浙江鄉(xiāng)情山泉的自動化密集存儲系統(tǒng)

文/張衛(wèi)國

浙江鄉(xiāng)情山泉的自動化密集存儲系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)緊密相連，自動輸送、自動碼垛、自動儲存，全過程高度自動化，是典型的生產(chǎn)型物流系統(tǒng),實施后大幅度提升了存儲效率和存儲量，在業(yè)內(nèi)具有一定的典范性。

2017年浙江鄉(xiāng)情山泉有限公司與世倉智能倉儲設(shè)備（上海）股份有限公司本著互惠互利、公平友好的原則簽署12L負壓式桶裝水儲運設(shè)備合同，建設(shè)與其生產(chǎn)系統(tǒng)相匹配的自動化密集存儲系統(tǒng)，本方案主體采用自動化穿梭子母立體倉庫系統(tǒng)，密集儲存技術(shù)結(jié)合AGV自動搬運系統(tǒng)，大幅度提升了存儲效率和存儲量，在業(yè)內(nèi)具有一定的典范性。

一、背景與概況

項目實施地

浙江鄉(xiāng)情山泉有限公司于2003年1月2日在淳安縣市場監(jiān)督管理局登記成立，是一家專業(yè)生產(chǎn)、銷售桶（瓶）裝飲用水的企業(yè)，公司水源地位于千島湖。公司一期投資2億元，引進意大利成套先進設(shè)備，吹瓶、灌裝、封蓋一體化生產(chǎn)，采用一次性可折疊（PET）軟桶負壓出水技術(shù)，杜絕細菌滋生和二次污染，保持飲用水的清潔和安全；用顛覆性技術(shù)重新定義桶裝水。

子母穿梭車及穿梭式貨架內(nèi)景

圖1：方案總體布局

作為浙江鄉(xiāng)情山泉有限公司一期新建12L負壓式桶裝水項目的儲運配套工程，浙江鄉(xiāng)情山泉有限公司于2017年3月15日與世倉智能倉儲設(shè)備（上海）股份有限公司簽署合同，由后者提供自動化穿梭子母密集存儲系統(tǒng)工程，建設(shè)與其生產(chǎn)系統(tǒng)無縫對接的密集倉儲、配送管理系統(tǒng)。

該物流系統(tǒng)包括：四層穿梭貨架系統(tǒng)、穿梭子車、穿梭母車、托盤提升機、輸送系統(tǒng)及外形檢測設(shè)備、AGV、倉庫管理系統(tǒng)（WMS）、電氣控制系統(tǒng)、倉庫控制系統(tǒng)（WCS）以及操作終端設(shè)備等，項目工期120天。項目主體是一套自動化穿梭子母立體倉庫系統(tǒng)，庫房面積約3240m2，穿梭貨架存儲區(qū)占地面積嗎約2900m2，庫房有效存儲貨品高度10.1m，貨架高度約8.5m，采用“托盤提升機+穿梭子母車”型密集儲存系統(tǒng)，共有5110個有效托盤貨位，巷道深度規(guī)劃有十板深、十五板深；每個托盤貨物尺寸為1250×1250×1950mm，采用雙面可叉取塑料托盤，額定載荷1600kg。庫內(nèi)為常溫無積水環(huán)境，倉庫凈高10.8m。該物流系統(tǒng)于2018年7月建成并投入使用。

二、總體設(shè)計

本系統(tǒng)儲存貨物主要是12L負壓式桶裝水，包裝規(guī)范，品規(guī)很少，適合采用密集存儲技術(shù)。經(jīng)過充分對比，本系統(tǒng)最終采用性價比較高的自動化穿梭子母立體倉庫密集存儲技術(shù)。

自動化穿梭子母立體倉庫密集存儲系統(tǒng)主要由多層穿梭貨架系統(tǒng)、穿梭子車、穿梭母車、托盤提升機、入庫搬運AGV以及入出庫輸送系統(tǒng)構(gòu)成，具有自動化程度高、存儲密集度高、配置靈活、性價比高等特點，特別適合于立體密集存儲系統(tǒng)。

子母穿梭車及穿梭式貨架內(nèi)景

物流系統(tǒng)基本構(gòu)成如下：

貨架系統(tǒng)：分為四層，5110貨位，可儲存8176噸成品；

提升機系統(tǒng)：庫內(nèi)固定提升機4套，車間-倉庫托盤提升機4套；升降速度達到40m/min，移載速度12m/min；設(shè)計額定負載1600kg。

穿梭車系統(tǒng)：穿梭母車8套，穿梭子車5套，設(shè)計額定負載1600kg；其中穿梭母車空載運行速度2.2m/s，滿載運行速度2.0m/s，采用集電軌供電模式運行；穿梭子車空載運行速度0.8～1.1m/s，滿載運行速度0.7～1.0m/s，電池續(xù)航能力≥8小時；

外形尺寸檢測系統(tǒng)：是以存儲單元尺寸的長、寬、高為基礎(chǔ)，根據(jù)允許的誤差進行PLC功能配置設(shè)定與動作控制；

自動充電系統(tǒng)：3套，可滿足穿梭子車在線充電；

出入庫輸送系統(tǒng)：1套；采用鏈條式輸送系統(tǒng)，其中輸送速度為4～12m/min；設(shè)計額定負載1600kg。

AGV：3套；運行速度≤35m/min，設(shè)計額定負載1600kg。

倉庫管理系統(tǒng)WMS：1套，

倉庫控制系統(tǒng)WCS：1套，

圖1中物流中心右下側(cè)包輔料及空托盤存儲區(qū)。依據(jù)生產(chǎn)計劃，包輔料及空托盤通過叉車向生產(chǎn)車間內(nèi)的生產(chǎn)線邊及產(chǎn)線空托盤供應(yīng)點，供應(yīng)物料。

為滿足生產(chǎn)車間內(nèi)的生產(chǎn)線邊及成品入庫的物流供應(yīng)要求，采用智能AGV搬運的方式進行成品自動入庫

密集存儲系統(tǒng)的設(shè)計，大大提升了倉庫的儲存能力。本項目中，共設(shè)計4層約5110個托盤位，比傳統(tǒng)立體庫儲存效率提升約40%，出入庫作業(yè)量可達到192托/小時。

本項目工程所用的集成技術(shù)和軟件均具有良好的性價比，物流系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備如穿梭子母車、提升機、輸送線等的所有關(guān)鍵元器件，如電機減速機、可編程序控制器、無線通信設(shè)備、現(xiàn)場總線、激光測距儀、旋轉(zhuǎn)編碼器等均采用世界一流可靠產(chǎn)品；本方案設(shè)計時充分考慮了系統(tǒng)的自恢復能力和冗余設(shè)計，確保系統(tǒng)具有強大的抗干擾能力；穿梭式貨架結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性都經(jīng)參數(shù)化選型設(shè)計、有限元結(jié)構(gòu)模型模擬、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件試驗驗證，確保本方案結(jié)構(gòu)的可靠性；

三、基本流程

本方案設(shè)計時對物流作業(yè)模式進行了細致分析，優(yōu)化了作業(yè)流程，整合多余或重復物料作業(yè)環(huán)節(jié)，使控制系統(tǒng)及流程簡單、穩(wěn)定、高效，并最大化的提升了系統(tǒng)設(shè)備的使用效率，主要包括以下環(huán)節(jié)：

入庫：物流中心作為企業(yè)生產(chǎn)流程的一部分，與生產(chǎn)流程緊密相連接。由生產(chǎn)計劃導入系統(tǒng)，WMS系統(tǒng)預(yù)留儲位，生產(chǎn)線下來的產(chǎn)品，自動碼垛成托盤，為避免產(chǎn)品搬運過程中額外傾倒或滑落，此項目還配備有自動纏膜機，自動碼垛纏膜后，AGV自動前往生產(chǎn)線末端搬運成品至倉庫入庫口，經(jīng)外形檢測合格后，通過輸送線進入穿梭式貨架區(qū)進行儲位確認后存儲。

圖2：入庫流程

圖3：出庫流程

圖4：系統(tǒng)架構(gòu)

出庫：發(fā)貨月臺處采用全自動裝車設(shè)備，出庫作業(yè)支持整托盤出庫和部分托盤出庫，以整托盤作業(yè)為主。成品托盤通過穿梭車、托盤提升機取出，再通過輸送機輸送到出庫作業(yè)區(qū)，對接全自動裝車設(shè)備實現(xiàn)裝車作業(yè)。

密集存儲系統(tǒng)及輸送線與對接生產(chǎn)系統(tǒng)端口

貨位管理：本項目采用世倉智能倉儲設(shè)備（上海）股份有限公司的WMS系統(tǒng)進行貨位管理。并與生產(chǎn)計劃采用導入連接管理，由WMS系統(tǒng)預(yù)留儲位實現(xiàn)入庫管理。出庫時，優(yōu)先分配先入庫批次貨位，及時釋放這些貨位，有助于提升庫存質(zhì)量和效率。并根據(jù)作業(yè)流量，合理利用空余時間進行移庫作業(yè)，優(yōu)化庫內(nèi)存貨儲位。

WCS系統(tǒng)主要是用來調(diào)度及監(jiān)控所有設(shè)備執(zhí)行狀況，根據(jù)倉庫管理系統(tǒng)的作業(yè)任務(wù)流，按照預(yù)先設(shè)定好的出入庫原則對整個系統(tǒng)的作業(yè)協(xié)調(diào)調(diào)度處理，實時對穿梭子母車、托盤提升機、輸送機等主要機電設(shè)備的控制器分發(fā)作業(yè)命令。

四、主要特點

本物流系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)緊密相連，自動輸送、自動碼垛、自動儲存，全過程高度自動化，是典型的生產(chǎn)型物流系統(tǒng)。

本項目采用密集儲存技術(shù)，大幅度提升了有效存儲貨位數(shù)，貨架區(qū)域存儲密度可達到1.76托/m2，實現(xiàn)有效儲位5110托；而采用一般單深度模式的自動化立體庫，貨架區(qū)域存儲密度可達到1.01托/m2，約可實現(xiàn)有效儲位2900多托；庫存容量提升了約40%，本密集儲存方案與單深度模式的自動化立體庫方案相比基本投資略省10%；則單托存儲設(shè)備投資成本可降低50%，當然采用自動化立體庫方案，那個出入庫效率遠大于192托/小時，將造成不必要的投資浪費，本項目本著滿足客戶需求的前提下，充分發(fā)揮了自動化密集儲存庫的巨大優(yōu)勢。

本項目的成功運營具有一定的典范性，可以在飲料行業(yè)內(nèi)廣泛推廣應(yīng)用。