2022-07-27 10:10
[导读]纸卷自动化立体仓库集机械设备、电气控制系统和仓库管理系统为一体，在自动仓库内实现对纸卷的自动存取，对造纸厂物流环节的效率有着显著提升。本文以某纸厂纸卷自动仓库为研究对象，对其总体方案规划设计进行了详细的研究，旨在提出一套针对造纸行业应用的自动化立体仓库解决方案。
一、概 述
根据国家发展规划，造纸行业正在逐步淘汰落后产能，随着能耗大、污染严重的造纸企业被关停，市场空间得到进一步释放。近几年国内规模较大的造纸厂新上项目以大产量为主，箱板纸、瓦楞纸新上项目年产量超30万吨，高档文化纸、白卡纸年产量超50万吨。随着产量的提高，对纸卷储存能力的要求也日益提升。仓储作为现代物流的重要环节，在企业的供应链管理中发挥着重要作用。自动立体仓库是仓储自动化的核心，是联系生产和销售的纽带，对实现生产自动化至关重要。因此，设计专门的自动立体仓库以满足纸卷储存、出入库的需求，提高物流效率，具有十分重要的意义。
二、设计条件及要求
针对某纸厂年产100万吨成品纸卷的项目，仓库需满足存储其2周产能的要求，根据场地情况，结合自动仓库设备本身特点及在其他类似项目的经验，制定一套切实可行的方案。系统设计总体要求：
1)系统能长期稳定可靠运行，工作模式为24小时*365天;
2)仓库可用空间：150*110*26m（长*宽*高）;
3）集成化设计，实现纸卷从生产线到仓库，再到发货的全自动运行，并对纸卷信息进行实时管理;
4）对于现有的存储空间必须进行合理化的布局，存储量不小于41000吨，纸卷入库量200吨/小时（24小时工作制），出库量400吨/小时（12小时工作制），实现纸卷出入库物流系统最优化。
三、系统组成及作业流程
纸卷自动仓库系统主要由仓库建筑、高层货架、巷道堆垛机、出入库输送系统、自动控制系统及信息管理系统组成。通过一流的集成化物流理念，采用先进的制造、控制技术，通过协调以上设备的运行，自动、有序、准确、快速地完成出入库作业。
入库作业流程：复卷后的纸卷经过输送包装系统在WMS、WCS系统调度下，纸卷经入库输送系统，送入立体仓库的入库点。根据对纸卷信息的自动读取，堆垛机将输送线上的纸卷取走，送至指定的货位处。WMS更新信息，入库完成。出库作业流程：WMS按生产信息，经过计算后，下达出库指令。堆垛机于指定货位叉取货物，并送至出库位输送线上，经由出库端输送机，送至指定出库口。叉车取货后扫描出货单，WMS更新信息，出库完成。以上流程均通过自动化程序控制，同时，自动仓库系统也具有半自动、人工（检修）等控制模式。
四、自动化立体仓库设计
4.1 货架设计
首先根据要求，确定系统总体存储量。通过对货物规格分析，确定装载单元规格，进一步确认货格尺寸。结合仓库空间及消防分区要求，设计出AS/RS布局。
4.1.1 存储货物规格分析
标准卷尺寸φ1200*1500mm，单个纸卷重量1660Kg。按照存储量不低于41000吨，80%的存储原则下，对应纸卷货位数不少于30900个。根据客户提供的产品规格信息，纸卷直径范围为1000-1250mm，幅宽800-2800mm。货物规格在直径方面相差较小，在幅宽方向变化较大。通过对类似企业的成品纸卷幅宽数据进行统计分析、分类筛选，得到表1：
表1 纸卷规格分类
根据纸卷规格分类参数，初步将货位深度设置为1800、2200、2800mm三种规格。
4.1.2 货格尺寸设计
在确定货物规格宽度的基础上，本系统采用组合横梁式货架，单货格形式。其中：货格有效宽度=货物宽度+2*侧向间隙=1250+2*55=1360mm；货格净高=货物高度（含搁架）+垂直间隙=1430+195=1625mm；根据货位深度不同，1800、2200、2800三种规格货物对应的承载单元计算重量分别为2150、2650、3100Kg，根据有限元计算结果进行货架规格选型，对应的立柱和横梁尺寸为120、100mm。结合自动喷淋消防设备的安装空间货架及立柱节距为75的整数倍的要求，确定单元货格尺寸，见表2：
表2 单元货格尺寸
4.1.3 货架规划
结合仓库可用宽度及消防分区的要求进行线性规划，根据计算出的最优解，得出以上规格对应的巷道数分别为6、4、4个，总计14个巷道。结合仓库长度方向可用空间及可用净高度的限制，自动仓库的货架设置为83列，14层。故整个自动仓库的总货位数为：（6+4+4）*2排*83列*14层=32536个。理论存储量为：32536个*1.66吨=54009吨。按照80%的存储原则，实际存储量约为43200吨，能够满足存储需求。
该系统的规格设计参数见表3
表3 自动仓库系统规格设计表
4.2 堆垛机设计
4.2.1 载货台工作时间
载货台工作时间主要包括定位、货叉探测、货叉作业循环等。货叉最大行程为2.8米。
T1=2+2+2+2+2.8*4/(40/60)=24.8s
其中，货叉每次定位探测的时间约为2s。
4.2.2 堆垛机行走时间
堆垛机的行走主要包括水平和升降两个方向，一个工作周期的运行范围为：堆垛机从入库点至P1（L/5，2/3H）点存放货物，然后到P2（2/3L，H/5）点取货，最后到出库点。在本系统中，H=22.4m，L=125.4m。
T2=2+2+2+2+125.4/(160/60)+22.4*(4/3)/(40/60)=100s
其中，堆垛机每次启动停止的时间约为2s。
4.2.3 堆垛机规划
系统每小时最大处理量为（400+200）/1.66≈362个纸卷出入库，每条巷道负责362/14≈26卷。即单台堆垛机在60/26≈2.3min=138s内完成一个纸卷的入库或者出库工作循环。根据计算，堆垛机主要运行参数见表4
表4 堆垛机运行参数
五、结束语
本文是以具体项目为依托，在深入实际调研的基础上，结合纸卷储存的具体要求，经过计算讨论，得出仓库的布局和系统设计参数，最大程度的提高仓库的存储量。通过仓库管理系统的统一调配，大大提高出入库能力，降低发货错误率。并可以与工厂生产管理系统整合，使生产管理更加科学、高效，有效提高生产效率。本文对指导纸卷自动仓库的设计和新建、改造仓库系统具有参考作用。
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作者:上海中船重工船舶推进设备有限公司
马建伟/李晖/龚浩杰
来源:中国储运网
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