤2.2：根据码单对应的序号，确认各物品的客户编号，在立库的WCS中获取客户物品位置；
步骤2.3：生成对应客户已有物品所在的库位列表；
步骤2.4：从此客户的库位列表中逐个获取物品所在库位；
步骤2.5：根据库位列表中的逐个库位，获取立库中目前邻近空位；
步骤2.6：直到选中的空位数等于码单上的物品数，生成锁定空位列表，与码单编号一同返回，此空位列表中的库位锁定至对应码单入库位置；
步骤2.7：进行入库，根据入库码单获取锁定库位号和库位号对应的物品编号。
优选的，立库中邻近空位的选择优先顺序为：
-接近选中的库位；
-高度低于当前库位；
-相邻库位上有超过两个同客户物品；
-距离出口最近位置。
优选的，从第一个物品开始：
如果物品识别和称重结果在预设范围内，则生成待入库库位和对应托盘号，放置在待入库托盘上；
如果物品识别或称重结果不在预设范围内，则物品放置在待处理区，显示物品状态异常；
如果对应托盘上物品已经全部完成识别和称重，则托盘入库；
如果码单上所有物品完成入库，则结束入库任务。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明通过物品入库设备，实现了全自动化入库；
(2)本发明对入库库位进行自动分配，实现了客户产品的聚集、出入库时间的最小化、以及立库承重的优化。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为堆垛机结构示意图；
图2为货叉结构示意图；
图3为堆垛机结构示意图；
图4为仓储管理系统(WMS)入库流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例：
本发明针对现有标准银锭内容和仓储管理要求，设计相应的自动仓储管理设备，并且根据设备特征设计相应的库位分配算法，以保证：出入库过程反应速度、在管理过程中的盘点和理库中标准银锭移动的最小化、以及需要遵守的称重要求。库位分配算法需要针对待入库的标准银锭托盘，在入库之前分配出其在自动仓储设备的相应位置。
一、标准银锭自动仓储设备
在标准银锭仓储中使用的自动仓储设备为现代储运立体仓库(简写：立库)，普通立库由固定的立体货架和自动化堆垛机两部分组成，由堆垛机实现物料自动化入库出库。堆垛机的主要机械动作有：转运车巷道运输行走，货物周转箱自动提升下落，货叉伸缩向立体货架存物取货。由于标准银锭存储有其自身仓储要求：(1)托盘与货架重量平衡；(2)图像识别盘点。其中堆垛用设备设计如下：
堆垛机采用双深形式，行走驱动方式为矢量变频调速，规格大小为：1050mm×800mm×300mm，制动方式为能耗制动，采用制动电阻吸收能量，定位方式采用激光和条码双定位的方式，保证定位精度在±5mm。为了保证堆垛机负重提升能够达到要求，对于载货台升降采用一定的特殊设计，其中台面尺寸为长1200mm和宽800mm以保证标准托盘，载货平台的外形为长1050mm、宽800mm、高300mm，载荷能力为1吨，提升高度为3m，升降方式为钢丝绳传动，制动方式采用能耗制动和使用制动电阻吸收能量。载货过程中平台的货型检测采用的是光电检测和图像检测，在本发明的设备设计中，在载货台顶端加装摄像装置和光源，在入库过程中拍摄托盘中的银锭图样进行入库保存。
载货平台的定位方式为激光和条码，保证定位精度为±5mm。伸叉速度控制保证在0.3m/s的平稳伸叉，货叉完全伸出后2450mm，升降采用的电机功率为0.75kw。堆垛机结构示意图如图1a、图1b、图1c所示。通讯方式是采用无线、以太网的方式。与输送机联锁功能采用光通讯器方式。整体供电方式为380/220V防尘防溅安全滑触线，电源规格为380/220V三相五线制。采用的操作方式为仓储管理系统库位管理模块直接控制方式，同时采用机载人机界面触摸屏的方式进行示警时人工介入。
由于执行机构需要运输的货品重量达到每次1吨左右，因此需要考虑运行安全，这里采用了以下安全设计：双重入库和空取货探测及报警，在堆垛机行走及升降行程两端均设强迫换速和强迫停止开关，货叉伸缩自动换速及伸缩超时保护，货叉行程两端机械挡块(如图2)，载货台具有货架货位虚实探测器，以避免双重入库，发现货位时立即以有效方式报警。堆垛机上所有电机具有过载和过热保护，当出现此类情况时，能进行有效报警。堆垛机有故障自我诊断功能，具有详细故障信号的个别模块功能监测，以满足快速检修的需要。运行机构、起升机构和货叉机构均通过交流电机驱动；采用矢量变频器来实现无级调速和电气制动，起停平稳快速。换速制动采用电气制动，期间能量释放通过制动器电阻器被转换成热。机械制动仅在停止或紧急制动时起作用。
巷道堆垛机水平运行距端头货位接近处并向货架外运行时，水平运行速度被强制变为慢速，距端头固定挡块一定缓冲距离处设限位开关，可确保堆垛机可靠停车。巷道堆垛机两端头设有聚氨酯缓冲器，在出现故障时，实现巷道堆垛机缓冲停车，确保巷道堆垛机安全。载货台设有货物托盘外形超差检测传感器，避免货物超出堆垛机而引起事故，货叉设有中位检测开关，以防止货叉在有轨堆垛机行走和升降运行时，出现误动作，确保巷道堆垛机运行的安全。
载货台设有货架货位虚实探测传感器，以确认货架货位是否有货，避免双重入库，当发现货位有货时，停止送货并报警。堆垛机上所有电机，都装有过载及过热保护，及变频器过流过压等保护。巷道堆垛机设有紧急极限限制开关，当载货台向上行驶超过货架最高层载货面300mm时，极限开关触发，确保载货台将停止向上运行。堆垛机上设有松绳及超载报警，过载时发出报警信号并停止运行。设有限速防坠装置和限速保护装置，当钢丝绳断裂载货台下降或下降速度超过安全速度时，可及时钳住，避免载货台跌落。设置强制减速开关，确保载货台向下运行距一层货架一定距离时，限制载货台只能慢速运行，堆垛机结构设计如图3。
如下情况时，货叉运行锁定：
(1)堆垛机行走或升降运行时；
(2)巷道堆垛机定位没有达到设定精度范围；
(3)堆垛机进行制动开关动作。
二、标准银锭储位分配算法
以上硬件系统通过仓储管理系统进行自动管理，本发明中在银锭入库时设计相应的库位分配算法，输入为入库码单，包括标准银锭编码、对应的客户名称、生产商名称、银锭重量、生产日期等。输出为仓储确认单，包括入库确认号、库位、入库时间。
如图4，具体的入库管理包括以下内容：
(1)首先提供质量检验，针对重量进行复核；在自动识别过程中如果编码不存在、重量与码单误差过大，则确认暂停入库；否则，进入储位分类流程；
(2)根据入库码单，包括标准银锭编码、对应的客户名称、生产商名称、重量，通过生成上架步骤顺序，上架库位的优化与工作负载的平衡，输出入库确认号、仓储库位和入库序列号；
(3)在仓储管理系统里做收货确认的时候，仓储管理系统生成订单表头、订单明细，并上传业务系统。出库订单在仓储管理系统里做发货确认的时候，仓储管理系统生成订单表头、订单明细，并上传业务系统。业务系统根据这些信息知道订单的执行状态。
为提高入库后的仓储作业效率，本发明将在WMS中设计库位分配算法，算法包括实现仓储管理的三个目标：
(1)将相同客户的银锭存放在相近的库位；
(2)如果存在两个空置库位，优先选择靠近出口的位置；
(3)如果存在两个空置库位，优先选择低位置的库位。
同时需要考虑的因素为：支持直接上架与分步上架，上架库位的优化与工作负载的平衡。在这里我们设计算法流程主要步骤为：
(1)在标准银锭入库1天之前，从客户处获取待入库码单；
(2)根据码单对应的序号，确认各银锭的客户编号，在立库的WCS中获取客户银锭位置；
(3)生成对应客户已有银锭所在的库位列表；
(4)从此客户的库位列表中逐个获取银锭所在库位；
(5)根据库位列表中的逐个库位，获取立库中目前邻近空位；优先度说明：1)接近选中的库位，2)高度低于当前库位，3)相邻库位上有超过两个同客户银锭，4)距离出口最近位置；
(6)直到选中的空位数等于码单上的银锭数，生成锁定空位列表，与码单编号一同返回，此空位列表中的库位锁定至对应码单入库位置；
(7)入库：根据入库码单获取锁定库位号和库位号对应的银锭编号；
从第一个银锭开始：
如果银锭识别和称重结果正常，则生成待入库库位和对应托盘号，放置在待入库托盘上；
如果银锭识别或称重结果不正常，则银锭放置在待处理区，显示银锭状态异常；
如果对应托盘上银锭已经全部完成识别和称重，则托盘入库；
如果码单上所有银锭完成入库，则结束入库任务。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置，其特征在于，包括固定的立体货架和自动化堆垛机，由堆垛机实现物料自动化入库出库；
堆垛机的机械动作包括：转运车巷道运输行走、货物周转箱自动提升下落和货叉伸缩向立体货架存物取货；
堆垛机采用双深形式，行走驱动方式为矢量变频调速，制动方式为能耗制动，采用制动电阻吸收能量，定位方式采用激光和条码双定位的方式。
2.根据权利要求1所述的物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置，其特征在于，载货过程中平台的货型检测采用光电检测和图像检测，在载货台顶端加装摄像装置和光源，在入库过程中拍摄托盘中的物品图样进行入库保存；
载货平台的定位方式为激光和条码，伸叉速度为0.3m/s，升降采用的电机功率为0.75kw；
采用无线或以太网的方式进行通讯，采用光通讯器方式与输送机联锁；
整体供电方式为380/220V防尘防溅安全滑触线，电源规格为380/220V三相五线制，采用的操作方式为仓储管理系统库位管理模块直接控制，同时采用机载人机界面触摸屏的方式进行示警时人工介入。
3.根据权利要求1所述的物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置，其特征在于，执行机构运输的货品重量达到预设值时，采用安全设计：双重入库和空取货探测及报警；
在堆垛机行走及升降行程两端均设强迫换速和强迫停止开关、货叉伸缩自动换速及伸缩超时保护、货叉行程两端机械挡块，载货台具有货架货位虚实探测器，以避免双重入库，发现货位时立即报警。
4.根据权利要求1所述的物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置，其特征在于，堆垛机上所有电机具有过载和过热保护，触发时进行报警；
堆垛机有故障自我诊断功能，具有详细故障信号的个别模块功能监测，以满足快速检修的需要；
运行机构、起升机构和货叉机构均通过交流电机驱动，采用矢量变频器来实现无级调速和电气制动，起停平稳快速；
换速制动采用电气制动，期间能量释放通过制动器电阻器被转换成热，机械制动仅在停止或紧急制动时起作用。
5.根据权利要求1所述的物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置，其特征在于，巷道堆垛机水平运行距端头货位接近处并向货架外运行时，水平运行速度被强制变为慢速，距端头固定挡块预设缓冲距离处设限位开关，确保堆垛机可靠停车；
巷道堆垛机两端头设有聚氨酯缓冲器，在出现故障时，实现巷道堆垛机缓冲停车，确保巷道堆垛机安全；
载货台设有货物托盘外形超差检测传感器，避免货物超出堆垛机而引起事故，货叉设有中位检测开关，以防止货叉在有轨堆垛机行走和升降运行时，出现误动作，确保巷道堆垛机运行的安全。
6.根据权利要求1所述的物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置，其特征在于，在堆垛机上设有松绳及超载报警，过载时发出报警信号并停止运行；
设有限速防坠装置和限速保护装置，当钢丝绳断裂载货台下降或下降速度超过安全速度时，可及时钳住以避免载货台跌落；
设置强制减速开关，确保载货台向下运行距一层货架预设距离时，限制载货台只能慢速运行；
货叉运行锁定的情景包括：堆垛机行走或升降运行时、巷道堆垛机定位没有达到设定精度范围、堆垛机进行制动开关动作。
7.一种物品仓储管理中库位分配和作业调度的方法，其特征在于，采用权利要求1-6中任一种所述的物品仓储管理中库位分配和作业调度的装置，包括：
步骤1：提供质量检验，针对重量进行复核，在自动识别过程中如果编码不存在、重量与码单误差超过预设阈值，则确认暂停入库；否则，进入储位分类流程；
步骤2：根据入库码单，包括物品编码、对应的客户名称、生产商名称、重量，通过生成上架步骤顺序，进行上架库位优化与工作负载平衡，输出入库确认号、仓储库位和入库序列号；
步骤3：在仓储管理系统中进行收货确认和发货确认时，仓储管理系统生成订单表头、订单明细，并上传业务系统，业务系统根据订单信息跟踪订单的执行状态。
8.根据权利要求7所述的物品仓储管理中库位分配和作业调度的方法，其特征在于，通过支持直接上架与分步上架，进行上架库位优化与工作负载平衡，具体步骤为：
步骤2.1：在物品入库前，从客户处获取待入库码单；
步骤2.2：根据码单对应的序号，确认物品的客户编号，在立库的WCS中获取客户物品位置；
步骤2.3：生成对应客户已有物品所在的库位列表；
步骤2.4：从此客户的库位列表中逐个获取物品所在库位；
步骤2.5：根据库位列表中的逐个库位，获取立库中目前邻近空位；
步骤2.6：直到选中的空位数等于码单上的物品数，生成锁定空位列表，与码单编号一同返回，此空位列表中的库位锁定至对应码单入库位置；
步骤2.7：进行入库，根据入库码单获取锁定库位号和库位号对应的物品编号。
9.根据权利要求8所述的物品仓储管理中库位分配和作业调度的方法，其特征在于，立库中邻近空位的选择优先顺序为：
-接近选中的库位；
-高度低于当前库位；
-相邻库位上有超过两个同客户物品；
-距离出口最近位置。
10.根据权利要求7所述的物品仓储管理中库位分配和作业调度的方法，其特征在于，从第一个物品开始：
如果物品识别和称重结果在预设范围内，则生成待入库库位和对应托盘号，放置在待入库托盘上；
如果物品识别或称重结果不在预设范围内，则物品放置在待处理区，显示物品状态异常；
如果对应托盘上物品已经全部完成识别和称重，则托盘入库；
如果码单上所有物品完成入库，则结束入库任务。
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