穿梭车系统在聚烯烃成品自动化仓库中的适用性和可行性

本文从穿梭车系统分类介绍入手，借助能力计算、仿真软件CCLE2010和AutoMod，结合昆明昆船物流信息产业有限公司（下称“昆船”）部分项目实施案例，通过综合分析，得出不同类型穿梭车系统在不同输送需求场合的适应性。进一步对石化行业穿梭车系统的应用规划案例进行归纳总结，从而验证了穿梭车系统在聚烯烃成品立体仓库自动化方案中的适应性和可行性。本文为今后石化行业聚烯烃成品立体仓库自动化方案的总体规划设计工作提供一定的科学的理论和参考依据。

近年来，随着物流行业的飞速发展，穿梭车系统在各领域自动化物流系统中应用日益广泛，涉及烟草、轮胎、医药、化工、酒业、快消品、部队、家电、电商等多种行业。穿梭车系统在总体规划布局中，大大简化了立体库前端输送工艺线路，使得布局更加紧凑、简捷；加之其本身动态移载的特点，物料可以在不同工位之间传送更加快速和准确，从而大大提高物料的运转效率。

本文从穿梭车系统分类介绍入手，借助能力计算、仿真软件CCLE2010和AutoMod，结合昆船公司部分项目实施案例，通过综合分析，得出不同类型穿梭车系统在不同输送需求场合的适应性。进一步对石化行业穿梭车系统的应用规划案例进行归纳总结，从而验证了穿梭车系统在聚烯烃成品立体仓库自动化方案中的适应性和可行性。

一、穿梭车系统介绍

一般来说，从运行方式上，穿梭车可分为往复式穿梭车和环行穿梭车，根据昆船穿梭车产品系列，往复式穿梭车可细分为直轨、L型轨、U型轨等单轨/双轨穿梭车；环行穿梭车又可细分为单/双轨、无道岔、不可换轨型环穿系统和双轨、带道岔、可换轨型环穿系统。

1.往复式穿梭车系统

往复式穿梭车是一种智能型轨道搬运设备，如图1。

在电控系统控制下，通过条码/激光认址，精确定位于各个输入、输出工位，接受物料后进行往复双向运输，可以实现不同方向上物料的输送。

往复式穿梭车系统是自动化物流系统中重要的输送设备，它外形美观，结构简洁，整个运行过程机动灵活，能在有效输送路线上实现输送目的地的任意变动。一套往复穿梭车系统往往可以代替大量的不同类型的输送机和升降输送机，不仅降低了自动化物流系统投入成本，而且减少了输送设备的占用面积，可提高仓储的空间利用率。但在进行自动化物流系统的总体方案规划设计时，整个自动化物流系统输送能力的瓶颈点往往也是穿梭车系统，因此往复式穿梭车系统的最大输送能力决定了其在不同规划方案中的适用性和可行性。

昆船某项目直轨穿梭车系统利用物流设备能力计算软件CCLE2010（昆船公司利用从事物流设计10多年的丰富经验，针对物流系统中常用的关键物流设备提供的单机快速能力计算软件，是国内首家拥有自主知识产权，针对能力计算申请著作权登记的软件）对其进行能力计算。具体能力计算输入参数如图2。

穿梭车系统具体仿真能力计算结果如图3。

从图3我们可以看出，当穿梭车轨道长约40米，输入参数为水平运行速度160m/min，加速度为0.5m/s2，输送速度为12m/min时，能力计算出该穿梭车系统输送能力为74.8托/时，根据昆船多年的工程实施经验，该结果也比较符合实际。当往复式穿梭车系统运行轨道长度适中，接货站台布置简单时，系统最大输送能力不超过80～90托/时；当往复式穿梭车系统运行轨道长度增加，接货站台布置复杂、数量较多时，系统输送能力将大大降低。

对于往复穿梭车系统一般采用单车配置，即便采用一轨双车或者一轨多车系统，控制策略多采用分区作业形式，因为穿梭车系统往复运行的特性，若有两台或者多台车子同一轨道上运行时，会产生交叉避让现象，多车运行反而降低系统能力，故当输送系统要求能力大于80～90托/时且系统不具备分区作业的情况下，往复式穿梭车系统适应性和可行性失效。

2.环行穿梭车系统

环行穿梭车系统由往复式穿梭车系统发展而来，是在往复式穿梭车单条直行轨道基础上，再增加相同的一条直行轨道和两端弯道便形成了环行穿梭车系统的运行轨道，在该环行轨道上可以有多台穿梭车同时沿顺时针/逆时针单方向环形运行取代往复穿梭车系统的往复运行，从而弥补了往复式穿梭车输送能力不足的缺点。

环行穿梭车系统是一种智能轨道导引型搬运设备，它是一种高速、高效的平面自动输送设备，具有高度的自动化和灵活性，可以实现不同方向上物料的输送。一个合理布局的环行穿梭车系统可以代替若干台直线穿梭车及输送机、甚至无人导引车的工作。

（1） 环行穿梭车系统（单/双轨、无道岔、不可换轨型）

单/双轨、无道岔、不可换轨型环行穿梭车系统是为适应现代化物流系统的快速发展而开发的智能型单/双轨道导引搬运设备。在电控系统控制下，通过条码认址精确定位于各个输入、输出工位，接受物料后进行环行单向运输，可以实现不同方向上物料的输送。老板电器项目1楼的环穿系统，如图4。

①单/双轨、无道岔、不可换轨型环行穿梭车系统的典型案例应用

a.茅山老板电器数字化智能制造基地是厨电行业第一个智能化工厂，入选了国家工信部智能制造试点示范项目。

b.杭州老板电器茅山智能制造基地智能物流仓储中心，是目前国内家电行业存储物料单元尺寸最大（托盘尺寸2100×2000×1650mm）、货架堆垛机最高（高度31.55m）、巷道最长（长度151.8m）、存量最大（库区占地面积21120平方米，存储货位数量32976托盘位）、自动化程度最高的自动化立体仓库。

立体库含3套环行穿梭车系统，可同时满足各种成品配件出入库，穿梭车台数近40台，满足最大出入库流量约650托/时需求。

②单/双轨、无道岔、不可换轨型环行穿梭车系统输送能力

图5为昆船某实施项目单轨、无道岔、不可换轨型环穿系统利用目前国内物流界应用最早、最权威的仿真软件AutoMod对环穿系统进行建模，系统连续运行10小时后（台数分析范围为1～20台），输出的Line Graph：

从图6中我们可以看出，当环穿系统台数增加到12台时，系统能力达到240托/时，台数为20台时，系统能力为265托/时，在系统台数由12台增加到20台过程中，系统共增加了8台车，但系统能力只提升了25托/时，也就是说，当台数达到某个值时，系统再增加穿梭车数量已经对系统能力无实际影响，或者说系统能力已经饱和。这是因为在站台较多的情况下，穿梭车接送货物需要排序。随着穿梭车数量的增加，车辆的交通堵塞现象会非常严重，此时环穿调度系统变得尤为复杂，系统成本也随之大幅增加，若系统能力要求再次增加/大幅增加，整个环穿系统运送能力变得愈发的低效，适用性、可行性以及性价比变差。此时，可换轨型环穿系统的出现很好的解决了该问题，在系统处理能力要求≧230～250托/时，表现出了较强的适用性。

（2）环行穿梭车系统 (双轨、带道岔、可换轨型)

环行穿梭车系统(双轨、带道岔、可换轨型)结合了常规悬挂轨道的优点和自身的优势，路径可根据企业实际需要或工艺流程来定制，故可以满足路线灵活、大流量的需求，应用于复杂化可变顺序流程，从而实现优化流程路线、提高效率。

网易考拉项目环穿系统（出厂前测试），如图7。具体特点如下：

轨道线路控制灵活，可柔性的适应应工艺调整，降低流程的时间和成本；

对单机故障有较强冗余能力；

可按需求组合不同功能的载货装置，运行安静；

模块化结构适应生产布局的变化，可灵活满足将来延伸和扩展需要。

①环行穿梭车系统 (双轨、带道岔、可换轨型)典型案例应用

网易考拉海购宁波1号保税仓自动化立体仓库系统项目。

该项目是网易考拉在国内投入最多、规模最大、自动化水平最高的跨境智慧保税仓战略项目。

面积达34万平方米，可满足超过6000万件商品的存储要求，跨境订单处理能力可达每日30万件，一年可处理超过1亿件跨境订单。

立体库含2套环行穿梭车系统，需满足总出入库量约900托/时；两套系统含约15个道岔，轨道总长约1.6km轨道，穿梭车总台数约80台。

②环行穿梭车系统 (双轨、带道岔、可换轨型)输送能力

在系统功能上，环行穿梭车系统 (双轨、带道岔、可换轨型)实现了往复式穿梭车和环行穿梭车搬运系统的全部功能，包括直行、转弯、分岔行走和搬运。在道岔处需要改变行走方向时由穿梭车自己根据转向要求通过转向机构实现行走方向的改变, 从而实现设备自主换轨转向，并采取单车独立控制，自主选择路线执行上位系统下发的任务，具有较高的效率。

由应用案例介绍可以知道，相较于传统形式的环行穿梭车系统（单/双轨、无道岔、不可换轨型），环行穿梭车系统（双轨、带道岔、可换轨型）单套系统最大输送能力可达近500托/时，更加适用于流量大、距离长、工艺布局复杂状态下的物料输送，具有较高的输送灵活性、响应时效性和供料连续性。

二、石化行业聚烯烃成品立体仓库自动化系统规划特点

1.石化行业产品工艺流程

（1）成品托盘入库和空托盘组出库的流程

聚烯烃颗粒（25kg包装袋）由生产线经包装线码垛机、缠膜机完成码垛（在包装码垛机组进行包装时，已经在控制系统中通过托盘数字条码/RFID电子标签标记上物料的种类、批号、生产日期等特征信息）、缠膜以后，送至入库站台，进行外检、条码读取，合格后，由入库输送系统送至堆垛机入库输送机上，再由堆垛机将成品托盘送入立体库指定货位上，系统自动更新数据库，入库完成。

若外检不合格或条码读取失败，则由输送系统送至剔除站，通知人工通过无线手持处理。

当空托盘组需出库时，上位系统向计算机系统下达物料出库指令，计算机系统自动生成出库任务，调度堆垛机从立体库中取出相应空托盘组，并搬运至出库输送机上，出库空托盘组由输送系统输送至空托盘组供给线，经托盘拆分机拆分为单个空托盘输送给包装线码垛机使用。

（2）成品整托盘出库（平板车/集装箱/火车发货）和空托盘组返库的流程

当聚烯烃成品托盘需整盘出库时，上位系统向计算机系统下达物料出库指令，计算机系统自动生成出库任务，调度堆垛机从立体库中取出相应托盘，并搬运至出库输送机上，出库托盘由自动输送系统输送至平板车/集装箱发货站台，叉车工装车根据LED屏上显示信息将货物搬运相应车位。若托盘与物料需分离，可采用自动翻转机构将两者分离后，被叉车搬运至发货车辆上，单个空托盘自动输送至托盘码分机将单个空托盘码成垛后，再由自动输送系统送至空托盘组入库站台进行入库。

2.规划案例及布局

（1）规划案例一

①存储物料

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

b.产品特性：颗粒状，流动性好、无毒、无腐蚀性、可燃。

c.火灾危险性类别：丙类。

②设计依据

a.仓库工作时间与出入库流量：

入库二班制，出库一班制，每班8小时；

b.出入库流量：

北侧成品入库量:220垛/小时；

南侧成品出库量275垛/小时，EVA入库量为40垛/时。

c.出库方式：

平板货车，装车位按需配置；

集装箱货车，装车位按需配置。

③规划布局

a.北侧：O型单轨、无道岔、不可换轨型环行穿梭车系统；

b.南侧：L型双轨、带道岔、可换轨型环行穿梭车系统。

④本案例规划方案图，如图8

（2）规划案例二

①存储物料

a.储存物料名称：聚丙烯（PP）产品。

b.产品特性：颗粒状，流动性好、无毒、无腐蚀性、可燃。

c.火灾危险性类别：丙类。

②设计依据

a.出入库流量：

成品入库量：160托/小时；

成品出库量：250托/小时。

b.出库方式：

平板货车，装车位按需配置；

集装箱货车，装车位按需配置。

③规划布局

a.入库端：L型单/双轨、无道岔、不可换轨型环行穿梭车系统；

b.出库端：L型单/双轨、无道岔、不可换轨型环行穿梭车系统

④ 本案例规划方案图，如图9。

（3）规划案例三

①存储物料

a.储存物料名称：聚丙烯（PP）产品。

b.产品特性：颗粒状，流动性好、无毒、无腐蚀性、可燃。

c.火灾危险性类别：丙类。

②设计依据

a.仓库工作时间与出入库流量：

入库：12小时；出库：8小时；

平均实托盘入库量：360盘/小时；

平均出库量：540盘/小时。

b.出库方式：

平板货车，装车位按需设计；

集装箱货车，装车位按需设计；

火车发货，装车位按需设计。

③规划布局

a.入库端：T型双轨、带道岔、可换轨型环行穿梭车系统；

b.出库端：T型双轨、带道岔、可换轨型环行穿梭车系统。

④本案例规划方案图，如图10。

（4）规划案例四

①存储物料

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

b.产品特性：颗粒状，流动性好、无毒、无腐蚀性、可燃。

c.火灾危险性类别：丙类。

②设计依据

a.仓库工作时间与出入库流量：

入库：24小时；出库：11小时；

b.平均实托盘入库量：200盘/小时；

c.平均出库量：270盘/小时。

③规划布局

a.入库端：O型单/双轨、无道岔、不可换轨型环行穿梭车系统；

b.出库端：L型双轨、带道岔、可换轨型环行穿梭车系统。

④本案例规划方案图，如图11。

三、总结

近年来，随着经济的快速发展，中国石化工业发展加速，聚烯烃装置开工率高达90%以上，新增产能迅速增长，单就聚乙烯产品来说，中国已经成为仅次于美国的世界第二大生产国。加之受行业下游需求旺盛的影响，未来聚烯烃行业格局良好。但与之相反的情况是，目前石化行业落后的储存和搬运方式已严重制约行业的发展。现行较为常规的做法为叉车仓库，聚烯烃成品垛盘或吨袋由叉车搬运至平库，并堆成2～3 层的料堆，完成储存作业。

随着石化行业第一个聚烯烃成品立体仓库——中石化镇海炼化立体库的投入运行，自动化立体仓库以其土地利用率高、自动化水平高、物流管理先进、人力成本节省等优点，已逐步成为石化企业仓库建设的首选。本文通过理论计算结合实际案例，确定了往复式穿梭车系统，单/双轨、无道岔、不可换轨型的环穿系统，双轨、带道岔、可换轨型的环穿系统等的最大输送能力，明确了三种类型穿梭车系统适用性，结合昆船在石化行业聚烯烃成品立体仓库4个规划案例中所用的穿梭车系统，验证了具备更快、更智能、更高效的性能特点的穿梭车系统在其中的合理性、适用性和可行性，与此同时，穿梭车系统应用也满足了当前石化行业立体仓库物料输送的实际需求。