原创《一次性托盘共用体系在自动化物流系统中的应用》
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李成友 许国春 储汝涛 张祖提
摘 要：本文通过对一次性托盘的特点分析,采用托盘共用体系建设理念,提出一次性托盘作为物流系统载具的关键技术解决方案,使物流系统具有柔性,可完成多种规格托盘的处理要求；并结合应用案例,介绍了物流系统的规划设计及实施经验,实现了一次性托盘货物单元在输送、搬运及存储环节的一贯化作业.
关键词：一次性托盘；托盘共用体系；柔性物流系统；自动化立体仓库；规划设计
现行的货物搬运平托盘ISO标准,采用6种尺寸规格共存的制定方式,涉及欧洲、北美、亚洲不同国家和地区的标准托盘规格.托盘的适用范围,既要满足国际经济贸易高速增长的发展需求,又要兼顾国内行业供应链结构形式各异的托盘包装标准.短时间内托盘联运共用系统覆盖有限,也无法实现单一的托盘标准,一次性托盘依旧是解决一贯化运输的重要保障.随着自动化物流系统的广泛应用,对于外贸型或沿用供应链结构建立托盘包装的企业,托盘规格的选择成了制约自动化物流系统建设的关键因素.虽然目前常用以托盘包装单元为子托盘加装母托盘的方式,实现货物单元在输送、存储、搬运过程中的标准化管理,但是增加了托盘及设备投入,提高了系统的自动化复杂程度,容易导致后期高昂的运营维护成本.因此,使用一次性托盘为货物单元化载具的物流系统,更能节约投资,且流程简捷,可有效缓解设备运行压力,也越来越为更多的企业所重视.
一、一次性托盘的性能特点
一次性托盘常用的材质为木和胶合板,制作精度差,外形尺寸参照运输条件、当地托盘标准、货物外形或者指定的包装要求.托盘的底部结构、底铺板及垫块也存在相应的差异.一次性托盘包装有利于保护物品,提高装卸作业效率,实现货物的一贯化运输.而且选用一次性托盘包装的货物,通常都为木箱或者缠膜打带包装,重量及外形规整,稳定性较好,为自动化物流系统的建设创造了条件.
二、技术难点及处理措施
根据ISO标准,托盘最大边与最小边的尺寸差为419mm,对于遵循供应链结构包装的托盘尺寸,可能面临更大的差距.为缩减制造成本,托盘的高度和结构也各不相同.实现一次性托盘的自动化处理,必须对托盘进行相应的规范化调整.底部结构需具有自由叉孔以便于自动化设备搬运,降低设备的自动化复杂程度；托盘的外形尺寸偏差不宜太大,极差满足自动化设备叉体宽度的搬运要求；底铺板具有一定的强度,防止在输送过程中因设备的局部支撑而发生断裂.
按照企业供应链结构,不同的供货渠道还会改变货物的包装规格,托盘也存在各式各样的差别.因而,针对一次性托盘规划建设的自动化物流系统,必须具备一定柔性,可满足多种托盘规格的处理需求.结合一次性托盘性能特点及其自动化工艺处理要求,托盘共用体系在自动化物流系统中的应用,主要技术难点体现在以下几个方面.
1.输送
通常输送线主要由辊道输送机、链式输送机和升降输送机构成.为确保货物的连续平稳输送,需要将设备输送移载方式依照对应的托盘底部结构进行调整.在设备接口位置,设计较小的过渡间隙,以适应不同托盘的底铺板及垫块外形尺寸.
2.搬运
对一次性托盘包装货物的搬运,主要体现在巷道堆垛机、R、A及人工叉车搬运类设备上.“川字底”托盘有利于电动搬运车完成货物的落地式作业,提高作业效率,减少人工搬运对平衡式叉车的依赖,甚至降低自动化设备搬运机构的复杂程度.自动化物流系统的一次性托盘宜为“川字底”结构.由于一次性托盘的外形尺寸很难统一,底部尺寸也存在差异,物流设备的搬运机构宜采用叉式,以兼顾不同的托盘规格.
3.定位
一次性托盘包装货物的输送、搬运和存储定位,是突出物流系统柔性的最关键部分.在人工作业界面需要较大定位余量,以减少人工定位时间占用,提高作业效率.在自动化设备处理环节,又需要提高托盘货物的定位精度,以减少设备故障率,提升自动化设备的搬运效率.
托盘货物在自动化物流系统中的节点定位就显得至关重要.鉴于一次性托盘包装货物具有较高的搬运效率,在自动化物流系统中大多采用输送线处理工艺,实现货物的队列连续缓存输送,提高输送效率.货物输送过程中的定位主要表现在直线输送环节需要有可靠的导向,确保输送过程的方向性；直角输送环节需要对不同规格的托盘完成逻辑定位,确保输送传递过程中货物位置的精确性；在巷道堆垛机的取放货位置,还应针对货叉结构形式,对货物的停靠位置及自由叉孔高度进行相应的调整,确保巷道堆垛机对不同规格托盘搬运过程中的可靠性.
4.存储
存储采用横梁式组合货架.受一次性托盘外形规格以及自由叉孔的高度尺寸限制,货架的设计需具有兼容性,可在一定尺寸偏差范围内完成对托盘货物的存储.为节约货架的投入成本,提高一次性托盘在货架内存储的承载能力,在货格存储单元的横梁上增加支撑垫梁.进而解决巷道堆垛机货叉对不同高度托盘的适用性,以货架满足不同规格托盘货物的承载需求.
三、应用案例
1.项目概况
一次性托盘共用体系在自动化物流系统中的技术解决方案,在玻璃纤维行业得到了应用.该项目为成品库,建筑长180m、宽35m、可用净空高度约为21m.目前入库方式为货车转运后,使用叉车搬运,远期可扩展为A搬运自动入库.出库模式为提前备货,集中装车发货.信息载体为条码.载具为一次性木或胶合板托盘.
2.托盘参数
托盘货物涉及三种类型,共5种一次性托盘规格,托盘结构形式为四向进叉“川字底”托盘,额定设计承载1500kg（见表1）.托盘1表面为铺板组合件,其余托盘表面为顶铺板,托盘5的顶铺板根据包装要求设计有板缘.
3.规划设计
物流系统规划建设位置远离生产区域,现阶段需由平板车完成二次转运,为提高托盘货物的装卸效率,节约建设成本,设计方案采用一次性托盘为载具,实现托盘货物转运、输送、存储、搬运过程的一贯化作业.
（1）总体布局
根据园区物流动线,物流系统规划设计采用一端入库一端出库的模式.整体规划布局为出库端高于入库端,入库端运输车辆为平板车,设备安装基准面与路面高度一致；出库端运输车辆为厢式货车,设置月台,高度为1.5m；入库为集中式作业,设置有2个入库站台；为满足提前缓存备货出库需求,采用分散式站台.系统配备6台巷道堆垛机,货架设计为单深双货位结构,输送系统为不同设备组成的连续式输送线.入库输送线具有在线缓存功能,配合发货区域的离线缓存,可提升系统的故障应急或者峰值流量处理能力（见图1）.
（2）系统功能及技术指标
物流系统的主要流程为出入库管理,以及全程的信息化管控.站台配备有超声波检测装置,可提高叉车取放货作业效率,保障人机安全.输送系统设计能力为200盘/小时,系统设计运行能力为180盘/小时.货架设计高度20.45m,托盘存储货位数量14400个.
4.关键技术解决方案
（1）输送类设备
输送系统采用链式和辊道输送设备相结合的方式,链式输送机采用4链环结构,输送定位基准面为靠近巷道的设备单侧.辊道输送机对托盘货物的输送定位为设备中心.链式输送机沿巷道方向布置,辊道输送机垂直于巷道方向布置.两种设备之间的传递输送由升降输送机完成,输送体结构为辊筒.托盘货物在升降输送机上的定位,经光电开关检测停位点后,控制电机制动完成.（见图2）
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（2）搬运类设备
搬运类设备主要为巷道堆垛机.由于托盘货物载重较大,为降低巷道堆垛机搬运机构的复杂性,托盘货物的定位依靠取放货站台的升降设备完成.通过对升降设备台面的异型设计,增加了托盘自由叉孔的伸叉空间高度,解决了巷道堆垛机货叉对不同高度托盘的搬运需求.
为使托盘的伸叉空间最大化,保障货叉具备足够的宽度满足设计承载.托盘货物在堆垛机取放货站台的定位采用居中法,依照货叉的设计宽度,在伸叉宽度偏差范围内将托盘划分为大、小两档.大托盘采用托盘宽度边为定位基准,小托盘由中间底铺板及垫块为定位基准.托盘定位执行机构由升降台完成,升降台设计有两级升降行程,第一级升降完成小托盘定位,第二级升降为抬升托盘的伸叉空间,供巷道堆垛机搬运货物使用.（见图3）
（3）货架
货架采用在横梁上焊接贯通式支撑垫梁的方式,以确保托盘底铺板得到有效支撑,从而提升托盘的额定承载.为节约投资,缩短货架制造安装周期,支撑垫梁为型材制作.（见图4）
5.实施效果评价
通过托盘共用体系物流系统的建设,精简了设计流程,实现了对产品质量全程追溯的信息化管理,自动化工艺可满足一次性托盘多种规格的柔性处理要求.设备运用维护简单,运行平稳,具有较高的作业效率.物流系统在输送、搬运及存储环节未额外增加母托盘,减少了投资成本,降低了货物的垛型高度,提升了库存容量,取得了较好的经济效益.
四、结束语
采用一次性托盘共用体系建设的自动化物流系统,扩展性强,可快速适应市场需求变化导致的托盘尺寸更改.在系统能力大,存储货位多的使用环境下,更能凸显其经济性,也将会成为解决一次性托盘实现一贯化作业的发展趋势.
（作者单位：昆明昆船物流信息产业有限公司/华中科技大学机械科学与工程学院）
物流系统论文参考资料：
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