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★杭州迦智科技有限公司李澤邦，徐征

1　背景

在“中國制造2025”的時代背景下，智能制造領域不斷高速發展，市場對于智能控制柜的需求不斷增長。另一方面，國內控制柜制造廠家超千家，高速的市場需求增長以及愈加激烈的市場競爭，導致各企業需要不斷提升自身工廠運行效率以及降低工廠整體運營成本。浙江中控作為在智能制造領域的頭部企業，急需一種方法來解決如何在降低工廠運營成本的情況下提升整體年產能的問題。自動化物流系統作為工廠降本增效的核心環節，其效益已在多行業得到驗證。然而，根據浙江中控存儲物料尺寸多且差異較大，物流系統需要同時具備支持內部生產及外發等工藝特性，對于自動化物流系統提出了更高的要求。基于此，浙江中控富陽工廠聯合杭州迦智科技啟動智能化物流系統建設工程，通過構建“存儲-揀選-配送”一體化智能物流體系，探索控制柜制造業物流智能化升級新方法。

2　項目難點

2.1　物料尺寸多且差異大導致存儲空間利用難

浙江中控富陽工廠自動化物流系統需要全面支持控制柜原材料-半成品-成品的生產全流程，因此，需要處理端子、格柵、線材、服務器等原材料、半成品物料。

對于原材料物料及半成品物料而言，系統需要處理的物料尺寸超400種。其中，原材料物料最小包裝尺寸長13.1mm，寬14.1mm，高7.5mm，最大尺寸長92.5mm，寬66.5mm，31.5mm，整體體積差異超40倍。庫存量也從幾個到幾百萬個不等。多品種，存量差異極大的物料特征對于自動化物流系統提出了如何盡可能提高空間利用率以及如何保證所有物料平穩輸送的雙重問題。

2.2　生產與外發物流帶來的節拍沖突

在浙江中控富陽工廠的智能化升級改造規劃中，因其除了在工廠內裝配成品柜體的需求以外，需要在項目地進行柜體裝配。考慮上述工藝需求，以及場地的限制，富陽工廠計劃運用一套自動化物流系統同時承載原材料及半成品的內部生產供料與對外項目物料發貨的雙重功能，這一功能集成化的設計需求在實際運營中面臨著明顯的系統性矛盾。從內部生產角度而言，系統需要嚴格遵循生產計劃的剛性要求，按照產線穩定節拍持續供料，任何物料供給的延遲或中斷都將直接影響產線運轉效率，造成生產經濟損失。而對外發貨功能則呈現出完全不同的動態特征，受客戶訂單隨機性及供應鏈波動等多重因素影響，根據歷史數據分析單日發貨量可能呈現10倍以上的波動，高峰期每天需處理超過3000箱的發貨需求，低谷期則可能驟降至100箱以下。

以上物流特征帶來的核心挑戰在于：當系統資源被突發性發貨需求大量占用時，如何確保生產供料的優先級和穩定性不受沖擊。例如：峰值情況下，關鍵設備處理能力的瓶頸（庫內自動取卸貨設備、提升設備、AMR等），以及緩存區容量設計的矛盾（生產緩存需要持續緩沖能力，而發貨緩存需應對瞬時峰值）。

3　 項目解決方案

3.1　利用多倉庫模塊協同作業，實現物料柔性存儲

常規存儲方式分為料箱存儲或托盤存儲，根據常規料箱尺寸即長600mm，寬400mm，高300mm，對物料尺寸進行分類，結合物料來料特性，中控富陽工廠所要處理的物料存在物料尺寸小，存量大；尺寸小，存量小；尺寸大，存量大等情況，具體見表1。

表1 中控富陽工廠物料情況

根據物料情況，單一的自動化倉儲系統，例如：堆垛機托盤倉儲系統，多穿料箱倉儲系統，MiniLoad料箱倉儲系統等，僅能存儲某一種形式的物料，若采用料箱倉儲形式則難以兼容大尺寸物料，若采用托盤倉儲形式則在應對料箱物料時，會存在一個托盤上僅有一兩箱的情況，空間浪費嚴重。

針對這一痛點，迦智科技采用托盤倉儲模塊結合料箱倉儲模塊的“雙模塊協同倉儲系統”解決方案，在托盤倉儲的自動化設備選擇方面，結合中控廠房可用高度20m，SKU多，批量小，需要任意存取的特征，且綜合效率需要達到120托盤/小時考慮市場常用托盤倉儲系統特征，見表2。

表2 常用托盤自動化倉儲設備類型及特征

對比分析表2可見，子母車與四向車系統雖能適應高度要求，但其較弱的任意存取能力難以應對小批量高頻次作業；AGV叉車系統雖靈活性高，但10米的高度限制無法充分利用垂直空間。最終選定托盤堆垛機系統，其強任意存取能力和自身設備效率，可確保3000+托盤的存取效率達120托/小時。

中控富陽工廠所需托盤存量需要大于3000托，在確定托盤自動化存儲系統后，由于空間受限，留給料箱存儲的空間僅有一條巷道。考慮富陽工廠每小時450箱的流量需求以及系統的互備能力，一般可適應高度為20米的單巷道料箱自動化設備類型及特征見表3。

表3 常用料箱自動化倉儲設備類型及特征

分析表3，僅有多層料箱穿梭車可以滿足富陽工廠450箱/小時的流量，同時具備單巷道的多設備互備能力。因此，考慮采用多層料箱穿梭車作為自動化存儲設備。方案示意如圖1所示。

圖1 中控富陽工廠自動化物流系統立庫部分示意圖

對于上述表1中提及的物料尺寸、存量、出庫形式矛盾的問題，本項目利用雙模塊協同倉儲系統的互聯互通加以解決，例如，小件物料存量大，同時出庫形式為料箱的情況，以托盤庫作為主要存儲主體，料箱庫作為主要出庫分揀主體。兩個庫之間采用分揀站臺結合輸送線的形式進行連接，以實現雙模塊的互聯互通，如圖2所示。

圖2 中控富陽工廠雙模塊互聯互通部分圖

3.2　增加生產緩存模塊，實現全場物流智能化調度

為保障中控富陽工廠生產物料的穩定供給，半成品物料的穩定接收，同時應對外發物流的波動性帶來的沖擊，本項目考慮在立庫模塊與生產系統之間增加緩存模塊，如圖3所示，該物流系統架構將立體倉庫模塊作為主要存儲主體，緩存模塊作為產線供料主體。通過雙層存儲體系，可一定程度上緩解外發物流不確定性對生產物流供料帶來的影響。

圖3 富陽工廠物流系統架構（外發物流、生產物流）

針對富陽工廠物料特性與各樓層層高約束的特征（箱式物料為主，單層凈空高度4米），結合富陽工廠未來生產擴展需求，中控項目組聯合迦智科技規劃建設分布式CTU（料箱機器人）緩存模塊。該方案充分考慮建筑層高限制與柔性擴展要求，通過模塊化CTU倉集群實現空間垂直維度的充分利用，如圖4所示。

圖4 富陽工廠CTU模塊

工廠廠區各樓層存在人員動線與物流通道交叉的實際情況，同時考慮單層多CTU模塊的協同作業需求，本項目采用AMR（Autonomous Mobile Robot，自主移動機器人）實現立體倉庫與CTU模塊間的智能接駁。如圖5所示，該接駁系統通過動態路徑規劃算法實現跨功能區的柔性連接，有效解決傳統輸送線剛性連接帶來的空間占用與布局限制問題。

圖5 立庫模塊-CTU模塊AMR接駁場景

3.3　建設全場資源調度系統，實現同系統多倉

庫智能調度基于富陽工廠生產和外發工藝特性，綜上所述，本項目構建多層級自動化物流系統架構，如圖6所示。該系統通過模塊化設計實現物流資源的有機整合。

圖6 富陽工廠整體自動化物流系統模塊架構

圖中，實線表示實際的物料流向，虛線表示模塊間物料存在聯通的工藝需求。由于空間的限制，分布式倉儲模式下單模塊容量受限，導致同品類物料可能離散存儲于多個倉儲單元。當生產工單或外發訂單觸發時，如何實現跨模塊倉儲資源的最優選擇成為系統效能提升的核心優化問題。針對此，迦智科技研發的全場資源調度系統通過以下技術路徑實現智能決策：

（1）訂單結構解析與任務分解：通過全場資源調度系統，運用數據轉換技術將外部訂單轉化為標準化內部處理執行單，如圖7所示；

圖7 全場資源調度系統執行單管理界面

（2）多目標優化決策：基于智能算法，同步考量運輸成本（物料終點距離）、可用倉庫庫存可用量及設備負載均衡（堆垛機、CTU、多層料箱穿梭車等實時工況）進行綜合動態加權決策；

（3）多物料協同調度：通過構建時間約束，實現同一訂單內物料盡可能于同一時刻到達，減少訂單因物料先后到達時間差異大而導致效率低下的問題。

4　項目效益

4.1　多設備“貨到人”作業，提升人效

通過部署“立體倉庫系統+CTU與AMR機器人集群+智能輸送系統”多維綜合智能物流系統，構建場內物流全面智能化“貨到人”作業體系，實現物流貨架倉儲區域內的無人化作業，倉儲區域到庫內任意點的無人化搬運。人員作業模式從原先的頻繁到庫內進行找料搬運優化為只需要在固定位置進行作業，作業路徑從原先的每天上千公里縮短至固定工位的5米范圍內，大幅降低人員的勞動作業強度，綜合人效提升3倍以上。

4.2　物流信息全面互通，提升管理效率

依托全場資源調度系統構建富陽工廠場內物流數據中臺，聯通數據孤島，同步配置數據大屏，將倉庫庫存狀態，出入庫作業狀態，設備狀態等物流數據信息放置于一套系統，一個界面予以展示，如圖8所示。

圖8 富陽工廠數字大屏

管理人員可通過統一界面，直觀看到各類物流信息和設備運作畫面，直觀的整體信息展示使得異常事件判斷及響應周期達到分鐘級別。同時，通過多維度數據的記錄可輔助管理人員進行預測性維護、業務預測以及資源預配置，綜合提升整體管理決策效率。

4.3　有效平衡生產與發貨間的動態矛盾

通過多倉融合、多級緩存，以及全場資源調度系統的動態調度，創新性實現生產供料保障與外發物流服務的雙向增益。在系統架構層面，采用多層分布式倉儲模塊與中央立庫的模塊化結合設計：各樓層CTU倉通過實時全場調度系統中庫存管理功能構建動態安全庫存體系，形成生產供料的梯度緩存。立庫模塊則依托其高密度存儲特性，建立核心庫存池。雙模塊通過全場資源調度系統實現毫秒級數據互通，當CTU倉執行生產供料任務時，立庫模塊可全面支持外發物流職能，成功構建起“生產優先、外發彈性”的智能物流調度體系。消除了因外發訂單激增導致的生產斷料風險，又實現了發貨效率的指數級提升。經實踐驗證，在保障產線連續穩定運行的同時，系統可應對單日發貨量達基準值3倍以上的突發性外發訂單場景。

5　結語

迦智科技針對中控富陽工廠打造的多模塊融合方案，通過“多模塊協同倉儲+柔性搬運+全場智能調度”的創新架構，在實現倉儲空間利用率提升、綜合人效增長、物流管理能力提升的同時，增強了生產供料穩定性與外發物流彈性的動態平衡能力。此方案也有助于中控富陽工廠更好地應對未來業務的增長。

目前，隨著控制柜制造業智能化轉型加速，企業采用智能化物流解決方案的數量也逐漸增加。尤其是多倉儲系統配合場景，迦智多模塊融合方案可有效進行多倉庫物料動態調配，通過統一的調度系統將傳統人員需要判斷選擇物料最合適的出庫倉庫，同時在多個操作系統操作的復雜場景，轉變為系統自主決策，大幅降低人員操作的復雜度。同時，多倉的協同也可幫助控制柜生產工廠有效緩解動態外發物流需求與穩定生產供料需求的矛盾，提升企業整體業務柔性。中控富陽工廠的智能化升級成功實踐案例也驗證了迦智科技融合解決方案的有效性，為控制柜制造業的智能化升級提供了具有可以復用的技術路徑。

摘自《自動化博覽》2025年4月刊