自動裝車機在聚烯烴立體倉庫出庫的應用與優化

文 / 楊旭 李秀軍

一、引言

目前，國內各大石化企業聚烯烴產品倉儲主要采用平面庫或立體庫形式，產品出庫絕大多數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，人工核對出庫物料信息，裝車速度慢，勞動強度大，現場作業風險高，長時間作業易疲勞，尤其是在極熱或極寒的天氣，企業面臨招工難的問題，使公司的人力成本及管理成本大幅增加[1]。因此，聚烯烴產品出庫裝車自動化，已成為各石化企業攻關的熱點。

近幾年研發的聚烯烴產品出庫自動裝車方式有多種，如A公司研發的AGV叉車在中科煉化立體庫應用，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，一般企業較難有足夠的場地，且前期征地成本較高[3]。C公司研發的散袋自動裝車機在浙江石化有限公司得到應用，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，更能有效解決企業痛點。

我們現場的聚烯烴立體倉庫產品出庫裝車，已成功應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，降低現場作業安全風險，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組成、作業流程、應用過程中改進的問題、應用效果，以及后續改進方向。

二、自動裝車機系統布局及組成

自動裝車系統主要由軟件管理系統及硬件設備組成，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主要包括訂單列表、作業信息、設備監控等內容，接收倉庫管理系統WMS下發的訂單信息及每條出庫任務信息，記錄每車物料的重量信息、托盤信息、任務執行時間及裝車完成情況，并將任務執行記錄反饋至WMS系統，監控現場設備的運行狀態，現場某一設備發生報警則指示燈由綠色變為紅色，及時準確反饋報警原因，并提示操作人員處理。

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

圖1為三種自動裝車機的現場布置圖。其中，集裝箱自動裝車機主體設備為智能小車，立體庫來料為1.1米短邊方向，經過轉向輸送機，轉位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，共設置12個緩存位。

圖1 自動裝車現場布局圖

側簾自動裝車機主體設備為連體雙側雙叉自動裝車機，立體庫來料為1.1米短邊方向，經過轉向輸送機，轉位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，共設置14個緩存位。

平板自動裝車機主體設備為龍門式裝車機器人立體庫來料為1.1米短邊方向，經過轉向輸送機，轉位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場實物圖。

圖2 平板自動裝車機

圖3 側簾自動裝車機

圖4 集裝箱自動裝車機

三、自動裝車機作業流程

自動裝車的總體流程分為：車輛進廠，司機自助排隊打單，WMS系統接收訂單信息并分配月臺，自動裝車系統接單，司機前往現場自動裝車月臺進行車輛身份認證，認證正確合格，立體庫開始執行出庫任務，自動裝車系統前端輸送機接貨，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，出庫結束車輛駛離。

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系統接收到預約訂單信息，根據月臺的空閑情況，自動分配訂單到裝車月臺。WMS系統將訂單分配到自動裝車月臺后，將要執行的訂單及任務推送給自動裝車系統，自動裝車系統根據接收的訂單信息及任務信息，執行后續的動作。在物流叫號系統的LED屏幕上顯示詳細的分配信息供司機查看，司機根據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。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，需現場巡檢人員進行確認處理。

3.出庫任務執行流程

WMS系統分配訂單后，分解任務信息至倉庫執行系統WCS，WCS系統根據任務信息調度立體庫設備執行出庫任務。立體庫與自動裝車系統的現場設備通過輸送機進行銜接，并通過現場光電及PLC系統傳遞設備完成信號。物料行走至自動裝車系統輸送機工位，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，自動裝車機開始執行裝車動作，完成一次卸貨。自動裝車上位系統會接收到現場反饋的卸貨完成信息，并將此信息傳送至WMS系統，WMS根據接收到的完成信息，執行剩余的物料出庫任務，循環反復，直至該訂單信息的所有任務均執行完成。自動裝車系統會反饋裝車完成信息至WMS系統，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180°；旋轉到位后，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180°，準備下一循環裝車，直至裝完訂單所需數量實托盤。

側簾自動裝車機采用雙叉雙側裝車方式，同時適用于平板車及側簾車兩種車型。輸送機上的緩存實托盤數量滿足后，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，準備下一循環裝車，直至裝完訂單所需數量實托盤。

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，通過激光測距及視覺檢測系統判斷其車在集裝箱內的位置及周圍環境。智能小車到卸貨位置后，先側移貨叉使托盤緊靠集裝箱邊緣，側移到位后平穩放下實托盤，完成卸貨。智能小車空車后退，準備下一循環裝車，直至裝完訂單所需數量實托盤。

四、自動裝車機應用成效

自動裝車機的應用，相較人工裝車方式，主要有以下優勢：

1.出庫裝車采用自動裝車方式，出庫裝車現場只需要安排 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，自動裝車系統的人員配置比人工叉車裝車少 35人，費用節省 461 萬元/年，比人工拆垛裝車人員配置少 74 人，費用節省 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.自動裝車機作業時處于一個完全封閉無人化的狀態，四周有安全護欄、安全聯鎖門、急停按鈕等防護設備，人員進入自動裝車區時設備會自動停止，正常運行時無需人工參與。只有當設備故障時，通過聲光報警的方式，提示人工去確認處理，處理前需停止設備，有效規避人機交叉作業的安全風險。出庫端減少人工及叉車的高頻重復作業，同時降低人工現場作業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，自動根據訂單數量進行裝車，可以減少人工復核的人員用工和產品出庫錯誤的問題。

五、應用過程中已優化的問題

自動裝車是由人工裝車轉為機械化的過程，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，現場已解決以下兩大問題，并取得較好使用成效，裝車適應性得到較大提高。

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：現場運行過程中，為解決高低板平板車裝車問題，優化平板及側簾自動裝車機的貨叉升降適應高度，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。同時優化控制程序，在HMI（人機界面）上設置平板車及高低板車兩種裝車模式，系統根據選擇的不同車輛模式，自動調整自動裝車機的停車位置，使其能適應不同高度車底板高度的物流車輛。優化后，現場可使用自動裝車機進行裝車的貨車數量，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品包裝破損，導致部分車輛無法適應自動裝車系統，立體倉庫的車輛調度系統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系統中建立一個自動裝車月臺的內部數據庫。首先現場人工確認獲取貨車的車輛信息，對于能適應自動裝車的車輛，將其車牌信息維護至車輛信息數據庫，當WMS系統接收到此車輛牌號的訂單時，會自動優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、應用過程中待改進的方向

為進一步降低企業運營成本，仍需縮減操作人員數量及物流費用，并進行持續優化，解決以下兩方面問題：

重點1：現場確認車輛尺寸信息，使人工操作工作量增加。

改進思路：為降低現場車輛人工確認的工作量，在進出廠物流預約系統設置物流車輛數據，并與WMS系統及TMS系統通過接口字段進行關聯。當WMS系統獲取的車輛數據符合自動裝車機時，通過TMS系統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，從而有效降低現場車輛確認的工作量。

重點2：目前聚烯烴立體庫出庫應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，根據不同類型自動裝車機特點及托盤物料尺寸，優化平板車上物料的擺放方式，平板車兩側側方裝車的自動裝車機，可采用單側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，優化自動裝車系統前端輸送流程，增加托盤轉向設備、物料整形設備、托盤并垛設備，優化設備控制程序，使其能夠按照訂單需求控制托盤的叉取方向及數量。優化自動裝車機貨叉，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、結束語

聚烯烴產品出庫裝車，打破傳統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，平均每托產品用時1分鐘，實現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，實現真正的自動化、無人化，提升企業的自動化和智能化水平。

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