一種滾裝碼頭庫(kù)架一體式商品車自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)*

楊嘉祎 劉寶軍 羅勇川 陳再興 周正山

1 上海國(guó)際港務(wù)(集團(tuán))股份有限公司 2 上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司

1 引言

碼頭汽車物流業(yè)務(wù)總量攀升迅速,實(shí)現(xiàn)立體化停車,減少對(duì)土地的占用,可緩解業(yè)務(wù)量增加對(duì)堆場(chǎng)的需求。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有大型整車自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的工業(yè)應(yīng)用,大部分都是小型化的自動(dòng)停車庫(kù),這些停車庫(kù)主要用于城市內(nèi)部的社會(huì)停車。在國(guó)外,日本是工業(yè)用整車自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的國(guó)家,至今已建成并投入使用29座全自動(dòng)化商品車倉(cāng)庫(kù)。

國(guó)內(nèi)常規(guī)的立體倉(cāng)庫(kù)主要應(yīng)用于煙草、醫(yī)藥、服裝、電子商務(wù)、包裝等行業(yè),針對(duì)商品車的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù),目前還沒(méi)有大規(guī)模的發(fā)展。結(jié)合國(guó)內(nèi)首座庫(kù)架一體式商品車自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)建設(shè)實(shí)踐,從倉(cāng)庫(kù)組成、作業(yè)模式、產(chǎn)品特性等方面闡述商品車庫(kù)架一體式自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的形式和特點(diǎn)。

2 倉(cāng)庫(kù)組成

庫(kù)架一體式商品車自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)主要由貨架結(jié)構(gòu)、輸送設(shè)備、堆垛機(jī)、托盤、倉(cāng)庫(kù)控制與管理系統(tǒng)等軟硬件組成。

2.1 貨架結(jié)構(gòu)

相對(duì)于庫(kù)架分離式倉(cāng)庫(kù),庫(kù)架一體式倉(cāng)庫(kù)也被稱為整體式倉(cāng)庫(kù)、庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)。庫(kù)架一體式倉(cāng)庫(kù)是由高層貨架、風(fēng)阻結(jié)構(gòu)、屋面系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等建筑結(jié)構(gòu)體系,以及排水、消防、電氣照明、物料搬運(yùn)設(shè)備及其控制和管理系統(tǒng)等組成。庫(kù)架合一倉(cāng)庫(kù)的貨架是承托屋面、墻體的結(jié)構(gòu),主要承受風(fēng)壓、雪載、地震力等載荷,是貨物重力的承載者,是整個(gè)庫(kù)房建筑的主支撐結(jié)構(gòu);貨物存儲(chǔ)設(shè)備,是滿足自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行要求的物流設(shè)備。

庫(kù)架一體式比庫(kù)架分離式用鋼量上節(jié)約20%以上,特別是額定載荷在1.5 t以上的重載貨架。用鋼量的減少,能極大減少建造成本。

2.2 輸送設(shè)備

輸送設(shè)備將車輛在貨架前方區(qū)域進(jìn)行分揀、轉(zhuǎn)運(yùn),方便堆垛機(jī)進(jìn)行叉取,一般包含鏈條輸送機(jī)、輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)、回轉(zhuǎn)輸送機(jī),有需要時(shí),可設(shè)置托盤回收與分發(fā)系統(tǒng)?；剞D(zhuǎn)輸送機(jī)的設(shè)置,極大地提高了司乘人員的便捷性,可以做到正進(jìn)正出,提高進(jìn)出車效率。

為了保障車輛與人員的安全,一般會(huì)在輸送設(shè)備區(qū)域設(shè)置車輛限長(zhǎng)、限寬、限高、重量檢測(cè)等安全開(kāi)關(guān),并配備有液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)擋板系統(tǒng)等,防止托盤超限運(yùn)行。在出入口設(shè)置有智能管理系統(tǒng),結(jié)合碼頭操作系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)智能化操作,保障人身與車輛的安全。

2.3 堆垛機(jī)

堆垛機(jī)的主要作用是通過(guò)水平與豎直運(yùn)動(dòng),將車輛運(yùn)送至貨架處。重載堆垛機(jī)常采用雙立柱形式,地面有地軌,頂部有天軌,可沿著地軌與天軌實(shí)現(xiàn)大車方向的運(yùn)動(dòng)。堆垛機(jī)底部有橫梁,上部為聯(lián)系梁,載貨臺(tái)在立柱之間進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng),貨叉機(jī)構(gòu)布置在載貨臺(tái)上,可以實(shí)現(xiàn)雙向伸縮叉,將貨物存取于兩側(cè)的貨架上。

堆垛機(jī)上的主要安全裝置有車輛限長(zhǎng)、限寬、限高、重量檢測(cè)等,并且有超速開(kāi)關(guān)、松繩檢測(cè)、貨叉伸叉前探物檢測(cè)、防墜落安全鉗、緩沖器等,保護(hù)車輛不受損。根據(jù)堆垛機(jī)的速度情況,其大車供電方式目前主要采用滑觸線形式,載貨臺(tái)供電主要為拖鏈形式?；|線可以根據(jù)需要布置在天軌或地軌附近。

堆垛機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性,在很大程度上取決于軌道的安裝精度。軌道安裝的水平度、直線度、接頭的連接要求可參照歐洲機(jī)械搬運(yùn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)FEM9.831的相關(guān)內(nèi)容。

2.4 托盤

托盤是運(yùn)送車輛的重要載體。超大型汽車倉(cāng)庫(kù)的存容量為6 000多輛,數(shù)量龐大,單個(gè)車盤的重量在很大程度上影響鋼結(jié)構(gòu)貨架的選取,以及貨架重量與土建成本。車盤在使用過(guò)程中屬于需要反復(fù)磨耗的部件,其耐磨性和耐刮痕性很重要。倉(cāng)庫(kù)所處的環(huán)境相對(duì)惡劣,鹽霧程度較高,車盤與環(huán)境接觸面積大、污染面積廣,車盤極容易被腐蝕,因此輕量化、耐磨、耐腐蝕載車板選型尤為重要。

2.5 倉(cāng)庫(kù)控制與管理系統(tǒng)

商品車倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)類似于一般的貨物倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。由于汽車行業(yè)的特殊性,具有自身特點(diǎn):①根據(jù)各地銷售商的訂貨要求安排倉(cāng)儲(chǔ)管理計(jì)劃,批次計(jì)劃波動(dòng)幅度很大;②汽車消費(fèi)呈現(xiàn)出個(gè)性化和多樣化,而不是單一的品牌、車型;③整車的體積、重量較大,儲(chǔ)存空間占用多;④每一輛車都有自己的底盤號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)等一系列編號(hào),需要進(jìn)行一一對(duì)應(yīng),使信息準(zhǔn)確無(wú)誤;⑤整車管理流程繁雜,包括調(diào)校、檢驗(yàn)、確認(rèn)、倒車、新車準(zhǔn)備、盤點(diǎn)等。

此系統(tǒng)將輸送線、堆垛機(jī)、車輛識(shí)別系統(tǒng)、行車引導(dǎo)系統(tǒng)等聯(lián)系起來(lái),并結(jié)合碼頭操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)。倉(cāng)庫(kù)控制與管理系統(tǒng)功能齊全,能進(jìn)行各類統(tǒng)計(jì)查詢,如運(yùn)行日志、作業(yè)查詢,入庫(kù)統(tǒng)計(jì)、出庫(kù)統(tǒng)計(jì)、空貨位查詢、車輛信息查詢等。

系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生,通過(guò)圖形界面可直觀顯示托盤狀態(tài)與位置等,方便監(jiān)視、診斷整個(gè)系統(tǒng),并且能夠監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況,快速定位故障點(diǎn),及時(shí)消除隱患(見(jiàn)圖1)。系統(tǒng)通過(guò)顏色標(biāo)識(shí)設(shè)備狀態(tài),如果某設(shè)備出現(xiàn)異常,在監(jiān)控界面上立即通過(guò)顏色提示管理人員。通過(guò)點(diǎn)擊仿真設(shè)備,還可進(jìn)一步查看該設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等,以便進(jìn)行故障診斷和處理。

圖1 設(shè)備圖形界面

3 作業(yè)模式

根據(jù)碼頭作業(yè)需求,自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的作業(yè)模式主要有連續(xù)入庫(kù)模式、連續(xù)出庫(kù)模式、交叉作業(yè)模式、盤點(diǎn)模式等。

3.1 連續(xù)入庫(kù)

當(dāng)需要集中卸船或集中來(lái)車時(shí),立體倉(cāng)庫(kù)將啟動(dòng)連續(xù)入庫(kù)模式。

出入口優(yōu)先安排空托盤,方便司機(jī)來(lái)車即可進(jìn)行存車操作。堆垛機(jī)優(yōu)先靠近輸送線區(qū)域,減少堆垛機(jī)與輸送線之間的等待時(shí)間,節(jié)省大量設(shè)備運(yùn)行冗余時(shí)間。在連續(xù)停車入庫(kù)模式下,只能連續(xù)停車入庫(kù),中間不可進(jìn)行取車出庫(kù)動(dòng)作。

當(dāng)輸送設(shè)備上托盤數(shù)量達(dá)到預(yù)設(shè)下限時(shí),堆垛機(jī)將根據(jù)程序的指令,執(zhí)行一疊空托盤的取出流程,然后由托盤分發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行拆盤與分發(fā)。

3.2 連續(xù)出庫(kù)

當(dāng)需要集中裝船或集中出車時(shí),立體倉(cāng)庫(kù)將啟動(dòng)連續(xù)出庫(kù)模式。

出入口處的空托盤將被優(yōu)先清理回收,方便取出的托盤與車輛優(yōu)先到達(dá)出入口,堆垛機(jī)優(yōu)先安排至需要取車的貨架附近,減少堆垛機(jī)的取車時(shí)間,同時(shí)節(jié)約各種冗余時(shí)間。在連續(xù)取車出庫(kù)模式下,只能連續(xù)取車出庫(kù),中間不可進(jìn)行停車入庫(kù)動(dòng)作。每次取車之后,空托盤將會(huì)被回收至指定區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)疊放,然后通過(guò)堆垛機(jī)運(yùn)送至指定位置。

3.3 交叉作業(yè)

當(dāng)同一巷道需要同時(shí)進(jìn)車與出車任務(wù)時(shí),可設(shè)置為交叉作業(yè)模式。每次進(jìn)行出庫(kù)或入庫(kù)動(dòng)作,需完成前一次作業(yè),然后再進(jìn)行下一步作業(yè)。一般存取車模式的切換需要5 min左右,在管理上進(jìn)行程序優(yōu)化,盡量減少交叉存取車的情況,避免大量不必要的來(lái)回存取空托盤的流程與時(shí)間。

3.4 賬實(shí)盤點(diǎn)

當(dāng)根據(jù)碼頭需要進(jìn)行賬實(shí)盤點(diǎn)時(shí),可選擇盤點(diǎn)模式。車輛將被取出至出入口輸送機(jī)上,人員進(jìn)行實(shí)物信息核查;完成后,車輛將被運(yùn)回至原貨位。在此模式下,可根據(jù)實(shí)際需要取消回轉(zhuǎn)輸送機(jī)的動(dòng)作,節(jié)約能源與時(shí)間。

4 產(chǎn)品特點(diǎn)特性

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)具有智能、綠色節(jié)能、節(jié)地、工期短等特性,具有良好的市場(chǎng)推廣前景。尤其是在目前港口與城市都在快速發(fā)展的階段,港城矛盾越來(lái)越突顯,土地成本越來(lái)越高,立體化的存車方式成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

4.1 智能

目前自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)整體技術(shù)水平已達(dá)到較高水準(zhǔn)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主體是庫(kù)前分揀系統(tǒng)、貨架、堆垛機(jī)、托盤、控制與管理系統(tǒng)。采用先進(jìn)的智能檢測(cè)技術(shù),對(duì)車輛的尺寸、重量、人身安全等進(jìn)行檢測(cè),并通過(guò)安全鉗、激光測(cè)距、網(wǎng)橋信號(hào)傳輸、條碼定位技術(shù)等相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)安全、快速、高效、智能的運(yùn)輸與存儲(chǔ),減少人員的干預(yù),實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)輸與管理。

4.2 綠色節(jié)能

自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)為鋼結(jié)構(gòu),在圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的選用上,使用單層壓型鋼板,維護(hù)方便并可回收利用。

與傳統(tǒng)的自走式平面停車場(chǎng)和自走式停車樓相比,自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù),存取車過(guò)程為自動(dòng)化運(yùn)行,司機(jī)無(wú)需開(kāi)車找車位,減少尾氣排放。據(jù)預(yù)測(cè),6 000多輛車位的倉(cāng)庫(kù),每年可減排二氧化碳約3 000 t。

在節(jié)能技術(shù)措施上可結(jié)合光伏建筑一體化技術(shù),將光伏方陣依附于建筑屋頂,利用可再生能源,在保證提高建筑安全與功能的條件下,減少倉(cāng)庫(kù)內(nèi)采暖、空調(diào)、照明及其他電器用電的能耗。

4.3 節(jié)地

與自走式停車樓相比,自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可節(jié)約大量上下樓坡道及車輛轉(zhuǎn)彎半徑,且自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)依靠機(jī)械設(shè)備進(jìn)行操作,無(wú)需人員進(jìn)入,各層層高可以降低,總層高較低,優(yōu)勢(shì)明顯。同樣限高的地塊,自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可以設(shè)置更多層,進(jìn)一步節(jié)約土地成本。

4.4 工期短

庫(kù)架一體式倉(cāng)庫(kù)的貨架結(jié)構(gòu)與外圍護(hù)都為鋼材,可在工廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。根據(jù)運(yùn)輸條件及安裝難易程度,小的部件可以在工廠裝配,大的部件可以發(fā)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配。裝配時(shí)使用工藝保障胎架,保證安裝精度。預(yù)制化的裝配使現(xiàn)場(chǎng)安裝受季節(jié)、天氣等影響較小,避免大量混凝土凝固時(shí)間,施工周期可控,安裝速度快。并且貨架結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化制作、批量化生產(chǎn)等,整體施工周期短。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目相比于平面停車場(chǎng),能有效保護(hù)新車,避免風(fēng)、雨、沙、灰、鳥(niǎo)糞等污染物對(duì)新車的侵?jǐn)_與腐蝕;極大地提高土地利用率,比傳統(tǒng)平面停車場(chǎng)提高約80%;相較于自走式停車樓,可減少現(xiàn)場(chǎng)工作人員數(shù)量,通過(guò)自動(dòng)化管理,避免人為差錯(cuò),而且建設(shè)周期短。