一次性托盤共用體系在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用

文/李成友 許國(guó)春 儲(chǔ)汝濤 張祖提

現(xiàn)行的貨物搬運(yùn)平托盤ISO標(biāo)準(zhǔn)，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(guó)家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)托盤規(guī)格。托盤的適用范圍，既要滿足國(guó)際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易高速增長(zhǎng)的發(fā)展需求，又要兼顧國(guó)內(nèi)行業(yè)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)形式各異的托盤包裝標(biāo)準(zhǔn)。短時(shí)間內(nèi)托盤聯(lián)運(yùn)共用系統(tǒng)覆蓋有限，也無法實(shí)現(xiàn)單一的托盤標(biāo)準(zhǔn)，一次性托盤依舊是解決一貫化運(yùn)輸?shù)闹匾Ｕ稀ｋS著自動(dòng)化物流系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于外貿(mào)型或沿用供應(yīng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)貨物單元在輸送、存儲(chǔ)、搬運(yùn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)化復(fù)雜程度，容易導(dǎo)致后期高昂的運(yùn)營(yíng)維護(hù)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(jiǎn)捷，可有效緩解設(shè)備運(yùn)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(diǎn)

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(yùn)輸條件、當(dāng)?shù)赝斜P標(biāo)準(zhǔn)、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(yīng)的差異。一次性托盤包裝有利于保護(hù)物品，提高裝卸作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)貨物的一貫化運(yùn)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(dòng)化物流系統(tǒng)的建設(shè)創(chuàng)造了條件。

二、技術(shù)難點(diǎn)及處理措施

根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，托盤最大邊與最小邊的尺寸差為419mm，對(duì)于遵循供應(yīng)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(shí)現(xiàn)一次性托盤的自動(dòng)化處理，必須對(duì)托盤進(jìn)行相應(yīng)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(dòng)化設(shè)備搬運(yùn)，降低設(shè)備的自動(dòng)化復(fù)雜程度；托盤的外形尺寸偏差不宜太大，極差滿足自動(dòng)化設(shè)備叉體寬度的搬運(yùn)要求；底鋪板具有一定的強(qiáng)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(yīng)鏈結(jié)構(gòu)，不同的供貨渠道還會(huì)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(duì)一次性托盤規(guī)劃建設(shè)的自動(dòng)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(diǎn)及其自動(dòng)化工藝處理要求，托盤共用體系在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要技術(shù)難點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.輸送

通常輸送線主要由輥道輸送機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和升降輸送機(jī)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(duì)應(yīng)的托盤底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。在設(shè)備接口位置，設(shè)計(jì)較小的過渡間隙，以適應(yīng)不同托盤的底鋪板及墊塊外形尺寸。

2.搬運(yùn)

對(duì)一次性托盤包裝貨物的搬運(yùn)，主要體現(xiàn)在巷道堆垛機(jī)、RGV、AGV及人工叉車搬運(yùn)類設(shè)備上。“川字底”托盤有利于電動(dòng)搬運(yùn)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(yùn)對(duì)平衡式叉車的依賴，甚至降低自動(dòng)化設(shè)備搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度。自動(dòng)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(yùn)機(jī)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(yùn)和存儲(chǔ)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(shí)間占用，提高作業(yè)效率。在自動(dòng)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(dòng)化設(shè)備的搬運(yùn)效率。

托盤貨物在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)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(yùn)效率，在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中大多采用輸送線處理工藝，實(shí)現(xiàn)貨物的隊(duì)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(dǎo)向，確保輸送過程的方向性；直角輸送環(huán)節(jié)需要對(duì)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(jī)的取放貨位置，還應(yīng)針對(duì)貨叉結(jié)構(gòu)形式，對(duì)貨物的停靠位置及自由叉孔高度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保巷道堆垛機(jī)對(duì)不同規(guī)格托盤搬運(yùn)過程中的可靠性。

4.存儲(chǔ)

存儲(chǔ)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(jì)需具有兼容性，可在一定尺寸偏差范圍內(nèi)完成對(duì)托盤貨物的存儲(chǔ)。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(chǔ)的承載能力，在貨格存儲(chǔ)單元的橫梁上增加支撐墊梁。進(jìn)而解決巷道堆垛機(jī)貨叉對(duì)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(yīng)用案例

1.項(xiàng)目概況

一次性托盤共用體系在自動(dòng)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(yīng)用。該項(xiàng)目為成品庫，建筑長(zhǎng)180m、寬35m、可用凈空高度約為21m。目前入庫方式為貨車轉(zhuǎn)運(yùn)后，使用叉車搬運(yùn)，遠(yuǎn)期可擴(kuò)展為AGV搬運(yùn)自動(dòng)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(jìn)叉“川字底”托盤，額定設(shè)計(jì)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(jì)有板緣。

表1 托盤規(guī)格

3.規(guī)劃設(shè)計(jì)

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

圖1 總體規(guī)劃設(shè)計(jì)圖

（1）總體布局

根據(jù)園區(qū)物流動(dòng)線，物流系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(yùn)輸車輛為平板車，設(shè)備安裝基準(zhǔn)面與路面高度一致；出庫端運(yùn)輸車輛為廂式貨車，設(shè)置月臺(tái)，高度為1.5m；入庫為集中式作業(yè)，設(shè)置有2個(gè)入庫站臺(tái)；為滿足提前緩存?zhèn)湄洺鰩煨枨螅捎梅稚⑹秸九_(tái)。系統(tǒng)配備6臺(tái)巷道堆垛機(jī)，貨架設(shè)計(jì)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(yīng)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(biāo)

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(tái)配備有超聲波檢測(cè)裝置，可提高叉車取放貨作業(yè)效率，保障人機(jī)安全。輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力為200盤/小時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行能力為180盤/小時(shí)。貨架設(shè)計(jì)高度20.45m，托盤存儲(chǔ)貨位數(shù)量14400個(gè)。

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?zhǔn)胶洼伒垒斔驮O(shè)備相結(jié)合的方式，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)采用4鏈環(huán)結(jié)構(gòu)，輸送定位基準(zhǔn)面為靠近巷道的設(shè)備單側(cè)。輥道輸送機(jī)對(duì)托盤貨物的輸送定位為設(shè)備中心。鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)沿巷道方向布置，輥道輸送機(jī)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(jī)完成，輸送體結(jié)構(gòu)為輥筒。托盤貨物在升降輸送機(jī)上的定位，經(jīng)光電開關(guān)檢測(cè)停位點(diǎn)后，控制電機(jī)制動(dòng)完成。（見圖2）

（2）搬運(yùn)類設(shè)備

搬運(yùn)類設(shè)備主要為巷道堆垛機(jī)。由于托盤貨物載重較大，為降低巷道堆垛機(jī)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，托盤貨物的定位依靠取放貨站臺(tái)的升降設(shè)備完成。通過對(duì)升降設(shè)備臺(tái)面的異型設(shè)計(jì)，增加了托盤自由叉孔的伸叉空間高度，解決了巷道堆垛機(jī)貨叉對(duì)不同高度托盤的搬運(yùn)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(jì)承載。托盤貨物在堆垛機(jī)取放貨站臺(tái)的定位采用居中法，依照貨叉的設(shè)計(jì)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(zhǔn)，小托盤由中間底鋪板及墊塊為定位基準(zhǔn)。托盤定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)由升降臺(tái)完成，升降臺(tái)設(shè)計(jì)有兩級(jí)升降行程，第一級(jí)升降完成小托盤定位，第二級(jí)升降為抬升托盤的伸叉空間，供巷道堆垛機(jī)搬運(yùn)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(yùn)定位示意圖

圖4 貨架結(jié)構(gòu)示意圖

5.實(shí)施效果評(píng)價(jià)

通過托盤共用體系物流系統(tǒng)的建設(shè)，精簡(jiǎn)了設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量全程追溯的信息化管理，自動(dòng)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(yùn)用維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，具有較高的作業(yè)效率。物流系統(tǒng)在輸送、搬運(yùn)及存儲(chǔ)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(jì)效益。

四、結(jié)束語

采用一次性托盤共用體系建設(shè)的自動(dòng)化物流系統(tǒng)，擴(kuò)展性強(qiáng)，可快速適應(yīng)市場(chǎng)需求變化導(dǎo)致的托盤尺寸更改。在系統(tǒng)能力大，存儲(chǔ)貨位多的使用環(huán)境下，更能凸顯其經(jīng)濟(jì)性，也將會(huì)成為解決一次性托盤實(shí)現(xiàn)一貫化作業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

[1]吳清一，靳偉.中國(guó)托盤手冊(cè)[M].第2版.北京：中國(guó)財(cái)富出版社，2014.