一次性托盤共用體系在自動化物流系統(tǒng)中的應用

文/李成友 許國春 儲汝濤 張祖提

現(xiàn)行的貨物搬運平托盤ISO標準，采用6種尺寸規(guī)格共存的制定方式，涉及歐洲、北美、亞洲不同國家和地區(qū)的標準托盤規(guī)格。托盤的適用范圍，既要滿足國際經(jīng)濟貿(mào)易高速增長的發(fā)展需求，又要兼顧國內(nèi)行業(yè)供應鏈結(jié)構(gòu)形式各異的托盤包裝標準。短時間內(nèi)托盤聯(lián)運共用系統(tǒng)覆蓋有限，也無法實現(xiàn)單一的托盤標準，一次性托盤依舊是解決一貫化運輸?shù)闹匾Ｕ稀ｋS著自動化物流系統(tǒng)的廣泛應用，對于外貿(mào)型或沿用供應鏈結(jié)構(gòu)建立托盤包裝的企業(yè)，托盤規(guī)格的選擇成了制約自動化物流系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵因素。雖然目前常用以托盤包裝單元為子托盤加裝母托盤的方式，實現(xiàn)貨物單元在輸送、存儲、搬運過程中的標準化管理，但是增加了托盤及設(shè)備投入，提高了系統(tǒng)的自動化復雜程度，容易導致后期高昂的運營維護成本。因此，使用一次性托盤為貨物單元化載具的物流系統(tǒng)，更能節(jié)約投資，且流程簡捷，可有效緩解設(shè)備運行壓力，也越來越為更多的企業(yè)所重視。

一、一次性托盤的性能特點

一次性托盤常用的材質(zhì)為木和膠合板，制作精度差，外形尺寸參照運輸條件、當?shù)赝斜P標準、貨物外形或者指定的包裝要求。托盤的底部結(jié)構(gòu)、底鋪板及墊塊也存在相應的差異。一次性托盤包裝有利于保護物品，提高裝卸作業(yè)效率，實現(xiàn)貨物的一貫化運輸。而且選用一次性托盤包裝的貨物，通常都為木箱或者纏膜打帶包裝，重量及外形規(guī)整，穩(wěn)定性較好，為自動化物流系統(tǒng)的建設(shè)創(chuàng)造了條件。

二、技術(shù)難點及處理措施

根據(jù)ISO標準，托盤最大邊與最小邊的尺寸差為419mm，對于遵循供應鏈結(jié)構(gòu)包裝的托盤尺寸，可能面臨更大的差距。為縮減制造成本，托盤的高度和結(jié)構(gòu)也各不相同。實現(xiàn)一次性托盤的自動化處理，必須對托盤進行相應的規(guī)范化調(diào)整。底部結(jié)構(gòu)需具有自由叉孔以便于自動化設(shè)備搬運，降低設(shè)備的自動化復雜程度；托盤的外形尺寸偏差不宜太大，極差滿足自動化設(shè)備叉體寬度的搬運要求；底鋪板具有一定的強度，防止在輸送過程中因設(shè)備的局部支撐而發(fā)生斷裂。

按照企業(yè)供應鏈結(jié)構(gòu)，不同的供貨渠道還會改變貨物的包裝規(guī)格，托盤也存在各式各樣的差別。因而，針對一次性托盤規(guī)劃建設(shè)的自動化物流系統(tǒng)，必須具備一定柔性，可滿足多種托盤規(guī)格的處理需求。結(jié)合一次性托盤性能特點及其自動化工藝處理要求，托盤共用體系在自動化物流系統(tǒng)中的應用，主要技術(shù)難點體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.輸送

通常輸送線主要由輥道輸送機、鏈式輸送機和升降輸送機構(gòu)成。為確保貨物的連續(xù)平穩(wěn)輸送，需要將設(shè)備輸送移載方式依照對應的托盤底部結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。在設(shè)備接口位置，設(shè)計較小的過渡間隙，以適應不同托盤的底鋪板及墊塊外形尺寸。

2.搬運

對一次性托盤包裝貨物的搬運，主要體現(xiàn)在巷道堆垛機、RGV、AGV及人工叉車搬運類設(shè)備上。“川字底”托盤有利于電動搬運車完成貨物的落地式作業(yè)，提高作業(yè)效率，減少人工搬運對平衡式叉車的依賴，甚至降低自動化設(shè)備搬運機構(gòu)的復雜程度。自動化物流系統(tǒng)的一次性托盤宜為“川字底”結(jié)構(gòu)。由于一次性托盤的外形尺寸很難統(tǒng)一，底部尺寸也存在差異，物流設(shè)備的搬運機構(gòu)宜采用叉式，以兼顧不同的托盤規(guī)格。

3.定位

一次性托盤包裝貨物的輸送、搬運和存儲定位，是突出物流系統(tǒng)柔性的最關(guān)鍵部分。在人工作業(yè)界面需要較大定位余量，以減少人工定位時間占用，提高作業(yè)效率。在自動化設(shè)備處理環(huán)節(jié)，又需要提高托盤貨物的定位精度，以減少設(shè)備故障率，提升自動化設(shè)備的搬運效率。

托盤貨物在自動化物流系統(tǒng)中的節(jié)點定位就顯得至關(guān)重要。鑒于一次性托盤包裝貨物具有較高的搬運效率，在自動化物流系統(tǒng)中大多采用輸送線處理工藝，實現(xiàn)貨物的隊列連續(xù)緩存輸送，提高輸送效率。貨物輸送過程中的定位主要表現(xiàn)在直線輸送環(huán)節(jié)需要有可靠的導向，確保輸送過程的方向性；直角輸送環(huán)節(jié)需要對不同規(guī)格的托盤完成邏輯定位，確保輸送傳遞過程中貨物位置的精確性；在巷道堆垛機的取放貨位置，還應針對貨叉結(jié)構(gòu)形式，對貨物的停靠位置及自由叉孔高度進行相應的調(diào)整，確保巷道堆垛機對不同規(guī)格托盤搬運過程中的可靠性。

4.存儲

存儲采用橫梁式組合貨架。受一次性托盤外形規(guī)格以及自由叉孔的高度尺寸限制，貨架的設(shè)計需具有兼容性，可在一定尺寸偏差范圍內(nèi)完成對托盤貨物的存儲。為節(jié)約貨架的投入成本，提高一次性托盤在貨架內(nèi)存儲的承載能力，在貨格存儲單元的橫梁上增加支撐墊梁。進而解決巷道堆垛機貨叉對不同高度托盤的適用性，以貨架滿足不同規(guī)格托盤貨物的承載需求。

三、應用案例

1.項目概況

一次性托盤共用體系在自動化物流系統(tǒng)中的技術(shù)解決方案，在玻璃纖維行業(yè)得到了應用。該項目為成品庫，建筑長180m、寬35m、可用凈空高度約為21m。目前入庫方式為貨車轉(zhuǎn)運后，使用叉車搬運，遠期可擴展為AGV搬運自動入庫。出庫模式為提前備貨，集中裝車發(fā)貨。信息載體為條碼。載具為一次性木或膠合板托盤。

2.托盤參數(shù)

托盤貨物涉及三種類型，共5種一次性托盤規(guī)格，托盤結(jié)構(gòu)形式為四向進叉“川字底”托盤，額定設(shè)計承載1500kg（見表1）。托盤1表面為鋪板組合件，其余托盤表面為頂鋪板，托盤5的頂鋪板根據(jù)包裝要求設(shè)計有板緣。

表1 托盤規(guī)格

3.規(guī)劃設(shè)計

物流系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)位置遠離生產(chǎn)區(qū)域，現(xiàn)階段需由平板車完成二次轉(zhuǎn)運，為提高托盤貨物的裝卸效率，節(jié)約建設(shè)成本，設(shè)計方案采用一次性托盤為載具，實現(xiàn)托盤貨物轉(zhuǎn)運、輸送、存儲、搬運過程的一貫化作業(yè)。

圖1 總體規(guī)劃設(shè)計圖

（1）總體布局

根據(jù)園區(qū)物流動線，物流系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計采用一端入庫一端出庫的模式。整體規(guī)劃布局為出庫端高于入庫端，入庫端運輸車輛為平板車，設(shè)備安裝基準面與路面高度一致；出庫端運輸車輛為廂式貨車，設(shè)置月臺，高度為1.5m；入庫為集中式作業(yè)，設(shè)置有2個入庫站臺；為滿足提前緩存?zhèn)湄洺鰩煨枨螅捎梅稚⑹秸九_。系統(tǒng)配備6臺巷道堆垛機，貨架設(shè)計為單深雙貨位結(jié)構(gòu)，輸送系統(tǒng)為不同設(shè)備組成的連續(xù)式輸送線。入庫輸送線具有在線緩存功能，配合發(fā)貨區(qū)域的離線緩存，可提升系統(tǒng)的故障應急或者峰值流量處理能力（見圖1）。

（2）系統(tǒng)功能及技術(shù)指標

圖2 輸送定位示意圖

物流系統(tǒng)的主要流程為出入庫管理，以及全程的信息化管控。站臺配備有超聲波檢測裝置，可提高叉車取放貨作業(yè)效率，保障人機安全。輸送系統(tǒng)設(shè)計能力為200盤/小時，系統(tǒng)設(shè)計運行能力為180盤/小時。貨架設(shè)計高度20.45m，托盤存儲貨位數(shù)量14400個。

4.關(guān)鍵技術(shù)解決方案

（1）輸送類設(shè)備

輸送系統(tǒng)采用鏈式和輥道輸送設(shè)備相結(jié)合的方式，鏈式輸送機采用4鏈環(huán)結(jié)構(gòu)，輸送定位基準面為靠近巷道的設(shè)備單側(cè)。輥道輸送機對托盤貨物的輸送定位為設(shè)備中心。鏈式輸送機沿巷道方向布置，輥道輸送機垂直于巷道方向布置。兩種設(shè)備之間的傳遞輸送由升降輸送機完成，輸送體結(jié)構(gòu)為輥筒。托盤貨物在升降輸送機上的定位，經(jīng)光電開關(guān)檢測停位點后，控制電機制動完成。（見圖2）

（2）搬運類設(shè)備

搬運類設(shè)備主要為巷道堆垛機。由于托盤貨物載重較大，為降低巷道堆垛機搬運機構(gòu)的復雜性，托盤貨物的定位依靠取放貨站臺的升降設(shè)備完成。通過對升降設(shè)備臺面的異型設(shè)計，增加了托盤自由叉孔的伸叉空間高度，解決了巷道堆垛機貨叉對不同高度托盤的搬運需求。

為使托盤的伸叉空間最大化，保障貨叉具備足夠的寬度滿足設(shè)計承載。托盤貨物在堆垛機取放貨站臺的定位采用居中法，依照貨叉的設(shè)計寬度，在伸叉寬度偏差范圍內(nèi)將托盤劃分為大、小兩檔。大托盤采用托盤寬度邊為定位基準，小托盤由中間底鋪板及墊塊為定位基準。托盤定位執(zhí)行機構(gòu)由升降臺完成，升降臺設(shè)計有兩級升降行程，第一級升降完成小托盤定位，第二級升降為抬升托盤的伸叉空間，供巷道堆垛機搬運貨物使用。（見圖3）

（3）貨架

貨架采用在橫梁上焊接貫通式支撐墊梁的方式，以確保托盤底鋪板得到有效支撐，從而提升托盤的額定承載。為節(jié)約投資，縮短貨架制造安裝周期，支撐墊梁為型材制作。（見圖4）

圖3 搬運定位示意圖

圖4 貨架結(jié)構(gòu)示意圖

5.實施效果評價

通過托盤共用體系物流系統(tǒng)的建設(shè)，精簡了設(shè)計流程，實現(xiàn)了對產(chǎn)品質(zhì)量全程追溯的信息化管理，自動化工藝可滿足一次性托盤多種規(guī)格的柔性處理要求。設(shè)備運用維護簡單，運行平穩(wěn)，具有較高的作業(yè)效率。物流系統(tǒng)在輸送、搬運及存儲環(huán)節(jié)未額外增加母托盤，減少了投資成本，降低了貨物的垛型高度，提升了庫存容量，取得了較好的經(jīng)濟效益。

四、結(jié)束語

采用一次性托盤共用體系建設(shè)的自動化物流系統(tǒng)，擴展性強，可快速適應市場需求變化導致的托盤尺寸更改。在系統(tǒng)能力大，存儲貨位多的使用環(huán)境下，更能凸顯其經(jīng)濟性，也將會成為解決一次性托盤實現(xiàn)一貫化作業(yè)的發(fā)展趨勢。

[1]吳清一，靳偉.中國托盤手冊[M].第2版.北京：中國財富出版社，2014.