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龍合智能：石化行業(yè) 自動裝車技術方案及其應用

隨著2018年石化行業(yè)開始推行共享托盤發(fā)運模式，整托運輸已漸成主流。本文主要介紹了整托自動裝車系統(tǒng)的五個構成部分，對其中最關鍵的設備——自動裝車機器人的四種主要類型進行了分析，分享了兩個自動裝車系統(tǒng)在石化行業(yè)的應用案例，并指出了自動裝車系統(tǒng)的技術難點與未來發(fā)展。

作者：楊靜 林偉 黃彬 鄧春萍

龍合智能裝備制造有限公司

隨著中國進入老齡化社會，勞動力成本越來越高，特別是裝卸搬運工更是面臨著招人難、招人貴的問題。近年來，石化企業(yè)已經(jīng)意識到此類問題日益嚴重，開始積極找尋替代人工的自動化解決方案。以中石化為首，自2018年就開始了對自動裝車系統(tǒng)的建設探索，從最初的科研開始，逐步攻克技術難點，使之不斷成熟化，并加快推進市場應用。

石化行業(yè)物流特點與自動裝車解決方案需求

1.車輛標準化程度低

國內(nèi)運輸貨車以集裝箱、廂式車、平板車、低欄車、高欄車、高低板車、飛翼車和側(cè)簾車為主，相互之間的尺寸偏差較大。目前絕大部分企業(yè)都是委托第三方物流提供服務，而貨車大多都是需要實時外叫的個體運營車輛，種類復雜。同時，即便是同種車輛，由于國內(nèi)車輛改裝現(xiàn)象嚴重，細節(jié)尺寸都有一定的偏差，造成車輛標準化程度低。

2.車輛滿載滿裝要求高

無論是貨運企業(yè)，還是貨運個人，追求利益最大化是其最終目標。在符合國家制定的運輸載重標準的情況下，往往會充分利用車輛的有效容積和載重量，做到盡可能多地裝入貨物，避免出現(xiàn)“虧噸”現(xiàn)象。

3.裝車發(fā)貨量大

石化行業(yè)出入庫作業(yè)屬于“大進大出”型，產(chǎn)品種類少、存量高、流量大。其中，生產(chǎn)入庫是24小時生產(chǎn)制，而裝車發(fā)貨時間基本只有8～10小時，單位小時內(nèi)發(fā)貨量是生產(chǎn)入庫量的3倍左右；同時，運輸車進廠時間不均衡，存在一定程度的集中進廠時間，更加劇了單位時間內(nèi)發(fā)貨的波峰效應。

2023年1月18日，人力資源和社會保障部發(fā)布了2022年第四季度“最缺工”的100個職業(yè)排行，其中裝卸搬運工位列第24位，成為很多企業(yè)的“最缺工”，招工難、招工貴現(xiàn)象加劇，企業(yè)缺工問題愈發(fā)嚴重。

用人困境在逼迫企業(yè)進行自動化、智能化改造升級，特別是石化企業(yè)，在裝卸搬運方面用工人數(shù)龐大，裝車是勞動力需求最多也是勞動強度最大的環(huán)節(jié)，通過自動裝車設備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的勞動密集型作業(yè)是必然趨勢。部分石化企業(yè)在生產(chǎn)端和倉儲端已經(jīng)實現(xiàn)了高度的自動化，而末端的裝車還多是以人力作業(yè)為主，通過建設自動裝車系統(tǒng)，可以補齊最后環(huán)節(jié)，實現(xiàn)“生產(chǎn)－倉儲－發(fā)運”全過程的無人化、自動化，完成打造智慧工廠的“閉環(huán)”。

自動裝車技術解決方案分析

從產(chǎn)品形態(tài)上來看，石化產(chǎn)品主要分為液態(tài)和固態(tài)兩大類別。液態(tài)產(chǎn)品主要以儲罐進行儲存、槽車進行運輸，部分用液體桶存儲；固態(tài)產(chǎn)品多以紙袋、塑料袋進行包裝，根據(jù)容積大小，可以分為小袋產(chǎn)品和噸袋產(chǎn)品，主要以火車和貨車進行運輸。火車因車廂皮的結(jié)構使然，在自動裝車系統(tǒng)上還存在較大的技術瓶頸。以貨車為主的自動裝車系統(tǒng)則已取得多項技術突破和成功案例落地運行，設備種類多樣，形式各異。

貨車裝車分為單件裝車和整托裝車兩大類。單件裝車是以單袋或多袋為單元，進行識別定位、自動抓取和自動裝車，該模式涉及產(chǎn)品的二次拆碼垛作業(yè)，在產(chǎn)線下線直發(fā)應用較多，效率可以達到1200～1600袋/小時。

隨著2018年石化行業(yè)開始推行共享托盤發(fā)運模式，整托運輸已經(jīng)成為主流。整托自動裝車系統(tǒng)根據(jù)功能特性分類，主要由車輛識別系統(tǒng)、備貨緩存系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、裝車管理系統(tǒng)和自動裝車機器人五部分組成。

車輛識別系統(tǒng)是由車牌識別系統(tǒng)、車輛進出道閘、車輛識別定位系統(tǒng)所組成，對來裝貨的車輛信息、車型規(guī)格、異物檢測、停車定位等進行識別和管理。

備貨緩存系統(tǒng)是出庫作業(yè)和裝車作業(yè)之間的緩沖環(huán)節(jié)，起到承上啟下的重要作用，包括有外形檢測裝置、備貨緩存輸送機組、換向輸送機組、升降輸送機組、移栽輸送機組、并垛輸送機組和異常排除輸送機組，同時根據(jù)前端貨物的特性和裝車需求，還有自動去/換托機、自動疊包/垛機、自動整形機等設備。

安全防護系統(tǒng)是通過采用固定護欄、電子護欄、視覺檢測、激光掃描等多種安全防護措施，保證裝車作業(yè)過程中人、機安全，避免安全事故的發(fā)生。

裝車管理系統(tǒng)集裝車狀態(tài)監(jiān)控、裝車數(shù)據(jù)管理以及裝車過程控制于一體，可以實時監(jiān)控裝車系統(tǒng)的當前運行狀態(tài)，同時可以對裝車的數(shù)據(jù)進行保存、查詢與分析。

某項目裝車系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖，如圖1。

圖1 某項目裝車系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

自動裝車機器人是自動裝車系統(tǒng)最關鍵的組成設備，目前市場上投入使用的可以分為整車推送式裝車機、軌道移動式裝車機、空中桁架式裝車機和無人導引裝車機器人四種類型。

1.整車推送式裝車機器人

整車貨物預先出庫并在裝車機器人系統(tǒng)（見圖2）平臺上緊密排列備料，車輛停靠到位后，通過動力車板一次性將整車物料推送裝入車內(nèi)，3～6分鐘便可完成一車貨物的裝載，可完成集裝箱車、廂式車、低欄板車、高欄板車等的自動裝車。

圖2 龍合智能極速系列裝車機器人

2.軌道移動式裝車機器人

裝車機器人通過地面軌道，沿著車輛長度方向往來穿梭移動，將整托貨物按照設定好的擺放規(guī)則裝載到貨車上，8～15分鐘裝滿一車。軌道移動式裝車機（見圖3）根據(jù)不同的結(jié)構形式，又可分為上裝式龍門裝車機器人、側(cè)裝式龍門裝車機器人和側(cè)裝式裝車機器人，可完成低欄板車、高欄板車、側(cè)簾車、側(cè)翼車等的自動裝車。

圖3 龍合智能靈空/幻影系列裝車機器人系統(tǒng)

3.空中桁架式裝車機

裝車機器人系統(tǒng)（見圖4）主體結(jié)構采用桁架形式，由多個立柱和橫梁采用框架式結(jié)構組成，通過在空中構建XYZ直角坐標系，具備側(cè)移、前進、升降和旋轉(zhuǎn)等功能，同時能夠很好地兼容地面環(huán)境，對環(huán)境要求低，裝車速度較快，15～30分鐘裝滿一車，可完成低欄板車、高欄板車、籠車及火車車廂等的自動裝車。

圖4 龍合智能靈空系列裝車機器人系統(tǒng)

4.無人導引裝車機器人

裝車機器人系統(tǒng)（見圖5）單次可搬運1～4托貨物，行駛進入車廂進行裝車作業(yè)，車廂內(nèi)通過測距算法進行定位導航。裝車機器人有平衡重機器人、麥克納姆輪移動機器人以及重載搬運機器人等。該種形式裝車較為靈活、占地面積小，20—40分鐘能裝滿一車，對車型，對車況要求較高，可完成集裝箱車、廂式車等的自動裝車。

圖5 龍合智能勁馳系列裝車機器人系統(tǒng)

從需求端來看，石化行業(yè)自動裝車開始進入快車道，頭部企業(yè)如鎮(zhèn)海煉化、萬華化學等都已完成自動裝車系統(tǒng)的首用，取得了較好的經(jīng)濟效益與社會效益，并在逐步擴大自動裝車的應用范圍。

石化企業(yè)在選擇及建設自動裝車系統(tǒng)時，要統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局，充分考慮企業(yè)自身的特性，依據(jù)包裝碼垛、庫房、月臺、物流場地、提貨車輛等情況進行科學分析，選擇成熟穩(wěn)定且匹配的設備以滿足企業(yè)需求，同時要著重考慮自動裝車系統(tǒng)在車型兼容性、停車難易度、產(chǎn)品破包率、全品規(guī)適配性、備貨緩存和裝車效率等方面的技術指標。

應用案例

中國自動裝車系統(tǒng)市場還處于起步階段，無論供應商還是落地案例都為數(shù)不多。作為國內(nèi)首家專注于終端物料（箱裝、袋裝、桶裝、噸裝等）智能無人搬運裝卸設備及提供系統(tǒng)解決方案的供應商，成立于2014年的龍合智能裝備制造有限公司（以下簡稱“龍合智能”），是一家集自主研發(fā)、制造、營銷服務為一體的民營國家級高新技術企業(yè)，擁有國家級綠色工廠，是國家級首批專精特新“小巨人”重點企業(yè)、全國工業(yè)車輛技術委員會屬具標準化工作組召集單位、國家知識產(chǎn)權優(yōu)勢企業(yè)、中國工業(yè)示范單位、中國裝備制造年度優(yōu)秀企業(yè)。公司設有國家級博士后科研工作站、省級企業(yè)技術中心、省重點實驗室和新型研發(fā)機構等技術創(chuàng)新平臺，主營業(yè)務包括智能無人裝卸系統(tǒng)、智能物流搬運、裝卸設備及其集成應用系統(tǒng)整體解決方案、智能倉儲軟硬件綜合集成系統(tǒng)及屬具產(chǎn)品等。

龍合智能自主創(chuàng)新研發(fā)的智能無人裝卸系統(tǒng)綜合技術居國際先進、國內(nèi)領先水平，擁有龍合幻影、龍合靈空、龍合極速、龍合勁馳四大系列智能無人裝卸系統(tǒng)，產(chǎn)品覆蓋公路運輸?shù)乃熊囆?，填補了國內(nèi)空白，在國內(nèi)終端物料智能裝車細分領域居領先地位，是中石化、中國煙草、中糧集團的合格供應商。特別是公司在石化行業(yè)推廣應用的“垛裝物料裝車托盤自動轉(zhuǎn)換總集成總承包”服務型制造營銷模式，被工信部確定為“服務型制造示范項目”。

圖6 龍合智能幻影系列自動裝車系統(tǒng)在 某石化企業(yè)乙烯項目的應用

案例一：龍合智能為某石化企業(yè)規(guī)劃建設的1500萬噸/年煉油1200萬噸/年乙烯項目立體倉庫自動裝車系統(tǒng)（見圖6）

產(chǎn)品名稱：聚丙烯、聚乙烯；

包裝形式：1.5噸套膜；

發(fā)運模式：帶托發(fā)運；

裝車車輛：平板車、低欄車、高低板車；

裝車效率：90托/小時/套。

該項目特點如下：

1.裝車機器人雙車同異步作業(yè)，1分鐘裝載4個托盤貨物，滿足高強度出庫任務和短期大峰值裝車需求。

2.系統(tǒng)根據(jù)不同的車型、車寬自動調(diào)整托盤貨物的碼放規(guī)則，滿足27噸/車和30噸/車的裝車需求。

3.通過復合式定位技術保障，確保裝車機器人精確定位和貨物精準裝載，在快速高效裝車的同時，保證搬運作業(yè)中貨物的穩(wěn)定性。

4.通過多重激光掃描識別技術，智能計算分析車輛高度、貨物位置等并做控制調(diào)整，使貨物在車廂內(nèi)碼放可靠、整齊。

5.采用車體防傾倒、人員誤入作業(yè)區(qū)識別、貨物側(cè)方防護等多重安全保護技術，確保裝車時人員、系統(tǒng)、車輛和貨物的安全。

圖7 龍合智能靈空系列自動裝車系統(tǒng) 在某石化企業(yè)MDI項目的應用

案例二：龍合智能為某化工企業(yè)規(guī)劃建設的40萬噸/年MDI立體倉庫自動裝車系統(tǒng)（見圖7）

產(chǎn)品名稱：異氰酸酯；

包裝形式：200L液體桶；

發(fā)運模式：無托發(fā)運；

裝車車輛：平板車、低欄車、高欄車、高低板車；

裝車效率：225桶/小時/套。

該項目特點如下：

1.該項目針對桶裝物料的自動裝車需求，將原本零散的工藝連通，實現(xiàn)產(chǎn)品從碼垛、出庫到裝車環(huán)節(jié)全過程自動化、無人化、智能化。

2.液體桶倉儲、輸送、裝車全過程無托盤載體，長距離、安全、平穩(wěn)柔性輸送、裝車，同時兼容液體桶多類型疊垛垛型，滿足裝車配載重量平衡及運輸安全要求。

3.實現(xiàn)非全覆蓋雨棚環(huán)境，雨天裝車機器人的安全防護，選擇雨水防護等級的供電系統(tǒng)，并建設有排水系統(tǒng)，確保裝車機器人行走裝置和電子元器件的安全，免遭雨水侵襲。

4.通過多重激光掃描識別技術，智能計算分析車輛高度、貨物位置等并做控制調(diào)整，使貨物在車廂內(nèi)碼放可靠、整齊。

5.采用電子護欄技術，開放式作業(yè)空間，降低車輛停車難度，保證設備在運行過程中的人、車安全。

未來發(fā)展

新時代下，隨著自動化立體庫、AGV的應用日益廣泛，實現(xiàn)了自動倉儲與自動搬運，自動裝車系統(tǒng)的應用將成為未來制造企業(yè)物流升級改造的主旋律。對于一直困擾石化企業(yè)的裝車難題，未來必將由智能裝車系統(tǒng)代替人工搬運，達到人力使用最低，最終實現(xiàn)裝卸無叉車作業(yè)、無人力等高強度體力勞動。

在自動裝車設備和技術的發(fā)展上，貨物包裝單元不匹配車型是最大的技術難點，自動裝車系統(tǒng)要想“裝得好、裝得快、裝得滿”，就需要在柔性搬運載具、復雜環(huán)境精準定位、設備路徑規(guī)劃算法、激光/視覺識別系統(tǒng)等方面進行突破。目前部分技術已經(jīng)有了長足的進步和發(fā)展，但仍然還有更大一部分亟待解決。

石化企業(yè)自動裝車系統(tǒng)的應用，不僅僅是滿足自身的倉儲物流發(fā)展需求，更是帶動了中國自動裝車技術的發(fā)展。與此同時，石化企業(yè)自動裝車設備的應用普及，也必將促進中國帶板運輸和貨運車輛標準化的發(fā)展，推動中國物流業(yè)標準化發(fā)展。

編輯、排版：羅丹

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