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          我司承建的洛陽卷煙廠易地技改物流系統總體集成項目:《子母車式密集存儲系統在煙絲庫中的應用》論文發表

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          來源:物流技術與應用
          文|河南中煙工業有限責任公司洛陽卷煙廠
          李國棟

          根據煙草企業倉儲物流發展的實際情況,本文提出了一種子母車式密集存儲系統在煙絲庫中的應用,該倉儲系統適合多批量、少品種的貨物存儲。相比于巷道式的舊式立體倉庫,子母車式密集存儲系統能夠實現倉儲合理化,貨物存取自動化,人工操作智能化,并且節省大量的倉庫存儲面積,提高有限空間的利用率。

          近年來,隨著市場的變化,煙草商業物流不斷面臨著新的挑戰:一方面,隨著勞動力成本提升,物流成本壓力日益增大。并且,由于人們追求更優越的工作環境,不愿意從事勞動強度大的工作,物流作業人員招工難的問題也逐漸凸顯。這就造成近年來物流配送中心的人力成本上升壓力巨大。另一方面,伴隨新商業、新零售的發展,物流服務多樣化、個性化的需求更為明顯。

          子母車式密集存儲系統在物流行業中的應用日益廣泛

          子母車式密集存儲系統被廣泛應用于物流行業,首先是因為密集存儲解決了傳統自動化倉庫占地面積過大的問題,其次是子母車系統可以高速自動運行,減少了傳統叉車作業模式下的人工成本,并提高了作業效率。

          一、子母車系統的主要設計依據

          子母車系統是物流裝備技術的一次重大創新,其核心設備是穿梭車。隨著電池、通訊和網絡等關鍵技術的逐步解決,子母車系統被迅速應用于物流系統。子母車系統作為一種獨特的自動化物流系統,主要解決了貨物密集存儲與快速存取難題。兼顧車間尺寸、庫容大小、物流、生產等,煙絲庫密集存儲區作出了合理布局(如圖1)。

          左上與右邊分別為實箱入庫口與空箱入庫口。右下為實箱出庫口。為充分利用空間,貨架采用上下兩層。出入口用輸送式提升機對接輸送線。經計算,密集庫配備四臺母車、六臺子車,滿足了物流及生產的需求。子母車系統的主要參數如下:

          • 載重量:空煙箱150kg,裝滿煙絲后的煙箱重300kg;
          • 貨位數:27(列)×13(排)×2(層)+21(列)×3(排)×2(層)=828貨位(2箱/貨位)
          • 入庫區流量:實煙箱21垛/H,空煙箱15垛/H;
          • 出庫區流量:實煙箱9垛/H;
          • 系統出入庫總流量:21+15+9=45垛/H;
          • 子車主要性能參數:自重230kg,最大載重700kg,最大速度70m/min,最大加速度0.6m/sec2,驅動輪徑130mm;
          • 母車主要性能參數:自重700kg,最大載重1000kg,最大速度120m/min,最大加速度0.6m/sec2,驅動輪徑150mm。

          二、子母車設備的主要結構

          子母車系統主要由子母車(如圖2)、密集貨架、提升機、輸送機以及上位機信息系統等構成。

          其中,子車完成在貨架巷道內存取貨物、理貨盤點等作業;母車主要完成子車的搬運作業,實現子車換巷道或換層。子母車式密集存儲系統不但具有高度的空間利用率、高度自動化的特點,還可以建立合理的信息管理系統。通過WMS和WCS信息系統的共同作用實現貨物、子車、母車在密集存儲倉庫內的管理與調度,從而實現高效的自動化作用。

          1.穿梭式貨架系統
          穿梭式貨架,是以子母車在其貨架的巷道內直線穿梭式運行的一種自動化立體貨架。相對于普通貨架,穿梭式貨架則需要具備更高的剛度和強度以及更強的抗震指數。穿梭式貨架從一端存入貨物,從另一端取出貨物,可以實現先入先出,實現了按照時間順序出庫的原則。

          2.子母車系統


          子車(如圖3)由車體外殼、行走機構、升降機構、傳感器、超級電容、控制系統、車載遙控系統、安全防撞組件等組成。子車是接收指令和搬運托盤貨物的主要執行單元,根據遙控器指令、巷道內托盤貨物狀態、在巷道內完成單存、單取、理貨、盤點等動作。

          子母車系統可以實現子車自動充電的功能,當車體根據自身傳感器判斷自身電量低于一定閾值時,其將向上位機發出充電請求,上位機根據當前作業狀態對其下發去往目的充電樁充電的任務。母車,主要由底座、行走裝置、鏈條輸送機等組成。母車底座是承載車體及其他各部位的裝置,如圖4。

          行走裝置主要由巷道、車輪、導向裝置、行走電機等組成。鏈條輸送機由電機、鏈輪、鏈條等組成。母車的行走裝置帶動母車運動到上位機下發的貨架巷道口,等待相應貨架巷道內的穿梭子車上下母車。鏈條輸送裝置帶動子車背伏的貨物在母車上的運動。母車上的光電傳感器控制子車背伏的托盤貨物停準在母車上,并實現子車向母車的放貨或取貨。母車采用滑觸線的供電方式、光學儀器的通訊方式、激光測距的認址方式,滿足了在高速行駛下安全可靠的要求。

          3.電控系統
          (1)系統概述
          電控系統主要完成自動化物流系統中輸送設備的控制任務。向上,聯接物流系統上位機及調度計算機,接受物料的輸送指令;向下,聯接設備電機,實現底層設備的驅動、輸送物料的檢測與識別;完成物料輸送的過程控制及物料跟蹤。此外,還提供內容豐富、形象直觀的人機界面,安全保護措施和多種操作模式,輔助工作人員進行設備操作和維護。

          (2)電控主要選型
          設備選型包括現場總線、現場操作終端、分布式IO、電機啟動單元、條碼閱讀器、低壓電氣、檢測器件等。

          主控制柜:負責電控系統的動力接入和電源分配,為系統內的用電設備(子母車、機器人、RGV、輸送備 等)分配動力電源;安裝PLC主控制器、網絡部件,控制電源分配、系統操作按鈕、指示燈報警燈等,是整個系統的控制中心。

          現場控制箱:箱內配置分布式I/O模塊、空開接觸器、變頻器、本地交換機、網絡組件、電源等控制器件,完成對現場設備的信號采集及動作控制,并與主控制柜的PLC建立網絡連接,實時通訊。

          現場操作終端:完成控制設備的生產狀態監視、單機操作、故障報警、報警信息查詢、主要工藝參數及物流信息的查詢與設定等。圖形頁面按照系統平面布置來顯示所監控的對象,采用三維圖形和二維圖形結合方式,圖形界面美觀、操作方便。

          網絡組件:主要由交換機、PROFINET專用電纜、專用接頭構成,將系統內的主控制柜、現場控制箱、現場操作終端、穿梭子車、穿梭母車、條碼閱讀器等進行物理連接,搭建數據通道。

          (3)控制軟件
          控制軟件,包含PLC控制程序和監控軟件兩部分。

          (4)移動操作終端
          如今,人工智能在自動化物流領域內得到愈加廣泛的重視,并在機器人、控制系統、仿真系統中得到應用?;诎沧肯到y開發,具備設備操作、故障查詢、輸送任務查詢、異常復位等功能的移動終端APP,大大提高了設備操作和維護的便捷性和安全性。操作員可通過無線4G等隨時下載最新版本,隨身攜帶,就近操作設備。

          4.計算機信息系統
          計算機信息系統是以物料倉儲、供應服務、銜接生產、集中管理、信息全線跟蹤等為核心的在線物料管理系統,它集物流保障管理、物料管理、倉儲管理等于一身,是管理、調度的信息中樞。計算機信息系統擔負了在線物料過程管理,通過向調度系統下達調度指令,保障了物料存儲管理、生產前儲備。向上可與企業ERP、MES、商業配送等管理系統連接。同時銜接物流調度管理,保證了信息的上傳下達。計算機信息系統集物料管理、物流供應、倉儲管理等于一身,實現物料收、發、儲存管理。物流信息系統按照體系架構及應用部署,主要包括:

          (1)數據接口層API
          負責從ERP、MES、商業配送系統等獲取物料基礎信息、出入庫計劃、銷售發貨單等信息,并為企業信息管理系統實時反饋庫存、出入庫單據信息等,實現承上啟下的業務管理功能,實現全廠各個信息系統之間系統集成、接口兼容、互聯互通和資源共享。

          (2)倉儲監控系統
          倉儲監控系統(WCS)是指在物流系統中負責協調調度各種物流設備如輸送機、堆垛機、穿梭車之間的運行,采用C/S架構,具有良好的擴充性和開放的數據接口,能與上級信息系統進行數據交換,為上級系統的調度指令提供執行保障和優化。倉儲監控系統可對物流系統進行同步監控,并對各設備進行動態管理與調度。通過合理的監控與調度,提高系統出入庫的作業效率。

          (3)倉儲管理系統
          倉儲管理系統(WMS)是通過對入庫作業、出庫作業、庫存盤點等功能綜合運用的管理系統,實現完善的企業倉儲信息管理。該系統可以獨立執行庫存操作,可與ERP、MES、WCS等多種軟件系統對接。WMS具備與上級信息系統兼容對接能力。無上級信息系統時,可以獨立運行。

          三、子母車設備的電機計算

          由于本章節內容有大量公式計算,有興趣的朋友可查閱10期物流與應用雜志。

          四、子母車式密集存儲系統的應用

          1.在煙草行業的應用
          我國煙草行業物流系統建設居于世界領先水平,過去十幾年來一直走在國內物流自動化技術創新發展前列。隨著市場環境、客戶服務以及煙草行業自身的不斷變化,我國卷煙商業物流配送中心經歷了多次技術升級改造,逐漸從手工作業、機械化作業向著高度信息化、自動化、智能化方向發展。

          現代物流被認為是除降低資源消耗、提高勞動生產率以外的“第三方利潤源泉”,而倉儲是現代物流的重要組成部分,高效合理的倉儲可以幫助煙草制造企業加快物資流動的速度、降低成本及保障生產的順利進行。國內自動化物流倉儲發展迅速,自動化立體倉庫存儲形式多種多樣,各種模塊化、移動式結構機器人、自動裝卸車、AGV、RGV等應運而生。其目的就是實現出、入庫輸送、儲存能力最大,控制程序智能簡單、作業動作自動化程度高。子母車系統提高了存儲密度,可達到密集式存儲及廠房空間利用率最大化,具有經濟、有效、安全、故障少,以及物流成本低、效率高等優點。

          2.在其他行業的運用
          隨著互聯網、電子商務的迅猛發展,消費者的需求也在逐漸轉變,更趨于多樣化和個性化,企業的訂單處理也呈現出“多品種、小批量、多批次、高時效”的特點。特別是“新零售”概念的推出,對倉儲系統的智能化、柔性化提出了更高的要求。企業要想高效率、低成本地履行訂單,一套自動化、智能化的倉儲系統顯得尤為重要,這就對子母車系統的應用提出強烈需求。近年來需求巨大,特別是在電商物流中心應用日趨廣泛。
          食品加工行業中,成品倉庫前端與生產銜接,后端與銷售關聯,合理高效地管理成品倉庫,是企業經營管理的一個重要環節。穿梭子母車自動化物流系統可以在有限的占地面積內最大化地提高庫存儲位,具備投資成本回報率高的特點。合理的總體規劃、良好的物流集成,將密集庫成功應用到成品的生產入庫、庫存管理及商業訂單配送等業務環節,可以全方位地加強企業物流管理水平,對生產和銷售提供輔助決策分析的數據支持,提高了人員工作效率,加強了物資的流動,降低了企業運營成本,最終達到提高企業核心競爭力的目的。

          五、結語

          近年來,由于土地成本上升,密集式倉儲系統以其高密度存儲、自動化作業正在成為倉儲系統建設的趨勢;但密集式倉儲系統在節約空間的同時,出入庫效率明顯低于自動化高架庫。若在子母車分離調度以及整個物流信息系統上做些優化,使得倉儲出入庫效率得以提高,也能取得不錯的效果。當然,密集式自動化存儲的方式多種多樣,企業應結合能力需求、投資預算等自身實際情況,來綜合確定采用何種倉儲模式,優化規劃方案,以實現預期目標。

          雖然創新難,困難多,但我們還是可以用“快速試錯,小步快跑”的互聯網思路來試點先行、總結經驗、逐步推廣,努力轉變卷煙物流的發展模式,在新的發展階段和新的經濟周期中不斷推動卷煙企業持續健康發展。



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