箱式貯絲密集庫與高架庫選型探討

文/ 陳培榮 羅寶斌

寶雞卷煙廠計(jì)劃2020年至2022年實(shí)施制絲線升級改造項(xiàng)目，計(jì)劃投資金額6.99億元，該項(xiàng)目于屬于國家煙草局審批項(xiàng)目，其中包含拆除部分貯絲柜，新增箱式貯絲系統(tǒng)內(nèi)容。對于箱式貯絲系統(tǒng)的具體形式，工廠組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了多方面考察及調(diào)研，對目前在用的多種箱式貯絲形式及關(guān)鍵因素進(jìn)行探討及對比。本文將以寶雞卷煙廠制絲線技改中箱式貯絲項(xiàng)目建設(shè)為背景，對目前主流的密集庫和高架庫進(jìn)行研究，分析在就地技改中的適用性，以供相關(guān)企業(yè)和各位專家學(xué)者參考。

一、基礎(chǔ)條件

1.自動(dòng)化立體庫發(fā)展現(xiàn)狀

自動(dòng)化倉儲技術(shù)是物流裝備的一部分。自動(dòng)化倉儲技術(shù)，從狹義上即是自動(dòng)化立體庫（AS/RS），從廣義上還包含自動(dòng)輸送系統(tǒng)（含各種輸送機(jī)、穿梭車、AGV以及輸送流程需要的其他定制化設(shè)備等），自動(dòng)揀選與分揀系統(tǒng)，自動(dòng)識別系統(tǒng)等。中國自動(dòng)倉儲技術(shù)的市場應(yīng)用經(jīng)歷了漫長的過程，目前已經(jīng)幾乎覆蓋了煙草、醫(yī)藥、零售、機(jī)械制造等國民經(jīng)濟(jì)的主要方面，各行業(yè)對自動(dòng)化立體庫的需求推動(dòng)了自動(dòng)化立體庫的快速發(fā)展。

2.煙草倉儲物流的發(fā)展現(xiàn)狀

近20年來，隨著煙草行業(yè)改革發(fā)展，煙草物流一路前行，從無到有，從小到大，從傳統(tǒng)貨運(yùn)到現(xiàn)場物流，從平房倉庫到自動(dòng)化立體庫倉儲，走出了一條自主建設(shè)、創(chuàng)新發(fā)展的道路，取得了令人矚目的成就。

隨著現(xiàn)代物流建設(shè)的推進(jìn)，煙草行業(yè)在配方高架庫、輔料高架庫、成品高架庫的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)代物流建設(shè)取得的新成果在煙絲倉儲上進(jìn)行了推廣應(yīng)用，并根據(jù)煙絲倉儲的特性進(jìn)行創(chuàng)新，應(yīng)用了智能調(diào)度算法、RFID、機(jī)器人、成像識別等新技術(shù)，創(chuàng)新發(fā)展智能煙絲裝箱、柔性翻箱喂絲及煙箱自動(dòng)清掃檢測等方面，倉儲建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和能力持續(xù)提高。從“十二五”至“十三五”規(guī)劃期間，煙草行業(yè)開始推廣箱式貯絲技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)了“小空間、大存儲、高效率”的同時(shí)，提升了貯絲工藝的柔性化生產(chǎn)水平，煙草“守庫人”不斷探索創(chuàng)新，推動(dòng)倉儲管理持續(xù)提質(zhì)增效，充分結(jié)合自身企業(yè)的實(shí)際情況，把倉庫建設(shè)現(xiàn)代化與自身企業(yè)條件緊密聯(lián)系起來，并逐步探索。

早期由于卷煙規(guī)模生產(chǎn)的特性要求，大多數(shù)卷煙企業(yè)均采用批量連續(xù)生產(chǎn)的柜式貯絲，以實(shí)現(xiàn)大批次、大品牌的生產(chǎn)模式。但隨著消費(fèi)者對卷煙產(chǎn)品需求的多元化和個(gè)性化不斷增長，市場對卷煙生產(chǎn)柔性化水平的要求也不斷提高，伴隨現(xiàn)代物流技術(shù)和現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的提升，箱式貯絲已成為提高卷煙生產(chǎn)柔性化水平的必然選擇，煙草行業(yè)內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)了以AGV搬運(yùn)的煙絲庫、以子母穿梭車搭配的密集庫[1]、以傳統(tǒng)巷道式堆垛機(jī)的高架庫[2]等諸多項(xiàng)目案例。

3.研究對象

本文以寶雞卷煙廠制絲線就地技改箱式貯絲建設(shè)基本需求為背景，其制絲生產(chǎn)能力，按制絲車間兩班生產(chǎn)計(jì)算，每年為60萬箱；土建基礎(chǔ)則在原有貯絲房進(jìn)行改造，最低凈高為6.7m；煙絲入庫流量為14000kg/小時(shí)；煙絲出庫流量為7833kg/小時(shí)；煙絲存儲能力（按2天生產(chǎn)需求計(jì)算）≥250656kg。寶雞卷煙廠貯絲房改造，由于場地面積受限，以AGV搬運(yùn)的煙絲庫不在考慮范圍，下面主要對密集庫與高架庫的方案進(jìn)行探討。

密集庫：以四向穿梭車+密集庫的箱式貯絲存形式，如圖1所示，目前有旬陽、蘭州卷煙廠在使用。

圖1 四向穿梭車密集庫

該布局可布置1304 個(gè)貨位，貨架高度為6.4m，有效貨位（按煙絲牌號堆放規(guī)則及批次管理要求，利用率按75%計(jì)算）為978個(gè)。箱體數(shù)據(jù)方面，外箱尺寸（含蓋）：1280mm×1280mm×1286mm；內(nèi)膽尺寸：1200mm×1200mm×1210mm。單箱容量為153kg/箱；即最大存儲能力為978 貨位×153kg/箱×2箱（上下2箱為一跺）=299268kg。

煙絲入庫流量：14000kg/小時(shí)÷153kg/箱÷2=46垛/小時(shí)；

煙絲出庫流量：7833kg/小時(shí)÷153kg/箱÷2=26垛/小時(shí)；

高架庫：以巷道式堆垛機(jī)+高架庫的箱式貯絲存形式，如圖2所示，目前蕪湖卷煙廠、南昌卷煙廠在使用，什邡卷煙廠正在技改中。

圖2 巷道式堆垛機(jī)高架庫

該布局可布置1274 個(gè)貨位，減去土建立柱影響的貨位，可使用貨位數(shù)量為1218個(gè)貨位，貨架高度為6.6m，有效貨位（按煙絲牌號堆放規(guī)則及批次管理要求，利用率按95%計(jì)算）為1157個(gè)。箱體數(shù)據(jù)方面，外箱尺寸（含蓋）：1284mm×1284mm×1130mm；內(nèi)膽尺寸：1200mm×1200mm×1050mm。單箱容量為133kg/箱；即最大存儲能力為1157 貨位×133kg/箱×2箱（上下2箱為一垛）=307762kg。

二、關(guān)鍵因素分析

1.故障影響

密集庫內(nèi)設(shè)備采用四向穿梭車+貨架的形式，動(dòng)力設(shè)備采用四向穿梭車，四向穿梭車一旦出現(xiàn)故障停在巷道內(nèi)，由于人員很難進(jìn)入，導(dǎo)致設(shè)備故障處理時(shí)難度很大、耗時(shí)較長，處理時(shí)需要借助移動(dòng)平臺，人工將故障的穿梭車移除后，使用其他正常的穿梭車才能繼續(xù)煙箱出入庫任務(wù)的執(zhí)行。人工進(jìn)庫排除故障時(shí)，如果是第二層的穿梭車，高度超過2m，屬于高處作業(yè)，需要審批才能進(jìn)行故障排除。

高架庫內(nèi)設(shè)備采用巷道式堆垛機(jī)+貨架的形式，如果堆垛機(jī)出現(xiàn)故障，該設(shè)備負(fù)責(zé)的兩側(cè)貨位煙絲箱均不能出庫，因此對設(shè)備的穩(wěn)定性要求較高，在翻箱機(jī)前段配置緩存位后，四臺堆垛機(jī)同時(shí)停機(jī)允許的最大停機(jī)時(shí)間為60分鐘，單臺停機(jī)不影響煙絲出庫的正常運(yùn)行，從目前原料高架庫的運(yùn)行情況來看，堆垛機(jī)在取放標(biāo)準(zhǔn)貨物時(shí)，運(yùn)行相對穩(wěn)定，故障率很低。

2.靈活性[3]

密集庫在具有貨位利用率高的同時(shí)，具有一定的靈活性，4箱為一個(gè)單元的有84個(gè)，10箱為一個(gè)單元的有112個(gè)，12箱為一個(gè)單元的96個(gè)，共計(jì)292個(gè)單元，其中多數(shù)為10箱以上的調(diào)度單元，在需長時(shí)間存放的小規(guī)格煙絲較多時(shí)，可用庫存以及貨位利用率將大幅衰減，而且不能做到煙箱的精準(zhǔn)存取。而高架庫貨位利用率高的同時(shí)，其靈活性很高，均為2箱為一個(gè)單元，共計(jì)1274個(gè)單元，可做到每一個(gè)煙箱的精準(zhǔn)存儲，保障貨位的利用率，不受品牌規(guī)格大小及煙絲批次重量的影響。

3.貨位利用率[4]

密集庫的一條貨道一旦被其他規(guī)格貨物占用，該條貨道就不能進(jìn)行新規(guī)格貨物的入庫存放，因此密集庫的利用率與規(guī)格的數(shù)量關(guān)系緊密，利用率一般在70%以上。

高架庫貨位的利用率較高，可以取貨架內(nèi)任意一垛煙箱，利用率一般在95%以上。

4.設(shè)備維護(hù)

密集庫投用后，需要定期對電池進(jìn)行更換，由于采用的是專用電池，電池更換費(fèi)用較高；而高架庫投用后，需定期對堆垛機(jī)天軌、地軌進(jìn)行校正，定期更換導(dǎo)向輪。導(dǎo)向輪屬于鑄鐵件，加工成本較低。

5.安全隱患

采用四向穿梭車需在貨架角落布置充電站，煙絲庫內(nèi)煙沫粉塵較大，屬于高風(fēng)險(xiǎn)防火區(qū)域，區(qū)域內(nèi)配置自動(dòng)化充電站持續(xù)充電時(shí)，電池會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，存在較大的安全隱患。同時(shí)，由于倉儲過程中，兩箱碼成一垛，存在貨物掉落的風(fēng)險(xiǎn)，需加強(qiáng)人員進(jìn)庫管理；而高架庫倉儲時(shí)，也存在貨物掉落的風(fēng)險(xiǎn)，必須做好人員進(jìn)庫管理。

在寶雞卷煙廠制絲線升級改造項(xiàng)目建設(shè)中，寶雞卷煙廠采用了“堆垛機(jī)＋高架庫”模式箱式貯絲，實(shí)際投資額為4392.31萬元，3 個(gè)月內(nèi)完成實(shí)施，庫存能力、出庫流量等均滿足使用要求。

6.保養(yǎng)和防蟲

密集庫由于密集的貨架結(jié)構(gòu)，人員很難進(jìn)入貨架內(nèi)部，無法及時(shí)、方便地對庫內(nèi)地面、貨架、軌道的煙沫粉塵進(jìn)行清潔，將導(dǎo)致煙絲庫蟲情控制難度較大，同時(shí)在殺蟲作業(yè)時(shí)作業(yè)點(diǎn)布置選擇較困難。高架庫區(qū)域設(shè)備停機(jī)后，人員可以進(jìn)入任何區(qū)域進(jìn)行煙沫粉塵清潔，有利于蟲情的防治，殺蟲作業(yè)時(shí)作業(yè)可根據(jù)需求選擇任意作業(yè)點(diǎn)。

7.調(diào)度系統(tǒng)復(fù)雜及成熟度

四向穿梭車是近年才推出的新技術(shù)，其調(diào)度需要較高的可靠性、靈活性才能發(fā)揮其應(yīng)有的效率，一旦系統(tǒng)調(diào)度出現(xiàn)問題，系統(tǒng)效率會有較大影響，所以其調(diào)度系統(tǒng)比傳統(tǒng)的堆垛機(jī)系統(tǒng)更復(fù)雜。另外，四向穿梭車需要配合提升機(jī)使用，提升機(jī)可能出現(xiàn)的故障、維修、保養(yǎng)也會影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

堆垛機(jī)調(diào)度系統(tǒng)屬于傳統(tǒng)的、成熟的系統(tǒng)、由于沒有多個(gè)小車的協(xié)同調(diào)度，其系統(tǒng)相對簡單，更加可靠。

三、方案分析

本文根據(jù)箱式貯絲建設(shè)的關(guān)鍵因素及寶雞卷煙廠特點(diǎn)，分別對密集庫和高架庫的相同因素進(jìn)行了對比，如表1所示。

表1 箱式貯絲密集庫與高架庫的關(guān)鍵因素對比

寶雞卷煙廠目前在用的高架庫系統(tǒng)有三套，分別為配方高架庫、輔料高架庫、成品高架庫，均為2008年底投入使用，經(jīng)過十幾年的管理及運(yùn)行維護(hù)，有一套成熟的高架庫管理機(jī)制和一個(gè)熟練的設(shè)備操作、維護(hù)、管理隊(duì)伍，如果采用高架庫方式，技改后將對生產(chǎn)的保障更有信心。

在項(xiàng)目建設(shè)考察時(shí)，筆者了解到，行業(yè)在箱式儲絲過程中，對外香型煙絲要求專箱專用（南昌卷煙廠在招標(biāo)文件中有明確的要求），以防止不同規(guī)格的煙絲串味，寶雞卷煙廠好貓（細(xì)支長樂）就屬于外香型煙絲，目前采用專用的儲柜進(jìn)行存放。采用密集庫方式很難實(shí)現(xiàn)專箱專用，即使實(shí)現(xiàn)也將造成大量貨位鎖定，使貨位利用率大幅縮水；而使用高架庫倉儲時(shí)，只需要在倉儲管理系統(tǒng)中進(jìn)行優(yōu)化，即可實(shí)線外香型煙絲專箱專用，對貨位利用率不會造成任何影響。

四、結(jié)論

近5年來，在煙草行業(yè)掀起了新一輪的裝備硬件升級改造，例如福建中煙、江西中煙等，由于場地受限，密集式倉儲系統(tǒng)以其高密度存儲、自動(dòng)化作業(yè)正在成為倉儲系統(tǒng)建設(shè)的趨勢，但密集式倉儲系統(tǒng)在節(jié)約空間的同時(shí)，出入庫效率明顯低于自動(dòng)化高架庫，密集庫不適合品牌規(guī)格太多的使用場景，小規(guī)格煙絲較多時(shí)，可用庫存以及貨位利用率將大幅衰減，到一定程度時(shí)，會成為制約制絲生產(chǎn)的瓶頸。若在四向穿梭車調(diào)度算法、貨位單元組合以及整個(gè)物流信息系統(tǒng)上做些優(yōu)化，使得倉儲出入庫效率得以提高，也能取得不錯(cuò)的效果。當(dāng)然，密集式自動(dòng)化存儲的方式多種多樣，企業(yè)應(yīng)結(jié)合能力需求、投資預(yù)算等自身實(shí)際情況，來綜合確定采用何種倉儲模式，優(yōu)化規(guī)劃方案，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

寶雞卷煙廠目前生產(chǎn)能力為60萬箱/年，卷煙規(guī)格已多達(dá)18個(gè)，且在生產(chǎn)過程中要求滿足10個(gè)卷煙規(guī)格的同時(shí)生產(chǎn)，結(jié)合寶雞卷煙廠的生產(chǎn)特點(diǎn)及特殊化要求，筆者認(rèn)為，“堆垛機(jī)＋高架庫”模式更符合寶雞卷煙廠的生產(chǎn)模式需求。在寶雞卷煙廠制絲線升級改造項(xiàng)目建設(shè)中，寶雞卷煙廠也采用了“堆垛機(jī)＋高架庫”模式箱式貯絲，實(shí)際投資額為4392.31萬元，3個(gè)月內(nèi)完成實(shí)施，庫存能力、出庫流量等均滿足使用要求。