一种滚装码头库架一体式商品车自动化立体仓库*

杨嘉祎 刘宝军 罗勇川 陈再兴 周正山

1 上海国际港务(集团)股份有限公司 2 上海振华重工(集团)股份有限公司

1 引言

码头汽车物流业务总量攀升迅速,实现立体化停车,减少对土地的占用,可缓解业务量增加对堆场的需求。目前国内还没有大型整车自动化立体仓库的工业应用,大部分都是小型化的自动停车库,这些停车库主要用于城市内部的社会停车。在国外,日本是工业用整车自动仓库应用最多、技术最成熟的国家,至今已建成并投入使用29座全自动化商品车仓库。

国内常规的立体仓库主要应用于烟草、医药、服装、电子商务、包装等行业,针对商品车的自动化立体仓库,目前还没有大规模的发展。结合国内首座库架一体式商品车自动化立体仓库建设实践,从仓库组成、作业模式、产品特性等方面阐述商品车库架一体式自动化立体仓库的形式和特点。

2 仓库组成

库架一体式商品车自动化立体仓库主要由货架结构、输送设备、堆垛机、托盘、仓库控制与管理系统等软硬件组成。

2.1 货架结构

相对于库架分离式仓库,库架一体式仓库也被称为整体式仓库、库架合一仓库。库架一体式仓库是由高层货架、风阻结构、屋面系统、围护结构等建筑结构体系,以及排水、消防、电气照明、物料搬运设备及其控制和管理系统等组成。库架合一仓库的货架是承托屋面、墙体的结构,主要承受风压、雪载、地震力等载荷,是货物重力的承载者,是整个库房建筑的主支撑结构;货物存储设备,是满足自动化设备运行要求的物流设备。

库架一体式比库架分离式用钢量上节约20%以上,特别是额定载荷在1.5 t以上的重载货架。用钢量的减少,能极大减少建造成本。

2.2 输送设备

输送设备将车辆在货架前方区域进行分拣、转运,方便堆垛机进行叉取,一般包含链条输送机、辊子输送机、回转输送机,有需要时,可设置托盘回收与分发系统。回转输送机的设置,极大地提高了司乘人员的便捷性,可以做到正进正出,提高进出车效率。

为了保障车辆与人员的安全,一般会在输送设备区域设置车辆限长、限宽、限高、重量检测等安全开关,并配备有液压系统、气动挡板系统等,防止托盘超限运行。在出入口设置有智能管理系统,结合码头操作系统、仓库管理系统,实现智能化操作,保障人身与车辆的安全。

2.3 堆垛机

堆垛机的主要作用是通过水平与竖直运动,将车辆运送至货架处。重载堆垛机常采用双立柱形式,地面有地轨,顶部有天轨,可沿着地轨与天轨实现大车方向的运动。堆垛机底部有横梁,上部为联系梁,载货台在立柱之间进行上下运动,货叉机构布置在载货台上,可以实现双向伸缩叉,将货物存取于两侧的货架上。

堆垛机上的主要安全装置有车辆限长、限宽、限高、重量检测等,并且有超速开关、松绳检测、货叉伸叉前探物检测、防坠落安全钳、缓冲器等,保护车辆不受损。根据堆垛机的速度情况,其大车供电方式目前主要采用滑触线形式,载货台供电主要为拖链形式。滑触线可以根据需要布置在天轨或地轨附近。

堆垛机运行的稳定性,在很大程度上取决于轨道的安装精度。轨道安装的水平度、直线度、接头的连接要求可参照欧洲机械搬运协会标准FEM9.831的相关内容。

2.4 托盘

托盘是运送车辆的重要载体。超大型汽车仓库的存容量为6 000多辆,数量庞大,单个车盘的重量在很大程度上影响钢结构货架的选取,以及货架重量与土建成本。车盘在使用过程中属于需要反复磨耗的部件,其耐磨性和耐刮痕性很重要。仓库所处的环境相对恶劣,盐雾程度较高,车盘与环境接触面积大、污染面积广,车盘极容易被腐蚀,因此轻量化、耐磨、耐腐蚀载车板选型尤为重要。

2.5 仓库控制与管理系统

商品车仓储管理系统类似于一般的货物仓储管理系统。由于汽车行业的特殊性,具有自身特点:①根据各地销售商的订货要求安排仓储管理计划,批次计划波动幅度很大;②汽车消费呈现出个性化和多样化,而不是单一的品牌、车型;③整车的体积、重量较大,储存空间占用多;④每一辆车都有自己的底盘号、发动机号等一系列编号,需要进行一一对应,使信息准确无误;⑤整车管理流程繁杂,包括调校、检验、确认、倒车、新车准备、盘点等。

此系统将输送线、堆垛机、车辆识别系统、行车引导系统等联系起来,并结合码头操作系统实现设备的联动。仓库控制与管理系统功能齐全,能进行各类统计查询,如运行日志、作业查询,入库统计、出库统计、空货位查询、车辆信息查询等。

系统能实现数字孪生,通过图形界面可直观显示托盘状态与位置等,方便监视、诊断整个系统,并且能够监控设备运行情况,快速定位故障点,及时消除隐患(见图1)。系统通过颜色标识设备状态,如果某设备出现异常,在监控界面上立即通过颜色提示管理人员。通过点击仿真设备,还可进一步查看该设备运行状态、故障信息等,以便进行故障诊断和处理。

图1 设备图形界面

3 作业模式

根据码头作业需求,自动化仓库的作业模式主要有连续入库模式、连续出库模式、交叉作业模式、盘点模式等。

3.1 连续入库

当需要集中卸船或集中来车时,立体仓库将启动连续入库模式。

出入口优先安排空托盘,方便司机来车即可进行存车操作。堆垛机优先靠近输送线区域,减少堆垛机与输送线之间的等待时间,节省大量设备运行冗余时间。在连续停车入库模式下,只能连续停车入库,中间不可进行取车出库动作。

当输送设备上托盘数量达到预设下限时,堆垛机将根据程序的指令,执行一叠空托盘的取出流程,然后由托盘分发系统进行拆盘与分发。

3.2 连续出库

当需要集中装船或集中出车时,立体仓库将启动连续出库模式。

出入口处的空托盘将被优先清理回收,方便取出的托盘与车辆优先到达出入口,堆垛机优先安排至需要取车的货架附近,减少堆垛机的取车时间,同时节约各种冗余时间。在连续取车出库模式下,只能连续取车出库,中间不可进行停车入库动作。每次取车之后,空托盘将会被回收至指定区域进行自动叠放,然后通过堆垛机运送至指定位置。

3.3 交叉作业

当同一巷道需要同时进车与出车任务时,可设置为交叉作业模式。每次进行出库或入库动作,需完成前一次作业,然后再进行下一步作业。一般存取车模式的切换需要5 min左右,在管理上进行程序优化,尽量减少交叉存取车的情况,避免大量不必要的来回存取空托盘的流程与时间。

3.4 账实盘点

当根据码头需要进行账实盘点时,可选择盘点模式。车辆将被取出至出入口输送机上,人员进行实物信息核查;完成后,车辆将被运回至原货位。在此模式下,可根据实际需要取消回转输送机的动作,节约能源与时间。

4 产品特点特性

自动化立体仓库具有智能、绿色节能、节地、工期短等特性,具有良好的市场推广前景。尤其是在目前港口与城市都在快速发展的阶段,港城矛盾越来越突显,土地成本越来越高,立体化的存车方式成为未来发展的趋势。

4.1 智能

目前自动化立体仓库管理系统整体技术水平已达到较高水准。自动化立体仓库的主体是库前分拣系统、货架、堆垛机、托盘、控制与管理系统。采用先进的智能检测技术,对车辆的尺寸、重量、人身安全等进行检测,并通过安全钳、激光测距、网桥信号传输、条码定位技术等相结合,实现安全、快速、高效、智能的运输与存储,减少人员的干预,实现智能化运输与管理。

4.2 绿色节能

自动化仓库为钢结构,在围护结构材料的选用上,使用单层压型钢板,维护方便并可回收利用。

与传统的自走式平面停车场和自走式停车楼相比,自动化立体仓库,存取车过程为自动化运行,司机无需开车找车位,减少尾气排放。据预测,6 000多辆车位的仓库,每年可减排二氧化碳约3 000 t。

在节能技术措施上可结合光伏建筑一体化技术,将光伏方阵依附于建筑屋顶,利用可再生能源,在保证提高建筑安全与功能的条件下,减少仓库内采暖、空调、照明及其他电器用电的能耗。

4.3 节地

与自走式停车楼相比,自动化立体仓库可节约大量上下楼坡道及车辆转弯半径,且自动化立体仓库依靠机械设备进行操作,无需人员进入,各层层高可以降低,总层高较低,优势明显。同样限高的地块,自动化立体仓库可以设置更多层,进一步节约土地成本。

4.4 工期短

库架一体式仓库的货架结构与外围护都为钢材,可在工厂进行标准化生产。根据运输条件及安装难易程度,小的部件可以在工厂装配,大的部件可以发运至现场进行装配。装配时使用工艺保障胎架,保证安装精度。预制化的装配使现场安装受季节、天气等影响较小,避免大量混凝土凝固时间,施工周期可控,安装速度快。并且货架结构可以实现模块化设计、标准化制作、批量化生产等,整体施工周期短。

5 结语

本项目相比于平面停车场,能有效保护新车,避免风、雨、沙、灰、鸟粪等污染物对新车的侵扰与腐蚀;极大地提高土地利用率,比传统平面停车场提高约80%;相较于自走式停车楼,可减少现场工作人员数量,通过自动化管理,避免人为差错,而且建设周期短。