智能智造具有以智能工厂为载体、以生产制造关键环节和主要流程的智能化为核心、以工业互联网为关键支撑和以端到端数据流为基础的显著特征。智能智造正在驱动制造业发展理念、制造模式、底层机理发生重大而深刻的变革，通过重塑制造业的生产要素、核心技术体系、生产组织模式及价值链，推动以标准化批量复制为导向的工业经济向以大规模个性化定制为特征的数字经济转变，在更高维度、更深层次上赋能制造业高质量发展。

智能仓储，是面向智能智造过程的仓储活动的全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化智能作业与管理活动。智能仓储作为智能智造体系的核心组成部分，将协同共进、蓬勃发展，同时也极大地促进智能智造的高质量发展。在智能智造产业链中，智能仓储有助于实现智能智造各环节的高度适配与信息互通互联，构建产线物流的信息载体，以支撑智能智造物流过程的数据采集、监控、统计及处理，为智能智造的物流过程提供管控决策与系统优化，减少作业差错率，有利于提高产线效率、柔性生产能力及品控能力，实现库存与产线能力、交付能力的高度适配，为智能智造奠定物质基础。

智能仓储解决方案可以通过人工智能、大数据分析、网络通讯技术或物联网、光导技术、射频识别（RFID）、声控技术、信息系统等先进的科技手段和各种物流设备，对仓库作业和物料进行全面高效的管理；通过自动识别系统、搬运系统、储存系统、分拣系统以及仓库管理系统等，实现自动出入库、盘库、移库等信息处理与仓库作业；通过自动化技术、数字孪生技术与仿真等技术，实现仓储自动化、智能化和可视化管理。

智能仓储系统作为优化物流运作和仓储管理的一种高效的智能作业系统，可为管理人员制定库存策略、设备维护计划等管理活动提供智能决策支撑，能够自动化、智能化地处理仓库内的各种任务流、信息流和资金流，包括伴行的可靠且实时的管理与控制策略(如物品的储存、分拣、配送及管理)，从而大幅提升仓库的工作质量、效率和智能管理精准度，有效降低运营成本，提高管理决策响应速度。

图1 智能仓储系统架构图

智能仓储系统是集物料搬运、仓储管理和智能技术为一体的一门综合性技术工程。智能仓储硬件体系主要包含堆垛机、穿梭车两大主流仓储搬运设备，再分别配置输送机或AGV、分拣机、电子标签等周边设备，构建形成智能仓储堆垛机体系、智能仓储穿梭车体系；智能仓储软件体系主要包含仓库控制系统（WCS）、仓库管理系统（WMS）以及各单机设备的通讯、软件与电控系统等，通过数据采集层、通信层、应用层和数据集成层的四层软件与技术架构，可实现对所有数据从设备层到控制层的管理和监控。智能仓储系统是供应链、物流和生产制造中不可或缺的重要组成部分，是智能智造技术的延伸和发展，更是智能智造体系的保障与支撑，智能仓储系统解决方案的创新发展与应用有助于企业增加利润、提高竞争力和满足客户服务要求，以劳动力节约、作业快速准确、保管效率高、物流费用低等优越性而得到广泛应用。

总之，随着智能仓储技术与大数据、云计算等新一代互联网技术的深度融合，智能仓储解决方案的创新发展与应用极大地促进了物流仓储行业向着运行高效、作业智能化与数字化、流通快速的方向良性发展。

智能仓储软件系统主要包括订单管理系统（OMS）、仓库管理系统（WMS）、仓库控制系统（WCS）和仓库执行系统（WES）等。仓库控制系统（WCS）是介于上位仓库管理系统（WMS）和下位物流设备底层控制系统[仓库执行系统（WES）]之间的管理控制系统。一方面，WCS与WMS进行信息交互，接受WMS的指令，并将其发送给WES，如物流设备的PLC系统或PC系统等，从而驱动物流设备产生相应的机械动作、工艺运动节拍，有效协调仓储系统中各物流设备之间的智能化运行与平衡、调度并完成工艺流程；另一方面，WCS将各物流设备的状态及数据实时反映在人机界面系统上，并提供对物流设备控制系统或单机的手动调试接口。智能仓储WCS主要通过引擎机制（含任务引擎、消息引擎等），分解并优化WMS任务流，合理规划仓储设备调度执行路径，为上层系统的调度指令提供执行保障和优化空间，完善仓储设备各软硬件接口的标准、集成、调度和监控，以及通讯报文的规范等。

智能仓储WCS基于无线数据通信及软件开发技术，内置智能优化算法及成熟解决方案、设备集成组件的集成配置化平台，通过不断完善上位管理系统的架构、数据交互与存储、通信等功能模块和客制化设计服务，从实际业务或客户需求出发，为客户提供包含智能输送、智能拣选、智能搬运与存储为一体的自动化物流解决方案，实现智能化物流调度与作业。例如，在智能仓储穿梭车体系中，通过智能仓储WCS的设计，可实现仓内单元物料的订单任务处理及出入库作业，包括智能调度与存储作业、货位优化与调拨、穿梭车的路径规划、无线数据通信与信息交互、设备状态监控与在线维护、故障预警等功能，实现仓内单元物料的智能化物流作业与优化管控。

图2 稳健医疗项目应用案例

在仓内物料的存储及出入库物流作业管理上，要以订单作业的综合效率最高为目标，详细分析作业过程的影响因素（搬运设备的负荷率、作业吞吐量峰谷值、运动曲线及作业频率等），建立数学仿真模型或数字孪生虚拟仿真模型，结合智能仓储WCS的内置优化算法及成熟解决方案、设备集成组件等，建立面向客户应用场景的智能仓储解决方案，提高仓储作业效率，减少库存或缩短在库周转期，为客户创造增值服务。

图3 汽配行业应用案例

下面以智能仓储系统中的一个重要类型——托盘四向穿梭车密集存储系统设计为例进行说明。

托盘四向穿梭车密集存储系统的软硬件配置及系统有：高层货架、托盘存储单元、托盘四向穿梭车、托盘类专用提升机、输送机系统、AGV/RGV/SGV系统、仓库管理系统（WMS）和仓库控制系统（WCS）。其中，WCS包括以下四个部分：

（1）变频器及电机构建动力驱动系统，用于实现托盘四向穿梭车的前后、左右运动与控制，可通过机械或液压动力系统实现托盘举升与落下的搬运动作、出入库运动及控制；

（2）托盘四向穿梭车控制系统的电气体系，采用PLC或PC及电气元器件等设计与验证试验完成构建，主要包括板载控制电路、电机变频驱动电路、I/O电路及电源模块等；

（3）托盘四向穿梭车底层控制系统，主要包括传感器数据信息采集、出入库作业逻辑调度与控制策略、设备运行状态与故障预警、数据通信与信息交互等功能模块和组件，用以实现设备底层控制逻辑和管理优化策略；

（4）托盘四向穿梭车单机及系统，能实现平稳性运行，分析大惯量负载作用下的托盘四向穿梭车的运动曲线及运动特性，重点关注启动、急停、碰撞等恶劣工况下对驱动电机及机构的调速、稳速与制动控制方法的影响研究，建立并优化托盘四向穿梭车运行的智能调速控制策略，以预防托盘四向穿梭车在作业时发生托盘货物瞬移突变、滑移或滑落、倾覆等风险。

托盘四向穿梭车密集存储系统的主要功能是对出入托盘四向穿梭式密集库、输送线的物流单元及各主从设备进行动态管理与调度，具有系统维护、货物管理、数据维护、数据查询、设备运行状态显示、设备远程控制、自动事务处理以及与其他信息管理系统的接口等功能，因此能及时、准确完成货物的出入库调度与管理。由于托盘四向穿梭式立体货架的结构特点，存在高密度存储单元，导致形成无线通讯网路的信号屏蔽性断续影响，也存在有货荷载与无货荷载下结构的变形与绝对位置的偏差影响，既要保证通讯控制信号的有效性，又要保证定位的高速准确性，这对于信息交换与通讯的要求相当高，而货格相对定位是比较容易实现的一种可靠方式，且能实现物流信息与物流控制的同步管理。该方案中，智能仓储WCS需要根据客户的物流工艺，合理选择搬运设备及主流托盘四向穿梭式立体库配置模式；托盘四向穿梭式密集库软件系统则要实现客户订单管理、设备及物流单元位置管理、设备及物流单元的路径规划与管理、系统管理等功能，并实现各系统与设备间的信息收集、传输及交换。由此可见，通过完善的系统性设计，合理的软硬件配置与优化，并根据具体项目案例的功能要求，智能仓储系统完全可实现智能输送、储存、定位、提醒等功能，甚至是实现可视化管控一体化功能。

智能仓储系统的实施与评价是智能仓储良性发展的根本，评价指标体系既包含智能化单机设备的关键评价指标（单机验收），又要包含智能仓储系统的关键评价指标（系统验收）。如智能仓储系统的关键评价指标包含：基础设置、业务规则、设备管理、任务管理、设备通讯、设备监控等主要大项，其中又如设备通讯中包含指令下达与反馈、通讯日志两个子项。指令下达与反馈涉及指令的发送与执行、指令接收后的反馈等内容，现场就需要选取不同的对象进行功能性验证，确保：

（1）控制端可顺利发送指令给执行端（设施设备）；

（2）执行端能够接收控制端的指令并进行正确作业；

（3）执行端接收指令后给控制端反馈信息，代表指令成功接收。

通讯日志则涉及货品信息的可追溯性，即:

（1）仓库控制系统与设施设备之间所有往来通讯均记录于系统日志中，并可进行查阅；

（2）对于通讯不正常的情况，如指令无法下发/接收，均记录于系统日志中。

图4 智能仓储系统3D模拟图

实际上在具体的智能仓储系统实施与评价中，会涉及不同的应用场景及其智能化设备组合，需要深入了解客户需求与业务模式，罗列不同的评价指标分项、评价指标，确定详细的评价内容与评价方法。

下面以托盘四向穿梭式智能仓储系统为例：本系统包含系统维护、设备控制、仓储控制、监控等主要模块，该系统基于库房内局域网架设，相关设备通过有线和无线网络实现互联互通。智能仓储系统采用PLC组网对底层设备进行控制，总控PLC、垂直提升机PLC、链式输送机PLC之间采用有线工业以太网进行连接，与托盘四向穿梭车之间采用无线工业以太网连接，实现高速无缝信息交换与运动控制。托盘四向穿梭式立体库WCS系统可以非常容易地与外部ERP或者WMS整合对接，其交互式的操作界面，允许操作者对托盘四向穿梭车、托盘提升机、输送线及库存物品进行实时监测、操作与管控，可以对突发事件、故障及安全问题或者未完成的工作作出快速反应或互锁联动。托盘四向穿梭式立体库软件系统的模块化设计和可扩展性，使用户可以根据业务发展情况合理改变物流参数与业务管控策略，对WCS进行再配置和适应性调整，控制货物单元在仓库中的储存、运动，完成出入库、排序、拣选等功能，以实现快速进出货与盘库、按指令转移、按指令排序、直接分拨、不同温度区域分类与智能储存、按指令缓存等功能。

总体上看，智能仓储系统业务逻辑比较复杂多样，专业性强，非专业人士很难区分各业务流评价内容、评价指标及评价方法，也需要结合现场实际的运作调度效率、仓储作业的准确性、物料的实时监控与追踪、作业路径的优化响应、作业环境的安全性评价等进行综合评估，从而为客户科学合理地提供实施与评价服务，也为智能仓储系统的创新发展与应用提供验证支撑和效果评估。智能仓储系统现场测试，不仅要熟悉智能仓储设备优化配置与评估要点，还要熟悉智能仓储设备及系统的作业流程。评估指标体系以及客户对智能仓储系统的效率、可靠性、安全性及智能化要求，为智能仓储解决方案创新发展与应用提供验证性场景和科学的评估流程和规范。

某食品有限公司是专业从事全品类饮品原料研发、生产、销售为一体的现代化技术企业，以MES为起点，结合ERP、SRM等系统，掌握产销流程、提高生产可控性、即时采集生产数据、合理编排生产。该公司在精益化、自动化、数字化、标准化、可视化、高阶化、智能化七大维度上策划产线升级改造，实现数据驱动，打造集高精研发、智能生产、国际贸易、智慧物流及全球生产管理中心功能于一体的数字化智能制造标杆工厂，推动了企业智能仓储系统的配套建设与发展。

该公司智能仓库简介：案例以交钥匙工程的形式完成，包括但不限于货架系统、四向托盘穿梭车、出入库输送系统、提升机系统、控制系统、软件系统等的设计、制造、实施以及相关接口施工与技术配合、集成、调试、系统上线试运行支持、验证、交付、维护、备品备件等相关工程，并完成最终复核等与产线匹配的智能仓储活动。

该项目作为成品仓库，主要存放饮料，共有八层货架，整体货架结构总高约19米，货位数16072托，标准单元荷载最大1200千克/托盘，具有同类型货品单批次存储流量大、出入库频次高、作业效率大、可跨温区作业的特征性工艺流程，很适合采用托盘四向穿梭式密集库解决方案。仓库前期配置了28台智能穿梭车、12台专用托盘提升机等设备及系统，四向托盘穿梭车配合上位系统可实现区域智能调度、自动换向及定位等功能，专用托盘提升机用于在货架层间升降输送托盘单元荷载和四向托盘穿梭车；遵循客户的项目工艺流程与运营效率要求，可满足原料入库100托/时、原料出库46托/时、成品入库46托/时、成品出库100托/时等作业效率指标；后期可以随着企业业务量增大，随时添加穿梭车或增补托盘提升机等硬件设备，使智能仓储系统具有一定的冗余度、兼容性及扩展性。某饮料企业智能仓库布局（局部）如图5。

该项目有以下特点：

（1）入库、出库、移库（移出，移入）货位由WMS分配，WCS不支持分配货位。智能穿梭车在行驶路径中，如果有托盘阻挡，WMS需先下发移库任务，将阻挡托盘移出，才能下发后续任务。

（2）WCS按照任务接收到的时间先后顺序执行，先接收到的任务优先执行。

（3）WMS定时下发任务。WMS内部排列好优先级后，每次下发WCS单个任务流。

（4）自动化设备的执行效率与货品入库摆放顺序（例如：同批号同巷道摆放，同批号不同层摆放等），出库方式（例如：先进先出，后进先出等），巷道深度密切相关，这些方式决定了最终的自动化设备的实际效率高低。

（5）如某一层穿梭车故障，在人工确认故障信息后，把故障车辆移至不影响出入库路径的位置的情况下，其他层空闲车辆可通过提升机换层到故障车辆层执行任务。

智能仓储系统上线实施后，使该公司的工厂物流管理做到实时化、透明化、智能化，为工厂的全面智能化改造升级提供了助力。

近年来，以下技术在智能仓储系统领域加快应用，推动了整个行业的创新发展。

1．人工智能技术的发展与应用

主要聚焦于智能搜索、路径推理规划及内置优化算法、智能搬运设备智能调度控制策略等。

在仓储环节，人工智能技术可以用来进行库内存储货位的优化，可以实际案例或项目的种种约束（例如出入库口位置、库内货位存储状态及位置以及出入库货物的调度位置及规划路径等）参数进行建模，以最优解的形式给出智能存储寻址方案与出入库调度策略，可以大大降低物流企业的成本以及库内存储负荷均衡化，提高存储效率及其存储安全性，甚至可以通过感知库内结构变形参数、温湿度参数等进一步形成仓库的动态信息参数，为存储决策提供可靠支撑；人工智能可以赋能智能分拣，根据物品的派送地信息进行分类，然后利用智能搬运设备自动分拣；人工智能可以实现库存的智能化管理或预警，通过分析库存历史消费数据，建立相关模型对数据进行解释，动态调整库存的水平，保证存货取货通道的有序性；人工智能技术可以提高仓储环境下货物运输的性能，设计智能搬运设备的行驶路径，利用智能算法根据实际仓储环境自动将货物入库上架与出入库作业等管控与调节。

2．高速无线网络的发展与应用

追随最先进的高速无线网络技术，寻求实时信息传输、处理与智能管控解决方案，单机设备创新性功能与高速高效性完善，有效确保智能仓储系统的协同融合；使得仓库的所有计划、操作、调度、控制和管理等活动全部具有极强的实时响应性，以便大大提高仓库现有设备和人员的效率，实现物流管理的最大效益。

如，托盘四向穿梭车智能仓储系统中的穿梭车已经设计为一个实时动态信息转运载体、流动监控分体系并完成信息的上传分析与实时控制，未来会出现集计算机软硬件技术、无线通信技术、互联网技术、自动识别技术和数据库技术等为一体的可扩充、可维护的智能化单机设备，成为托盘智能仓储解决方案的主流设备之一。

3．多技术的创新与融合

随着智能仓储设备的产业化、更多经过验证的实用技术的广泛应用，以及相关联技术的飞速发展和成熟，智能仓储系统的稳定性和效率得到进一步优化，各种成功应用案例层出不穷，集成创新思维不断涌现，智能仓储管理理论不断夯实，特别是物流仓储与生产制造互联互通，不断推动制造业自动化、数字化升级，为智能制造赋予创新驱动力，同时也极大地推动了智能仓储行业的良性发展。

如，托盘四向穿梭车的创新发展，既需要研发企业的技术沉淀与成功案例实施验证、案例打磨技术与技术迭代，又要有产品的不断创新迭代、客制化服务与新技术融合创新，更是不同应用场景的集成创新与多客户需求多样化的平衡性满足——不仅仅应用于密集存储系统中的存储搬运，也可以应用于智能仓的库前搬运系统，甚至拓展为地面托盘搬运与库内搬运的一体化设计和集成应用；不仅仅用于标准化托盘单元的密集存储与搬运，也可以随着业务的多元化，向轻重载、多类型单元非标系列进行技术延伸和研发拓展——真正实现托盘解决方案的全链式服务，真正实现仓储的动态存储和托盘到人拣选的智能化，集成运用自动化物流设备、信息系统，实现人、机、物的高效协同作业，是未来物流企业降本增效的必然趋势。

4．数字孪生与仿真技术的发展与应用

数字孪生模型不仅能实时映射智能仓储系统的运维状态，还能进行虚拟仿真模拟和优化。打造智能制造环节的虚拟制造技术、并行协同工作模式，让管理人员在虚拟环境中，对仓储布局、作业与管理进行调整和优化，比如改变货架的位置、优化货物的摆放布局方式、优化作业流程等，针对实时运维状态进行优化调度与业务推演。

图6 托盘四向穿梭车密集库数字孪生系统（截图）

简单来说，数字孪生智能仓储系统就是给实体仓储环境创建一个数字化的“双胞胎”，也就是一个虚拟的智能仓储模型。这个模型不仅和实体仓储系统在结构和业务流上完全一致，还能实时映射实体仓储系统的运维状态及数字化、信息化，基于数字孪生的智能仓储动态交互管理系统的定制化开发、功能模块化完善及其标准化也是智能仓储系统的有机组成部分，更需要对仓储业务流的更加精细化管理挖掘与精准控制，以存储、配送任务智慧调度为主线，打造流水线式的不间断作业的智能化立库模式，主动适应出入库流量的动态变化，整合业务感知数据、出入库过程信息、设备状态监测等多元异构数据，构建与现实立库体系同生共存、虚实交融的复杂系统，实现自动化仓储系统柔性调度及多任务推演孪生体系，实现出入库业务数字化、立库设备虚拟互动、立库业务动态规划、立库业态先知先觉。通过对历史数据的深度分析和挖掘，系统可以预测未来的库存需求、设备故障趋势与运维预测等，为管理人员提供全面而有效的智能化、数字化的科学决策。未来，我们应进一步探索数字孪生与通讯技术、人工智能等技术的融合应用，推动智能仓储管理向更加高效、智能、安全的方向发展。

此外，智能仓储系统的创新发展也与产业链上下游的融合与协同发展密不可分。智能仓储行业产业链上游为设备提供商和软件提供商，中游是智能仓储系统集成商，下游是应用智能仓储系统的烟草、医药、汽车等诸多行业。集成创新是一个全局优化的复杂过程，智能仓储产业链的融合与协同发展，必然从智能仓储的项目咨询、规划设计、系统集成、设备集成、工程实施、现场运营与管理等业务流程与智能仓储系统全生命周期管理入手，以系统思维的方式全面打造自动化、信息化、数字化、可视化的智能仓储系统。

智能仓储解决方案创新发展与应用场景的多样化与集成体系的适配性本身就是一种应用创新，更是对智能仓储单机设备创新和应用的肯定。对智能仓储解决方案创新发展与应用场景进行评估、现场检查是一个认真细致而专业性强的合格评定过程。智能制造的发展带来更多行业、更加多样化的应用场景，再结合人工智能、大数据、物联网、虚拟现实及数字孪生等技术的不断发展与应用，使仓储解决方案的智能化、数字化成为行业发展大势所趋，所带来的创新需求、应用及技术升级等都将是从业人员必须面对的全新挑战。智能仓储是智能智造的核心环节，更是未来物流仓储行业的主流发展方向。

编辑、排版：王茜

本文内容源自《物流技术与应用》2025年5期增刊(点击可查看掌上电子刊)

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