26 11月 我司承建的洛阳卷烟厂易地技改物流系统总体集成项目：《子母车式密集存储系统在烟丝库中的应用》论文发表
相关阅读：天海欧康智慧物流烟草行业项目应用案例
来源：物流技术与应用
文｜河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂
李国栋
根据烟草企业仓储物流发展的实际情况，本文提出了一种子母车式密集存储系统在烟丝库中的应用，该仓储系统适合多批量、少品种的货物存储。相比于巷道式的旧式立体仓库，子母车式密集存储系统能够实现仓储合理化，货物存取自动化，人工操作智能化，并且节省大量的仓库存储面积，提高有限空间的利用率。
近年来，随着市场的变化，烟草商业物流不断面临着新的挑战：一方面，随着劳动力成本提升，物流成本压力日益增大。并且，由于人们追求更优越的工作环境，不愿意从事劳动强度大的工作，物流作业人员招工难的问题也逐渐凸显。这就造成近年来物流配送中心的人力成本上升压力巨大。另一方面，伴随新商业、新零售的发展，物流服务多样化、个性化的需求更为明显。
子母车式密集存储系统在物流行业中的应用日益广泛
子母车式密集存储系统被广泛应用于物流行业，首先是因为密集存储解决了传统自动化仓库占地面积过大的问题，其次是子母车系统可以高速自动运行，减少了传统叉车作业模式下的人工成本，并提高了作业效率。
一、子母车系统的主要设计依据
子母车系统是物流装备技术的一次重大创新，其核心设备是穿梭车。随着电池、通讯和网络等关键技术的逐步解决，子母车系统被迅速应用于物流系统。子母车系统作为一种独特的自动化物流系统，主要解决了货物密集存储与快速存取难题。兼顾车间尺寸、库容大小、物流、生产等，烟丝库密集存储区作出了合理布局（如图1）。
左上与右边分别为实箱入库口与空箱入库口。右下为实箱出库口。为充分利用空间，货架采用上下两层。出入口用输送式提升机对接输送线。经计算，密集库配备四台母车、六台子车，满足了物流及生产的需求。子母车系统的主要参数如下：
- 载重量：空烟箱150kg，装满烟丝后的烟箱重300kg；
- 货位数：27（列）×13（排）×2（层）+21（列）×3（排）×2（层）=828货位（2箱/货位）
- 入库区流量：实烟箱21垛/H，空烟箱15垛/H；
- 出库区流量：实烟箱9垛/H；
- 系统出入库总流量：21+15+9=45垛/H；
- 子车主要性能参数：自重230kg，最大载重700kg，最大速度70m/min，最大加速度0.6m/sec²，驱动轮径130mm；
- 母车主要性能参数：自重700kg，最大载重1000kg，最大速度120m/min，最大加速度0.6m/sec²，驱动轮径150mm。
二、子母车设备的主要结构
子母车系统主要由子母车（如图2）、密集货架、提升机、输送机以及上位机信息系统等构成。
其中，子车完成在货架巷道内存取货物、理货盘点等作业；母车主要完成子车的搬运作业，实现子车换巷道或换层。子母车式密集存储系统不但具有高度的空间利用率、高度自动化的特点，还可以建立合理的信息管理系统。通过WMS和WCS信息系统的共同作用实现货物、子车、母车在密集存储仓库内的管理与调度，从而实现高效的自动化作用。
1.穿梭式货架系统
穿梭式货架，是以子母车在其货架的巷道内直线穿梭式运行的一种自动化立体货架。相对于普通货架，穿梭式货架则需要具备更高的刚度和强度以及更强的抗震指数。穿梭式货架从一端存入货物，从另一端取出货物，可以实现先入先出，实现了按照时间顺序出库的原则。
2.子母车系统
子车（如图3）由车体外壳、行走机构、升降机构、传感器、超级电容、控制系统、车载遥控系统、安全防撞组件等组成。子车是接收指令和搬运托盘货物的主要执行单元，根据遥控器指令、巷道内托盘货物状态、在巷道内完成单存、单取、理货、盘点等动作。
子母车系统可以实现子车自动充电的功能，当车体根据自身传感器判断自身电量低于一定阈值时，其将向上位机发出充电请求，上位机根据当前作业状态对其下发去往目的充电桩充电的任务。母车，主要由底座、行走装置、链条输送机等组成。母车底座是承载车体及其他各部位的装置，如图4。
行走装置主要由巷道、车轮、导向装置、行走电机等组成。链条输送机由电机、链轮、链条等组成。母车的行走装置带动母车运动到上位机下发的货架巷道口，等待相应货架巷道内的穿梭子车上下母车。链条输送装置带动子车背伏的货物在母车上的运动。母车上的光电传感器控制子车背伏的托盘货物停准在母车上，并实现子车向母车的放货或取货。母车采用滑触线的供电方式、光学仪器的通讯方式、激光测距的认址方式，满足了在高速行驶下安全可靠的要求。
3.电控系统
（1）系统概述
电控系统主要完成自动化物流系统中输送设备的控制任务。向上，联接物流系统上位机及调度计算机，接受物料的输送指令；向下，联接设备电机，实现底层设备的驱动、输送物料的检测与识别；完成物料输送的过程控制及物料跟踪。此外，还提供内容丰富、形象直观的人机界面，安全保护措施和多种操作模式，辅助工作人员进行设备操作和维护。
（2）电控主要选型
设备选型包括现场总线、现场操作终端、分布式IO、电机启动单元、条码阅读器、低压电气、检测器件等。
主控制柜：负责电控系统的动力接入和电源分配，为系统内的用电设备（子母车、机器人、RGV、输送备 等）分配动力电源；安装PLC主控制器、网络部件，控制电源分配、系统操作按钮、指示灯报警灯等，是整个系统的控制中心。
现场控制箱：箱内配置分布式I/O模块、空开接触器、变频器、本地交换机、网络组件、电源等控制器件，完成对现场设备的信号采集及动作控制，并与主控制柜的PLC建立网络连接，实时通讯。
现场操作终端：完成控制设备的生产状态监视、单机操作、故障报警、报警信息查询、主要工艺参数及物流信息的查询与设定等。图形页面按照系统平面布置来显示所监控的对象，采用三维图形和二维图形结合方式，图形界面美观、操作方便。
网络组件：主要由交换机、PROFINET专用电缆、专用接头构成，将系统内的主控制柜、现场控制箱、现场操作终端、穿梭子车、穿梭母车、条码阅读器等进行物理连接，搭建数据通道。
（3）控制软件
控制软件，包含PLC控制程序和监控软件两部分。
（4）移动操作终端
如今，人工智能在自动化物流领域内得到愈加广泛的重视，并在机器人、控制系统、仿真系统中得到应用。基于安卓系统开发，具备设备操作、故障查询、输送任务查询、异常复位等功能的移动终端APP，大大提高了设备操作和维护的便捷性和安全性。操作员可通过无线4G等随时下载最新版本，随身携带，就近操作设备。
4.计算机信息系统
计算机信息系统是以物料仓储、供应服务、衔接生产、集中管理、信息全线跟踪等为核心的在线物料管理系统，它集物流保障管理、物料管理、仓储管理等于一身，是管理、调度的信息中枢。计算机信息系统担负了在线物料过程管理，通过向调度系统下达调度指令，保障了物料存储管理、生产前储备。向上可与企业ERP、MES、商业配送等管理系统连接。同时衔接物流调度管理，保证了信息的上传下达。计算机信息系统集物料管理、物流供应、仓储管理等于一身，实现物料收、发、储存管理。物流信息系统按照体系架构及应用部署，主要包括：
（1）数据接口层API
负责从ERP、MES、商业配送系统等获取物料基础信息、出入库计划、销售发货单等信息，并为企业信息管理系统实时反馈库存、出入库单据信息等，实现承上启下的业务管理功能，实现全厂各个信息系统之间系统集成、接口兼容、互联互通和资源共享。
（2）仓储监控系统
仓储监控系统（WCS）是指在物流系统中负责协调调度各种物流设备如输送机、堆垛机、穿梭车之间的运行，采用C/S架构，具有良好的扩充性和开放的数据接口，能与上级信息系统进行数据交换，为上级系统的调度指令提供执行保障和优化。仓储监控系统可对物流系统进行同步监控，并对各设备进行动态管理与调度。通过合理的监控与调度，提高系统出入库的作业效率。
（3）仓储管理系统
仓储管理系统（WMS）是通过对入库作业、出库作业、库存盘点等功能综合运用的管理系统，实现完善的企业仓储信息管理。该系统可以独立执行库存操作，可与ERP、MES、WCS等多种软件系统对接。WMS具备与上级信息系统兼容对接能力。无上级信息系统时，可以独立运行。
三、子母车设备的电机计算
由于本章节内容有大量公式计算，有兴趣的朋友可查阅10期物流与应用杂志。
四、子母车式密集存储系统的应用
1.在烟草行业的应用
我国烟草行业物流系统建设居于世界领先水平，过去十几年来一直走在国内物流自动化技术创新发展前列。随着市场环境、客户服务以及烟草行业自身的不断变化，我国卷烟商业物流配送中心经历了多次技术升级改造，逐渐从手工作业、机械化作业向着高度信息化、自动化、智能化方向发展。
现代物流被认为是除降低资源消耗、提高劳动生产率以外的“第三方利润源泉”,而仓储是现代物流的重要组成部分,高效合理的仓储可以帮助烟草制造企业加快物资流动的速度、降低成本及保障生产的顺利进行。国内自动化物流仓储发展迅速，自动化立体仓库存储形式多种多样，各种模块化、移动式结构机器人、自动装卸车、AGV、RGV等应运而生。其目的就是实现出、入库输送、储存能力最大，控制程序智能简单、作业动作自动化程度高。子母车系统提高了存储密度，可达到密集式存储及厂房空间利用率最大化，具有经济、有效、安全、故障少，以及物流成本低、效率高等优点。
2.在其他行业的运用
随着互联网、电子商务的迅猛发展，消费者的需求也在逐渐转变，更趋于多样化和个性化，企业的订单处理也呈现出“多品种、小批量、多批次、高时效”的特点。特别是“新零售”概念的推出，对仓储系统的智能化、柔性化提出了更高的要求。企业要想高效率、低成本地履行订单，一套自动化、智能化的仓储系统显得尤为重要，这就对子母车系统的应用提出强烈需求。近年来需求巨大，特别是在电商物流中心应用日趋广泛。
食品加工行业中，成品仓库前端与生产衔接，后端与销售关联，合理高效地管理成品仓库，是企业经营管理的一个重要环节。穿梭子母车自动化物流系统可以在有限的占地面积内最大化地提高库存储位，具备投资成本回报率高的特点。合理的总体规划、良好的物流集成，将密集库成功应用到成品的生产入库、库存管理及商业订单配送等业务环节，可以全方位地加强企业物流管理水平，对生产和销售提供辅助决策分析的数据支持，提高了人员工作效率，加强了物资的流动，降低了企业运营成本，最终达到提高企业核心竞争力的目的。
五、结语
近年来，由于土地成本上升，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。若在子母车分离调度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。
虽然创新难，困难多，但我们还是可以用“快速试错，小步快跑”的互联网思路来试点先行、总结经验、逐步推广，努力转变卷烟物流的发展模式，在新的发展阶段和新的经济周期中不断推动卷烟企业持续健康发展。