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箱式贮丝密集库与高架库选型探讨

[罗戈导读]本文介绍了国内物流行业自动化仓储在成品烟丝仓储环节的发展现状及发展趋势,以宝鸡卷烟厂制丝线升级改造项目中箱式贮丝工程建设为背景,对近年来的烟草工业企业成品烟丝仓储现状进行研究。

文|陕西中烟工业有限责任公司宝鸡卷烟厂

陈培荣 罗宝斌

宝鸡卷烟厂计划2020年至2022年实施制丝线升级改造项目,计划投资金额6.99亿元,该项目于属于国家烟草局审批项目,其中包含拆除部分贮丝柜,新增箱式贮丝系统内容。对于箱式贮丝系统的具体形式,工厂组织相关技术人员进行了多方面考察及调研,对目前在用的多种箱式贮丝形式及关键因素进行探讨及对比。本文将以宝鸡卷烟厂制丝线技改中箱式贮丝项目建设为背景,对目前主流的密集库和高架库进行研究,分析在就地技改中的适用性,以供相关企业和各位专家学者参考。

一、基础条件

1.自动化立体库发展现状

自动化仓储技术是物流装备的一部分。自动化仓储技术,从狭义上即是自动化立体库(AS/RS),从广义上还包含自动输送系统(含各种输送机、穿梭车、AGV以及输送流程需要的其他定制化设备等),自动拣选与分拣系统,自动识别系统等。中国自动仓储技术的市场应用经历了漫长的过程,目前已经几乎覆盖了烟草、医药、零售、机械制造等国民经济的主要方面,各行业对自动化立体库的需求推动了自动化立体库的快速发展。

2.烟草仓储物流的发展现状

近20年来,随着烟草行业改革发展,烟草物流一路前行,从无到有,从小到大,从传统货运到现场物流,从平房仓库到自动化立体库仓储,走出了一条自主建设、创新发展的道路,取得了令人瞩目的成就。

随着现代物流建设的推进,烟草行业在配方高架库、辅料高架库、成品高架库的基础上,将现代物流建设取得的新成果在烟丝仓储上进行了推广应用,并根据烟丝仓储的特性进行创新,应用了智能调度算法、RFID、机器人、成像识别等新技术,创新发展智能烟丝装箱、柔性翻箱喂丝及烟箱自动清扫检测等方面,仓储建设标准和能力持续提高。从“十二五”至“十三五”规划期间,烟草行业开始推广箱式贮丝技术,在实现了“小空间、大存储、高效率”的同时,提升了贮丝工艺的柔性化生产水平,烟草“守库人”不断探索创新,推动仓储管理持续提质增效,充分结合自身企业的实际情况,把仓库建设现代化与自身企业条件紧密联系起来,并逐步探索。

早期由于卷烟规模生产的特性要求,大多数卷烟企业均采用批量连续生产的柜式贮丝,以实现大批次、大品牌的生产模式。但随着消费者对卷烟产品需求的多元化和个性化不断增长,市场对卷烟生产柔性化水平的要求也不断提高,伴随现代物流技术和现代生产技术的提升,箱式贮丝已成为提高卷烟生产柔性化水平的必然选择,烟草行业内陆续出现了以AGV搬运的烟丝库、以子母穿梭车搭配的密集库[1]、以传统巷道式堆垛机的高架库[2]等诸多项目案例。

3.研究对象

本文以宝鸡卷烟厂制丝线就地技改箱式贮丝建设基本需求为背景,其制丝生产能力,按制丝车间两班生产计算,每年为60万箱;土建基础则在原有贮丝房进行改造,最低净高为6.7m;烟丝入库流量为14000kg/小时;烟丝出库流量为7833kg/小时;烟丝存储能力(按2天生产需求计算)≥250656kg。宝鸡卷烟厂贮丝房改造,由于场地面积受限,以AGV搬运的烟丝库不在考虑范围,下面主要对密集库与高架库的方案进行探讨。

密集库:以四向穿梭车+密集库的箱式贮丝存形式,如图1所示,目前有旬阳、兰州卷烟厂在使用。

图1:四向穿梭车密集库

该布局可布置1304个货位,货架高度为6.4m,有效货位(按烟丝牌号堆放规则及批次管理要求,利用率按75%计算)为978个。箱体数据方面,外箱尺寸(含盖):1280mm×1280mm×1286mm;内胆尺寸:1200mm×1200mm×1210mm。单箱容量为153kg/箱;即最大存储能力为978货位×153kg/箱×2箱(上下2箱为一跺)=299268kg。

烟丝入库流量:14000kg/小时÷

153kg/箱÷2=46垛/小时;

烟丝出库流量:7833kg/小时÷

153kg/箱÷2=26垛/小时;

高架库:以巷道式堆垛机+高架库的箱式贮丝存形式,如图2所示,目前芜湖卷烟厂、南昌卷烟厂在使用,什邡卷烟厂正在技改中。

图2:巷道式堆垛机高架库

该布局可布置1274个货位,减去土建立柱影响的货位,可使用货位数量为1218个货位,货架高度为6.6m,有效货位(按烟丝牌号堆放规则及批次管理要求,利用率按95%计算)为1157个。箱体数据方面,外箱尺寸(含盖):1284mm×1284mm×1130mm;内胆尺寸:1200mm×1200mm×

1050mm。单箱容量为133kg/箱;

即最大存储能力为1157货位×

133kg/箱×2箱(上下2箱为一垛)=307762kg。

二、关键因素分析

1.故障影响

密集库内设备采用四向穿梭车+

货架的形式,动力设备采用四向穿梭车,四向穿梭车一旦出现故障停在巷道内,由于人员很难进入,导致设备故障处理时难度很大、耗时较长,处理时需要借助移动平台,人工将故障的穿梭车移除后,使用其他正常的穿梭车才能继续烟箱出入库任务的执行。人工进库排除故障时,如果是第二层的穿梭车,高度超过2m,属于高处作业,需要审批才能进行故障排除。

高架库内设备采用巷道式堆垛机+货架的形式,如果堆垛机出现故障,该设备负责的两侧货位烟丝箱均不能出库,因此对设备的稳定性要求较高,在翻箱机前段配置缓存位后,四台堆垛机同时停机允许的最大停机时间为60分钟,单台停机不影响烟丝出库的正常运行,从目前原料高架库的运行情况来看,堆垛机在取放标准货物时,运行相对稳定,故障率很低。

2.灵活性[3]

密集库在具有货位利用率高的同时,具有一定的灵活性,4箱为一个单元的有84个,10箱为一个单元的有112个,12箱为一个单元的96个,共计292个单元,其中多数为10箱以上的调度单元,在需长时间存放的小规格烟丝较多时,可用库存以及货位利用率将大幅衰减,而且不能做到烟箱的精准存取。而高架库货位利用率高的同时,其灵活性很高,均为2箱为一个单元,共计1274个单元,可做到每一个烟箱的精准存储,保障货位的利用率,不受品牌规格大小及烟丝批次重量的影响。

3.货位利用率[4]

密集库的一条货道一旦被其他规格货物占用,该条货道就不能进行新规格货物的入库存放,因此密集库的利用率与规格的数量关系紧密,利用率一般在70%以上。

高架库货位的利用率较高,可以取货架内任意一垛烟箱,利用率一般在95%以上。

4.设备维护

密集库投用后,需要定期对电池进行更换,由于采用的是专用电池,电池更换费用较高;而高架库投用后,需定期对堆垛机天轨、地轨进行校正,定期更换导向轮。导向轮属于铸铁件,加工成本较低。

5.安全隐患

采用四向穿梭车需在货架角落布置充电站,烟丝库内烟沫粉尘较大,属于高风险防火区域,区域内配置自动化充电站持续充电时,电池会出现发热现象,存在较大的安全隐患。同时,由于仓储过程中,两箱码成一垛,存在货物掉落的风险,需加强人员进库管理;而高架库仓储时,也存在货物掉落的风险,必须做好人员进库管理。

6.保养和防虫

密集库由于密集的货架结构,人员很难进入货架内部,无法及时、方便地对库内地面、货架、轨道的烟沫粉尘进行清洁,将导致烟丝库虫情控制难度较大,同时在杀虫作业时作业点布置选择较困难。高架库区域设备停机后,人员可以进入任何区域进行烟沫粉尘清洁,有利于虫情的防治,杀虫作业时作业可根据需求选择任意作业点。

7.调度系统复杂及成熟度

四向穿梭车是近年才推出的新技术,其调度需要较高的可靠性、灵活性才能发挥其应有的效率,一旦系统调度出现问题,系统效率会有较大影响,所以其调度系统比传统的堆垛机系统更复杂。另外,四向穿梭车需要配合提升机使用,提升机可能出现的故障、维修、保养也会影响到整个系统的正常运行。

堆垛机调度系统属于传统的、成熟的系统、由于没有多个小车的协同调度,其系统相对简单,更加可靠。

三、方案分析

本文根据箱式贮丝建设的关键因素及宝鸡卷烟厂特点,分别对密集库和高架库的相同因素进行了对比,如表1所示。

宝鸡卷烟厂目前在用的高架库系统有三套,分别为配方高架库、辅料高架库、成品高架库,均为2008年底投入使用,经过十几年的管理及运行维护,有一套成熟的高架库管理机制和一个熟练的设备操作、维护、管理队伍,如果采用高架库方式,技改后将对生产的保障更有信心。

在项目建设考察时,笔者了解到,行业在箱式储丝过程中,对外香型烟丝要求专箱专用(南昌卷烟厂在招标文件中有明确的要求),以防止不同规格的烟丝串味,宝鸡卷烟厂好猫(细支长乐)就属于外香型烟丝,目前采用专用的储柜进行存放。采用密集库方式很难实现专箱专用,即使实现也将造成大量货位锁定,使货位利用率大幅缩水;而使用高架库仓储时,只需要在仓储管理系统中进行优化,即可实线外香型烟丝专箱专用,对货位利用率不会造成任何影响。

四、结论

近5年来,在烟草行业掀起了新一轮的装备硬件升级改造,例如福建中烟、江西中烟等,由于场地受限,密集式仓储系统以其高密度存储、自动化作业正在成为仓储系统建设的趋势,但密集式仓储系统在节约空间的同时,出入库效率明显低于自动化高架库,密集库不适合品牌规格太多的使用场景,小规格烟丝较多时,可用库存以及货位利用率将大幅衰减,到一定程度时,会成为制约制丝生产的瓶颈。若在四向穿梭车调度算法、货位单元组合以及整个物流信息系统上做些优化,使得仓储出入库效率得以提高,也能取得不错的效果。当然,密集式自动化存储的方式多种多样,企业应结合能力需求、投资预算等自身实际情况,来综合确定采用何种仓储模式,优化规划方案,以实现预期目标。

宝鸡卷烟厂目前生产能力为60万箱/年,卷烟规格已多达18个,且在生产过程中要求满足10个卷烟规格的同时生产,结合宝鸡卷烟厂的生产特点及特殊化要求,笔者认为,“堆垛机+高架库”模式更符合宝鸡卷烟厂的生产模式需求。在宝鸡卷烟厂制丝线升级改造项目建设中,宝鸡卷烟厂也采用了“堆垛机+高架库”模式箱式贮丝,实际投资额为4392.31万元,3个月内完成实施,库存能力、出库流量等均满足使用要求。

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