文/盧會超 李成友 孫明偉 儲汝濤 李 季

近年來，隨著物流行業(yè)的飛速發(fā)展，穿梭車系統(tǒng)在各領(lǐng)域自動化物流系統(tǒng)中應(yīng)用日益廣泛，涉及煙草、輪胎、醫(yī)藥、化工、酒業(yè)、快消品、部隊(duì)、家電、電商等多種行業(yè)。穿梭車系統(tǒng)在總體規(guī)劃布局中，大大簡化了立體庫前端輸送工藝線路，使得布局更加緊湊、簡捷；加之其本身動態(tài)移載的特點(diǎn)，物料可以在不同工位之間傳送更加快速和準(zhǔn)確，從而大大提高物料的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

本文從穿梭車系統(tǒng)分類介紹入手，借助能力計(jì)算、仿真軟件CCLE2010和AutoMod，結(jié)合昆船公司部分項(xiàng)目實(shí)施案例，通過綜合分析，得出不同類型穿梭車系統(tǒng)在不同輸送需求場合的適應(yīng)性。進(jìn)一步對石化行業(yè)穿梭車系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)劃案例進(jìn)行歸納總結(jié)，從而驗(yàn)證了穿梭車系統(tǒng)在聚烯烴成品立體倉庫自動化方案中的適應(yīng)性和可行性。

圖1 昆船往復(fù)式穿梭車

穿梭車系統(tǒng)介紹

一般來說，從運(yùn)行方式上，穿梭車可分為往復(fù)式穿梭車和環(huán)行穿梭車，根據(jù)昆船穿梭車產(chǎn)品系列，往復(fù)式穿梭車可細(xì)分為直軌、L型軌、U型軌等單軌/雙軌穿梭車；環(huán)行穿梭車又可細(xì)分為單/雙軌、無道岔、不可換軌型環(huán)穿系統(tǒng)和雙軌、帶道岔、可換軌型環(huán)穿系統(tǒng)。

1.往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)

往復(fù)式穿梭車是一種智能型軌道搬運(yùn)設(shè)備，如圖1。在電控系統(tǒng)控制下，通過條碼/激光認(rèn)址，精確定位于各個輸入、輸出工位，接受物料后進(jìn)行往復(fù)雙向運(yùn)輸，可以實(shí)現(xiàn)不同方向上物料的輸送。

往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)是自動化物流系統(tǒng)中重要的輸送設(shè)備，它外形美觀，結(jié)構(gòu)簡潔，整個運(yùn)行過程機(jī)動靈活，能在有效輸送路線上實(shí)現(xiàn)輸送目的地的任意變動。一套往復(fù)穿梭車系統(tǒng)往往可以代替大量的不同類型的輸送機(jī)和升降輸送機(jī)，不僅降低了自動化物流系統(tǒng)投入成本，而且減少了輸送設(shè)備的占用面積，可提高倉儲的空間利用率。但在進(jìn)行自動化物流系統(tǒng)的總體方案規(guī)劃設(shè)計(jì)時，整個自動化物流系統(tǒng)輸送能力的瓶頸點(diǎn)往往也是穿梭車系統(tǒng)，因此往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)的最大輸送能力決定了其在不同規(guī)劃方案中的適用性和可行性。

昆船某項(xiàng)目直軌穿梭車系統(tǒng)利用物流設(shè)備能力計(jì)算軟件CCLE2010（昆船公司利用從事物流設(shè)計(jì)10多年的豐富經(jīng)驗(yàn)，針對物流系統(tǒng)中常用的關(guān)鍵物流設(shè)備提供的單機(jī)快速能力計(jì)算軟件，是國內(nèi)首家擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，針對能力計(jì)算申請著作權(quán)登記的軟件）對其進(jìn)行能力計(jì)算。具體能力計(jì)算輸入?yún)?shù)如圖2。

穿梭車系統(tǒng)具體仿真能力計(jì)算結(jié)果如圖3。從圖3我們可以看出，當(dāng)穿梭車軌道長約40米，輸入?yún)?shù)為水平運(yùn)行速度160m/min，加速度為0.5m/s2，輸送速度為12m/min時，能力計(jì)算出該穿梭車系統(tǒng)輸送能力為74.8托/時，根據(jù)昆船多年的工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，該結(jié)果也比較符合實(shí)際。當(dāng)往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)運(yùn)行軌道長度適中，接貨站臺布置簡單時，系統(tǒng)最大輸送能力不超過80～90托/時；當(dāng)往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)運(yùn)行軌道長度增加，接貨站臺布置復(fù)雜、數(shù)量較多時，系統(tǒng)輸送能力將大大降低。

對于往復(fù)穿梭車系統(tǒng)一般采用單車配置，即便采用一軌雙車或者一軌多車系統(tǒng)，控制策略多采用分區(qū)作業(yè)形式，因?yàn)榇┧筌囅到y(tǒng)往復(fù)運(yùn)行的特性，若有兩臺或者多臺車子同一軌道上運(yùn)行時，會產(chǎn)生交叉避讓現(xiàn)象，多車運(yùn)行反而降低系統(tǒng)能力，故當(dāng)輸送系統(tǒng)要求能力大于80～90托/時且系統(tǒng)不具備分區(qū)作業(yè)的情況下，往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)適應(yīng)性和可行性失效。

圖2 某往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)能力計(jì)算輸入?yún)?shù)

圖3 某往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)能力計(jì)算結(jié)果

圖4 老板電器項(xiàng)目1樓的環(huán)穿系統(tǒng)

圖5 某單軌、無道岔、不可換軌型 環(huán)穿系統(tǒng)仿真界面

2.環(huán)行穿梭車系統(tǒng)

環(huán)行穿梭車系統(tǒng)由往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)發(fā)展而來，是在往復(fù)式穿梭車單條直行軌道基礎(chǔ)上，再增加相同的一條直行軌道和兩端彎道便形成了環(huán)行穿梭車系統(tǒng)的運(yùn)行軌道，在該環(huán)行軌道上可以有多臺穿梭車同時沿順時針/逆時針單方向環(huán)形運(yùn)行取代往復(fù)穿梭車系統(tǒng)的往復(fù)運(yùn)行，從而彌補(bǔ)了往復(fù)式穿梭車輸送能力不足的缺點(diǎn)。

環(huán)行穿梭車系統(tǒng)是一種智能軌道導(dǎo)引型搬運(yùn)設(shè)備，它是一種高速、高效的平面自動輸送設(shè)備，具有高度的自動化和靈活性，可以實(shí)現(xiàn)不同方向上物料的輸送。一個合理布局的環(huán)行穿梭車系統(tǒng)可以代替若干臺直線穿梭車及輸送機(jī)、甚至無人導(dǎo)引車的工作。

（1） 環(huán)行穿梭車系統(tǒng)（單/雙軌、無道岔、不可換軌型）

單/雙軌、無道岔、不可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)是為適應(yīng)現(xiàn)代化物流系統(tǒng)的快速發(fā)展而開發(fā)的智能型單/雙軌道導(dǎo)引搬運(yùn)設(shè)備。在電控系統(tǒng)控制下，通過條碼認(rèn)址精確定位于各個輸入、輸出工位，接受物料后進(jìn)行環(huán)行單向運(yùn)輸，可以實(shí)現(xiàn)不同方向上物料的輸送。老板電器項(xiàng)目1樓的環(huán)穿系統(tǒng)，如圖4。

①單/雙軌、無道岔、不可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)的典型案例應(yīng)用

a.茅山老板電器數(shù)字化智能制造基地是廚電行業(yè)第一個智能化工廠，入選了國家工信部智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目。

b.杭州老板電器茅山智能制造基地智能物流倉儲中心，是目前國內(nèi)家電行業(yè)存儲物料單元尺寸最大（托盤尺寸2100×2000×1650mm）、貨架堆垛機(jī)最高（高度31.55m）、巷道最長（長度151.8m）、存量最大（庫區(qū)占地面積21120平方米，存儲貨位數(shù)量32976托盤位）、自動化程度最高的自動化立體倉庫。

立體庫含3套環(huán)行穿梭車系統(tǒng)，可同時滿足各種成品配件出入庫，穿梭車臺數(shù)近40臺，滿足最大出入庫流量約650托/時需求。

②單/雙軌、無道岔、不可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)輸送能力

圖5為昆船某實(shí)施項(xiàng)目單軌、無道岔、不可換軌型環(huán)穿系統(tǒng)利用目前國內(nèi)物流界應(yīng)用最早、最權(quán)威的仿真軟件AutoMod對環(huán)穿系統(tǒng)進(jìn)行建模，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行10小時后（臺數(shù)分析范圍為1～20臺），輸出的Line Graph：

從圖6中我們可以看出，當(dāng)環(huán)穿系統(tǒng)臺數(shù)增加到12臺時，系統(tǒng)能力達(dá)到240托/時，臺數(shù)為20臺時，系統(tǒng)能力為265托/時，在系統(tǒng)臺數(shù)由12臺增加到20臺過程中，系統(tǒng)共增加了8臺車，但系統(tǒng)能力只提升了25托/時，也就是說，當(dāng)臺數(shù)達(dá)到某個值時，系統(tǒng)再增加穿梭車數(shù)量已經(jīng)對系統(tǒng)能力無實(shí)際影響，或者說系統(tǒng)能力已經(jīng)飽和。這是因?yàn)樵谡九_較多的情況下，穿梭車接送貨物需要排序。隨著穿梭車數(shù)量的增加，車輛的交通堵塞現(xiàn)象會非常嚴(yán)重，此時環(huán)穿調(diào)度系統(tǒng)變得尤為復(fù)雜，系統(tǒng)成本也隨之大幅增加，若系統(tǒng)能力要求再次增加/大幅增加，整個環(huán)穿系統(tǒng)運(yùn)送能力變得愈發(fā)的低效，適用性、可行性以及性價比變差。此時，可換軌型環(huán)穿系統(tǒng)的出現(xiàn)很好的解決了該問題，在系統(tǒng)處理能力要求≧230～250托/時，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的適用性。

（2）環(huán)行穿梭車系統(tǒng) (雙軌、帶道岔、可換軌型)

環(huán)行穿梭車系統(tǒng)(雙軌、帶道岔、可換軌型)結(jié)合了常規(guī)懸掛軌道的優(yōu)點(diǎn)和自身的優(yōu)勢，路徑可根據(jù)企業(yè)實(shí)際需要或工藝流程來定制，故可以滿足路線靈活、大流量的需求，應(yīng)用于復(fù)雜化可變順序流程，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化流程路線、提高效率。網(wǎng)易考拉項(xiàng)目 環(huán)穿系統(tǒng)（出廠前測試），如圖7。具體特點(diǎn)如下：

圖6 某單軌、無道岔、不可換軌型 環(huán)穿系統(tǒng)仿真結(jié)果

圖7 網(wǎng)易考拉項(xiàng)目 環(huán)穿系統(tǒng)（出廠前測試）

軌道線路控制靈活，可柔性的適應(yīng)應(yīng)工藝調(diào)整，降低流程的時間和成本；

對單機(jī)故障有較強(qiáng)冗余能力；

可按需求組合不同功能的載貨裝置，運(yùn)行安靜；

模塊化結(jié)構(gòu)適應(yīng)生產(chǎn)布局的變化，可靈活滿足將來延伸和擴(kuò)展需要。

①環(huán)行穿梭車系統(tǒng) (雙軌、帶道岔、可換軌型)典型案例應(yīng)用

網(wǎng)易考拉海購寧波1號保稅倉自動化立體倉庫系統(tǒng)項(xiàng)目。

該項(xiàng)目是網(wǎng)易考拉在國內(nèi)投入最多、規(guī)模最大、自動化水平最高的跨境智慧保稅倉戰(zhàn)略項(xiàng)目。

面積達(dá)34萬平方米，可滿足超過6000萬件商品的存儲要求，跨境訂單處理能力可達(dá)每日30萬件，一年可處理超過1億件跨境訂單。

立體庫含2套環(huán)行穿梭車系統(tǒng)，需滿足總出入庫量約900托/時；兩套系統(tǒng)含約15個道岔，軌道總長約1.6km軌道，穿梭車總臺數(shù)約80臺。

②環(huán)行穿梭車系統(tǒng) (雙軌、帶道岔、可換軌型)輸送能力

在系統(tǒng)功能上，環(huán)行穿梭車系統(tǒng)(雙軌、帶道岔、可換軌型)實(shí)現(xiàn)了往復(fù)式穿梭車和環(huán)行穿梭車搬運(yùn)系統(tǒng)的全部功能，包括直行、轉(zhuǎn)彎、分岔行走和搬運(yùn)。在道岔處需要改變行走方向時由穿梭車自己根據(jù)轉(zhuǎn)向要求通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)行走方向的改變, 從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備自主換軌轉(zhuǎn)向，并采取單車獨(dú)立控制，自主選擇路線執(zhí)行上位系統(tǒng)下發(fā)的任務(wù)，具有較高的效率。

由應(yīng)用案例介紹可以知道，相較于傳統(tǒng)形式的環(huán)行穿梭車系統(tǒng)（單/雙軌、無道岔、不可換軌型），環(huán)行穿梭車系統(tǒng)（雙軌、帶道岔、可換軌型）單套系統(tǒng)最大輸送能力可達(dá)近500托/時，更加適用于流量大、距離長、工藝布局復(fù)雜狀態(tài)下的物料輸送，具有較高的輸送靈活性、響應(yīng)時效性和供料連續(xù)性。

圖8 規(guī)劃方案（三維立面圖）

圖9 規(guī)劃方案（二維平面圖）

二、石化行業(yè)聚烯烴成品立體倉庫自動化系統(tǒng)規(guī)劃特點(diǎn)

1.石化行業(yè)產(chǎn)品工藝流程

（1）成品托盤入庫和空托盤組出庫的流程

聚烯烴顆粒（25kg包裝袋）由生產(chǎn)線經(jīng)包裝線碼垛機(jī)、纏膜機(jī)完成碼垛（在包裝碼垛機(jī)組進(jìn)行包裝時，已經(jīng)在控制系統(tǒng)中通過托盤數(shù)字條碼/RFID電子標(biāo)簽標(biāo)記上物料的種類、批號、生產(chǎn)日期等特征信息）、纏膜以后，送至入庫站臺，進(jìn)行外檢、條碼讀取，合格后，由入庫輸送系統(tǒng)送至堆垛機(jī)入庫輸送機(jī)上，再由堆垛機(jī)將成品托盤送入立體庫指定貨位上，系統(tǒng)自動更新數(shù)據(jù)庫，入庫完成。

若外檢不合格或條碼讀取失敗，則由輸送系統(tǒng)送至剔除站，通知人工通過無線手持處理。

當(dāng)空托盤組需出庫時，上位系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)下達(dá)物料出庫指令，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動生成出庫任務(wù)，調(diào)度堆垛機(jī)從立體庫中取出相應(yīng)空托盤組，并搬運(yùn)至出庫輸送機(jī)上，出庫空托盤組由輸送系統(tǒng)輸送至空托盤組供給線，經(jīng)托盤拆分機(jī)拆分為單個空托盤輸送給包裝線碼垛機(jī)使用。

（2）成品整托盤出庫（平板車/集裝箱/火車發(fā)貨）和空托盤組返庫的流程

當(dāng)聚烯烴成品托盤需整盤出庫時，上位系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)下達(dá)物料出庫指令，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動生成出庫任務(wù)，調(diào)度堆垛機(jī)從立體庫中取出相應(yīng)托盤，并搬運(yùn)至出庫輸送機(jī)上，出庫托盤由自動輸送系統(tǒng)輸送至平板車/集裝箱發(fā)貨站臺，叉車工裝車根據(jù)LED屏上顯示信息將貨物搬運(yùn)相應(yīng)車位。若托盤與物料需分離，可采用自動翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將兩者分離后，被叉車搬運(yùn)至發(fā)貨車輛上，單個空托盤自動輸送至托盤碼分機(jī)將單個空托盤碼成垛后，再由自動輸送系統(tǒng)送至空托盤組入庫站臺進(jìn)行入庫。

2.規(guī)劃案例及布局

（1）規(guī)劃案例一

①存儲物料

a.儲存物料名稱：高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）產(chǎn)品和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）。

b.產(chǎn)品特性：顆粒狀，流動性好、無毒、無腐蝕性、可燃。

c.火災(zāi)危險性類別：丙類。

②設(shè)計(jì)依據(jù)

a.倉庫工作時間與出入庫流量：

入庫二班制，出庫一班制，每班8小時；

b.出入庫流量：

北側(cè)成品入庫量:220垛/小時；

南側(cè)成品出庫量275垛/小時，EVA入庫量為40垛/時。

c.出庫方式：

平板貨車，裝車位按需配置；

集裝箱貨車，裝車位按需配置。

③規(guī)劃布局

a.北側(cè)：O型單軌、無道岔、不可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)；

b.南側(cè)：L型雙軌、帶道岔、可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)。

④本案例規(guī)劃方案圖，如圖8

（2）規(guī)劃案例二

①存儲物料

a.儲存物料名稱：聚丙烯（PP）產(chǎn)品。

b.產(chǎn)品特性：顆粒狀，流動性好、無毒、無腐蝕性、可燃。

c.火災(zāi)危險性類別：丙類。

②設(shè)計(jì)依據(jù)

a.出入庫流量:

成品入庫量：160托/小時；

成品出庫量：250托/小時。

b.出庫方式:

平板貨車，裝車位按需配置；

集裝箱貨車，裝車位按需配置。

③規(guī)劃布局

a.入庫端：L型單/雙軌、無道岔、不可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)；

b.出庫端：L型單/雙軌、無道岔、不可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)

④ 本案例規(guī)劃方案圖，如圖9。

（3）規(guī)劃案例三

①存儲物料

a.儲存物料名稱：聚丙烯（PP）產(chǎn)品。

b.產(chǎn)品特性：顆粒狀，流動性好、無毒、無腐蝕性、可燃。

c.火災(zāi)危險性類別：丙類。

②設(shè)計(jì)依據(jù)

a.倉庫工作時間與出入庫流量:

入庫：12小時；出庫：8小時；

平均實(shí)托盤入庫量：360盤/小時；

平均出庫量：540盤/小時。

b.出庫方式:

平板貨車，裝車位按需設(shè)計(jì)；

集裝箱貨車，裝車位按需設(shè)計(jì)；

火車發(fā)貨，裝車位按需設(shè)計(jì)。

③規(guī)劃布局

a.入庫端：T型雙軌、帶道岔、可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)；

b.出庫端：T型雙軌、帶道岔、可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)。

④本案例規(guī)劃方案圖，如圖10。

（4）規(guī)劃案例四

①存儲物料

a.儲存物料名稱：高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）產(chǎn)品和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）。

b.產(chǎn)品特性：顆粒狀，流動性好、無毒、無腐蝕性、可燃。

c.火災(zāi)危險性類別：丙類。

②設(shè)計(jì)依據(jù)

a.倉庫工作時間與出入庫流量:

入庫：24小時；出庫：11小時；

b.平均實(shí)托盤入庫量：200盤/小時；

c.平均出庫量：270盤/小時。

③規(guī)劃布局

a.入庫端：O型單/雙軌、無道岔、不可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)；

b.出庫端：L型雙軌、帶道岔、可換軌型環(huán)行穿梭車系統(tǒng)。

④本案例規(guī)劃方案圖，如圖11。

圖10 規(guī)劃方案（二維平面圖）

圖11 規(guī)劃方案（二維平面圖）

三、總結(jié)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國石化工業(yè)發(fā)展加速，聚烯烴裝置開工率高達(dá)90%以上，新增產(chǎn)能迅速增長，單就聚乙烯產(chǎn)品來說，中國已經(jīng)成為僅次于美國的世界第二大生產(chǎn)國。加之受行業(yè)下游需求旺盛的影響，未來聚烯烴行業(yè)格局良好。但與之相反的情況是，目前石化行業(yè)落后的儲存和搬運(yùn)方式已嚴(yán)重制約行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)行較為常規(guī)的做法為叉車倉庫，聚烯烴成品垛盤或噸袋由叉車搬運(yùn)至平庫，并堆成2～3 層的料堆，完成儲存作業(yè)。

隨著石化行業(yè)第一個聚烯烴成品立體倉庫—中石化鎮(zhèn)海煉化立體庫的投入運(yùn)行，自動化立體倉庫以其土地利用率高、自動化水平高、物流管理先進(jìn)、人力成本節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)，已逐步成為石化企業(yè)倉庫建設(shè)的首選。本文通過理論計(jì)算結(jié)合實(shí)際案例，確定了往復(fù)式穿梭車系統(tǒng)，單/雙軌、無道岔、不可換軌型的環(huán)穿系統(tǒng)，雙軌、帶道岔、可換軌型的環(huán)穿系統(tǒng)等的最大輸送能力，明確了三種類型穿梭車系統(tǒng)適用性，結(jié)合昆船在石化行業(yè)聚烯烴成品立體倉庫4個規(guī)劃案例中所用的穿梭車系統(tǒng)，驗(yàn)證了具備更快、更智能、更高效的性能特點(diǎn)的穿梭車系統(tǒng)在其中的合理性、適用性和可行性，與此同時，穿梭車系統(tǒng)應(yīng)用也滿足了當(dāng)前石化行業(yè)立體倉庫物料輸送的實(shí)際需求。