一種滾裝碼頭庫架一體式商品車自動化立體倉庫*

楊嘉祎 劉寶軍 羅勇川 陳再興 周正山

1 上海國際港務(集團)股份有限公司 2 上海振華重工(集團)股份有限公司

1 引言

碼頭汽車物流業務總量攀升迅速,實現立體化停車,減少對土地的占用,可緩解業務量增加對堆場的需求。目前國內還沒有大型整車自動化立體倉庫的工業應用,大部分都是小型化的自動停車庫,這些停車庫主要用于城市內部的社會停車。在國外,日本是工業用整車自動倉庫應用最多、技術最成熟的國家,至今已建成并投入使用29座全自動化商品車倉庫。

國內常規的立體倉庫主要應用于煙草、醫藥、服裝、電子商務、包裝等行業,針對商品車的自動化立體倉庫,目前還沒有大規模的發展。結合國內首座庫架一體式商品車自動化立體倉庫建設實踐,從倉庫組成、作業模式、產品特性等方面闡述商品車庫架一體式自動化立體倉庫的形式和特點。

2 倉庫組成

庫架一體式商品車自動化立體倉庫主要由貨架結構、輸送設備、堆垛機、托盤、倉庫控制與管理系統等軟硬件組成。

2.1 貨架結構

相對于庫架分離式倉庫,庫架一體式倉庫也被稱為整體式倉庫、庫架合一倉庫。庫架一體式倉庫是由高層貨架、風阻結構、屋面系統、圍護結構等建筑結構體系,以及排水、消防、電氣照明、物料搬運設備及其控制和管理系統等組成。庫架合一倉庫的貨架是承托屋面、墻體的結構,主要承受風壓、雪載、地震力等載荷,是貨物重力的承載者,是整個庫房建筑的主支撐結構;貨物存儲設備,是滿足自動化設備運行要求的物流設備。

庫架一體式比庫架分離式用鋼量上節約20%以上,特別是額定載荷在1.5 t以上的重載貨架。用鋼量的減少,能極大減少建造成本。

2.2 輸送設備

輸送設備將車輛在貨架前方區域進行分揀、轉運,方便堆垛機進行叉取,一般包含鏈條輸送機、輥子輸送機、回轉輸送機,有需要時,可設置托盤回收與分發系統。回轉輸送機的設置,極大地提高了司乘人員的便捷性,可以做到正進正出,提高進出車效率。

為了保障車輛與人員的安全,一般會在輸送設備區域設置車輛限長、限寬、限高、重量檢測等安全開關,并配備有液壓系統、氣動擋板系統等,防止托盤超限運行。在出入口設置有智能管理系統,結合碼頭操作系統、倉庫管理系統,實現智能化操作,保障人身與車輛的安全。

2.3 堆垛機

堆垛機的主要作用是通過水平與豎直運動,將車輛運送至貨架處。重載堆垛機常采用雙立柱形式,地面有地軌,頂部有天軌,可沿著地軌與天軌實現大車方向的運動。堆垛機底部有橫梁,上部為聯系梁,載貨臺在立柱之間進行上下運動,貨叉機構布置在載貨臺上,可以實現雙向伸縮叉,將貨物存取于兩側的貨架上。

堆垛機上的主要安全裝置有車輛限長、限寬、限高、重量檢測等,并且有超速開關、松繩檢測、貨叉伸叉前探物檢測、防墜落安全鉗、緩沖器等,保護車輛不受損。根據堆垛機的速度情況,其大車供電方式目前主要采用滑觸線形式,載貨臺供電主要為拖鏈形式。滑觸線可以根據需要布置在天軌或地軌附近。

堆垛機運行的穩定性,在很大程度上取決于軌道的安裝精度。軌道安裝的水平度、直線度、接頭的連接要求可參照歐洲機械搬運協會標準FEM9.831的相關內容。

2.4 托盤

托盤是運送車輛的重要載體。超大型汽車倉庫的存容量為6 000多輛,數量龐大,單個車盤的重量在很大程度上影響鋼結構貨架的選取,以及貨架重量與土建成本。車盤在使用過程中屬于需要反復磨耗的部件,其耐磨性和耐刮痕性很重要。倉庫所處的環境相對惡劣,鹽霧程度較高,車盤與環境接觸面積大、污染面積廣,車盤極容易被腐蝕,因此輕量化、耐磨、耐腐蝕載車板選型尤為重要。

2.5 倉庫控制與管理系統

商品車倉儲管理系統類似于一般的貨物倉儲管理系統。由于汽車行業的特殊性,具有自身特點:①根據各地銷售商的訂貨要求安排倉儲管理計劃,批次計劃波動幅度很大;②汽車消費呈現出個性化和多樣化,而不是單一的品牌、車型;③整車的體積、重量較大,儲存空間占用多;④每一輛車都有自己的底盤號、發動機號等一系列編號,需要進行一一對應,使信息準確無誤;⑤整車管理流程繁雜,包括調校、檢驗、確認、倒車、新車準備、盤點等。

此系統將輸送線、堆垛機、車輛識別系統、行車引導系統等聯系起來,并結合碼頭操作系統實現設備的聯動。倉庫控制與管理系統功能齊全,能進行各類統計查詢,如運行日志、作業查詢,入庫統計、出庫統計、空貨位查詢、車輛信息查詢等。

系統能實現數字孿生,通過圖形界面可直觀顯示托盤狀態與位置等,方便監視、診斷整個系統,并且能夠監控設備運行情況,快速定位故障點,及時消除隱患(見圖1)。系統通過顏色標識設備狀態,如果某設備出現異常,在監控界面上立即通過顏色提示管理人員。通過點擊仿真設備,還可進一步查看該設備運行狀態、故障信息等,以便進行故障診斷和處理。

圖1 設備圖形界面

3 作業模式

根據碼頭作業需求,自動化倉庫的作業模式主要有連續入庫模式、連續出庫模式、交叉作業模式、盤點模式等。

3.1 連續入庫

當需要集中卸船或集中來車時,立體倉庫將啟動連續入庫模式。

出入口優先安排空托盤,方便司機來車即可進行存車操作。堆垛機優先靠近輸送線區域,減少堆垛機與輸送線之間的等待時間,節省大量設備運行冗余時間。在連續停車入庫模式下,只能連續停車入庫,中間不可進行取車出庫動作。

當輸送設備上托盤數量達到預設下限時,堆垛機將根據程序的指令,執行一疊空托盤的取出流程,然后由托盤分發系統進行拆盤與分發。

3.2 連續出庫

當需要集中裝船或集中出車時,立體倉庫將啟動連續出庫模式。

出入口處的空托盤將被優先清理回收,方便取出的托盤與車輛優先到達出入口,堆垛機優先安排至需要取車的貨架附近,減少堆垛機的取車時間,同時節約各種冗余時間。在連續取車出庫模式下,只能連續取車出庫,中間不可進行停車入庫動作。每次取車之后,空托盤將會被回收至指定區域進行自動疊放,然后通過堆垛機運送至指定位置。

3.3 交叉作業

當同一巷道需要同時進車與出車任務時,可設置為交叉作業模式。每次進行出庫或入庫動作,需完成前一次作業,然后再進行下一步作業。一般存取車模式的切換需要5 min左右,在管理上進行程序優化,盡量減少交叉存取車的情況,避免大量不必要的來回存取空托盤的流程與時間。

3.4 賬實盤點

當根據碼頭需要進行賬實盤點時,可選擇盤點模式。車輛將被取出至出入口輸送機上,人員進行實物信息核查;完成后,車輛將被運回至原貨位。在此模式下,可根據實際需要取消回轉輸送機的動作,節約能源與時間。

4 產品特點特性

自動化立體倉庫具有智能、綠色節能、節地、工期短等特性,具有良好的市場推廣前景。尤其是在目前港口與城市都在快速發展的階段,港城矛盾越來越突顯,土地成本越來越高,立體化的存車方式成為未來發展的趨勢。

4.1 智能

目前自動化立體倉庫管理系統整體技術水平已達到較高水準。自動化立體倉庫的主體是庫前分揀系統、貨架、堆垛機、托盤、控制與管理系統。采用先進的智能檢測技術,對車輛的尺寸、重量、人身安全等進行檢測,并通過安全鉗、激光測距、網橋信號傳輸、條碼定位技術等相結合,實現安全、快速、高效、智能的運輸與存儲,減少人員的干預,實現智能化運輸與管理。

4.2 綠色節能

自動化倉庫為鋼結構,在圍護結構材料的選用上,使用單層壓型鋼板,維護方便并可回收利用。

與傳統的自走式平面停車場和自走式停車樓相比,自動化立體倉庫,存取車過程為自動化運行,司機無需開車找車位,減少尾氣排放。據預測,6 000多輛車位的倉庫,每年可減排二氧化碳約3 000 t。

在節能技術措施上可結合光伏建筑一體化技術,將光伏方陣依附于建筑屋頂,利用可再生能源,在保證提高建筑安全與功能的條件下,減少倉庫內采暖、空調、照明及其他電器用電的能耗。

4.3 節地

與自走式停車樓相比,自動化立體倉庫可節約大量上下樓坡道及車輛轉彎半徑,且自動化立體倉庫依靠機械設備進行操作,無需人員進入,各層層高可以降低,總層高較低,優勢明顯。同樣限高的地塊,自動化立體倉庫可以設置更多層,進一步節約土地成本。

4.4 工期短

庫架一體式倉庫的貨架結構與外圍護都為鋼材,可在工廠進行標準化生產。根據運輸條件及安裝難易程度,小的部件可以在工廠裝配,大的部件可以發運至現場進行裝配。裝配時使用工藝保障胎架,保證安裝精度。預制化的裝配使現場安裝受季節、天氣等影響較小,避免大量混凝土凝固時間,施工周期可控,安裝速度快。并且貨架結構可以實現模塊化設計、標準化制作、批量化生產等,整體施工周期短。

5 結語

本項目相比于平面停車場,能有效保護新車,避免風、雨、沙、灰、鳥糞等污染物對新車的侵擾與腐蝕;極大地提高土地利用率,比傳統平面停車場提高約80%;相較于自走式停車樓,可減少現場工作人員數量,通過自動化管理,避免人為差錯,而且建設周期短。