项目背景：建立托盘高架立体仓库来满足供应链的需求

        对物流运作人员来说，无论是建造一下12米高或是50米高的用来储存数以万计的托盘高架立体仓库，这可能是一个美梦也是一个噩梦。说是一个美梦是因为很多的货物只需要一个相对比较小的地面空间就可被储存。更多的技术和自动化运用在高架仓库的叉车上，货物就能保持原样地快速送到客户的手中。但对于对计划人员其从建成到仓储运行的复杂程度来讲，这又是一个噩梦。

戴马雷克：工程物流经理是该项目负责人

费列罗公司介绍：

意大利费列罗集团，是一家意大利著名的巧克力和甜点的生产商，同时也是世界上最大的巧克力生产商和食品制造公司之一。费列罗集团是一家已传承了三代的家族企业，年营业额 123 亿欧元。总部位于意大利北部皮埃蒙特小镇阿尔巴，现任公司总经理玑瓦尼费列罗的祖父母于 1940 年代在那里开办了一家糕点店和糖果厂。日常在商店里看到健达巧克力或健达惊喜蛋时，许多童年记忆都与费列罗密切相关。费列罗正在用工业仿真 Plant Simulation 开创新的方法。与 SIMATIC 自动化结合使用，可快速调试高架仓库。高架仓库作为供应链里面的一个战略节点，对想要快速交付产品给客户，对费列罗来说，这是非常重要的。然而调试高架仓总是复杂和而又周期漫长，就拿那个最近建在总部阿尔巴的高架仓库来说，费列罗已经花了25个月从计划到实现运作过程。
      

基础控制技术

      一旦货架与堆垛机和传送带配置好后，进行了调试且高架仓库足以启用，费列罗就会将其投入使用。第一步是用PLC和SCADA开发特定的控制软件。这一步与最后阶段的建设同时开始。只有在安装物流设备和控制装置并运行编程测试后，才能进行调试。由于复杂性以及托盘使用输送机和堆垛机移动，这个耗时的过程持续了六个月。

需求可用性

     系统需要80%的可用性，在连接到ERP系统上之前， 在调试完成后保证高架仓库可以稳定运行。完成为期三个月的扩展性仓库管理集成后，实际运营将从为期两个月的爬坡阶段开始。在此阶段，仓库的性能会逐渐进行微调，直到输送、控制、仓库控制系统、仓库管理系统和 企业管理系统 组成的整个系统顺利协同工作。在上线阶段 6 个月后，必须让系统实现 98% 的可用性。

虚拟调试

      费列罗受益于其技术合作伙伴提供的专业性服务，因为各个部门既提供高架仓库的安装，也提供采用驱动技术和自动化的 PLC 控制装置。费列罗的工程物流经理戴特负责调试高架仓库。这是他在总部的最后一个项目，戴特和他的团队敢于尝试一些新的事情：虚拟调试。由于他最初的专长是自动化技术，并且多年来一直关注西门子在虚拟化领域的发展，因此选择了  Plant Simulation 来完成这项任务。虽然 Plant Simulation 最初是为制造工厂的物料流仿真而开发的，但它也可以满足仓库物流领域的高要求。目标是将调试时间缩短 30%。

由于在高架仓库物流领域还没有项目，首先在  Plant Simulation 中建立了一个包含所需标准组件的库。现在这种基本工作是必需的，但以后的项目会从中受益。尽管花了 9 周时间，但戴特仍然很放松，从之前的类似项目中，我知道需要为仿真实验留出一定的时间是多么重要，”

“以后可以更快地更高质量地完成项目目标。阿尔巴的高架仓库包括 8,000 个托盘空间和四台堆垛机在虚拟调试支持下，调试耗时 13 周。2019 年，我们在米兰附近的婆祖罗按之前的经验将一个完全相同的高架仓库投入运营。然而，负责这项工作的团队更大，我们需要 19 周。相比于预期的时间，团队节省了很多时间。

三周而不是六个月

在阿尔巴开始三周后，根据欧洲物料搬运联合会 （FEM） 9.222 的规则进行了第一次可用性测试。FEM 关于堆垛机和货架服务单元系统的接受和可用性的规则是公认的标准。通常需要六个月的 98% 的可用性目标在短短三周内就实现了，减少了 88%调试时间。

仿真优势

“通过使用Plant Simulation的虚拟模型，高架仓库的稳定性明显提升。”戴特说到，“由于全面数字孪生的高质量和表现力，我们已经提前几个月达到了所需的系统可用性。在完工时，工人和装配工通常会在施工现场与我们的工程师挤在一起，这让调试变得更加困难。但通过虚拟调试，我们可以更早地在轻松的办公氛围中工作。

“这是一个非常宝贵的优势，因为距离近了更有助于协调。例如，到目前为止，PLC 程序员坐在控制器旁，而 SCADA 同事则坐在大厅的另一端。协调是通过无线电进行的。如果出现问题，在实际条件下重现它可能不是那么容易。而使用虚拟模型就可以让所有程序员都在一个房间里一起跟踪项目。这会让事情变得容易得多，因为所有事情都几乎发生在一个系统上，并且完全可重现。

这些可靠的仿真结果加快了项目速度，并提高了实际作业的效果。我们可以提前在最佳条件下围绕 PLC 控制测试我们的所有自动化技术程序。通过这种方式，我们可以检测到大约 95% 的错误，并在最后一个阶段几乎没有压力完成项目。如果我们像使用全面的数字孪生之前一样，在现场进行调试，那么因为编程逻辑有问题而造成的物理上的不准确就会使工作量大大增加。

“这些物理误差可能是损坏的托盘或包装残留物，而这些都会刺激传感器。过去这些故障源混合在一起，我们需要花很长时间才能将它们安全地分开。现在只需要通过虚拟调试，我们似乎不再需要两个月的产能提升阶段来稳定流程。这让我们非常乐观，这就是为什么我们使用 Plant Simulation 来解决比利时阿龙的一个高架仓库，该仓库拥有 12,000 个托盘空间和 5 台堆垛机。

比现实更快

Plant Simulation 在物料流仿真方面的表现和准确性非常出色。毕竟所有 6,000 个传感器和 230 个驱动器都已映射。物理限制限制了实际调试的时间范围，而通过虚拟仿真对其进行扩展。真正的托盘只能在质量的惯性引起问题之前加速到一定程度。因此，真正的托盘需要很长时间才能完成一个完整的运行。虚拟模型可以轻松加速，从而加快测试和编程速度。与实际调试相比，Plant Simulation 可用于实现 50,000 倍的加速度。对于虚拟调试领域，PLC 控制系统以前以 1：1 实时设定了节拍。Plant Simulation 和 PLCSIM Advanced 的结合使客户能够更快地运行模型。PLCSIM Advanced与Plant Simulation之间的应用程序编程接口（API）负责两个系统之间的同步。通过这种方式，仿真可以连接并执行，而无需修改任何PLC代码。

好运

“对我们来说，在 Alba 进行虚拟调试的第一步是靠运气，”戴特说。“尽管我们因新冠病毒而关闭了施工现场两个半月，但多亏了虚拟调试，我们的自动化开发并没有停滞不前！如果我们实际投入使用，我们就会相应地落后。项目计划中没有规定新型的工厂验收测试，而且由于新冠疫情的限制我们能够以虚拟方式进行。对于我们在比利时 的下一个项目，我们还将对全面数字孪生进行自动化和 SCADA 技术人员的培训。以前只有在项目开始前不久才有可能，而在真正开始后，培训课程的时间就会很短。

定义虚拟调试

戴特在订单拣选过程中非常重视虚拟调试的定义：“我们这里有不同的设计。我坚持以层次化模型的形式表示 VDI。ERP 系统位于顶层。其中包括可以进行虚拟测试的四个可能区域：仓库管理系统（WMS）、仓库控制系统（WCS）、PLC 控制层以及运输和堆垛机和堆垛机设备的技术层。有些人已经在只有 WMS 系统或其他单个级别被虚拟化时谈论进行仿真。但根据 VDI 的定义，这不仅仅是仿真，而是对各个测试区域的仿真。根据 VDI 的说法，仿真是由 Plant Simulation 提供的功能定义的，因为虚拟模型涵盖了所有四个领域，范围从自动化（包括 PLC 软件）到与所有系统的通信和硬件映射。只有 Plant Simulation 的全面演示才能实现具有可靠结果的真实测试环境。

聚焦 SAP EWM

在 Alba，专有的 WMS 系统仍在使用中。对于随后位于比利时的高架仓库，重点是包括 费列罗常用的 SAP EWM 模块。它包括 WMS 和 MFS。借助 Plant Simulation，通过仿真使用不同的策略来优化存储和检索流程。另外，还进行了压力测试。同时，在导入软件更新之前，可以在受保护的虚拟环境中使用 SAP EWM 的软件更新进行测试。此外，在最佳变体在实际作中发挥作用之前，现在可以在模拟中对正在运行的高架仓库中出现的各种各样的小问题进行调整。

解决方案的交互

完成第一个高架仓库的虚拟调试将简化费列罗未来的工作，并 代表着向前迈出的重要一步：“西门子在各个领域都为我们提供了很好的支持，并进一步优化了我们的流程，”戴特说。从高架仓库的建设开始，到技术设备到自动化和模拟，我们从一个组织获得一切。西门子的全球影响力、卓越的技术和良好的合作伙伴关系极大地促进了我们的工作。我期待着下一个联合项目。

通过使用 Plant Simulation 进行虚拟调试，仓库的稳定性明显提高。

戴特雷克，工程物流经理

费列罗