★杭州迦智科技有限公司李泽邦，徐征

1　背景

在“中国制造2025”的时代背景下，智能制造领域不断高速发展，市场对于智能控制柜的需求不断增长。另一方面，国内控制柜制造厂家超千家，高速的市场需求增长以及愈加激烈的市场竞争，导致各企业需要不断提升自身工厂运行效率以及降低工厂整体运营成本。浙江中控作为在智能制造领域的头部企业，急需一种方法来解决如何在降低工厂运营成本的情况下提升整体年产能的问题。自动化物流系统作为工厂降本增效的核心环节，其效益已在多行业得到验证。然而，根据浙江中控存储物料尺寸多且差异较大，物流系统需要同时具备支持内部生产及外发等工艺特性，对于自动化物流系统提出了更高的要求。基于此，浙江中控富阳工厂联合杭州迦智科技启动智能化物流系统建设工程，通过构建“存储-拣选-配送”一体化智能物流体系，探索控制柜制造业物流智能化升级新方法。

2　项目难点

2.1　物料尺寸多且差异大导致存储空间利用难

浙江中控富阳工厂自动化物流系统需要全面支持控制柜原材料-半成品-成品的生产全流程，因此，需要处理端子、格栅、线材、服务器等原材料、半成品物料。

对于原材料物料及半成品物料而言，系统需要处理的物料尺寸超400种。其中，原材料物料最小包装尺寸长13.1mm，宽14.1mm，高7.5mm，最大尺寸长92.5mm，宽66.5mm，31.5mm，整体体积差异超40倍。库存量也从几个到几百万个不等。多品种，存量差异极大的物料特征对于自动化物流系统提出了如何尽可能提高空间利用率以及如何保证所有物料平稳输送的双重问题。

2.2　生产与外发物流带来的节拍冲突

在浙江中控富阳工厂的智能化升级改造规划中，因其除了在工厂内装配成品柜体的需求以外，需要在项目地进行柜体装配。考虑上述工艺需求，以及场地的限制，富阳工厂计划运用一套自动化物流系统同时承载原材料及半成品的内部生产供料与对外项目物料发货的双重功能，这一功能集成化的设计需求在实际运营中面临着明显的系统性矛盾。从内部生产角度而言，系统需要严格遵循生产计划的刚性要求，按照产线稳定节拍持续供料，任何物料供给的延迟或中断都将直接影响产线运转效率，造成生产经济损失。而对外发货功能则呈现出完全不同的动态特征，受客户订单随机性及供应链波动等多重因素影响，根据历史数据分析单日发货量可能呈现10倍以上的波动，高峰期每天需处理超过3000箱的发货需求，低谷期则可能骤降至100箱以下。

以上物流特征带来的核心挑战在于：当系统资源被突发性发货需求大量占用时，如何确保生产供料的优先级和稳定性不受冲击。例如：峰值情况下，关键设备处理能力的瓶颈（库内自动取卸货设备、提升设备、AMR等），以及缓存区容量设计的矛盾（生产缓存需要持续缓冲能力，而发货缓存需应对瞬时峰值）。

3　 项目解决方案

3.1　利用多仓库模块协同作业，实现物料柔性存储

常规存储方式分为料箱存储或托盘存储，根据常规料箱尺寸即长600mm，宽400mm，高300mm，对物料尺寸进行分类，结合物料来料特性，中控富阳工厂所要处理的物料存在物料尺寸小，存量大；尺寸小，存量小；尺寸大，存量大等情况，具体见表1。

表1 中控富阳工厂物料情况

根据物料情况，单一的自动化仓储系统，例如：堆垛机托盘仓储系统，多穿料箱仓储系统，MiniLoad料箱仓储系统等，仅能存储某一种形式的物料，若采用料箱仓储形式则难以兼容大尺寸物料，若采用托盘仓储形式则在应对料箱物料时，会存在一个托盘上仅有一两箱的情况，空间浪费严重。

针对这一痛点，迦智科技采用托盘仓储模块结合料箱仓储模块的“双模块协同仓储系统”解决方案，在托盘仓储的自动化设备选择方面，结合中控厂房可用高度20m，SKU多，批量小，需要任意存取的特征，且综合效率需要达到120托盘/小时考虑市场常用托盘仓储系统特征，见表2。

表2 常用托盘自动化仓储设备类型及特征

对比分析表2可见，子母车与四向车系统虽能适应高度要求，但其较弱的任意存取能力难以应对小批量高频次作业；AGV叉车系统虽灵活性高，但10米的高度限制无法充分利用垂直空间。最终选定托盘堆垛机系统，其强任意存取能力和自身设备效率，可确保3000+托盘的存取效率达120托/小时。

中控富阳工厂所需托盘存量需要大于3000托，在确定托盘自动化存储系统后，由于空间受限，留给料箱存储的空间仅有一条巷道。考虑富阳工厂每小时450箱的流量需求以及系统的互备能力，一般可适应高度为20米的单巷道料箱自动化设备类型及特征见表3。

表3 常用料箱自动化仓储设备类型及特征

分析表3，仅有多层料箱穿梭车可以满足富阳工厂450箱/小时的流量，同时具备单巷道的多设备互备能力。因此，考虑采用多层料箱穿梭车作为自动化存储设备。方案示意如图1所示。

图1 中控富阳工厂自动化物流系统立库部分示意图

对于上述表1中提及的物料尺寸、存量、出库形式矛盾的问题，本项目利用双模块协同仓储系统的互联互通加以解决，例如，小件物料存量大，同时出库形式为料箱的情况，以托盘库作为主要存储主体，料箱库作为主要出库分拣主体。两个库之间采用分拣站台结合输送线的形式进行连接，以实现双模块的互联互通，如图2所示。

图2 中控富阳工厂双模块互联互通部分图

3.2　增加生产缓存模块，实现全场物流智能化调度

为保障中控富阳工厂生产物料的稳定供给，半成品物料的稳定接收，同时应对外发物流的波动性带来的冲击，本项目考虑在立库模块与生产系统之间增加缓存模块，如图3所示，该物流系统架构将立体仓库模块作为主要存储主体，缓存模块作为产线供料主体。通过双层存储体系，可一定程度上缓解外发物流不确定性对生产物流供料带来的影响。

图3 富阳工厂物流系统架构（外发物流、生产物流）

针对富阳工厂物料特性与各楼层层高约束的特征（箱式物料为主，单层净空高度4米），结合富阳工厂未来生产扩展需求，中控项目组联合迦智科技规划建设分布式CTU（料箱机器人）缓存模块。该方案充分考虑建筑层高限制与柔性扩展要求，通过模块化CTU仓集群实现空间垂直维度的充分利用，如图4所示。

图4 富阳工厂CTU模块

工厂厂区各楼层存在人员动线与物流通道交叉的实际情况，同时考虑单层多CTU模块的协同作业需求，本项目采用AMR（Autonomous Mobile Robot，自主移动机器人）实现立体仓库与CTU模块间的智能接驳。如图5所示，该接驳系统通过动态路径规划算法实现跨功能区的柔性连接，有效解决传统输送线刚性连接带来的空间占用与布局限制问题。

图5 立库模块-CTU模块AMR接驳场景

3.3　建设全场资源调度系统，实现同系统多仓

库智能调度基于富阳工厂生产和外发工艺特性，综上所述，本项目构建多层级自动化物流系统架构，如图6所示。该系统通过模块化设计实现物流资源的有机整合。

图6 富阳工厂整体自动化物流系统模块架构

图中，实线表示实际的物料流向，虚线表示模块间物料存在联通的工艺需求。由于空间的限制，分布式仓储模式下单模块容量受限，导致同品类物料可能离散存储于多个仓储单元。当生产工单或外发订单触发时，如何实现跨模块仓储资源的最优选择成为系统效能提升的核心优化问题。针对此，迦智科技研发的全场资源调度系统通过以下技术路径实现智能决策：

（1）订单结构解析与任务分解：通过全场资源调度系统，运用数据转换技术将外部订单转化为标准化内部处理执行单，如图7所示；

图7 全场资源调度系统执行单管理界面

（2）多目标优化决策：基于智能算法，同步考量运输成本（物料终点距离）、可用仓库库存可用量及设备负载均衡（堆垛机、CTU、多层料箱穿梭车等实时工况）进行综合动态加权决策；

（3）多物料协同调度：通过构建时间约束，实现同一订单内物料尽可能于同一时刻到达，减少订单因物料先后到达时间差异大而导致效率低下的问题。

4　项目效益

4.1　多设备“货到人”作业，提升人效

通过部署“立体仓库系统+CTU与AMR机器人集群+智能输送系统”多维综合智能物流系统，构建场内物流全面智能化“货到人”作业体系，实现物流货架仓储区域内的无人化作业，仓储区域到库内任意点的无人化搬运。人员作业模式从原先的频繁到库内进行找料搬运优化为只需要在固定位置进行作业，作业路径从原先的每天上千公里缩短至固定工位的5米范围内，大幅降低人员的劳动作业强度，综合人效提升3倍以上。

4.2　物流信息全面互通，提升管理效率

依托全场资源调度系统构建富阳工厂场内物流数据中台，联通数据孤岛，同步配置数据大屏，将仓库库存状态，出入库作业状态，设备状态等物流数据信息放置于一套系统，一个界面予以展示，如图8所示。

图8 富阳工厂数字大屏

管理人员可通过统一界面，直观看到各类物流信息和设备运作画面，直观的整体信息展示使得异常事件判断及响应周期达到分钟级别。同时，通过多维度数据的记录可辅助管理人员进行预测性维护、业务预测以及资源预配置，综合提升整体管理决策效率。

4.3　有效平衡生产与发货间的动态矛盾

通过多仓融合、多级缓存，以及全场资源调度系统的动态调度，创新性实现生产供料保障与外发物流服务的双向增益。在系统架构层面，采用多层分布式仓储模块与中央立库的模块化结合设计：各楼层CTU仓通过实时全场调度系统中库存管理功能构建动态安全库存体系，形成生产供料的梯度缓存。立库模块则依托其高密度存储特性，建立核心库存池。双模块通过全场资源调度系统实现毫秒级数据互通，当CTU仓执行生产供料任务时，立库模块可全面支持外发物流职能，成功构建起“生产优先、外发弹性”的智能物流调度体系。消除了因外发订单激增导致的生产断料风险，又实现了发货效率的指数级提升。经实践验证，在保障产线连续稳定运行的同时，系统可应对单日发货量达基准值3倍以上的突发性外发订单场景。

5　结语

迦智科技针对中控富阳工厂打造的多模块融合方案，通过“多模块协同仓储+柔性搬运+全场智能调度”的创新架构，在实现仓储空间利用率提升、综合人效增长、物流管理能力提升的同时，增强了生产供料稳定性与外发物流弹性的动态平衡能力。此方案也有助于中控富阳工厂更好地应对未来业务的增长。

目前，随着控制柜制造业智能化转型加速，企业采用智能化物流解决方案的数量也逐渐增加。尤其是多仓储系统配合场景，迦智多模块融合方案可有效进行多仓库物料动态调配，通过统一的调度系统将传统人员需要判断选择物料最合适的出库仓库，同时在多个操作系统操作的复杂场景，转变为系统自主决策，大幅降低人员操作的复杂度。同时，多仓的协同也可帮助控制柜生产工厂有效缓解动态外发物流需求与稳定生产供料需求的矛盾，提升企业整体业务柔性。中控富阳工厂的智能化升级成功实践案例也验证了迦智科技融合解决方案的有效性，为控制柜制造业的智能化升级提供了具有可以复用的技术路径。

摘自《自动化博览》2025年4月刊