1.鋁型材行業現狀
我國“十二五”規劃要求單位GDP能耗下降16%，二氧化碳排放降低17%，以及非化石能源占一次能源消費比重上升至11.4%的目標。
中國鋁型材在工業領域的消費量僅在世界上占30%，隨著經濟發展和工業技術水平的提高，鋁型材在工業領域的消費具有很大潛力。2009年中國鋁型材產量的729萬噸，其中建筑鋁型材和工業鋁型材產量分別是496萬噸和233萬噸。到2012年底，我國共有鋁型材企業900多家，設備生產能力1300多萬噸，擠壓材實際產量1050多萬噸。從產品結構看，鋁合金管棒材有190萬噸，鋁型材860萬噸。鋁型材中，建筑型材有600萬噸以上(約占70%)，工業型材為260萬噸(約占30%)左右。產量主要分布在珠江三角洲、長江三角洲和環渤海灣工業發達區域。
未來10~15年中國仍將處于城鎮化、工業化快速發展的階段,預計在2015年前后,中國的城鎮化水平將超過50%，加上從現在至2020年我國舊有建筑更新、改造對建筑鋁型材的需求進入高速增長階段,中國的鋁型材產量有望達到1100萬噸，鋁合金建筑型材產量有望達到800萬噸/年左右，工業鋁型材達到300噸左右。
2.鋁型材物料儲存和存取現狀
目前，國內企業普遍采用的是平面庫、單層或雙層庫(見圖1)，占地面積大，庫房低，空間利用率低;采用橋式起重機、叉車或人工搬運的方式;出入庫頻率低，未實現數字化管理。
近幾年，國內少數同行業廠家(如堅美鋁材廠)雖然學習國外技術開發采用了懸臂式貨架存儲，叉車搬運、存取的模式(見圖2)，但受設計能力的限制，仍然存在著占地面積大，庫房空間利用率低、未實現數字化管理，入出庫頻率低的缺陷。
國外的發展比國內領先一步，長直桿件的存儲一般采用懸臂貨架存儲，橋式堆垛機存取的方式。意大利BONFANTI公司開發了較多的這種產品，多用于鋼廠企業。應用特點是：長直桿件，存儲量不大，重量較大，出入庫量和頻率較低，所以庫房比較低。如圖3，其堆垛機速度提升速度為20m/min，行駛速度為60 m/min，運行速度為30 m/min(本數據來源于意大利BONFANTI，該公司和太原高科銳志物流倉儲設備有限公司為戰略合作單位)。雖然技術有了長足的進步，但還是無法滿足華昌公司≥300t/d的出入庫要求。而BONFANTI的競爭對手，如德國沃爾特(Vollert)，德國迪森克虜伯、德國西馬克，日本JFE等公司目前還都沒有相應項目的開發和應用。
經過調研，目前，長度達到6500mm，重量在1000Kg左右，出入庫頻率達到每小時上百件(框)流量的長直桿件立體庫在國際上還未發現。
國外的發展比國內領先一步，長直桿件的存儲一般采用懸臂貨架存儲，橋式堆垛機存取的方式。意大利BONFANTI公司開發了較多的這種產品，多用于鋼廠企業。應用特點是：長直桿件，存儲量不大，重量較大，出入庫量和頻率較低，所以庫房比較低。如圖3，其堆垛機速度提升速度為20m/min，行駛速度為60 m/min，運行速度為30 m/min(本數據來源于意大利BONFANTI，該公司和太原高科銳志物流倉儲設備有限公司為戰略合作單位)。雖然技術有了長足的進步，但還是無法滿足華昌公司≥300t/d的出入庫要求。而BONFANTI的競爭對手，如德國沃爾特(Vollert)，德國迪森克虜伯、德國西馬克，日本JFE等公司目前還都沒有相應項目的開發和應用。
經過調研，目前，長度達到6500mm，重量在1000Kg左右，出入庫頻率達到每小時上百件(框)流量的長直桿件立體庫在國際上還未發現。
3.舊的儲存、存取方式及存在的問題
1) 舊的儲存、存取方式：
地面堆放，部分料框存放，人工取貨、叉車或吊機存取搬運。
2) 存在問題：
(1)占地面積大，土地利用率低，空間利用率低;
(2)搬運工作量大，使用人員多，費工費時，效率低下，人工成本高;
(3)存在人身、產品安全隱患，人工搬運，易造成人員、貨物磕、碰、擦傷;
(4)大量的貨物堆放在一起，依靠人工管理，易出現發錯貨或找不到貨的情況，庫房管理困難;
(5)重復勞動較多，常常需要倒貨，倒庫;
(6)手工記賬，效率低下，賬目易出差錯;
(7)無法推行現代管理，賬目無法和公司的ERP系統無縫對接，出入庫信息無法及時反饋到銷售、財務、信息中樞等部門。
以廣東華昌為例，到2012年華昌鋁廠的設備產能達到了13萬噸以上，產量達到了10.50萬噸/年，產品3000多個品種，產銷兩旺。但是，在土地日趨緊張、人員招聘越來越難招及人工費用越來越高的情況下，可華昌鋁廠生產規模一直不斷發展壯大，而用于儲存鋁型材產品的成品倉庫(2層)，儲存量最大也只有2500多噸。且儲存期年平均為3-4個月，甚至更長。并且舊的成品倉庫存在的占地面積大、用人多、出入庫效率低、人工管理賬目易出差錯及倉儲環節生產成本高的問題成了企業進一步發展的瓶頸。每天產品的分檢、包裝、運輸、儲存及出入庫等工作十分繁忙，物流量特別大，老的儲存和存取工藝及設備已經不能適應生產銷售形勢不斷發展的需要，運行節奏和運行效率急需提高，故開發具有自主知識產權的長直桿件自動化立體倉庫非常必要。
4.研發目標
1.鋁型材出入庫自動化
自動化立體倉庫的運行時，只要發出入庫或者出庫指令，全部的入庫、出庫作業都由設備自動完成。
2. 倉儲形式立體化
要求盡最大可能提高倉庫空間利用率，倉儲層高要求為10層，靠近廠房屋頂的幾列要求盡可能提高層數。以提高倉庫的容積比例和，節約土地資源。
3.型材搬運無人化
傳統的物料搬運，通常都是行車吊取，人工掛鉤，人工搬運，或者叉車叉取。在作業過程中，不免存在無法統計的人與設備的安全，能源的消耗，環境的污染及勞動職業衛生方面的問題。
這次研發攻關的立體倉庫要解決上述問題，實現型材出入庫、庫內無人化自動搬運。
4.倉儲管理智能化
平面倉儲管理都用人工記賬。入庫量、批號、客戶信息、產品種類、數量、顏色、型號、米重、總重量等大量信息都需要人工統計記錄，容易出現差錯。
這次研發攻關的立體倉庫要實現倉儲管理智能化，以避免庫存數據、發貨數據的差錯和發錯貨的現象。
5. 信息傳輸網絡化
型材成品倉儲工作與廠內各部門聯系較多，這次研發攻關要求實現信息傳輸網絡化，使各部門之間信息互通共享，減少或取消紙質文件信息交流方式。
最終建成一座儲存倉位約5000個，儲存量達3000-3500噸，每天出、入庫鋁型材≥300噸的自動化立體倉庫。
5.需要解決的技術關鍵
要完成上述工藝過程，滿足入出庫頻率、保證設備的可靠性、穩定性和儲存物資的質量，需要解決的技術關鍵為：
1)貨架承載能力計算、試驗和貨架定型。
倉儲貨架是自動化立體倉庫存儲貨物的基礎設施，要求良好的承載、抗震能力和結構穩定性。
2)長直桿件堆垛起重機研究。
堆垛機是自動化立體倉庫中擔負自動存取貨物的起重運輸設備，本項目所使用的雙立柱堆垛機在運行方向上尺寸是普通堆垛機的4-5倍。尺寸的加大對堆垛機的剛性、穩定性、同步性、必然帶來更高的要求;需要開發新型的載貨臺和貨叉機構及提升機構。
3)長直桿件料框研究。
料框是鋁型材的基本存儲、搬運單元，它既要滿足鋁型材在存儲、搬運過程中不損壞、不變形，滿足堆垛機、叉車在存取過程中的叉取，同時還要求空載時可以堆疊存放。
4)開發專用的自動控制和管理系統
開發適合于華昌鋁廠自動化立體倉庫要求的計算機自動控制系統和ERP管理系統改造，以實現各管理部門、生產現場與倉庫的實時通訊和數據交換。
6.華昌成品型材庫總體方案介紹
1)項目總體布局見總體布置圖(見圖4)
圖為：華昌鋁廠成品型材庫總體方案平面布置圖
(1) 橫向布局
如圖5所示，根據廠房的高度情況，靠廠房中間部分設置三個加高巷道，這樣能充分利用現有空間，使現有空間儲存最大化。
(2) 縱向布局
如圖6所示，其中6排設置為11層，入庫端列距6.4m，出庫端列距6.9m，高度為13m。
圖為：華昌鋁材廠鋁型材自動化立體倉庫縱向布置圖
如圖7所示：其中8排設置為10層，全部高度為12.05m，另外6排為11層。列距分別為，前29列(入庫端)6.4m，后6列(出庫端)6.9m(見表1)。
7.華昌鋁廠鋁型材自動化立體倉庫項目作業流程
根據產品庫存要求和華昌鋁廠實際，確定自動化立體倉庫的作業流程(見圖8)：
8.信息管理和自動控制系統
信息管理和自動控制是物流倉儲設備系統中的精髓，其水平高低決定了物流倉儲設備系統自動化水平的高低。完成物流系統中的各種特定的任務，依靠的是計算機信息管理和自動化控制技術與自動化物流倉儲設備系統中各技術部件的有機組合。系統設計目標為：
(1)倉庫管理系統與工廠ERP系統可無縫連接;
(2)通過簡捷明了的人機操作界面，使操作員輕松完成貨物的入庫、出庫操作;
(3)通過設備作業調度系統，調度輸送機和堆垛機等設備自動運行，并動態跟蹤貨物的物流路線，自動更新庫存帳目;
(4)可生成各種統計報表，滿足各種查詢要求;
(5)通過動態仿真，可實時監控到設備(堆垛機、輸送機)的運行和故障情況，便于維護和檢修;
經過研發，結果如下：
9.堅美立體庫的應用介紹
佛山堅美鋁業，在華昌的基礎上又做了大量的改進，將高度提高到20米，層數增加到了16層。整個流程上實現了可直接從生產車間接貨，然后提升到二樓以后再從天橋上搬運貨物。并且給生產線預留了借口，以使將來可順利實現和生產線的對接。
圖為：堅美鋁業成品鋁材自動化立體倉庫效果圖
庫房尺寸：140(長)×68寬)×20(屋架下弦高)m;
存放物品：鋁型材等;
單元貨物：6200/8000×1000×850 (長×寬×高)mm，1600Kg;
料框尺寸/重量：6200/8000×1000×850 (長×寬×高)mm，200Kg;
貨架規模：
6200mm米貨位數：32排x18列x16層-112=9104個貨位
8000mm長貨位：4排x14列x16層-21=875個貨位
貨位總計：9979貨位
有軌巷道堆垛機18臺; 提升機4臺
入出庫輸送機系統1套(包括32臺配合提升機的輸送機，18臺入庫輸送機，36臺出庫輸送機，16臺頂升機)：
雙工位自動分配車2臺;
入庫條形碼自動識別(含RF)和出庫LED顯示屏校驗系統;
計算機管理信息系統(WMS);
10. 華昌項目的經濟和社會效益性
1) 企業經濟效益分析
(1)自動倉庫占地面積小、投資少
本項目設計為10-11層，最大限度地利用廠房的空間，提高了空間利用率和單位空間的儲存量。與平面倉庫(含二層倉儲)相比，占地面積大大減少。按10層常規倉庫估算，考慮到庫存密度，相同的庫存量時，可節省長248m寬28m(6944m2)的庫房約3-4棟,約合減少占地面積20000-30000m2。按2012年廠址每畝最低地價80萬元計算，則：可減少購地費用=(20000-30000m2)/666.67x80= 2400-3600萬元;
土建投資每平方米造價1400元計算，則：減少成品倉庫土建投資=(20000-30000m2)x1400元/m2=2800-4200萬元;故節約倉儲用地及土建費用合計= (2400-3600)+ (2800-4200)=5200-7800萬元。
(2)用人少，降低人工成本
按現有生產能力計算，如果采用原有的出入庫方式，則每班需配備出入庫信息員28名，入庫工48人，出庫工48人，合計需要124人。
采用自動化立體倉庫后，需出入庫信息員9人，入庫工16人，出庫工36人，維護工1人，合計需要62人，共減少62人。則：
年節約人工費用=62人x(4000-5000)元/月.人x12=276-372萬元/年。
(3)提高了入出庫精度與效率
采用人工庫時，每天平均最大出入庫量合計為460t，入庫需要24h，出庫需要14h，出入庫合計耗時40h,則：平均出入庫重量=460/(24+14)=12.1t/h;
使用自動化立體倉庫后，鋁型材出入庫及庫內的搬運實現了機械化、自動化作業，每天平均最大出入庫量合計為600t，入庫需要24h，出庫需要9h，出入庫合計耗時33h,則：平均出入庫重量=600/(24+9)=18.18t/h;
自動化立體倉庫比人工庫提高入出庫效率=(18.18-12.1)/18.18x100=33%。按最大平均產量300t/d，即自動倉庫比人工倉庫多出入庫數量=300(1-1/1.33)=74.4t/d.
按年工作時間330d，人工出入庫平均費用64.3y/t計算，則：每年可降低出入庫人工費用=74.4(t/d)x330(d)x64.3y/t=157.87萬元。
還解決了過去長期存在的庫內有料，出庫時找不到造成庫存死料或錯發貨退賠等問題。平均每年因此類問題報廢的型材有100-120t,按平均每噸型材加工費2500元計算，則：每年造成的經濟損失=(100-120t)x2500元/t=25-30萬元
(4)員工勞動強度小
采用自動化立體倉庫后，鋁型材出入庫及庫內的搬運實現了機械化、自動化作業，員工通過人機界面操作，從繁重的體力勞動解放出來。且每車型材的裝車時間由原來的14h縮短到10h,減少裝車時間4(h)，意即在不減少收入的情況下，員工可以提前4h下班休息。
通過以上分析可知，采用自動化立體倉庫后，倉儲環節可提高經濟效益=(5200+276+157.87+25)~(7800+372+157.87+30)=5658.87~8359.87萬元。
2) 社會效益分析
(1)自動化立體倉庫占地面積小，空間利用率高
目前，我國共有鋁型材企業900多家，如有十分之一左右的廠家使用這樣的倉庫，則：僅土地占用可減少費用=(20000-30000)x100=200-300萬m2，減少倉庫土建投資=(20000-30000m2)x1400元/m2x100=28-42億元。
(2)節能減排效果顯著。巷道式堆垛機行走電機功率≤10kw，只有同類電機功率的四分之一，節約功率30Kw。本立體倉庫共有7臺堆垛機，如平均每臺堆垛機一天工作12小時，按每度電減少二氧化碳排放0.997kg計算，則：減少C02排放量=7(臺)x30(kw)x12(h)x365(d)x0.997(kgC02/kw.h)=917t/年。
11. 成果推廣應用前景
經過一年的試運行，項目各項指標都達到了預期目標和要求，使用現場反映良好。說明項目的研發成果完全適用于鋁型材行業的成品倉儲作業。
長直桿件類的鋁型材自動化倉庫的成功研發應用，首次實現了真正意義上的鋁型材入、出庫自動化，倉儲立體化、型材搬運無人化，倉儲賬目管理智能化，庫存信息共享網絡化。
由于長直桿件類的鋁型材自動化立體倉庫是采用計算機、自動控制、網絡、信息、通訊、激光、紅外等現代技術集成并相互滲透、有機結合形成的智能物流存取系統。該系統具有土地利用率高、出入庫效率高、倉儲高層立體化、型材搬運無人化，庫存賬目管理智能化，庫存信息共享網絡化、節能、用人少、勞動成本低等特點，具有良好的技術、經濟效益和社會效益。填補了國內鋁型材行業空白，具有國際先進水平。
作者簡介：
唐性宇(1957-) 男 貴州貴陽人 高級工程師 廣東華昌鋁廠有限公司總工程師
馬笑(1972-) 男 山西文水人 高級工程師 太原高科銳志物流倉儲設備有限公司總經理
