箱式貯絲密集庫與高架庫選型探討

文/ 陳培榮 羅寶斌

寶雞卷煙廠計劃2020年至2022年實施制絲線升級改造項目，計劃投資金額6.99億元，該項目于屬于國家煙草局審批項目，其中包含拆除部分貯絲柜，新增箱式貯絲系統內容。對于箱式貯絲系統的具體形式，工廠組織相關技術人員進行了多方面考察及調研，對目前在用的多種箱式貯絲形式及關鍵因素進行探討及對比。本文將以寶雞卷煙廠制絲線技改中箱式貯絲項目建設為背景，對目前主流的密集庫和高架庫進行研究，分析在就地技改中的適用性，以供相關企業和各位專家學者參考。

一、基礎條件

1.自動化立體庫發展現狀

自動化倉儲技術是物流裝備的一部分。自動化倉儲技術，從狹義上即是自動化立體庫（AS/RS），從廣義上還包含自動輸送系統（含各種輸送機、穿梭車、AGV以及輸送流程需要的其他定制化設備等），自動揀選與分揀系統，自動識別系統等。中國自動倉儲技術的市場應用經歷了漫長的過程，目前已經幾乎覆蓋了煙草、醫藥、零售、機械制造等國民經濟的主要方面，各行業對自動化立體庫的需求推動了自動化立體庫的快速發展。

2.煙草倉儲物流的發展現狀

近20年來，隨著煙草行業改革發展，煙草物流一路前行，從無到有，從小到大，從傳統貨運到現場物流，從平房倉庫到自動化立體庫倉儲，走出了一條自主建設、創新發展的道路，取得了令人矚目的成就。

隨著現代物流建設的推進，煙草行業在配方高架庫、輔料高架庫、成品高架庫的基礎上，將現代物流建設取得的新成果在煙絲倉儲上進行了推廣應用，并根據煙絲倉儲的特性進行創新，應用了智能調度算法、RFID、機器人、成像識別等新技術，創新發展智能煙絲裝箱、柔性翻箱喂絲及煙箱自動清掃檢測等方面，倉儲建設標準和能力持續提高。從“十二五”至“十三五”規劃期間，煙草行業開始推廣箱式貯絲技術，在實現了“小空間、大存儲、高效率”的同時，提升了貯絲工藝的柔性化生產水平，煙草“守庫人”不斷探索創新，推動倉儲管理持續提質增效，充分結合自身企業的實際情況，把倉庫建設現代化與自身企業條件緊密聯系起來，并逐步探索。

早期由于卷煙規模生產的特性要求，大多數卷煙企業均采用批量連續生產的柜式貯絲，以實現大批次、大品牌的生產模式。但隨著消費者對卷煙產品需求的多元化和個性化不斷增長，市場對卷煙生產柔性化水平的要求也不斷提高，伴隨現代物流技術和現代生產技術的提升，箱式貯絲已成為提高卷煙生產柔性化水平的必然選擇，煙草行業內陸續出現了以AGV搬運的煙絲庫、以子母穿梭車搭配的密集庫[1]、以傳統巷道式堆垛機的高架庫[2]等諸多項目案例。

3.研究對象

本文以寶雞卷煙廠制絲線就地技改箱式貯絲建設基本需求為背景，其制絲生產能力，按制絲車間兩班生產計算，每年為60萬箱；土建基礎則在原有貯絲房進行改造，最低凈高為6.7m；煙絲入庫流量為14000kg/小時；煙絲出庫流量為7833kg/小時；煙絲存儲能力（按2天生產需求計算）≥250656kg。寶雞卷煙廠貯絲房改造，由于場地面積受限，以AGV搬運的煙絲庫不在考慮范圍，下面主要對密集庫與高架庫的方案進行探討。

密集庫：以四向穿梭車+密集庫的箱式貯絲存形式，如圖1所示，目前有旬陽、蘭州卷煙廠在使用。

圖1 四向穿梭車密集庫

該布局可布置1304 個貨位，貨架高度為6.4m，有效貨位（按煙絲牌號堆放規則及批次管理要求，利用率按75%計算）為978個。箱體數據方面，外箱尺寸（含蓋）：1280mm×1280mm×1286mm；內膽尺寸：1200mm×1200mm×1210mm。單箱容量為153kg/箱；即最大存儲能力為978 貨位×153kg/箱×2箱（上下2箱為一跺）=299268kg。

煙絲入庫流量：14000kg/小時÷153kg/箱÷2=46垛/小時；

煙絲出庫流量：7833kg/小時÷153kg/箱÷2=26垛/小時；

高架庫：以巷道式堆垛機+高架庫的箱式貯絲存形式，如圖2所示，目前蕪湖卷煙廠、南昌卷煙廠在使用，什邡卷煙廠正在技改中。

圖2 巷道式堆垛機高架庫

該布局可布置1274 個貨位，減去土建立柱影響的貨位，可使用貨位數量為1218個貨位，貨架高度為6.6m，有效貨位（按煙絲牌號堆放規則及批次管理要求，利用率按95%計算）為1157個。箱體數據方面，外箱尺寸（含蓋）：1284mm×1284mm×1130mm；內膽尺寸：1200mm×1200mm×1050mm。單箱容量為133kg/箱；即最大存儲能力為1157 貨位×133kg/箱×2箱（上下2箱為一垛）=307762kg。

二、關鍵因素分析

1.故障影響

密集庫內設備采用四向穿梭車+貨架的形式，動力設備采用四向穿梭車，四向穿梭車一旦出現故障停在巷道內，由于人員很難進入，導致設備故障處理時難度很大、耗時較長，處理時需要借助移動平臺，人工將故障的穿梭車移除后，使用其他正常的穿梭車才能繼續煙箱出入庫任務的執行。人工進庫排除故障時，如果是第二層的穿梭車，高度超過2m，屬于高處作業，需要審批才能進行故障排除。

高架庫內設備采用巷道式堆垛機+貨架的形式，如果堆垛機出現故障，該設備負責的兩側貨位煙絲箱均不能出庫，因此對設備的穩定性要求較高，在翻箱機前段配置緩存位后，四臺堆垛機同時停機允許的最大停機時間為60分鐘，單臺停機不影響煙絲出庫的正常運行，從目前原料高架庫的運行情況來看，堆垛機在取放標準貨物時，運行相對穩定，故障率很低。

2.靈活性[3]

密集庫在具有貨位利用率高的同時，具有一定的靈活性，4箱為一個單元的有84個，10箱為一個單元的有112個，12箱為一個單元的96個，共計292個單元，其中多數為10箱以上的調度單元，在需長時間存放的小規格煙絲較多時，可用庫存以及貨位利用率將大幅衰減，而且不能做到煙箱的精準存取。而高架庫貨位利用率高的同時，其靈活性很高，均為2箱為一個單元，共計1274個單元，可做到每一個煙箱的精準存儲，保障貨位的利用率，不受品牌規格大小及煙絲批次重量的影響。

3.貨位利用率[4]

密集庫的一條貨道一旦被其他規格貨物占用，該條貨道就不能進行新規格貨物的入庫存放，因此密集庫的利用率與規格的數量關系緊密，利用率一般在70%以上。

高架庫貨位的利用率較高，可以取貨架內任意一垛煙箱，利用率一般在95%以上。

4.設備維護

密集庫投用后，需要定期對電池進行更換，由于采用的是專用電池，電池更換費用較高；而高架庫投用后，需定期對堆垛機天軌、地軌進行校正，定期更換導向輪。導向輪屬于鑄鐵件，加工成本較低。

5.安全隱患

采用四向穿梭車需在貨架角落布置充電站，煙絲庫內煙沫粉塵較大，屬于高風險防火區域，區域內配置自動化充電站持續充電時，電池會出現發熱現象，存在較大的安全隱患。同時，由于倉儲過程中，兩箱碼成一垛，存在貨物掉落的風險，需加強人員進庫管理；而高架庫倉儲時，也存在貨物掉落的風險，必須做好人員進庫管理。

在寶雞卷煙廠制絲線升級改造項目建設中，寶雞卷煙廠采用了“堆垛機＋高架庫”模式箱式貯絲，實際投資額為4392.31萬元，3 個月內完成實施，庫存能力、出庫流量等均滿足使用要求。

6.保養和防蟲

密集庫由于密集的貨架結構，人員很難進入貨架內部，無法及時、方便地對庫內地面、貨架、軌道的煙沫粉塵進行清潔，將導致煙絲庫蟲情控制難度較大，同時在殺蟲作業時作業點布置選擇較困難。高架庫區域設備停機后，人員可以進入任何區域進行煙沫粉塵清潔，有利于蟲情的防治，殺蟲作業時作業可根據需求選擇任意作業點。

7.調度系統復雜及成熟度

四向穿梭車是近年才推出的新技術，其調度需要較高的可靠性、靈活性才能發揮其應有的效率，一旦系統調度出現問題，系統效率會有較大影響，所以其調度系統比傳統的堆垛機系統更復雜。另外，四向穿梭車需要配合提升機使用，提升機可能出現的故障、維修、保養也會影響到整個系統的正常運行。

堆垛機調度系統屬于傳統的、成熟的系統、由于沒有多個小車的協同調度，其系統相對簡單，更加可靠。

三、方案分析

本文根據箱式貯絲建設的關鍵因素及寶雞卷煙廠特點，分別對密集庫和高架庫的相同因素進行了對比，如表1所示。

表1 箱式貯絲密集庫與高架庫的關鍵因素對比

寶雞卷煙廠目前在用的高架庫系統有三套，分別為配方高架庫、輔料高架庫、成品高架庫，均為2008年底投入使用，經過十幾年的管理及運行維護，有一套成熟的高架庫管理機制和一個熟練的設備操作、維護、管理隊伍，如果采用高架庫方式，技改后將對生產的保障更有信心。

在項目建設考察時，筆者了解到，行業在箱式儲絲過程中，對外香型煙絲要求專箱專用（南昌卷煙廠在招標文件中有明確的要求），以防止不同規格的煙絲串味，寶雞卷煙廠好貓（細支長樂）就屬于外香型煙絲，目前采用專用的儲柜進行存放。采用密集庫方式很難實現專箱專用，即使實現也將造成大量貨位鎖定，使貨位利用率大幅縮水；而使用高架庫倉儲時，只需要在倉儲管理系統中進行優化，即可實線外香型煙絲專箱專用，對貨位利用率不會造成任何影響。

四、結論

近5年來，在煙草行業掀起了新一輪的裝備硬件升級改造，例如福建中煙、江西中煙等，由于場地受限，密集式倉儲系統以其高密度存儲、自動化作業正在成為倉儲系統建設的趨勢，但密集式倉儲系統在節約空間的同時，出入庫效率明顯低于自動化高架庫，密集庫不適合品牌規格太多的使用場景，小規格煙絲較多時，可用庫存以及貨位利用率將大幅衰減，到一定程度時，會成為制約制絲生產的瓶頸。若在四向穿梭車調度算法、貨位單元組合以及整個物流信息系統上做些優化，使得倉儲出入庫效率得以提高，也能取得不錯的效果。當然，密集式自動化存儲的方式多種多樣，企業應結合能力需求、投資預算等自身實際情況，來綜合確定采用何種倉儲模式，優化規劃方案，以實現預期目標。

寶雞卷煙廠目前生產能力為60萬箱/年，卷煙規格已多達18個，且在生產過程中要求滿足10個卷煙規格的同時生產，結合寶雞卷煙廠的生產特點及特殊化要求，筆者認為，“堆垛機＋高架庫”模式更符合寶雞卷煙廠的生產模式需求。在寶雞卷煙廠制絲線升級改造項目建設中，寶雞卷煙廠也采用了“堆垛機＋高架庫”模式箱式貯絲，實際投資額為4392.31萬元，3個月內完成實施，庫存能力、出庫流量等均滿足使用要求。