無托盤載體單元物料自動化物流系統(tǒng)技術的研究
無托盤載體單元物料自動化物流系統(tǒng)，對于單元化包裝、規(guī)范性較好的物料的自動化物流技術處理，是一種可靠性、經濟性較高的理想方案。
近幾年，隨著“物流熱”的升溫，生產物流技術成功地進駐了許多企業(yè)，但是受到傳統(tǒng)自動化物流技術的局限，我們不得不為實現(xiàn)復雜的工藝而設計繁瑣的流程并采用過多的設備，影響到系統(tǒng)的造價和可靠性。為此，經過長時間的研究，我們對一些單元化、規(guī)范性較高的物料的倉儲處理工序進行了全面、細致、系統(tǒng)的分析，形成本文所述的無托盤載體單元物料自動化物流系統(tǒng)工藝技術方案。在該方案中，自動化物流系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)使用的托盤載體，直接使用單元物料進行輸送與倉儲。
如果使用托盤，在輸送系統(tǒng)設計上，由于增加托盤的輸送量，不僅降低了系統(tǒng)的輸送能力，而且還需要設置托盤自動分發(fā)、自動碼垛等必要的托盤處理裝置；在倉儲系統(tǒng)中，空托盤需要占據(jù)一定的倉儲貨格，從而影響立庫的存儲能力，系統(tǒng)還需要處理托盤出入庫，又影響到系統(tǒng)的出入庫能力。而這些因素對于多品種、小批量、大規(guī)模的生產模式將直接影響物料的準確及時供應能力。
不用托盤的技術方案，簡化了工藝，取消了托盤自動分離設備、托盤自動碼分設備與托盤輸送設備，精簡了設備，提高了立庫的有效容量，提高了物流作業(yè)效率，同時降低了工程造價。
本文所述的技術方案，對于單元化包裝、規(guī)范性較好的物料的自動化物流技術處理，是一種可靠性、經濟性較高的理想方案。這種自動化物流技術在“批量定制”的生產模式下有廣泛的應用前景。
一、使用托盤和無托盤的自動化物流系統(tǒng)工藝流程比較
托盤一直是自動化物流系統(tǒng)中單元化、規(guī)范化、標準化、信息化的有效載體，結構形式和規(guī)格都很多，在材質上有鋼制的、木制的以及塑料的等，其主要功能就是裝載物料，便于叉車、巷道堆垛機、貨架以及其他物流設備的叉取和存放。在傳統(tǒng)的自動化立體倉庫中，托盤的使用，帶來了信息化管理的可行、方便、規(guī)范和實用，但同時又必須系統(tǒng)考慮使用托盤的相關技術條件。在設備方面，需要設立托盤碼分裝置、托盤輸送設備、物料與托盤的裝載及分離設施、以及托盤倉儲的必要位置。在工藝流程上，則需要專門考慮托盤的處理流程，例如，空托盤組入庫，當購進空托盤或物流過程中產生空托盤需要入庫時，則需要設置人工或者自動化設備，將空托盤碼成托盤組（8個托盤為一組，或10個一組），再送到存儲區(qū)存儲；而需要空托盤出庫時，則需要從立庫中將空托盤組取出，配備拆分單一托盤的設備，在流水線上需要托盤的地方及時供給托盤。如此這些，都加大了工藝流程的復雜程度，增加了設備數(shù)量，加大了控制系統(tǒng)的復雜程度，增多了環(huán)節(jié)，相對降低了系統(tǒng)的可靠性，同時系統(tǒng)的造價提高了，能耗高了，托盤每隔一個時期需要更換，所以系統(tǒng)的后續(xù)運行成本也增加了。
對于一些規(guī)范包裝的單元物料，如卷煙原料單元物料、成品煙箱、規(guī)范包裝的家電、器材等，是否還需要再增加托盤這樣一個多余的載體，在本課題的研究過程中，我們認為沒必要。舍棄了托盤，就沒有了處理托盤的一系列工藝流程和設備，整個系統(tǒng)的工藝流程精簡了，會帶來提高可靠性、降低造價和降低后續(xù)運行成本等等一系列益處。但是，托盤是單一標準尺寸，而不同來源的單元物料的尺寸并不統(tǒng)一，但可歸整在一定規(guī)范內。要實現(xiàn)可靠輸送和自動化倉儲的要求，必須從技術上攻克以下難題：
?。ㄒ唬┦褂眯滦偷淖詣踊斔拖到y(tǒng)技術及設備，確保單元物料在輸送過程中保持正確位置姿態(tài)；
?。ǘ┦褂眯滦偷淖詣踊ㄎ患夹g及設備，準確無誤地保證物料（如單元物料）在自動化立體倉庫中的存儲位置；
?。ㄈ┦褂眯滦偷娜S外形尺寸檢測技術設備，在物流工藝中提供精確必要的物料外形尺寸；
?。ㄋ模┦褂眯陆Y構的立體倉儲貨架，有效地使用傳統(tǒng)的巷道堆垛起重機，實現(xiàn)自動化無托盤倉儲。
同時，結合工藝流程需要，保證高效率、準確及時地向生產線供應物料。
二、無托盤自動化物流系統(tǒng)涉及的關鍵設備
為了保證無托盤自動化物流系統(tǒng)的處理工藝，必須確保物料在工藝過程中維持正確的姿態(tài)，所以，必須研究適應無托盤物料處理的關鍵設備和技術。
（一）輸送設備
輸送設備是自動化物流系統(tǒng)中的關鍵組成部分之一，其主要功能是傳輸、接收、裝運、處理、裝配和存儲物料。而對于單元物料的無托盤自動化物流系統(tǒng)中的輸送設備，還需要另一關鍵系統(tǒng)處理功能，即維持物料在輸送過程中的正確姿態(tài)。要滿足這一要求，在單元物料和輸送接觸面間，不得在輸送過程中有相對運動。這樣的輸送設備有：
?。ˋ）皮帶輸送機：單元物料擺放在皮帶輸送面上，輸送皮帶由托輥支撐，靠驅動滾筒處的摩擦力帶動前行，單元物料在輸送帶上無相對移動，能保持其姿態(tài)。
?。˙）鏈式輸送機：鏈條由驅動鏈輪牽引，鏈條下面有導軌，支撐鏈節(jié)上套筒輥子，單元物料直接壓在鏈條上，隨著鏈條的運動而向前移動，單元物料和輸送面之間基本無大的相對運動。對于無托盤的單元物料的輸送處理工藝，比較理想的是平鏈輸送機。
?。–）鏈板輸送機：這是近年來比較常用的一種輸送設備，它兼?zhèn)淞似л斔蜋C和鏈式輸送機的優(yōu)點，也能滿足無托盤的單元物料的輸送處理工藝要求。
?。―）穿梭車：包括直線往復穿梭車和環(huán)形穿梭車等，能夠不改變單元物料的輸送姿態(tài)，而快速將物料輸送到指定的位置。
?。‥）AGV：AGV的普及應用使物料的搬運高度柔性化，在不改變物料輸送狀態(tài)的前提下，拓展了物料搬運的空間與距離，并且使整個系統(tǒng)生動起來、人性化起來。
?。‵）搬運機器人：裝備不同專用夾具的搬運機器人，能夠在指定的范圍內將物料以正確的貨姿，搬運到指定垂直空間的不同位置。
?。ǘ┳詣訉χ性O備
自動對中裝置是一種滿足無托盤物料輸送貨姿的一種新型的自動糾偏技術裝置，它能夠將輸送偏移的物料自動歸整到輸送帶的中間，達到一定的輸送位置精度。
?。ㄈ┬滦腿S尺寸外形檢測設備
為了確保物料的輸送及倉儲貨姿，必須知道單元物料精確的長寬高尺寸，從而能在自動化物流系統(tǒng)的有效作業(yè)位置上得到三維空間的精確控制。新型的三維尺寸外形檢測設備，就是在自動化輸送系統(tǒng)上設置這種專門的檢測設備。當單元物料以一定的速度輸送通過時，該設備能夠自動測試出單元物料的長寬高尺寸，將其記錄下來，傳到自動控制系統(tǒng)或者計算機系統(tǒng)中去，以便應用精確位置計算控制技術，精確控制單元物料的貨姿。
?。ㄋ模┳詣泳_定位裝置
自動精確定位裝置的作用是自動控制單元物料在輸送設備上的位置精度。單元物料的尺寸根據(jù)三維尺寸自動檢測設備自動檢測出來，每個單元物料的長度尺寸不一樣，三維尺寸自動檢測設備所檢測記錄的結果不一樣，自動精確定位裝置的作用就是根據(jù)所檢測的長度尺寸結果，自動伸縮調節(jié)限位位置，保證所有單元物料與巷道堆垛機取貨升降站臺上的位置中心線重合，這樣，保證單元物料被自動送入立體庫后的倉儲位置不會產生偏移。
?。ㄎ澹┬滦拓浖?
將歐式托盤底部的三個墩子轉移到金屬貨架上，這樣貨架的造價略微降低，但不用托盤，相比之下，其實際建設成本降低了許多，而且，在使用過程中不需要更換托盤，從而在這方面也節(jié)約了后續(xù)運行成本。
采用這樣的貨架系統(tǒng)，由于不再使用托盤，其立庫的凈倉儲量得到有效增加，同時由于該出入庫輸送系統(tǒng)不用再處理托盤，其凈處理能力也得到有效提高。
以上是無托盤自動化物流系統(tǒng)中幾種關鍵的設備，與之相配套的還有精確位置計算控制技術和高效的計算機控制系統(tǒng)技術，這就構成了無托盤自動化物流系統(tǒng)技術。
三、無托盤自動化物流系統(tǒng)的實施范例
白沙集團長沙卷煙廠2004年新建的大型煙葉配方自動化物流系統(tǒng)就是按無托盤自動化物流系統(tǒng)技術興建的典型實例。該系統(tǒng)充分考慮了配方庫整個物流系統(tǒng)的布局、生產工藝、物流設備投資及后期運行成本，方案中不采用托盤來承載物料（煙包），而直接以煙包為輸送及存儲單元。
該系統(tǒng)共有8250個貨位，采用貨架高度17米，采用5臺奧地利ROBOTECH的高速高精度巷道堆垛機，滿足自動倉儲處理1100毫米至1300毫米長、750毫米至900毫米寬、750毫米至900毫米高范圍內的煙包，向“批量定制”生產模式的兩條8000千克卷煙制絲線供料，是白沙集團長沙卷煙廠新型制絲線的重要組成部分。該系統(tǒng)現(xiàn)已建成并投入生產試運行。無托盤自動化物流技術得到了系統(tǒng)的驗證，創(chuàng)建了我國煙草工業(yè)自動化配方物流系統(tǒng)的新模式。
無托盤自動化物流系統(tǒng)技術的開發(fā)應用，促進了我國現(xiàn)代物流技術的發(fā)展，這種技術對于單元物料的自動化處理具有普及意義。
近幾年，隨著“物流熱”的升溫，生產物流技術成功地進駐了許多企業(yè)，但是受到傳統(tǒng)自動化物流技術的局限，我們不得不為實現(xiàn)復雜的工藝而設計繁瑣的流程并采用過多的設備，影響到系統(tǒng)的造價和可靠性。為此，經過長時間的研究，我們對一些單元化、規(guī)范性較高的物料的倉儲處理工序進行了全面、細致、系統(tǒng)的分析，形成本文所述的無托盤載體單元物料自動化物流系統(tǒng)工藝技術方案。在該方案中，自動化物流系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)使用的托盤載體，直接使用單元物料進行輸送與倉儲。
如果使用托盤，在輸送系統(tǒng)設計上，由于增加托盤的輸送量，不僅降低了系統(tǒng)的輸送能力，而且還需要設置托盤自動分發(fā)、自動碼垛等必要的托盤處理裝置；在倉儲系統(tǒng)中，空托盤需要占據(jù)一定的倉儲貨格，從而影響立庫的存儲能力，系統(tǒng)還需要處理托盤出入庫，又影響到系統(tǒng)的出入庫能力。而這些因素對于多品種、小批量、大規(guī)模的生產模式將直接影響物料的準確及時供應能力。
不用托盤的技術方案，簡化了工藝，取消了托盤自動分離設備、托盤自動碼分設備與托盤輸送設備，精簡了設備，提高了立庫的有效容量，提高了物流作業(yè)效率，同時降低了工程造價。
本文所述的技術方案，對于單元化包裝、規(guī)范性較好的物料的自動化物流技術處理，是一種可靠性、經濟性較高的理想方案。這種自動化物流技術在“批量定制”的生產模式下有廣泛的應用前景。
一、使用托盤和無托盤的自動化物流系統(tǒng)工藝流程比較
托盤一直是自動化物流系統(tǒng)中單元化、規(guī)范化、標準化、信息化的有效載體，結構形式和規(guī)格都很多，在材質上有鋼制的、木制的以及塑料的等，其主要功能就是裝載物料，便于叉車、巷道堆垛機、貨架以及其他物流設備的叉取和存放。在傳統(tǒng)的自動化立體倉庫中，托盤的使用，帶來了信息化管理的可行、方便、規(guī)范和實用，但同時又必須系統(tǒng)考慮使用托盤的相關技術條件。在設備方面，需要設立托盤碼分裝置、托盤輸送設備、物料與托盤的裝載及分離設施、以及托盤倉儲的必要位置。在工藝流程上，則需要專門考慮托盤的處理流程，例如，空托盤組入庫，當購進空托盤或物流過程中產生空托盤需要入庫時，則需要設置人工或者自動化設備，將空托盤碼成托盤組（8個托盤為一組，或10個一組），再送到存儲區(qū)存儲；而需要空托盤出庫時，則需要從立庫中將空托盤組取出，配備拆分單一托盤的設備，在流水線上需要托盤的地方及時供給托盤。如此這些，都加大了工藝流程的復雜程度，增加了設備數(shù)量，加大了控制系統(tǒng)的復雜程度，增多了環(huán)節(jié)，相對降低了系統(tǒng)的可靠性，同時系統(tǒng)的造價提高了，能耗高了，托盤每隔一個時期需要更換，所以系統(tǒng)的后續(xù)運行成本也增加了。
對于一些規(guī)范包裝的單元物料，如卷煙原料單元物料、成品煙箱、規(guī)范包裝的家電、器材等，是否還需要再增加托盤這樣一個多余的載體，在本課題的研究過程中，我們認為沒必要。舍棄了托盤，就沒有了處理托盤的一系列工藝流程和設備，整個系統(tǒng)的工藝流程精簡了，會帶來提高可靠性、降低造價和降低后續(xù)運行成本等等一系列益處。但是，托盤是單一標準尺寸，而不同來源的單元物料的尺寸并不統(tǒng)一，但可歸整在一定規(guī)范內。要實現(xiàn)可靠輸送和自動化倉儲的要求，必須從技術上攻克以下難題：
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?。ㄈ┦褂眯滦偷娜S外形尺寸檢測技術設備，在物流工藝中提供精確必要的物料外形尺寸；
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同時，結合工藝流程需要，保證高效率、準確及時地向生產線供應物料。
二、無托盤自動化物流系統(tǒng)涉及的關鍵設備
為了保證無托盤自動化物流系統(tǒng)的處理工藝，必須確保物料在工藝過程中維持正確的姿態(tài)，所以，必須研究適應無托盤物料處理的關鍵設備和技術。
（一）輸送設備
輸送設備是自動化物流系統(tǒng)中的關鍵組成部分之一，其主要功能是傳輸、接收、裝運、處理、裝配和存儲物料。而對于單元物料的無托盤自動化物流系統(tǒng)中的輸送設備，還需要另一關鍵系統(tǒng)處理功能，即維持物料在輸送過程中的正確姿態(tài)。要滿足這一要求，在單元物料和輸送接觸面間，不得在輸送過程中有相對運動。這樣的輸送設備有：
?。ˋ）皮帶輸送機：單元物料擺放在皮帶輸送面上，輸送皮帶由托輥支撐，靠驅動滾筒處的摩擦力帶動前行，單元物料在輸送帶上無相對移動，能保持其姿態(tài)。
?。˙）鏈式輸送機：鏈條由驅動鏈輪牽引，鏈條下面有導軌，支撐鏈節(jié)上套筒輥子，單元物料直接壓在鏈條上，隨著鏈條的運動而向前移動，單元物料和輸送面之間基本無大的相對運動。對于無托盤的單元物料的輸送處理工藝，比較理想的是平鏈輸送機。
?。–）鏈板輸送機：這是近年來比較常用的一種輸送設備，它兼?zhèn)淞似л斔蜋C和鏈式輸送機的優(yōu)點，也能滿足無托盤的單元物料的輸送處理工藝要求。
?。―）穿梭車：包括直線往復穿梭車和環(huán)形穿梭車等，能夠不改變單元物料的輸送姿態(tài)，而快速將物料輸送到指定的位置。
?。‥）AGV：AGV的普及應用使物料的搬運高度柔性化，在不改變物料輸送狀態(tài)的前提下，拓展了物料搬運的空間與距離，并且使整個系統(tǒng)生動起來、人性化起來。
?。‵）搬運機器人：裝備不同專用夾具的搬運機器人，能夠在指定的范圍內將物料以正確的貨姿，搬運到指定垂直空間的不同位置。
?。ǘ┳詣訉χ性O備
自動對中裝置是一種滿足無托盤物料輸送貨姿的一種新型的自動糾偏技術裝置，它能夠將輸送偏移的物料自動歸整到輸送帶的中間，達到一定的輸送位置精度。
?。ㄈ┬滦腿S尺寸外形檢測設備
為了確保物料的輸送及倉儲貨姿，必須知道單元物料精確的長寬高尺寸，從而能在自動化物流系統(tǒng)的有效作業(yè)位置上得到三維空間的精確控制。新型的三維尺寸外形檢測設備，就是在自動化輸送系統(tǒng)上設置這種專門的檢測設備。當單元物料以一定的速度輸送通過時，該設備能夠自動測試出單元物料的長寬高尺寸，將其記錄下來，傳到自動控制系統(tǒng)或者計算機系統(tǒng)中去，以便應用精確位置計算控制技術，精確控制單元物料的貨姿。
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自動精確定位裝置的作用是自動控制單元物料在輸送設備上的位置精度。單元物料的尺寸根據(jù)三維尺寸自動檢測設備自動檢測出來，每個單元物料的長度尺寸不一樣，三維尺寸自動檢測設備所檢測記錄的結果不一樣，自動精確定位裝置的作用就是根據(jù)所檢測的長度尺寸結果，自動伸縮調節(jié)限位位置，保證所有單元物料與巷道堆垛機取貨升降站臺上的位置中心線重合，這樣，保證單元物料被自動送入立體庫后的倉儲位置不會產生偏移。
?。ㄎ澹┬滦拓浖?
將歐式托盤底部的三個墩子轉移到金屬貨架上，這樣貨架的造價略微降低，但不用托盤，相比之下，其實際建設成本降低了許多，而且，在使用過程中不需要更換托盤，從而在這方面也節(jié)約了后續(xù)運行成本。
采用這樣的貨架系統(tǒng)，由于不再使用托盤，其立庫的凈倉儲量得到有效增加，同時由于該出入庫輸送系統(tǒng)不用再處理托盤，其凈處理能力也得到有效提高。
以上是無托盤自動化物流系統(tǒng)中幾種關鍵的設備，與之相配套的還有精確位置計算控制技術和高效的計算機控制系統(tǒng)技術，這就構成了無托盤自動化物流系統(tǒng)技術。
三、無托盤自動化物流系統(tǒng)的實施范例
白沙集團長沙卷煙廠2004年新建的大型煙葉配方自動化物流系統(tǒng)就是按無托盤自動化物流系統(tǒng)技術興建的典型實例。該系統(tǒng)充分考慮了配方庫整個物流系統(tǒng)的布局、生產工藝、物流設備投資及后期運行成本，方案中不采用托盤來承載物料（煙包），而直接以煙包為輸送及存儲單元。
該系統(tǒng)共有8250個貨位，采用貨架高度17米，采用5臺奧地利ROBOTECH的高速高精度巷道堆垛機，滿足自動倉儲處理1100毫米至1300毫米長、750毫米至900毫米寬、750毫米至900毫米高范圍內的煙包，向“批量定制”生產模式的兩條8000千克卷煙制絲線供料，是白沙集團長沙卷煙廠新型制絲線的重要組成部分。該系統(tǒng)現(xiàn)已建成并投入生產試運行。無托盤自動化物流技術得到了系統(tǒng)的驗證，創(chuàng)建了我國煙草工業(yè)自動化配方物流系統(tǒng)的新模式。
無托盤自動化物流系統(tǒng)技術的開發(fā)應用，促進了我國現(xiàn)代物流技術的發(fā)展，這種技術對于單元物料的自動化處理具有普及意義。
本文標簽：無托盤載體單元物料自動化物流系統(tǒng)技術的研究
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：鞏經理
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