1. 设计
现在我们所说的自动化立体库或自动化仓储系统，其内含已经大大超出以前的定义。简单的归类，包括托盘式立体库（AS/RS）和箱式立体库（Miniload）。两者之下，又分别有很多子类，如：
AS/RS：单深度立体库、双深度立体库、密集存储系统（又有多种形式）等。此外，还有托盘形式的不同、货架形式的不同、轨道形式不同、控制形式不同以及堆垛机结构形式的不同等，分解出很多小类；
Miniload：单深度，双深度，多层穿梭车系统，4向穿梭车系统等；
进一步细分的种类和形式还有很多，为了简化，这里并不想一一列举。否则的话，要写一本书才能说清楚。以下的叙述也都是以简单的AS/RS为主，偶尔会说一下其他的内容。
构成一个立体库的主要设备和系统包括：货架系统（货架、巷道设备、平台等），堆垛机系统、输送机系统、托盘、网络和信息系统等。此外还有配套的叉车、标牌、护栏等。
从设计者角度考虑，立体库也许只是一个物流系统的一部分，这时应考虑的是整体的位置以及配套的系统，包括收货系统、发货系统、储存区、拣选区、包装区、分拣区等。当然，选择什么样的存储形式非常关键。
托盘：以前的托盘设计成为立体库设计的重要内容。经过多年的演变，目前很多情况下建议采用标准托盘（1200*1000*150mm）。当然，这一规定并不是不可以更改。
图1 一项设计比看到的工作要多得多
单深度还是双深度：采用双深度的情况其实并不多，双深度除了在特定情况下会有15~25%左右的库存提升外，其限制很多。有些设计人员津津乐道地采用双深度立体库，如果不做精确的分析，往往会达不到目的。
在选择什么样的技术时，关键指标是库存、效率和成本。这三个指标并不是绝对的。有时对库存要求高，而没有效率问题；有时则是效率和成本成为关键。此外，还要考虑适用性，不能张冠李戴。
以下几项是设计阶段的关键：
（1） 基础数据
设计是以基础数据为依据的。任何设计，离开基础数据就没有意义，也无法判断设计的优劣。很多设计人员不理解这一点，一上来就画图，结果一无是处。
基础数据中最关键的是库存、收发货量、拆零量、工作时间、SKU数量等。一般这些数据要以历史数据或同行数据作为参考。越准确的基础数据，设计越合理。
（2）载荷
基础承载能力（包括地面和楼面）：应按照规范进行计算，而不是随意确定。
货架承载能力（地震载荷是重点）：运用有限元法进行力学分析是必要的，尤其是地震载荷的确定，非常关键。
（3）层高
层高有好几个概念，如楼层高度，货架每层高度等，这里仅指货架层高。
层高很简单，对一个新手或非专业人员，却往往容易发生错误。对单深度堆垛机而言，层高包括横梁h1、托盘h2、货物h3、存取空间h4、安全空间h5，此外还有底层高度和顶层高度。如果没有对堆垛机进行深入了解，确定层高不是一件容易的事情。若对双深度而言，层高还有更加复杂的规定。
还有一点也要注意，组合式货架一般是有固定节距限制的。
（4）库前区和库后区
要确定库前区和库后区的尺寸，首先要对堆垛机的结构有充分了解，很多人对此一头雾水。如果是一个没有经验的设计者，最好参考一下别人的设计。
正确理解库前区和库后区，还要了解维修区的要求。
（5）效率
堆垛机的效率是可以计算的，FEM9.851标准给出了计算方法。但对双深度而言，计算会复杂一些。
堆垛机的效率是一个关键因素，但要正确认识如何提高效率并不容易。有些设计人员没有经验，往往只注重某一个指标而忽视其他指标。有时计算的结果往往出乎意料。
（6）输送系统
输送机作为外围配套设施，其设计往往比立体库本身还要重要和复杂，其难度也大一些。输送机采用的技术有很多，除了传统的输送机以外，现在广泛使用的还有穿梭车、环形穿梭车、AGV等。无论采用什么技术和设备，都要对其应用场合和技术要求了解清楚。
输送机系统的设计还要考虑效率的匹配。有时，采用什么样的输送形式和输送速度，对于输送系统的效率有非常大的影响。
（7）消防分区问题
消防分区对立体库的设计产生了很大影响。对于丙II类物料而言，带自动喷淋的分区面积为3000平方米，而一个全自动的仓库其限制为12000平方米。这就是为什么立体库不能建得很大的原因之一。在设计阶段，如何充分运用消防规范非常重要。
立体库的设计参数还有很多。作为一个专业设计人员，最重要的是要做到平衡和适用。平衡就是各个设计指标要本一致，不要有的指标过高，有的过低。过高的指标会造成浪费，过低的指标会影响整个系统的能力，也是一种浪费。适用就是所采用的技术是恰当的，不要为应用而应用。初期的设计者，对立体库的适应场合不甚了解，出现误用的情况很多。量体裁衣，因地制宜，才能恰如其分。
2. 采购、生产和安装
从一个集成商的角度看，很多设备需要采购，只有部分设备需要自己生产。无论是采购还是自己生产，质量的要求是一致的。
货架系统：首先，货架要经过力学有限元计算、结构要合理、工艺水平要达到要求、表面涂层厚度符合要求、颜色均匀、加工精度要符合规范。而从采购者角度看，材料（主要是立柱和横梁）要符合要求。如何确定材料符合要求？除了要对采购单进行鉴定外，重要项目还要对材料物理性能进行检测。此外，货架的安装非常重要，除按照设计要求进行安装外，对安装结果应进行检查。
比较重要的安装问题有如下几个：
（1） 基础预埋问题
很多情况下基础预埋不符合要求，除了在安装过程中进行监督指导外，发现问题及时纠正似乎是比较节约的办法。一旦返工，质量往往不如人意，而成本也会增加，工期也会延长。
（2 ）安装基准
货架的安装基准非常重要。要在建筑施工时就确定基准，目前国内很多项目都没有这么做，导致了一些问题的发生。
（3 ）安全销
很容易忽视的问题是横梁的安全销。很多事故的发生也是安全销所引起。此外，还有横梁前后的高度出现问题的情况也累见不鲜。因此，在安装结束时，仔细检查安全销和横梁高度是非常必要的。安装人员更要养成好习惯，避免犯不必要的错误。
（4 ）轨道连接
轨道连接是安装中的重要问题，很多连接不好的轨道不仅影响使用，未来还会有断裂的隐患。
（5 ）接地
货架要求接地，防止静电对设备的损坏。这一点也非常重要。
图2立体库成品图
堆垛机（AS/RS）：作为立体库的关键设备之一，堆垛机至关重要。工艺要合理、电机与减速器品牌型号要符合要求、安全措施要全面、定位方式要符合要求。对堆垛机的安装检查是一项非常专业的工作。作为一项安装检验，重点还应该在外观检查、主要零部件型号、安全防护装置、设备功能演示、速度、定位方式、定位精度、作业能力、噪音等多方面内容进行逐一检查和测试。
输送机：要符合总体设计要求。包括表面工艺、电机与控制系统、安全措施等。安装检查包括对安装外观的检查、辊道表面是否平整、主要零部件是否符合要求以及设备功能是否齐全等。
托盘：符合设计要求，包括整体尺寸、板厚。此外，承载实验应达到要求。托盘虽然简单，但数量大，要做到每一个托盘均符合要求并不容易，托盘对立体库的正常运行影响很大。
对一个现场经理来说，制定安装计划、协调到货计划、确认安装工艺的可行性和安全性以及检查安装质量是非常重要的。
对设备的质量检查和安装检查，要出具正式的结果文件，以备未来系统验收之用。
3. 软件
立体库的软件系统主要包括WMS系统，WCS系统和监控系统等。有的供应商将监控系统与WCS系统集成在一起，统称为WCS系统。对此，伍强科技从系统实施角度考虑，采用分开设计的架构，取得了较好的效果。
WMS系统
作为立体库的WMS系统，除了要求具备普通的WMS功能外，还有很多特别之处。总结如下：
（1）组盘要求
组盘要求非常严格，绝对不能超差和超重，这是AS/RS系统的显著特点。AS/RS有尺寸和重量监测装置，要求这两项均不超过设定值；
（2）货位均衡
自动化立体库基于作业安全和效率的考虑，对货位分配有特别的要求。一般情况下，要求同一SKU的多个托盘被均匀分配到不同巷道，在整个作业过程中各巷道的托盘数基本相同。这是与普通的仓库管理系统不同的地方；
（3）实时性要求
一方面堆垛机完成每个作业的时间并不相同，另一方面由于故障等原因，会导致分配的任务并不能按时完成，从而打乱了原先的分配原则。这时要求WMS系统根据实时情况分配货位。此外，由于堆垛机是自动完成作业的，所以WMS要实时记录货位的变化，避免出现账实不符；
（4）故障处理
WMS故障类型很多。主要有两个需要处理：
货位空故障：出库时，当记录的货位有托盘，但实际监测没有，造成帐实不符。
这一类故障将直接影响本次发货，而系统也需要进行处理。一般情况下，处理此类错误首先需要人工确认监测结果是否正确。如果属于监测错误，则应修复设备，排除故障，重新作业；如果检测无误，则要求重新分配货位，并对当前货位进行跟踪处理。
货位满故障：入库时，当记录的货位无货物，但实际监测有托盘，造成账实不符。
这一类故障影响入库作业，处理此类错误首先需要人工确认监测结果是否正确。如果属于监测错误，则应修复设备，排除故障，继续作业；如果检测无误，则要求重新分配货位并对当前货位的货物进行跟踪，修复库存。
此外的故障还有库存不准确等，也需要处理。维持库存准确是保证作业流畅的前提。
（5）在线拣选
在线拣选是AS/RS系统的一项重要功能。WMS对此要有相应支持。
在线拣选对于波次拣选时，要求减少堆垛机作业次数，一次完成整个波次的拣选，有些类似于提总拣选；
在线拣选在拣选完成后，面临托盘回库的问题。有两种策略：其一是回到原货位，其二是重新分配货位。不管采用哪种策略，WMS将担负管理货位和分配货位的责任。如果拣选完成后成了空托盘，堆垛机可将空托盘自动收集成垛存放在靠近拣选位的某个空货格内。
（6）货位锁定
货位锁定对于AS/RS系统非常重要。有时是因为堆垛机故障需要锁定货位，有时是因为其他原因需要锁定。WMS系统应提供自动和手工锁定货位的功能。
（7）货位状态管理
AS/RS系统的货位状态有很多种，如空货位、满货位、入库状态、出库状态、锁定状态，此外还要根据实际应用设计其他状态。
（8）与WCS接口
当然，除与ERP有接口外，WMS必须与自动化监控系统有接口。由于系统和设备的多样性，接口也具有多样性。伍强科技设计的WCS系统架构，将WMS与设备隔离开来，实现了WMS与设备无关，进而简化WMS的设计、发布和维护。
立体库WMS的特性还有很多，如盘库策略和方法、货位的优先级管理、双深度货位管理等。限于篇幅，不一一例举。
WCS系统
关于WCS的概念，大家理解的并不一致。从伍强科技的观点来看，WCS乃是位于WMS之下和监控系统之上的信息系统，完成WMS与自动化系统的连接。这是WMS系统与自动化系统无关性理论的基本内容。有人把WCS理解为监控系统，是没有理解伍强科技关于WMS与自动化系统无关性理论的重要性。从一定意义上讲，WMS与设备无关理念的提出，是伍强科技对物流技术做出的重大贡献。
众所周知，一个复杂的物流系统，其自动化系统会不止一个。有时，这些自动化系统并不是一个供应商所提供，这就形成了多个子监控系统。如果WMS直接与这些监控系统连接，势必破坏WMS的独立性和标准化，给系统开发和维护带来很大困难。试想，如果一个WMS实施的每一个系统都是不一样的，未来的维护将是怎样的一个态势？此外，一个基本的事实是大部分WMS厂商并不了解自动化系统。
下图表示了两种结构的差异：
图1表达的结构是传统的结构。WMS直接与设备连接。有人问，这有何不妥吗？这个问题只有对物流系统实施非常熟悉的人才知道，这一结构是导致很多矛盾产生的根源。其实，更大的问题还不是这里，而是这种非标准化设计思想，导致了WMS系统本身的不稳定。更不要说实施、部署、维护的困难了。
WCS的基本功能包括接受WMS的作业指令，经过整理、组合、拆分，形成各自动化系统的作业指令，分发给各自动化系统。同时，接收各自动化系统的现场状态，反馈给WMS。
从WCS的角度看，WMS是关于作业要求的发出者。在入库作业时，将托盘货物存放在什么位置；在出库作业时，要求货物从什么位置出，出多少，这些应是WMS的工作内容。而具体由什么系统去执行，并不是WMS要关心的事情，WCS则完成了任务分发的工作。这种架构设计看似简单，却给物流系统带来了革命性的影响。
WCS有如下显著特点：
明确了WMS与设备无关的概念，结构清晰，易于维护；
理清了WMS与监控系统的职责，各司其职，不再有理不清的矛盾；
对于大型物流中心，大大减少了联合调试的时间；
系统稳定性大大加强；
便于远程部署WMS系统，尤其是云端系统的部署变得可行。
监控系统
顾名思义，监控系统完成自动化作业的任务监控。
在一个自动化立体库系统中，监控系统要求与立体库设备发生紧密的互动，主要是堆垛机、输送机、穿梭车等。在其他系统中，还有分分拣机、AGV、机械手等自动化设备。
堆垛机监控系统
入库：一个堆垛机的入库作业循环包括：
1 接受输送机系统的入库请求；
2 堆垛机达到入库口（其中包括运行的加速、运行、减速、停准等动作，起升的载货台回原位动作）；
3 堆垛机取货作业（其中包括伸叉、叉体到位、微升、微升到位、回叉、回叉对中等动作），取货完成，还需要发给输送机一个取货完成指令，以便输送机释放占位；
4 堆垛机运行到指定位置（包括水平位置和高度位置）；
5 堆垛机检查货位是否有货（如有货则报故障）；
6 堆垛机放货作业（其中包括伸叉、叉体到位、微降、微降到位、回叉、回叉对中等动作）；
7 堆垛机待机。
一个完整的出库环节包括：
1 接受监控系统的出库请求（在一个队列里的第一条指令）；
2 堆垛机达到预定货位位置（其中包括运行的加速、运行、减速、停准等动作，起升的载货台要求同步运动到预定位置）；
3 堆垛机检查货位是否有货（如无货则报故障）；
4 堆垛机取货作业（其中包括伸叉、叉体到位、微升、微升到位、回叉、回叉对中等动作）；
5 堆垛机运行到指定出库口位置（包括水平位置和载货台高度位置），有时，一个巷道有多个出库口。因此，指定出库口非常重要；
6 堆垛机向输送机系统发出卸货申请，输送机即刻回复是否可以卸货；
7 当允许放货时，堆垛机执行放货作业（其中包括伸叉、叉体到位、微降、微降到位、回叉、回叉对中等动作）；
8 堆垛机待机。
在整个作业循环中，堆垛机要求时刻监控货物是否在运行中超差。如果发现超差，将立即停止运行，并报故障。
对于堆垛机系统来说，每个控制系统与监控系统的交互并不是完全一样的。有的是将整个作业循环作为一个事务来处理，这样交互的内容就很少；有的是将整个循环划分为多个小循环和多个小事务，交互的情形就比较多。总体来看，各有优缺点。
输送机监控系统
相对来说，输送机监控系统要简单一些。这是由输送机的功能简单决定的。在输送阶段，几乎没有什么需要监控，一切按照内部逻辑运行，只是在出现故障时需要处理。而在分流段，则需要根据系统规划的路线或外部的条形码信息决定分流路线。但输送机也有复杂的地方，如条码的识别就是一个问题。系统不仅要求识别要准确，而且要求快捷，但现实是这两点都难以做到。
穿梭车监控系统
穿梭车的监控有点类似于堆垛机，但比堆垛机要简单一些，主要是没有载货台的控制，也没有货叉作业（注：有些穿梭车采用货叉）。
图形显示系统
监控系统的另一工作是图形显示，可以安排专门的计算机系统完成。
一个好的图形显示可以观看到整个中心的作业情况，对于日常维护是非常重要的。
4. 验收
立体库的验收需要有专门的知识。作为一个完整的验收程序，包括制定验收大纲、到货完整性检查、技术资料检查、安装检查、功能参数测试、故障与安全性测试、作业能力测试、可靠性测试等，以下逐一说明。
验收大纲
验收大纲确定验收内容、时间安排、测试用例准备、材料准备、人员准备、测试表格、测试指标、测试依据、测试报告等，需要与用户一起确定。
验收不只是某一方的工作，应包括集成商、供货商及用户。大家应对测试结果签字确认。
到货完整性检查
根据合同清单，检查到货完整性。包括设备名称、规格、品牌、数量等。
货物的清单要求注意落实，对于安装好的货物，则以安装结果为依据；对于不需要安装的设备，如托盘、叉车、地牛等设备，应在到货时进行清点；对于备品备件，则应按照清单移交，对于缺失的货物，应如实记录，以便补充。
技术资料检查
技术文件包括图纸、技术说明文件、使用维护说明、培训资料书等，是构成系统不可或缺的部分。文件的完整性检查是非常重要的内容。
作为一项重要内容，人员培训师保证系统能够顺利移交的关键。培训是否满足要求，应通过检查考试成绩和实操测试记录确定。这一点往往容易忽视。
安装检查
对安装的检查比较专业。可以按照大类进行。如货架、输送机、堆垛机等。
安装分为外观检查和尺寸检查两部分。
所谓外观检查，包括安装是否符合要求美观、表面保护是否到位、连接是否平滑、螺栓是否遗漏和松动，零件是否有缺损等。外观检查要逐一进行，是一件非常繁琐的工作。
尺寸检查则应根据设计要求测量，如货架的变形是否符合要求、轨道连接是否满足要求等，尺寸检查要求细致。对于大规模的检查，要求安装方先自行进行测试，然后抽查的方法。
功能参数测试
货架：主要包括生产工差、安装误差、板厚、涂层、承载、变形等是否符合要求。对于有地震载荷要求的，一般进行FEM计算。
堆垛机：电机及减速机品牌、功率，货叉品牌，激光器品牌，光电开关品牌、数量，起升、运行、货叉的速度和加速度，安全装置，限位开关，重载测试等；
输送机：电机及减速机品牌、功率、货叉品牌、光电开关品牌及数量、条码扫描器品牌及数量、位置、尺寸、承载（满载）、辅助设施等；
穿梭车：电机及减速机品牌、功率、光电开关品牌及数量、运行及移载的速度和加速度、安全装置、限位开关及重载测试等。
故障与安全性测试
主要针对堆垛机、穿梭车、输送机等。
堆垛机的故障约30种，其中有关安全的测试包括松绳、超差、超重、限位开关。货叉超时，过热保护及断绳保护等一般不测试。此外，比较关键的是空取货，货位双重入库保护等属于测试的重点；
穿梭车的安全测试集中在超差、超重保护。此外，对于双重入库和空取货也是测试的要点。
输送机安全测试重点在于轻载和重载的停准，移载定位，超时保护等。
作业能力测试
输送机和穿梭车的作业能力即通过能力。测试时一般要求与系统连接，否则很难测试。
堆垛机的作业能力按照FEM 9.851规定进行。关于FEM 9.851内容，请参考有关资料。
可靠性测试
很多人不知道可靠性为何物，因此在合同中并未提出可靠性验收的标准，也不进行可靠性验收。其实这是复杂系统验收最关键的指标之一。
系统可靠性指标是通过系统可用度指标进行描述的，根据FEM 9.851要求，一个系统的可用度指标根据以下公式进行计算：
f = (T0-T1)/T0*100％
其中：
f表示系统的可用度，用百分比表示；
T0是作业的总时间，一般要求连续测试5天，每天8小时；
T1是总的当量故障时间；
所谓当量故障时间，是指并行子系统故障时间对于整个系统的影响当量。例如，假如一个立体库系统有10台堆垛机，那么，任何1台堆垛机故障，它的当量因子只有1/10，即发生故障的当量时间只有实际故障时间的1/10。而对于WMS和WCS系统，其当量因子则为1。有关可用度的基本知识，请参照FEM 9.851。
一般情况下，可用度达到93%即认为可以通过初步验收，系统可以上线运行。而通过最终验收，要求可用度达到97%以上。
图3 立体库内景
5. 上线与维护
如前所述，系统达到93%，系统即可以上线运行。但上线前的工作远比这个复杂。
以下从几个方面进行描述：
（1）现场检查
上线前的现场检查，主要包括线路检查，安装遗留的垃圾检查（包括消防安装等），现场工作站（计算机、打印机）检查，机房检查等。
作为一项完整的检查，应列出清单，由专人负责，确保上线的安全性。
（2）人员到位
上线一旦启动，操作人员必须到位。有时，由于存在老系统的作业问题，人员很难兼顾。这就要求做出系统规划。操作人员的培训是至关重要的。一般情况下，每个作业环节必须有1个关键人员，经过严格培训，懂得如何正确操作。
（3）系统初始化
系统初始化工作需要清除测试过程中的垃圾数据，按照实际运行环境配置岗位，并初始化岗位人员，RF和现场终端则要求严格按照规则进行配置。此外，主数据的初始化是一个重要环节，货位配置要求与实际相符。
初始化工作一般需要2~3天时间。
初始化后，应进行适应性测试，包括各岗位的登录、入库作业、出库作业等一系列完整性作业，以检查初始化是否满足要求，确保上线切换顺利。适应性测试要细致周到，不能一带而过。同时也要做好测试计划，逐一实施，以防止系统初始化带来的新问题。
初始化完成后，系统应进行完全备份。
（4）搬迁策略
很多系统上线的第一件工作是搬迁。搬迁既复杂又紧张，甚至决定了是否能够成功上线。很多失败的案例，均在搬迁环节即已经发生问题。
搬迁时，人员少，任务重，设备不稳定，系统不稳定，流程不熟悉，本来就容易出现问题。如果大意，会导致无法收拾的结果。
正是因为搬迁的困难太大，所以应特别重视搬迁工作。
首先，应制定搬迁策略。搬迁的原则是在保证数据正确的前提下，越简单越好。比如，不改变旧仓库的货位库存，实行一对一的搬迁就是一个好的策略。这一策略最大好处是下架简单、操作有序、可以及时盘点，避免在搬迁时出现大的问题。一般情况下，新的仓库规模要大于旧仓库，这样为搬迁创造了好的条件。
其次，要计算搬迁的工作量，切实做好计划和准备工作。包括车辆、人员、托盘、耗材等，使搬迁有序进行。
第三是要开发搬迁程序，即根据搬迁要求专门开发一些程序，确保搬迁操作的简便快捷。
最后是要选择好搬迁时机，一般应选择淡季搬迁，对生产影响较少。此外，在搬迁前夕，对库存进行整理盘点，减少系统误差和搬迁工作量，适当降低库存也是必要的。这就要求管理部门密切配合，统一行动。
