0前言

随着智能制造的不断发展，PCB行业的智能化建设也迎来了变革。首先，机器人的应用推动了物流的自动化和智能化，随之催生了仓储管理的智能化。PCB工厂的仓库不再只是存储货物的库房了，己从静态管理向动态管理发展，产生了根本性的变化，即开始发展为智能仓储管理系统。智能仓储具有节约场地、减轻劳动强度、避免货物损坏或遗失、消除差错、提供仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提供物流效率等诸多优点。本文从PCB基板管理业务模块分析，论述了智能仓储在PCB制造流程中的应用场景、库位设计，分析了智能仓储的优点和投资回收周期。

1 PCB制造中智能仓储的应用场景

高多层PCB的制造工艺非常复杂，主要工艺流程包括：板料仓发料→开料→内层图形→内层检修→层压→钻孔→沉铜→电镀→树脂塞孔→外层图形→外层检修→阻焊→字符→表面处理→外形加工→测试→终检→包装。

智能化工厂规划时，要根据厂房楼层布局和工艺流程设计进行物流周转总体规划，实现物料“零搬运”，物流“零距离”。从PCB制造主要流程分析，涉及大量PCB板料、半成品和成品物料存储的工序包括板料仓、开料至内层图形、内层检修和包装，涉及大量原材料储存的的工序包括层压（半固化片和铜箔）、内外层图形（干膜）、钻孔（钻针）和阻焊（油墨），在规划智能仓储时，针对物料属性和存储量，选用不同的仓储模式。本文主要是针对PCB板料、半成品和成品进行智能仓储规划，论述不同的存储模式在PCB制造流程中的应用场景。

表1 PCB工厂智能仓储模式及应用场景  

2 PCB工厂智能仓储系统的设计方案

智能仓储系统是由仓储管理系统（WMS）、仓储控制系统（WCS）、车辆调度控制系统（LCTS）等软件系统，和立体货架、穿梭车、堆垛机、货物提升机、输送线以及其他辅助设备等硬件系统组成的智能化系统。该系统采用一流的集成化物流理念设计，通过先进的通讯、调度、控制、分析和信息技术应用，协调各类设备动作实现自动出入库作业。

在PCB制造流程中，板材、芯板和成品板的储存因板材类别、规格、料号、批号等不同，存在库存量大并且种类繁多等管理难点，容易造成呆滞料、错混料和短缺料等问题，智能仓储的引入有助于化解这些管理难题。

2.1 板料仓的设计方案

由于PCB板材尺寸较大(单张最大到达1245 mm×2210 mm)，且为标准托盘承载，可采用激光导航叉车AGV搬运、普通多层仓库货架存储模式（图1），根据PCB厂房标准层高设计6～8层货架。在每排货架的叉车高度位置安装反光板，引导叉车AGV定位存储（图2），另外，叉车AGV设置有手动模式，当反光板或AGV自动系统不能运行时，可以切换成手动模式，由人工开动叉车。智能板料库匹配仓库管理系统（WMS），对接工厂MES\SAP系统，根据计划指令自动发料，做到先进先出，防止产生呆滞料。

2.2 内层前处理芯板存储方案

对于大型的高多层PCB工厂，开料后芯板的存储量非常大，以PCB平均12层、月产能10万平米估算，每天芯板发料量大约5万片，每日定单料号数约150～200个，管理难度非常大，容易造成错混料、呆滞料问题。如果采用常规平面存放方式（平板或L架），存放车间面积需求大约300～400平米，非常占用空间。为了解决芯板存储的空间和管理难题，物流行业常用的巷道式智能立库被引入，这种立库设计为2排6-9层货架，库位400～600个，采用巷道式堆垛机进行进出料作业，并且立库通过输送段连接内层前处理生产线，实现内层自动投料（图3、图4）。

图1 PCB板料仓平面布局图  

图2 激光导航叉车AGV现场作业图   

图3 内层芯板立库平面布局图  

图4 内层芯板巷道式智能立库   

该立库通过输送线连接开料机，匹配MES系统实施配框作业，堆垛机按照MES系统要求进行存取，也可以根据生产计划排程自由调度生产。对比常规平面存储方式，智能巷道式立库占地面积约为100平米，空间利用率显著提高。

2.3 内层检修芯板存储方案

PCB制造流程中的内层芯板检修（自动光学检查，AOI）工序也存在大量的半成品库存及管理，在传统工厂模式下AOI是人员需求量大、密集度高的工序之一。随着智能化工厂的兴起，智能化连线AOI系统应运而生。通过设备自动化将AOI流程的各个环节串联起来,再配置智能化的工具：例如RGV轨道运输车，AGV小车，智能AI假点过滤系统，以及智能立库系统[1]等，更大限度的减员增效，并且保证了品质。

内层AOI智能立库采用巷道式堆垛机及多排巷道式立体货架设计（货架数量根据库存量设计），通过RGV轨道式运输车和输送线体分别连接在线AOI设备和棕化生产线（图5、图6）；通过MES、SAP和WMS等信息化系统的配合运行，实现了生产指令的自动下发、产品信息的自动识别和生产信息的自动传输，辅以智能化的物流系统，实现了生产自动化和管理智能化[2]，同时也大大减少了人力配置、节省了库存空间。

2.4 成品仓的设计方案

PCB成品仓的管理历来是一项复杂的工程，涉及不同的客户、料号、批号、周期、数量等等的信息管理，以及库位在线状态的管理，需要耗费大量的人力资源。以每月入库量10万平米估算，每天装箱（规格L300×W350×H250 mm）量大约1000箱，按库存周转时间2个月计算，成品仓储量达到6万箱；按传统货架或卡板堆叠存放模式、每平米场地放置10箱估算，仓库面积需要6000～8000平米，涉及的仓库建设成本非常高。

图5 内层AOI智能仓储平面布局图   

图6 内层AOI芯板巷道式智能立库   

智能化工厂的PCB产品仓规划采用四向穿梭车模式的立体货架，货架高度可达6米以上，每平米仓库面积设计标准库位可达20个以上，相比传统仓库，仓储容量提高1倍以上（图7、图8）；同时，四向穿梭车的灵活便利性优于巷道式堆垛机，每台穿梭车管理的库位数超过10000个，工作效率超过堆垛机的2倍。

四向穿梭车匹配仓库管理系统（WMS）实施作业，穿梭车按照WMS系统要求进行存取，通过识别、绑定包装箱和库位上的二维码，对货物和库位信息进行精准管理，显著提高了仓管效率。

图7 PCB成品仓平面布局图   

图8 四向穿梭车式成品仓库   

3 智能仓储的优势分析

3.1 智能立库的优势分析

目前PCB行业的仓库管理模式有3种，即传统仓库、智能化管理+传统仓库和智能立库，综合运营成本、管理效率和客户满意的多维度评估，智能立库具有明显的优势（表2），预计是未来PCB工厂仓储发展的重要方向。

3.2 智能立库的投资回收期

以每月入库产量10万平米为基准，对比智能立库与传统仓库需求的库容量、占地面积、设备投资和人力投入（表3），核算人力成本、耗电成本、维保费用，并在此基础上评估智能立库的投资回收周期如下（表4）。

（说明：人力成本按1万元/人/月计算，电费按0.68元/度计算，维保成本按设备投资的2.5%计算）

从表3、表4的数据分析，智能立库在占地面积和人力投入方面占有明显优势，特别是内层芯板立库，实现了无人化管理。从回收周期数据来看，对比传统存储方式，芯板立库的回收周期最短，仅需0.78年；成品库的回收周期最长，需要5.02年，主要是因为初期投资非常大。

表2 各类型仓储方案的优缺点

表3 3.各类仓库的资源投入对比  

表4 智能立库的运营成本和投资回收期

4 总结

4.1 PCB工厂的四种智能仓储模式，即激光导航叉车AGV、巷道式堆垛机、四向穿梭车和Picking AGV可以分别应用于PCB板料、芯板半成品、成品和大宗原材料的仓储管理，显著地提高空间利用率、减少人力投入；匹配MES、WMS等智能化管理系统，实现进出料管理智能化，减少混料和呆滞料。

4.2从运营成本和投资回收周期数据分析，由于智能立库减少了大量人力，因此节省了大量的人力成本，投资回收周期最短的是内层芯板库（0.78年），最长的是成品库（5.02年）。