紙卷自動化立體倉庫設(shè)計(jì)

文/馬建偉 李暉 龔浩杰

紙卷自動化立體倉庫集機(jī)械設(shè)備、電氣控制系統(tǒng)和倉庫管理系統(tǒng)為一體，在自動倉庫內(nèi)實(shí)現(xiàn)對紙卷的自動存取，對造紙廠物流環(huán)節(jié)的效率有著顯著提升。本文以某紙廠紙卷自動倉庫為研究對象，對其總體方案規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，旨在提出一套針對造紙行業(yè)應(yīng)用的自動化立體倉庫解決方案。

1.概述

根據(jù)國家發(fā)展規(guī)劃，造紙行業(yè)正在逐步淘汰落后產(chǎn)能，隨著能耗大、污染嚴(yán)重的造紙企業(yè)被關(guān)停，市場空間得到進(jìn)一步釋放。近幾年國內(nèi)規(guī)模較大的造紙廠新上項(xiàng)目以大產(chǎn)量為主，箱板紙、瓦楞紙新上項(xiàng)目年產(chǎn)量超30萬噸，高檔文化紙、白卡紙年產(chǎn)量超50萬噸。隨著產(chǎn)量的提高，對紙卷儲存能力的要求也日益提升。倉儲作為現(xiàn)代物流的重要環(huán)節(jié)，在企業(yè)的供應(yīng)鏈管理中發(fā)揮著重要作用。自動立體倉庫是倉儲自動化的核心，是聯(lián)系生產(chǎn)和銷售的紐帶，對實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化至關(guān)重要。因此，設(shè)計(jì)專門的自動立體倉庫以滿足紙卷儲存、出入庫的需求，提高物流效率，具有十分重要的意義。

2.設(shè)計(jì)條件及要求

針對某紙廠年產(chǎn)100萬噸成品紙卷的項(xiàng)目，倉庫需滿足存儲其2周產(chǎn)能的要求，根據(jù)場地情況，結(jié)合自動倉庫設(shè)備本身特點(diǎn)及在其他類似項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，制定一套切實(shí)可行的方案。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體要求：

1)系統(tǒng)能長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行，工作模式為24小時(shí)*365天。

2)倉庫可用空間：150*110*26m（長*寬*高）

3)集成化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)紙卷從生產(chǎn)線到倉庫，再到發(fā)貨的全自動運(yùn)行，并對紙卷信息進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。

4)對于現(xiàn)有的存儲空間必須進(jìn)行合理化的布局，存儲量不小于41000噸，紙卷入庫量200噸/小時(shí)（24小時(shí)工作制），出庫量400噸/小時(shí)（12小時(shí)工作制），實(shí)現(xiàn)紙卷出入庫物流系統(tǒng)最優(yōu)化。

3.系統(tǒng)組成及作業(yè)流程

紙卷自動倉庫系統(tǒng)主要由倉庫建筑、高層貨架、巷道堆垛機(jī)、出入庫輸送系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)及信息管理系統(tǒng)組成。通過一流的集成化物流理念，采用先進(jìn)的制造、控制技術(shù)，通過協(xié)調(diào)以上設(shè)備的運(yùn)行，自動、有序、準(zhǔn)確、快速地完成出入庫作業(yè)。

入庫作業(yè)流程：復(fù)卷后的紙卷經(jīng)過輸送包裝系統(tǒng)在WMS、WCS系統(tǒng)調(diào)度下，紙卷經(jīng)入庫輸送系統(tǒng)，送入立體倉庫的入庫點(diǎn)。根據(jù)對紙卷信息的自動讀取，堆垛機(jī)將輸送線上的紙卷取走，送至指定的貨位處。WMS更新信息，入庫完成。出庫作業(yè)流程：WMS按生產(chǎn)信息，經(jīng)過計(jì)算后，下達(dá)出庫指令。堆垛機(jī)于指定貨位叉取貨物，并送至出庫位輸送線上，經(jīng)由出庫端輸送機(jī)，送至指定出庫口。叉車取貨后掃描出貨單，WMS更新信息，出庫完成。以上流程均通過自動化程序控制，同時(shí)，自動倉庫系統(tǒng)也具有半自動、人工（檢修）等控制模式。

4.自動化立體倉庫設(shè)計(jì)

4.1.貨架設(shè)計(jì)

首先根據(jù)要求，確定系統(tǒng)總體存儲量。通過對貨物規(guī)格分析，確定裝載單元規(guī)格，進(jìn)一步確認(rèn)貨格尺寸。結(jié)合倉庫空間及消防分區(qū)要求，設(shè)計(jì)出AS/RS布局。

4.1.1.存儲貨物規(guī)格分析

標(biāo)準(zhǔn)卷尺寸φ1200*1500mm，單個(gè)紙卷重量1660Kg。按照存儲量不低于41000噸，80%的存儲原則下，對應(yīng)紙卷貨位數(shù)不少于30900個(gè)。根據(jù)客戶提供的產(chǎn)品規(guī)格信息，紙卷直徑范圍為1000-1250mm，幅寬800-2800mm。貨物規(guī)格在直徑方面相差較小，在幅寬方向變化較大。通過對類似企業(yè)的成品紙卷幅寬數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、分類篩選，得到表1：

表1 紙卷規(guī)格分類

根據(jù)紙卷規(guī)格分類參數(shù)，初步將貨位深度設(shè)置為1800、2200、2800mm三種規(guī)格。

4.1.2.貨格尺寸設(shè)計(jì)

在確定貨物規(guī)格寬度的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)采用組合橫梁式貨架，單貨格形式。其中：貨格有效寬度=貨物寬度+2*側(cè)向間隙=1250+2*55=1360mm；貨格凈高=貨物高度（含擱架）+垂直間隙=1430+195=1625mm；根據(jù)貨位深度不同，1800、2200、2800三種規(guī)格貨物對應(yīng)的承載單元計(jì)算重量分別為2150、2650、3100Kg，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行貨架規(guī)格選型，對應(yīng)的立柱和橫梁尺寸為120、100mm。結(jié)合自動噴淋消防設(shè)備的安裝空間貨架及立柱節(jié)距為75的整數(shù)倍的要求，確定單元貨格尺寸，見表2：

表2 單元貨格尺寸

4.1.3.貨架規(guī)劃

結(jié)合倉庫可用寬度及消防分區(qū)的要求進(jìn)行線性規(guī)劃，根據(jù)計(jì)算出的最優(yōu)解，得出以上規(guī)格對應(yīng)的巷道數(shù)分別為6、4、4個(gè)，總計(jì)14個(gè)巷道。結(jié)合倉庫長度方向可用空間及可用凈高度的限制，自動倉庫的貨架設(shè)置為83列，14層。故整個(gè)自動倉庫的總貨位數(shù)為：（6+4+4）*2排*83列*14層=32536個(gè)。理論存儲量為：32536個(gè)*1.66噸=54009噸。按照80%的存儲原則，實(shí)際存儲量約為43200噸，能夠滿足存儲需求。

該系統(tǒng)的規(guī)格設(shè)計(jì)參數(shù)見表3

表3 自動倉庫系統(tǒng)規(guī)格設(shè)計(jì)表

4.2.堆垛機(jī)設(shè)計(jì)

4.2.1.載貨臺工作時(shí)間

載貨臺工作時(shí)間主要包括定位、貨叉探測、貨叉作業(yè)循環(huán)等。貨叉最大行程為2.8米。

T1=2+2+2+2+2.8*4/(40/60)=24.8s

其中，貨叉每次定位探測的時(shí)間約為2s

4.2.2.堆垛機(jī)行走時(shí)間

堆垛機(jī)的行走主要包括水平和升降兩個(gè)方向，一個(gè)工作周期的運(yùn)行范圍為：堆垛機(jī)從入庫點(diǎn)至P1（L/5，2/3H）點(diǎn)存放貨物，然后到P2（2/3L，H/5）點(diǎn)取貨，最后到出庫點(diǎn)。在本系統(tǒng)中，H=22.4m，L=125.4m。

T2=2+2+2+2+125.4/(160/60)+22.4*(4/3)/(40/60)=100s

其中，堆垛機(jī)每次啟動停止的時(shí)間約為2s

4.2.3.堆垛機(jī)規(guī)劃

系統(tǒng)每小時(shí)最大處理量為（400+200）/1.66≈362個(gè)紙卷出入庫，每條巷道負(fù)責(zé)362/14≈26卷。即單臺堆垛機(jī)在60/26≈2.3 min=138 s內(nèi)完成一個(gè)紙卷的入庫或者出庫工作循環(huán)。根據(jù)計(jì)算，堆垛機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)見表4

表4 堆垛機(jī)運(yùn)行參數(shù)

5.結(jié)束語：

本文是以具體項(xiàng)目為依托，在深入實(shí)際調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合紙卷儲存的具體要求，經(jīng)過計(jì)算討論，得出倉庫的布局和系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，最大程度的提高倉庫的存儲量。通過倉庫管理系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)配，大大提高出入庫能力，降低發(fā)貨錯(cuò)誤率。并可以與工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)整合，使生產(chǎn)管理更加科學(xué)、高效，有效提高生產(chǎn)效率。本文對指導(dǎo)紙卷自動倉庫的設(shè)計(jì)和新建、改造倉庫系統(tǒng)具有參考作用。

引用出處

[1]自動化立體倉庫規(guī)劃設(shè)仿真與績效評估[M].馬向國，姜旭，胡彥貴.中國財(cái)富出版社.2017.

[2]李暉.工業(yè)機(jī)器人在紙卷包裝系統(tǒng)貼標(biāo)裝置中的應(yīng)用[J].智能制造,2018(12):45-47.

[3]梁才.鐵路自動化立體倉庫設(shè)計(jì)[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì),2017,39(S1):105-110.

[4]李美霞,李衛(wèi)東.企業(yè)物流自動化立體倉庫設(shè)計(jì) [J].物流技術(shù),2010,29(12):138-140+143.