随着科学技术的不断进步, 立体仓库在我国发展飞速, 其自动化程度也越来越高。据统计, 截至2012年, 我国立体仓库已经超过1100座, 而且还在以年均120座的速度增加。立体仓库集中应用在烟草、汽车制造、食品加工、医药生产、服装生产等流通性强的行业。当下烟草行业市场竞争日益激烈, 烟草企业想要扩大自己的竞争优势, 创造更多的经济效益, 必须加强对企业仓储物流的管理。而根据烟草企业自身的特点, 自动化立体仓库的应用, 将会有助于烟草企业的仓储管理, 方便企业的物流分拣与配送作业。由于卷烟制造企业的物料需求相对比较大且物料流通量大, 同时生产过程中对于自动化程度的要求也普遍较高, 因此卷烟企业要想在降低企业生产成本的同时又不影响卷烟的质量, 必须强化其仓库管理, 降低仓储资金投入, 提升企业的市场竞争力。近些年来, 我国许多烟草企业进行了大规模的改革, 引进高科技, 购置新设备, 企业的生产和物流管理焕然一新。自动化立体仓库输送系统广泛地应用在企业的仓储管理中, 明显地改善了企业原料、辅料及成品的输送与存储。
现阶段, 在我国的卷烟制造企业中, 烟丝原材料普遍存储在立体仓库中, 从而实现了烟丝原材料与制丝工艺的有机结合。随着卷烟市场生产规模的提升, 卷烟制造业只有不断提升烟丝立体仓库的出入库输送能力, 才能保证其与制丝生产的高度协调性和连续性, 进而充分发挥企业仓储管理的能效。
卷烟生产, 就是通过一定的工艺, 把原辅材料进行适当的处理, 最后加工成卷烟的操作过程。主要包括烟丝初烤、烟丝复烤、烟丝发酵、配方制定、制丝、制卷以及包装等7个复杂的流程。在卷烟制造过程中, 必须强调生产过程的经济实用性, 同时还必须保障时间与空间利用的高度协调性, 进而保障卷烟企业的生产效率, 为企业创造最大化的经济效益。
传统的卷烟生产中存在大量的人工操作, 比如人工取货、配货、输送等, 这很大程度上限制了企业生产效率的提高, 阻碍企业的生产组织。同时由于人为因素的大量存在, 许多生产错误不可避免, 有时甚至会造成较大的生产事故。而随着计算机技术和自动化技术的应用, 很大程度上改善了企业的组织方式, 计算机操作取代了大量的人工操作, 提升了企业的运营效率, 实现了卷烟生产的自动化管理, 同时避免了许多不必要的错误和事故的发生。
目前卷烟制造企业的烟箱通过标准化包装, 保障了烟草产品包装的形状与重量的统一, 很大程度上促进了企业仓库输送的自动化管理。通过在烟丝立体仓库中引进计算机技术和自动化技术, 降低了烟草企业仓库管理中的人为参与, 不仅为企业仓库管理节省了面积, 更重要的是提升了企业仓储输送管理的效率。
由于应用条件与生产规模的差异, 烟丝自动化立体仓库的布局也各不相同, 其应用设备的型号、数量等也都差别很大。图1所示为某个烟丝自动化立体仓库的平面布局简化图, 该立体仓库的出、入库位于同侧, 而且收货区和发货区也都在同一端, 这在很大程度上提升了仓库空间的利用率, 降低了输送设备的运行距离。
为了降低仓储区的占地面积, 加快出入库过程中的物料周转, 卷烟企业的制丝车间在存储烟丝时大量采用单元货格式立体仓库, 同时采用双伸单货叉固定巷道堆垛机, 如图2所示。立体货架规格相同, 平行放置在巷道两侧。巷道较窄, 恰好允许一台堆垛机通行。烟包输送过程中可以在出入库的站台进行短暂的缓冲, 但仅允许停留一个烟包。
输送系统主要由往复穿梭车和不同种类的输送机组成, 根据输送方式的不同又可以将输送机分为3类:辊道式、链式和升降式, 分别如图3、图4所示。它们主要负责将烟包输送至入库台或将烟包从出库台输送至制丝车间。
烟包输送至立体仓库后, 叉车工作人员将其送至码放站台并将其组成实托盘并入库, 然后空托盘拆分机分发单个托盘至两个烟包码放站台。
实托盘的入库流程为:叉车工作人员先将烟包从货车上卸下来, 并根据货单情况进行烟丝信息的录入, 然后对托盘上的烟包进行外形检测, 合格则进行条形码检测, 并根据计算机系统给烟包分配仓储货位, 并通过往复穿梭机与输送机将实托盘输送至堆垛机入库站台, 堆垛机再根据货位信息将实托盘放至指定的仓储货位, 完成烟包实托盘的入库作业。如果烟包通过外形检测不合格, 则由往复穿梭机将不合格烟包送至人工整理的工位, 整理合格后再次进行入库作业。
根据烟包出库的信息指令, 巷道堆垛机将相应的烟包从立体货架上取下, 并将其输送至出库站台, 然后往复穿梭机将堆垛机站台的烟包输送至制丝线入口站台, 进行条形码的检测作业。如果烟包条形码由于破损或丢失等原因而不能读取信息时, 往复穿梭机将问题烟包送至操作终端, 由相应的工作人员进行人工物流查询, 然后决定是将烟包直接送至制丝线入口还是送至条形码整理站台。如果经过条形码检测获得的信息与烟包的实际信息不相符, 则往复穿梭机将烟包直接送至条形码整理站台, 处理结束了继续入库。送至制丝线入口的烟包将通过夹抱机与托盘实现自动分离, 然后先将烟包放置缓存工位, 随后直接进入制丝线, 而空托盘则以空托盘组的形式进行码垛。
当输送控制系统检测到空托盘拆分机和预存位上没有空托盘时, 会自动发送指令进行货架空托盘的调度工作, 通过往复穿梭机将空托盘输送至预存位备用, 待空托盘拆分机上没有空托盘时, 输送机会及时将预存位上的托盘补充到拆分机。与此同时, 码垛机与货架上的空托盘组则随时可能被输送至预存位备用。
烟包实托盘的入库作业时, 优先选择经拆分机产生的空托盘组, 这样避免了空托盘组不必要的反复装卸, 但是单靠空托盘组还远远不能满足入库作业需求, 因此还得从立体货架上获取空托盘组, 然后通过输送系统运至入库区。拆分的空托盘经堆叠机处理后, 再经往复穿梭机输送至堆垛机入库站台进行入库, 也可以输送至预存位为拆分进行缓存, 然后再进行入库作业。实托盘经拆分后通过码垛处理产生空托盘组, 穿梭机在不进行入库作业时将其输送至入库区站台进行缓存, 最终通过输送系统存储到立体仓库。往复穿梭机在进行入库时, 先将空托盘组传至输送机, 然后输送至缓存站台。
烟丝自动化立体仓库中烟包的存放形式主要有两种:实托盘形式和空托盘组形式, 如图5所示。对于实托盘形式, 就是把烟包放置在木质四向进叉式托盘中;而空托盘组形式, 就是把空托盘按照六个一组的形式进行堆码。
烟丝自动化立体仓库的具体作业流程如图6所示。
由图6可以看出, 烟丝自动化仓库的作业主要包括烟包实托盘的出入库作业和空托盘组在入库区的供应与回收作业。
在卷烟制造企业的仓储物流中, 烟丝自动化立体仓库管理是与制丝线生产关系最密切的环节。在制丝线的生产过程中, 对烟丝材料的需求量相对较大, 而且烟丝的种类也较多, 因此, 要想保证制丝线生产正常运转, 高效准确化的烟丝自动化立体仓库运作是必不可少的。
对于烟丝储存区与出入库站台来说, 烟丝立体仓库输送系统起到了重要的衔接作用, 输送系统设计的好坏直接关系到整个仓库系统的正常运作和物流的通畅性。该卷烟制造企业烟丝自动化立体仓库输送系统的布局设计 (如图7所示) 及相应设备的基本参数见表1。
针对以上规模的烟丝自动化立体仓库, 其规模与实力已经完全有能力满足烟包实托盘与空托盘组的出入库需求, 但是烟丝输送环节多且复杂, 要求较高的自动化成分, 因此仓储作业过程中还是会存在许多问题: (1) 输送系统中, 巷道堆垛机的空载行走速度达到了160m/min, 相对较快, 输送机行走速度为14m/min, 相对较慢; (2) 输送系统的输送距离相对较长; (3) 输送路径单一化, 缺乏柔性。
以上输送系统的各种问题, 在很大程上限制了巷道堆垛机及整个烟草自动立体仓库的输送效率, 不能够很好地满足制丝线生产的实际需求, 应对其输送系统进行优化管理。
在烟包的装卸搬运过程中应用AGV (自动导引运输车) , 可以强化输送系统的自动化管理, 而且其工作过程中噪音低, 运行柔性好, 可以实现0~100m/min的无级变速, 非常适合烟丝仓库运输这样的往复式输送。当前AGV广泛地应用于港口、自动化立体仓库等场合, 在烟丝仓库运输中的应用很好地避免了传统输送系统中输送柔性差的问题, 提升了烟丝立体仓库的运作效率。烟丝自动化立体仓库AGV优化后的输送系统如图8所示。
烟丝立体仓库输送系统优化后, 其系统改用以两台AGV小车为主体的输送设备进行烟包的输送, 同时在入口处仍保留有辊道输送机等设备, 而且依旧应用动力传动式辊道, 很大程度上节约了设备资金投入。优化后烟丝立体仓库应用辊道式AGV进行烟包的装卸操作, 如图9所示。
辊道式AGV的工作原理十分简单, 它可以实现辊道两侧烟包的同步装卸作业, 很大程度上提升了装卸作业效率, 而且相对更安全。在烟包装卸过程中, AGV小车在站台的一侧停靠, 它在与辊道成功对接后开始同步转动。AGV属于双向路径导向, 可以实现双向行驶。
近些年来, 我国许多大型卷烟企业不断提升企业烟丝立体仓库的自动化管理程度, 从而强化了企业烟丝出入库输送的功能, 很大程度上促进了企业的生产与发展。本文通过对某卷烟制造企业烟丝自动化立体仓库布局、输送设备及输送流程等方面的研究, 分析了其在物流输送方面存在的问题, 并对其输送系统进行了AGV优化, 有效地利用了仓储空间, 缩短了输送路径, 充分挖掘了设备的潜能, 保障了制丝线的正常运转, 为我国烟草制造企业制定合理的自动化立体仓库的输送系统提供了理论依据。
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