冷鏈倉庫自動化拆裝箱工藝方案設(shè)計

吳 強 湯文揚 馬成彬 高 逸

天津港股份有限公司

1 引言

港口冷鏈基地是集倉儲加工、通關(guān)服務(wù)、國際貿(mào)易、物流金融、分撥配送、電商平臺于一體的綜合性冷鏈產(chǎn)業(yè)服務(wù)基地，是冷鏈集裝箱物流運輸中箱貨匹配和箱貨分離的重要環(huán)節(jié)和節(jié)點，承擔(dān)著為托運人快捷、有效地完成集裝箱拆裝的任務(wù)，確保所裝卸的貨物及時便捷地通關(guān)進入下一物流環(huán)節(jié)。

在國內(nèi)疫情逐步常態(tài)化控制的情況下，冷鏈物流的安全性亟需得到保障。冷鏈基地作業(yè)效率低、場地使用緊張的問題也需要得到解決。通過研究典型冷鏈基地的拆裝箱工作流程，明確現(xiàn)有拆裝箱工藝中存在的問題，提出一種自動化拆裝箱工藝方案，加強對冷鏈基地作業(yè)控制，提高作業(yè)效率，改善工人的工作環(huán)境，降低工人作業(yè)的風(fēng)險。

2 冷鏈倉庫現(xiàn)有拆裝箱工藝

冷鏈倉庫現(xiàn)有拆裝箱工藝由人工和機械設(shè)備共同完成，伸縮帶、托輥等長距離連續(xù)輸送機伸入集裝箱內(nèi)，裝卸工人進入集裝箱內(nèi)進行人工拆裝箱作業(yè)。該系統(tǒng)方案簡單靈活，但存在以下問題。

(1)作業(yè)效率低。雖然現(xiàn)有拆裝箱作業(yè)流程較為成熟，但裝卸工人工作強度高，易疲勞，其操作能力、作業(yè)效率和服務(wù)水平難以滿足日益增長的作業(yè)需求。

(2)人工成本高。近年來，裝卸操作崗位的吸引力逐漸下降，愿意從事此類體力勞動的人員越來越少，人員成本逐漸提高[1]。

(3)安全風(fēng)險高。一方面，若箱內(nèi)貨物并非是整齊擺放的，在搬運下層貨物時，易發(fā)生上層貨物掉落的情況，可能造成貨物損壞或工人受傷；另一方面，受疫情影響，冷鏈集裝箱環(huán)境和貨物外包裝存在被細(xì)菌病毒污染的可能，工人作業(yè)存在風(fēng)險[2]。

3 自動化拆裝箱工藝設(shè)計

通過對現(xiàn)有的拆裝箱工藝進行分析和優(yōu)化，設(shè)計了一種自動化拆裝箱工藝方案，經(jīng)驗證明該方案能增強冷鏈倉庫拆裝箱作業(yè)運作的高效性、靈活性、安全性，提高設(shè)施設(shè)備效率和場地使用率。

3.1 工藝方案

冷鏈倉庫的拆裝箱作業(yè)主要有4個技術(shù)模塊:無線遙控、智能相機、取物機構(gòu)和消殺裝置。

無線遙控系統(tǒng)由便攜式傳輸單元(無線遙控器)和接收單元(無線遙控主機)組成，能夠安全可靠地控制拆裝箱設(shè)備。接收單元安裝于設(shè)備低壓電器柜中，與整車的控制系統(tǒng)通過CANOpen通信連接。接收單元上再安裝無線模塊，用于接收無線信號。便攜式傳輸單元通過無線通信向接收單元傳送命令，進而控制設(shè)備進行拆裝箱作業(yè)[3]。

智能相機將捕獲的貨物圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，并對數(shù)字圖像信號進行降噪、特征提取、識別等運算，計算出設(shè)備到貨箱的距離、貨物垂直面的形狀大小、貨箱中心點坐標(biāo)以及歪倒立放貨箱的位置等信息，將這些信息反饋給拆裝箱設(shè)備控制系統(tǒng)，確保設(shè)備精準(zhǔn)吸取貨物(見圖1)。

圖1 貨物圖像處理流程

取物機構(gòu)包括吸盤式取物裝置、豎直擺動臂、水平擺動臂和水平旋轉(zhuǎn)伸縮裝置，通過控制系統(tǒng)以及傳感器的反饋系統(tǒng)發(fā)出的動作指令，可以自主搬運貨物，在一定程度上減少人工的干預(yù)，提高作業(yè)效率[4]。

貨物通過水平轉(zhuǎn)接臺向后輸送時，會經(jīng)過一個消毒通道，在通道的頂部、側(cè)面及底部設(shè)有多個消殺噴頭，可以將消毒液霧化后噴淋在貨物的6個面上，實現(xiàn)貨物全方位消毒。

3.2 工藝流程

該冷鏈基地自動化拆箱工藝流程為：貨物定位→貨物吸取→貨物輸送→貨物消殺(見圖2)。

圖2 自動化拆裝箱工藝流程

(1)貨物定位。工作人員無線遙控拆裝箱設(shè)備行駛到卸貨口，按下卸貨鍵后智能相機打開，如發(fā)現(xiàn)歪倒立放的貨箱，需要工作人員介入，將貨箱手動搬運至水平轉(zhuǎn)接臺。自動拆卸啟動后，智能相機獲取貨物信息，根據(jù)識別的信息，生成預(yù)吸取位置。

(2)貨物吸取。吸盤式取物裝置通過豎直擺動臂、水平擺動臂以及水平旋轉(zhuǎn)伸縮裝置被帶動至預(yù)吸取位置，實現(xiàn)移動取物，一次吸取4個貨物。吸盤式取物裝置吸取貨物后，水平旋轉(zhuǎn)伸縮裝置將吸盤式取物裝置回縮至指定位置，同時豎直擺動臂向下擺動至指定位置，吸盤伸出并釋放氣壓，將箱式貨物放置在水平轉(zhuǎn)接臺上。

(3)貨物輸送。水平轉(zhuǎn)接臺連接伸縮式皮帶輸送機向后傳送貨物，當(dāng)集裝箱內(nèi)當(dāng)前垂直面的箱式貨物全部轉(zhuǎn)移后，伸縮式皮帶輸送機可以伸長適當(dāng)距離，準(zhǔn)備下一貨物垂直擺放面的貨物轉(zhuǎn)移。

(4)貨物消殺。貨物通過水平轉(zhuǎn)接臺向后輸送時，經(jīng)過消殺通道，實現(xiàn)貨物全方位消毒。

4 效益分析

4.1 人員分析

現(xiàn)有拆裝箱工藝每工班需要3名裝卸工人一起作業(yè)，共3工班，總計需要9名裝卸工人。自動化拆裝箱工藝可以使用手柄操作，每工班只需1名裝卸工人即可完成拆裝箱作業(yè)，共3工班，總計需要3名裝卸工人。使用自動化拆裝箱工藝可省去約66%的人力。

4.2 效率分析

該冷鏈基地中40 ft集裝箱較多[5]，其內(nèi)箱尺寸為12 032 mm× 2 352 mm×2 393 mm，限重為22 t。箱式貨物的尺寸假定為290 mm×290 mm×290 mm，初步估算橫列擺放8箱，豎列擺放8箱，縱深方向擺放41箱，共2 624箱。假定人工卸貨平均每箱搬運時間約10 s，自動化拆箱設(shè)備卸貨單次搬運動作時間約為8 s，單次搬運貨物數(shù)量為4個。則1班3名工人卸完1個40 ft集裝箱貨物的用時為2.43 h，自動化卸貨用時為1.46 h，效率大大提升。

5 自動化拆裝箱工藝特點分析

自動化拆裝箱工藝主要有以下優(yōu)點:

(1)成本優(yōu)勢大，一方面減少了66%的作業(yè)人員數(shù)量；另一方面提高了物流效率，縮短了車輛等待時間，節(jié)省了運力，降低了運費。

(2)有效減少貨損，自動化拆裝箱設(shè)備可以做到輕拿輕放，有效減少貨損，提高拆裝箱作業(yè)質(zhì)量。

(3)解決用工問題，自動化改造能夠提升冷鏈倉庫的智能化和自動化水平，減輕裝卸操作崗位的工作強度，減少相關(guān)崗位的人員配置需求，從而幫助冷鏈倉庫解決招工難問題。

(4)降低安全風(fēng)險，自動化拆裝箱工藝省去人工裝卸環(huán)節(jié)，避免裝卸工人與貨物直接接觸，使得在疫情期間工作環(huán)境更加安全，大大降低了安全風(fēng)險。

6 結(jié)語

本項目針對冷庫運作中的拆裝箱環(huán)節(jié)進行流程分析，發(fā)現(xiàn)目前工藝中存在作業(yè)效率低、雇傭成本高和安全風(fēng)險高的問題，提出了新的自動化拆裝箱工藝方案。該方案能提高集裝箱拆裝箱的智能化程度、速度與精準(zhǔn)度，降低人工作業(yè)強度，最大化避免作業(yè)人員與冷庫產(chǎn)品密切接觸，減少感染細(xì)菌病毒的風(fēng)險，有效提高作業(yè)環(huán)境安全性和生產(chǎn)效率。