航空集裝器自動(dòng)組板的輸送積存及整理技術(shù)

王 賓，王愛榮，高 波

(軍事交通學(xué)院 軍事物流系，天津 300161)

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航空集裝器自動(dòng)組板的輸送積存及整理技術(shù)

王 賓，王愛榮，高 波

(軍事交通學(xué)院 軍事物流系，天津 300161)

為有效提升航空集裝器的自動(dòng)組板作業(yè)效率，提高戰(zhàn)略投送基地的快速轉(zhuǎn)運(yùn)能力，在分析物資輸送積存及整理技術(shù)需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了航空集裝器自動(dòng)組板輸送系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并從航空集裝器自動(dòng)組合工作臺(tái)物資輸入端的積存和整理兩個(gè)方面進(jìn)行研究，可實(shí)現(xiàn)物料的有序輸送和積存功能。

航空集裝器；自動(dòng)組板；積放輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)；分揀系統(tǒng)

戰(zhàn)略投送基地主要承擔(dān)戰(zhàn)略儲(chǔ)備、應(yīng)急、臨時(shí)越庫物資預(yù)儲(chǔ)和快速轉(zhuǎn)運(yùn)處理任務(wù)[1]。因此，物資儲(chǔ)運(yùn)快速轉(zhuǎn)換和多式聯(lián)運(yùn)高效銜接是基地物資預(yù)儲(chǔ)投送保障能力建設(shè)的關(guān)鍵。航空集裝器物資自動(dòng)組板技術(shù)是實(shí)現(xiàn)基地應(yīng)急航空轉(zhuǎn)運(yùn)需求的關(guān)鍵技術(shù)，是滿足第一時(shí)間自動(dòng)組板快速集裝出庫戰(zhàn)技指標(biāo)的基礎(chǔ)。

目前，現(xiàn)有的航空集裝器立體庫物流系統(tǒng)只在民航使用，由于民航航班按計(jì)劃執(zhí)行，對(duì)出庫效率沒有過高要求，且航空物資的包裝規(guī)格多，所以對(duì)航空集裝器的自動(dòng)組板技術(shù)并沒有需求。為了滿足戰(zhàn)略投送基地航空物資儲(chǔ)運(yùn)快速裝換需求，需要對(duì)航空集裝器的自動(dòng)組板技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，主要包括應(yīng)急轉(zhuǎn)運(yùn)物資堆碼策略、物資輸送積存及整理技術(shù)、自動(dòng)組板機(jī)器人及航空集裝器自動(dòng)罩網(wǎng)技術(shù)等。本文針對(duì)航空集裝器自動(dòng)組板的輸送積存及整理技術(shù)進(jìn)行研究。

1 物資輸送積存及整理技術(shù)需求分析

航空集裝器自動(dòng)組板的輸送作業(yè)是將物資通過輸送線輸送到航空集裝器組合工作臺(tái)的自動(dòng)組板機(jī)器人抓取工位，并把小箱包物資自動(dòng)組合成一個(gè)單元以適合機(jī)器人一次抓取。自動(dòng)組板輸送線的輸送積存及整理技術(shù)是基于物資堆碼策略實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組板的技術(shù)基礎(chǔ)。

(1)物資輸送積存及整理技術(shù)是航空集裝器自動(dòng)組板作業(yè)效能的有效保障。戰(zhàn)略投送基地物資轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)系統(tǒng)的作業(yè)效能，通過貨運(yùn)站陸側(cè)入庫能力、空側(cè)出庫能力和陸側(cè)出庫能力等指標(biāo)體現(xiàn)，其中空側(cè)出庫能力是衡量系統(tǒng)作業(yè)效能高低的主要標(biāo)準(zhǔn)[2]。航空集裝器自動(dòng)組板作業(yè)是制約空側(cè)出庫能力的瓶頸因素，所以需要對(duì)航空集裝器的自動(dòng)組板技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。物資輸送積存及整理技術(shù)是通過對(duì)組板物資的優(yōu)化組合，科學(xué)分配組板順序和組合單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝器的最大利用，有效提升自動(dòng)組板作業(yè)效能。

(2)物資輸送積存及整理技術(shù)是應(yīng)急物資預(yù)儲(chǔ)與快速轉(zhuǎn)運(yùn)無縫銜接的必然要求。戰(zhàn)略投送基地物流作業(yè)系統(tǒng)對(duì)物資預(yù)儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)進(jìn)行一體化調(diào)度和作業(yè)聯(lián)動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資預(yù)儲(chǔ)和快速轉(zhuǎn)運(yùn)、無縫銜接的基礎(chǔ)，是提升基地物資保障效能的根本。航空集裝器自動(dòng)組板的輸送積存及整理技術(shù)，是基地物流作業(yè)系統(tǒng)集成的內(nèi)容之一，通過信息系統(tǒng)集成，才能實(shí)現(xiàn)預(yù)儲(chǔ)物資的有序、高效自動(dòng)組板作業(yè)，提升基地空側(cè)出庫能力。

2 航空集裝器自動(dòng)組板輸送系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

航空集裝器自動(dòng)組板的輸送系統(tǒng)由起點(diǎn)工位、輸送儲(chǔ)積段、分揀輸送線和抓取工位等組成(如圖1所示)。

圖1 航空集裝器自動(dòng)組板輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

(1)輸送線的起點(diǎn)工位。安檢合格后的物資由人工搬運(yùn)到輸送線的起點(diǎn)工位，經(jīng)起點(diǎn)工位上的條碼標(biāo)簽掃描裝置識(shí)別后，沿著輸送線向前輸送。

(2)輸送線的儲(chǔ)積段。如圖1所示，輸送線的儲(chǔ)積段由工位1至工位4構(gòu)成。航空集裝器組合工作臺(tái)進(jìn)行組板作業(yè)時(shí)，物資通過輸送線到達(dá)自動(dòng)組板機(jī)器人抓取工位時(shí)需要一段緩沖區(qū)，即儲(chǔ)積段。在抓取工位上的物資被取走后，儲(chǔ)積段積存的物資立即輸送到抓取工位。

(3)分揀輸送線。由于到達(dá)輸送線上的物資通常每批次物資是一類，箱包外觀尺寸和包裝質(zhì)量都是統(tǒng)一的。自動(dòng)組板需要將每批次組板剩下的少量物資分揀出來，在分揀輸送線上積存以等待最后對(duì)不同批次剩余物資進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)自動(dòng)組板方案(工位5至工位7)。根據(jù)航空集裝器自動(dòng)組板的堆碼策略，每批次剩余少量物資是指數(shù)量不夠組板到航空集裝器上的一層所剩的物資。

(4)輸送線終點(diǎn)的抓取工位。輸送線的終點(diǎn)對(duì)應(yīng)自動(dòng)組板機(jī)器人抓取物資的工位。自動(dòng)組板機(jī)器人抓取工位具有自動(dòng)單元組合功能，可以把小箱包物資組合成一個(gè)大單元，由機(jī)器人一次抓取。小箱包組合單元的最大底面尺寸不超過最大箱包的尺寸。

3 航空集裝器自動(dòng)組板裝置物資輸送積存及整理的關(guān)鍵技術(shù)

航空集裝器自動(dòng)組板的輸送系統(tǒng)采用積放式輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)積段和分揀輸送線上的積存功能。在輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)一側(cè)或輥?zhàn)娱g的空隙部位可以布置各種輔助裝置，使物品按直角、平行、上下等方式在輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)之間轉(zhuǎn)運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)物資的分流、合流和分類等整理功能。

3.1 積放式輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)基本參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)輸送機(jī)有效寬度。輥?zhàn)娱L(zhǎng)度(即輸送機(jī)的有效寬度)的計(jì)算公式[3]：

l=B+δB

(1)

式中：B為貨件底面的最大寬度，mm；δB為寬度裕量，一般取50～150 mm，實(shí)際選用時(shí)，根據(jù)B值，查文獻(xiàn)[3]選標(biāo)準(zhǔn)值。戰(zhàn)略投送基地儲(chǔ)存物資箱包的最大尺寸為1 000 mm×1 000 mm，取B為1 000 mm，查文獻(xiàn)[3]，標(biāo)準(zhǔn)有效寬度為1 250 mm，非標(biāo)準(zhǔn)寬度要求不小于1 100 mm。

(2)輥?zhàn)娱g距。輥?zhàn)娱g距應(yīng)該滿足運(yùn)行中貨物穩(wěn)定性要求，按照下式選取[3]：

P=(1/4～1/5)L

(2)

式中：P為輥?zhàn)娱g距，mm，查閱文獻(xiàn)[3]選標(biāo)準(zhǔn)值；L為貨件長(zhǎng)度，mm。根據(jù)戰(zhàn)略投送基地儲(chǔ)存物資箱包的最小尺寸，取L為370 mm，P=L/4=92.5 mm，查閱文獻(xiàn)[3]，P為100 mm。

3.2 物資輸送積存技術(shù)

物資輸送積存技術(shù)通過積放輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)來實(shí)現(xiàn)。積放輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)主要有兩類：一類是由機(jī)械制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)積放功能，另一類是由電動(dòng)輥筒的啟停實(shí)現(xiàn)積放功能。電動(dòng)輥筒自身擁有動(dòng)力，無需傳動(dòng)設(shè)備，按每個(gè)積存工位配置1個(gè)電動(dòng)輥筒。電動(dòng)輥筒通過多楔帶帶動(dòng)其相鄰兩側(cè)的輥?zhàn)咏M件旋轉(zhuǎn)，以共同實(shí)現(xiàn)其上物料的水平移動(dòng)[4]。電動(dòng)輥筒積放輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備輕便、元器件少的特點(diǎn)，雖然首次投資成本較高，但其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)十分方便并縮短了周期，所以在使用過程中大大降低了總體成本。因此，在各方面條件都許可的情況下，航空集裝器自動(dòng)組板作業(yè)建議選用電動(dòng)輥筒的積放輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)。

如圖1所示，積放輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)由儲(chǔ)積段和分揀輸送線組成。工位1至工位4構(gòu)成儲(chǔ)積段，工位5至工位7構(gòu)成分揀輸送線，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)整理箱包數(shù)量需求和場(chǎng)地條件適當(dāng)增加工位，一般情況下，儲(chǔ)積段可設(shè)置5～15個(gè)。所有工位的大小按輸送的單件物資箱包的最大尺寸1 000 mm×1 000 mm計(jì)算，根據(jù)上文求得的輥?zhàn)娱g距P為1 00 mm，每個(gè)積存工位需要10個(gè)輥?zhàn)又?。?duì)積存工位留出余量，取每個(gè)積存工位支撐輥?zhàn)訑?shù)為11。

物資的輸送作業(yè)流程如圖2所示，物資的自動(dòng)組板需要經(jīng)過物資識(shí)別、分揀積存、抓取積存3步。如圖1所示，物資識(shí)別通過輸送線起點(diǎn)工位上的條碼標(biāo)簽掃描裝置識(shí)別物資箱包。

圖2 航空集裝器自動(dòng)組板輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

分揀積存是指物資經(jīng)工位2分揀到分揀輸送線積存，通常只用于每批次組板最后的少量剩余物資。物資輸送到工位2時(shí)，物品檢測(cè)裝置檢測(cè)到物資箱包，由上位機(jī)調(diào)度直角轉(zhuǎn)向器1分揀物資到分揀輸送線，物資輸送到工位7并積存，隨后的物資依次積存到工位6和工位5。這些積存的每批次組板少量剩余物資，最后與不同批次剩余物資進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)自動(dòng)組板方案，由上位機(jī)調(diào)度直角轉(zhuǎn)向器2輸送物資到起點(diǎn)工位。

抓取積存是指物資由工位1經(jīng)工位4輸送至抓取工位的過程。物資輸送到工位3時(shí)，工位4上的物品檢測(cè)裝置檢測(cè)工位4上是否有物資，若有物資則積存于工位3，若無物資則輸送物資至工位4。工位4上的推板1推送物資至抓取工位。

航空集裝器自動(dòng)組板輸送系統(tǒng)采用積放式輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)，除工位4之外其他所有工位為動(dòng)力輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)，通過傳感器控制輸送機(jī)的啟動(dòng)和停止來實(shí)現(xiàn)物資的積存和輸送。工位4是輸送線的末端，采用無動(dòng)力輥?zhàn)蛹纯?，物資由擋板1定位。

3.3 物資輸送整理技術(shù)

如圖1所示，航空集裝器自動(dòng)組板輸送系統(tǒng)的整理技術(shù)是指抓取工位的物資箱包自動(dòng)單元組合技術(shù)。自動(dòng)組板機(jī)器人抓取的箱包一般情況下是一個(gè)。當(dāng)箱包尺寸較小時(shí)，可將小箱包自動(dòng)組合成一個(gè)單元由機(jī)器人一次抓取。小箱包組合單元的最大底面尺寸不超過最大箱包的尺寸。

物資箱包自動(dòng)單元組合作業(yè)流程按下列步驟進(jìn)行，設(shè)箱包底面長(zhǎng)為x，寬為y，單位mm，已知單件物資箱包的最大尺寸1 000 mm×1 000 mm。

步驟1 在工位4上，根據(jù)箱包長(zhǎng)x計(jì)算[1 000/x]，確定緩存[1 000/x]個(gè)箱包。已知箱包的最小底面長(zhǎng)為370 mm，可得[1 000/x]的最大數(shù)為2。

步驟2 推板1將緩存的[1 000/x]個(gè)箱包推送到抓取工位，箱包碰到擋板3，推板1退回原位。

步驟3 在抓取工位上，根據(jù)箱包寬y計(jì)算[1 000/y]，確定與擋板2平行的方向上緩存[1 000/y]個(gè)箱包。

步驟4 推板1連續(xù)[1 000/y]次重復(fù)步驟2，將工位1上每次[1 000/x]個(gè)箱包推送到抓取工位。

步驟5 在抓取工位上，推板2將組合完成的箱包單元推送碰到擋板2，推板2退回原位。

箱包的自動(dòng)單元組合作業(yè)由推板1、推板2的推送與對(duì)應(yīng)的擋板3和擋板2實(shí)現(xiàn)組合后單元的定位。因此，機(jī)器人抓取貨物的參考基準(zhǔn)點(diǎn)為擋板2和擋板3的交點(diǎn)。

4 結(jié) 語

航空集裝器自動(dòng)組板技術(shù)是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略投送基地航空物資第一時(shí)間快速轉(zhuǎn)運(yùn)需求的關(guān)鍵技術(shù)，本文在分析物資積存及整理技術(shù)需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了航空集裝器自動(dòng)組板輸送系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并從航空集裝器自動(dòng)組合工作臺(tái)物資輸入端的積存和整理兩個(gè)方面進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了物資的有序輸送和積存功能。通過與自動(dòng)組板機(jī)器人的抓取動(dòng)作相配合，完成航空集裝器自動(dòng)組板功能。輸送積存和整理技術(shù)的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資快速組板的前提，可以有效提升航空集裝器的自動(dòng)組板作業(yè)效率，提高戰(zhàn)略投送基地物資的快速轉(zhuǎn)運(yùn)能力，對(duì)基地物資保障能力的建設(shè)具有重要的作用。

[1] 王賓，高波，郝振維．投送基地裝卸搬運(yùn)機(jī)械統(tǒng)管共用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，17(7)：55-58．

[2] 魏國敏，彭富兵，李振克，等．基于Extend的投送基地物資轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)系統(tǒng)資源分配模型構(gòu)建[J]．軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，16(12)：48-52．

[3] 中華人民共和國發(fā)展和改革委員會(huì).輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)：JB/T 7012—2008[S]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．

[4] 宋尉．兩種積放輥道輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)及控制模式分析[J]．物流技術(shù)與應(yīng)用，2015(3)：116-119．

(編輯：史海英)

Transport Accumulation and Finishing Technology of Automatic Palletizing for ULD

WANG Bin, WANG Airong, GAO Bo

(Military Logistics Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

To improve the efficiency of automatic palletizing operation for unit load device (ULD ) and transport capacity of strategic projection base, after analyzing materials transport accumulation and finishing technology requirement, the paper firstly designs the overall structure of transport system of automatic palletizing for ULD. Then, it studies accumulation and finishing of automatic combination workbench material input terminal for ULD, which can realize the function of orderly transport and accumulation.

unit load device (ULD); automatic palletizing; accumulating roller conveyor; sorting system

2016-07-23；

2016-09-09．

后勤保障部運(yùn)輸投送局項(xiàng)目(CJJ13C006)．

王 賓(1977—)，男，碩士，副教授．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2017.05.012

TP278

A

1674-2192(2017)05- 0053- 04

● 軍事物流 Military Logistics