自動裝車機在聚烯烴立體倉庫出庫的應(yīng)用與優(yōu)化

文 / 楊旭 李秀軍

一、引言

目前，國內(nèi)各大石化企業(yè)聚烯烴產(chǎn)品倉儲主要采用平面庫或立體庫形式，產(chǎn)品出庫絕大多數(shù)仍以人工駕駛叉車整垛裝車或人工拆垛裝車為主，需要較多叉車工及搬運工作業(yè)，人工核對出庫物料信息，裝車速度慢，勞動強度大，現(xiàn)場作業(yè)風險高，長時間作業(yè)易疲勞，尤其是在極熱或極寒的天氣，企業(yè)面臨招工難的問題，使公司的人力成本及管理成本大幅增加[1]。因此，聚烯烴產(chǎn)品出庫裝車自動化，已成為各石化企業(yè)攻關(guān)的熱點。

近幾年研發(fā)的聚烯烴產(chǎn)品出庫自動裝車方式有多種，如A公司研發(fā)的AGV叉車在中科煉化立體庫應(yīng)用，可叉取托盤整垛裝車，但其光電激光定位、距離檢測、外形檢測等流程較多[2]，不同場景下裝車效率為人工的30%～80%，裝車慢且效率低。B公司研發(fā)的集裝箱整車自動裝車機雖效率較高，其占地空間卻為普通自動裝車機的2倍，一般企業(yè)較難有足夠的場地，且前期征地成本較高[3]。C公司研發(fā)的散袋自動裝車機在浙江石化有限公司得到應(yīng)用，裝車速度約22.5噸/小時，同樣存在裝車效率低、出庫速度慢的問題。綜合來看，裝車速度快、效率高、占地面積小、能叉取托盤整垛裝車的自動裝車機，更能有效解決企業(yè)痛點。

我們現(xiàn)場的聚烯烴立體倉庫產(chǎn)品出庫裝車，已成功應(yīng)用三種自動叉取托盤整垛裝車的自動裝車機，其裝車速度和效率都高于人工裝車，而且占地面積為整車自動裝車機的50%。出庫裝車的自動化，可有效減少出庫端人工作業(yè)，降低現(xiàn)場作業(yè)安全風險，解決出庫裝車“最后一公里”問題。本文主要介紹了三種自動裝車機的系統(tǒng)組成、作業(yè)流程、應(yīng)用過程中改進的問題、應(yīng)用效果，以及后續(xù)改進方向。

二、自動裝車機系統(tǒng)布局及組成

自動裝車系統(tǒng)主要由軟件管理系統(tǒng)及硬件設(shè)備組成，各部分分別與立體倉庫連接，兩者進行信息傳遞、信號傳輸及實物料交接。

自動裝車軟件管理系統(tǒng)主要包括訂單列表、作業(yè)信息、設(shè)備監(jiān)控等內(nèi)容，接收倉庫管理系統(tǒng)WMS下發(fā)的訂單信息及每條出庫任務(wù)信息，記錄每車物料的重量信息、托盤信息、任務(wù)執(zhí)行時間及裝車完成情況，并將任務(wù)執(zhí)行記錄反饋至WMS系統(tǒng)，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，現(xiàn)場某一設(shè)備發(fā)生報警則指示燈由綠色變?yōu)榧t色，及時準確反饋報警原因，并提示操作人員處理。

硬件設(shè)備包括自動裝車機、電控柜、工控機、鏈條輸送機、輥筒輸送機、頂升移載機、外形檢測設(shè)備、RFID信息讀取復核設(shè)備、視覺檢測系統(tǒng)、夾抱整形機、軌道、登車橋安全護欄、道閘及其他輔助設(shè)施，由鏈條輸送機與立體庫接駁。

圖1為三種自動裝車機的現(xiàn)場布置圖。其中，集裝箱自動裝車機主體設(shè)備為智能小車，立體庫來料為1.1米短邊方向，經(jīng)過轉(zhuǎn)向輸送機，轉(zhuǎn)位1.3米長邊方向叉取，前端取貨位滿 2托物料時，小車完成一次取貨流程，共設(shè)置12個緩存位。

圖1 自動裝車現(xiàn)場布局圖

側(cè)簾自動裝車機主體設(shè)備為連體雙側(cè)雙叉自動裝車機，立體庫來料為1.1米短邊方向，經(jīng)過轉(zhuǎn)向輸送機，轉(zhuǎn)位1.3米長邊方向叉取，前端取貨位滿4托物料時，小車完成一次取貨流程，共設(shè)置14個緩存位。

平板自動裝車機主體設(shè)備為龍門式裝車機器人立體庫來料為1.1米短邊方向，經(jīng)過轉(zhuǎn)向輸送機，轉(zhuǎn)位1.3米長邊方向叉取，前端取貨位滿2托物料時，小車完成一次取貨流程，共設(shè)置14個緩存位。

圖2、圖3和圖4，分別為三種自動裝車機的現(xiàn)場實物圖。

圖2 平板自動裝車機

圖3 側(cè)簾自動裝車機

圖4 集裝箱自動裝車機

三、自動裝車機作業(yè)流程

自動裝車的總體流程分為：車輛進廠，司機自助排隊打單，WMS系統(tǒng)接收訂單信息并分配月臺，自動裝車系統(tǒng)接單，司機前往現(xiàn)場自動裝車月臺進行車輛身份認證，認證正確合格，立體庫開始執(zhí)行出庫任務(wù)，自動裝車系統(tǒng)前端輸送機接貨，自動裝車機開始裝車，裝車完成后將裝車信息反饋至WMS系統(tǒng)，出庫結(jié)束車輛駛離。

自動裝車流程總圖，見圖5。

圖5 自動裝車流程總圖

1.車輛分配流程

物流司機預約進廠后，在自助打單機上自助刷身份證，進行裝車排隊。自助排隊后，WMS系統(tǒng)接收到預約訂單信息，根據(jù)月臺的空閑情況，自動分配訂單到裝車月臺。WMS系統(tǒng)將訂單分配到自動裝車月臺后，將要執(zhí)行的訂單及任務(wù)推送給自動裝車系統(tǒng)，自動裝車系統(tǒng)根據(jù)接收的訂單信息及任務(wù)信息，執(zhí)行后續(xù)的動作。在物流叫號系統(tǒng)的LED屏幕上顯示詳細的分配信息供司機查看，司機根據(jù)LED 顯示信息，將貨車開到自動裝車月臺。

2.車輛確認流程

裝車前，司機需要在自動裝車月臺再次刷身份證認證司機及車輛是否對應(yīng)。認證成功后，道閘自動打開，貨車方可倒車進自動裝車月臺準備裝車。若認證失敗，則提示司機訂單信息錯誤，禁止裝車，需現(xiàn)場巡檢人員進行確認處理。

3.出庫任務(wù)執(zhí)行流程

WMS系統(tǒng)分配訂單后，分解任務(wù)信息至倉庫執(zhí)行系統(tǒng)WCS，WCS系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)信息調(diào)度立體庫設(shè)備執(zhí)行出庫任務(wù)。立體庫與自動裝車系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備通過輸送機進行銜接，并通過現(xiàn)場光電及PLC系統(tǒng)傳遞設(shè)備完成信號。物料行走至自動裝車系統(tǒng)輸送機工位，先進行外形檢測及物料信息RFID校驗復核，檢測合格，進入備貨工位，若檢測不合格，進入異常處理工位，通過聲光報警提示人工確認處理。

當備貨工位的物料滿足自動裝車機的一次行程后，自動裝車機開始執(zhí)行裝車動作，完成一次卸貨。自動裝車上位系統(tǒng)會接收到現(xiàn)場反饋的卸貨完成信息，并將此信息傳送至WMS系統(tǒng)，WMS根據(jù)接收到的完成信息，執(zhí)行剩余的物料出庫任務(wù)，循環(huán)反復，直至該訂單信息的所有任務(wù)均執(zhí)行完成。自動裝車系統(tǒng)會反饋裝車完成信息至WMS系統(tǒng)，WMS命令該車輛自動駛離，并分配下一個車輛到自動裝車月臺。

4.各自動裝車機動作流程

各自動裝車機動作流程，見圖6。

圖6 各自動裝車機動作流程

平板自動裝車機采用龍門式裝車機器人后裝車方式。備貨輸送機上物料滿足2托時，輸送機提升至貨叉取貨高度，貨叉同時叉取2托物料，并旋轉(zhuǎn)180°；旋轉(zhuǎn)到位后，龍門式裝車機器人行走至車頭處，通過激光定位系統(tǒng)及檢測光電，判斷貨物的卸貨位置。卸貨時貨叉先下降再向前推進，確保貨物之間排列緊密。卸貨完成后，龍門式裝車機器人空車后退，后退過程中旋轉(zhuǎn)180°，準備下一循環(huán)裝車，直至裝完訂單所需數(shù)量實托盤。

側(cè)簾自動裝車機采用雙叉雙側(cè)裝車方式，同時適用于平板車及側(cè)簾車兩種車型。輸送機上的緩存實托盤數(shù)量滿足后，貨叉同時叉取4托物料后收回貨叉，抬升貨叉并行走至貨車車頭位置，通過激光定位系統(tǒng)及檢測光電，判斷貨物的卸貨位置。卸貨時，兩貨叉對中夾緊，直至托盤中間無間隙。卸貨完成后，自動裝車機空車后退，準備下一循環(huán)裝車，直至裝完訂單所需數(shù)量實托盤。

集裝箱自動裝車機采用智能小車裝車方式。輸送機上緩存的實托盤先輸送至軌道移動車上，軌道移動車運行到指定位置停車。智能小車提升貨叉，將軌道移動車上實托盤取下，提升實托盤到一定高度后，軌道移動車后退至輸送機位置等待接收下一實托盤。智能小車叉取實托盤進入集裝箱內(nèi)，通過激光測距及視覺檢測系統(tǒng)判斷其車在集裝箱內(nèi)的位置及周圍環(huán)境。智能小車到卸貨位置后，先側(cè)移貨叉使托盤緊靠集裝箱邊緣，側(cè)移到位后平穩(wěn)放下實托盤，完成卸貨。智能小車空車后退，準備下一循環(huán)裝車，直至裝完訂單所需數(shù)量實托盤。

四、自動裝車機應(yīng)用成效

自動裝車機的應(yīng)用，相較人工裝車方式，主要有以下優(yōu)勢：

1.出庫裝車采用自動裝車方式，出庫裝車現(xiàn)場只需要安排 1 人定時對出庫月臺輪流進行巡檢，另安排 1 人配合處理設(shè)備報警。如果采用人工駕駛叉車整垛裝車或人工拆垛裝車的方式，每個月臺需配置 3 至 6 人，相較之下自動裝車方式可大幅降低出庫裝車現(xiàn)場的人員配置及人力成本。以13個出庫裝車月臺核算，自動裝車系統(tǒng)的人員配置比人工叉車裝車少 35人，費用節(jié)省 461 萬元/年，比人工拆垛裝車人員配置少 74 人，費用節(jié)省 885 萬元/年，詳見表 1。

表1 各裝車方式人員配置及人力成本

2.自動裝車速度最快可達18分鐘/車，人工駕駛叉車裝車速度約30分鐘/車，人工拆垛裝車速度約40分鐘/車，自動裝車比人工駕駛叉車裝車速度快約12分鐘，效率提高約40%，比人工拆垛裝車速度快約22分鐘，效率提高約55%，詳見表 2。

表2 各裝車方式裝車速度

3.自動裝車機作業(yè)時處于一個完全封閉無人化的狀態(tài)，四周有安全護欄、安全聯(lián)鎖門、急停按鈕等防護設(shè)備，人員進入自動裝車區(qū)時設(shè)備會自動停止，正常運行時無需人工參與。只有當設(shè)備故障時，通過聲光報警的方式，提示人工去確認處理，處理前需停止設(shè)備，有效規(guī)避人機交叉作業(yè)的安全風險。出庫端減少人工及叉車的高頻重復作業(yè)，同時降低人工現(xiàn)場作業(yè)的叉車傷人安全風險。

4.自動裝車月臺占地面積小，對于土地資源緊缺的城市，自動裝車可減小現(xiàn)場實施場地。在立體庫出庫端，人工叉車裝車位需占地面積約 480 平方米，而自動裝車的裝車位占地約 240 平方米，占地可節(jié)省約50%。

5.出庫裝車采用自動裝車機的方式，出庫時通過 RFID 自動校驗出庫物料信息與訂單信息是否一致，自動根據(jù)訂單數(shù)量進行裝車，可以減少人工復核的人員用工和產(chǎn)品出庫錯誤的問題。

五、應(yīng)用過程中已優(yōu)化的問題

自動裝車是由人工裝車轉(zhuǎn)為機械化的過程，其裝車效率高、人力成本低，但其裝車靈活性低于人工裝車。因此，對外來物流車輛的要求較高。但外來的物流車輛標準不統(tǒng)一，車輛的外形尺寸多樣，車輛的高度和寬度均存在差異，車況形式復雜。針對以上問題，現(xiàn)場已解決以下兩大問題，并取得較好使用成效，裝車適應(yīng)性得到較大提高。

問題1：高低板車車身高度分為兩部分，與自動裝車貨叉升降高度無法匹配。

解決方式：現(xiàn)場運行過程中，為解決高低板平板車裝車問題，優(yōu)化平板及側(cè)簾自動裝車機的貨叉升降適應(yīng)高度，使其升降的高低極限行程大于高低板平板車。在自動裝車機上增加高低板車輛檢測光電，通過檢測光電計算出高低差，判斷高低板位置。同時優(yōu)化控制程序，在HMI（人機界面）上設(shè)置平板車及高低板車兩種裝車模式，系統(tǒng)根據(jù)選擇的不同車輛模式，自動調(diào)整自動裝車機的停車位置，使其能適應(yīng)不同高度車底板高度的物流車輛。優(yōu)化后，現(xiàn)場可使用自動裝車機進行裝車的貨車數(shù)量，提高約10%。

問題2：不同車輛的車況不同，部分車輛欄板能全部打開，也有部分車輛將后欄板焊死無法打開，裝車過程中很容易使產(chǎn)品包裝破損，導致部分車輛無法適應(yīng)自動裝車系統(tǒng)，立體倉庫的車輛調(diào)度系統(tǒng)無法自動分配車輛到自動裝車月臺。

解決方式：為使自動裝車月臺能夠自動分配車輛，避免部分平板車欄板無法打開導致裝車過程破包，在WMS系統(tǒng)中建立一個自動裝車月臺的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫。首先現(xiàn)場人工確認獲取貨車的車輛信息，對于能適應(yīng)自動裝車的車輛，將其車牌信息維護至車輛信息數(shù)據(jù)庫，當WMS系統(tǒng)接收到此車輛牌號的訂單時，會自動優(yōu)先分配其到自動裝車月臺，有效避免無法使用自動裝車機的貨車被分配到自動裝車月臺的情況。

六、應(yīng)用過程中待改進的方向

為進一步降低企業(yè)運營成本，仍需縮減操作人員數(shù)量及物流費用，并進行持續(xù)優(yōu)化，解決以下兩方面問題：

重點1：現(xiàn)場確認車輛尺寸信息，使人工操作工作量增加。

改進思路：為降低現(xiàn)場車輛人工確認的工作量，在進出廠物流預約系統(tǒng)設(shè)置物流車輛數(shù)據(jù)，并與WMS系統(tǒng)及TMS系統(tǒng)通過接口字段進行關(guān)聯(lián)。當WMS系統(tǒng)獲取的車輛數(shù)據(jù)符合自動裝車機時，通過TMS系統(tǒng)將此車輛分配給自動裝車月臺；當車輛信息不符合自動裝車要求時，將其分配至人工月臺，從而有效降低現(xiàn)場車輛確認的工作量。

重點2：目前聚烯烴立體庫出庫應(yīng)用的自動裝車機裝車能力為27噸/車，每排9托共18托，相比30 噸/車的人工裝車能力 ，每車虧 3 噸，使企業(yè)物流成本增加。

改進思路：為解決自動裝車的“虧噸”問題，可對自動裝車機進行改進，提高裝車能力至30噸/車。首先，根據(jù)不同類型自動裝車機特點及托盤物料尺寸，優(yōu)化平板車上物料的擺放方式，平板車兩側(cè)側(cè)方裝車的自動裝車機，可采用單側(cè)1.3米9托及1.1米11托的放置方式；平板車后方裝車的自動裝車機，可采用1.1米、1.3米組合的“回”字形放置方式，兩種方式均能滿足通用平板貨車裝30噸的需求。其次，優(yōu)化自動裝車系統(tǒng)前端輸送流程，增加托盤轉(zhuǎn)向設(shè)備、物料整形設(shè)備、托盤并垛設(shè)備，優(yōu)化設(shè)備控制程序，使其能夠按照訂單需求控制托盤的叉取方向及數(shù)量。優(yōu)化自動裝車機貨叉，使其具備推出功能，在卸貨時可推出物料，縮小物料間距離，確保裝車垛型整齊。

七、結(jié)束語

聚烯烴產(chǎn)品出庫裝車，打破傳統(tǒng)人工駕駛叉車整垛裝車或人工拆垛裝車方式，采用無人化自動裝車機進行裝車，最快用時可達到18分鐘/車，平均每托產(chǎn)品用時1分鐘，實現(xiàn)自動出庫裝車的高效與安全，有效解決聚烯烴立體倉庫出庫“最后一公里”的難題，實現(xiàn)真正的自動化、無人化，提升企業(yè)的自動化和智能化水平。

不過，目前應(yīng)用自動裝車機，每車只能裝載27噸共享托盤，裝車能力不足導致的“虧噸”問題使企業(yè)物流成本增加。因此，自動裝車機仍需繼續(xù)改進與技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)自動裝車30噸的目標，從而幫助企業(yè)進一步降低物流成本。