箱式贮丝密集库与高架库选型探讨

文/ 陈培荣 罗宝斌

宝鸡卷烟厂计划2020年至2022年实施制丝线升级改造项目，计划投资金额6.99亿元，该项目于属于国家烟草局审批项目，其中包含拆除部分贮丝柜，新增箱式贮丝系统内容。对于箱式贮丝系统的具体形式，工厂组织相关技术人员进行了多方面考察及调研，对目前在用的多种箱式贮丝形式及关键因素进行探讨及对比。本文将以宝鸡卷烟厂制丝线技改中箱式贮丝项目建设为背景，对目前主流的密集库和高架库进行研究，分析在就地技改中的适用性，以供相关企业和各位专家学者参考。

1.自动化立体库发展现状

自动化仓储技术是物流装备的一部分。自动化仓储技术，从狭义上即是自动化立体库（AS/RS），从广义上还包含自动输送系统（含各种输送机、穿梭车、AGV以及输送流程需要的其他定制化设备等），自动拣选与分拣系统，自动识别系统等。中国自动仓储技术的市场应用经历了漫长的过程，目前已经几乎覆盖了烟草、医药、零售、机械制造等国民经济的主要方面，各行业对自动化立体库的需求推动了自动化立体库的快速发展。

2.烟草仓储物流的发展现状

近20年来，随着烟草行业改革发展，烟草物流一路前行，从无到有，从小到大，从传统货运到现场物流，从平房仓库到自动化立体库仓储，走出了一条自主建设、创新发展的道路，取得了令人瞩目的成就。

随着现代物流建设的推进，烟草行业在配方高架库、辅料高架库、成品高架库的基础上，将现代物流建设取得的新成果在烟丝仓储上进行了推广应用，并根据烟丝仓储的特性进行创新，应用了智能调度算法、RFID、机器人、成像识别等新技术，创新发展智能烟丝装箱、柔性翻箱喂丝及烟箱自动清扫检测等方面，仓储建设标准和能力持续提高。从“十二五”至“十三五”规划期间，烟草行业开始推广箱式贮丝技术，在实现了“小空间、大存储、高效率”的同时，提升了贮丝工艺的柔性化生产水平，烟草“守库人”不断探索创新，推动仓储管理持续提质增效，充分结合自身企业的实际情况，把仓库建设现代化与自身企业条件紧密联系起来，并逐步探索。

早期由于卷烟规模生产的特性要求，大多数卷烟企业均采用批量连续生产的柜式贮丝，以实现大批次、大品牌的生产模式。但随着消费者对卷烟产品需求的多元化和个性化不断增长，市场对卷烟生产柔性化水平的要求也不断提高，伴随现代物流技术和现代生产技术的提升，箱式贮丝已成为提高卷烟生产柔性化水平的必然选择，烟草行业内陆续出现了以AGV搬运的烟丝库、以子母穿梭车搭配的密集库[1]、以传统巷道式堆垛机的高架库[2]等诸多项目案例。

3.研究对象

本文以宝鸡卷烟厂制丝线就地技改箱式贮丝建设基本需求为背景，其制丝生产能力，按制丝车间两班生产计算，每年为60万箱；
土建基础则在原有贮丝房进行改造，最低净高为6.7m；
烟丝入库流量为14000kg/小时；
烟丝出库流量为7833kg/小时；
烟丝存储能力（按2天生产需求计算）≥250656kg。宝鸡卷烟厂贮丝房改造，由于场地面积受限，以AGV搬运的烟丝库不在考虑范围，下面主要对密集库与高架库的方案进行探讨。

密集库：以四向穿梭车+密集库的箱式贮丝存形式，如图1所示，目前有旬阳、兰州卷烟厂在使用。

图1 四向穿梭车密集库

该布局可布置1304 个货位，货架高度为6.4m，有效货位（按烟丝牌号堆放规则及批次管理要求，利用率按75%计算）为978个。箱体数据方面，外箱尺寸（含盖）：1280mm×1280mm×1286mm；
内胆尺寸：1200mm×1200mm×1210mm。单箱容量为153kg/箱；
即最大存储能力为978 货位×153kg/箱×2箱（上下2箱为一跺）=299268kg。

烟丝入库流量：14000kg/小时÷153kg/箱÷2=46垛/小时；

烟丝出库流量：7833kg/小时÷153kg/箱÷2=26垛/小时；

高架库：以巷道式堆垛机+高架库的箱式贮丝存形式，如图2所示，目前芜湖卷烟厂、南昌卷烟厂在使用，什邡卷烟厂正在技改中。

图2 巷道式堆垛机高架库

该布局可布置1274 个货位，减去土建立柱影响的货位，可使用货位数量为1218个货位，货架高度为6.6m，有效货位（按烟丝牌号堆放规则及批次管理要求，利用率按95%计算）为1157个。箱体数据方面，外箱尺寸（含盖）：1284mm×1284mm×1130mm；
内胆尺寸：1200mm×1200mm×1050mm。单箱容量为133kg/箱；
即最大存储能力为1157 货位×133kg/箱×2箱（上下2箱为一垛）=307762kg。

1.故障影响

密集库内设备采用四向穿梭车+货架的形式，动力设备采用四向穿梭车，四向穿梭车一旦出现故障停在巷道内，由于人员很难进入，导致设备故障处理时难度很大、耗时较长，处理时需要借助移动平台，人工将故障的穿梭车移除后，使用其他正常的穿梭车才能继续烟箱出入库任务的执行。人工进库排除故障时，如果是第二层的穿梭车，高度超过2m，属于高处作业，需要审批才能进行故障排除。

高架库内设备采用巷道式堆垛机+货架的形式，如果堆垛机出现故障，该设备负责的两侧货位烟丝箱均不能出库，因此对设备的稳定性要求较高，在翻箱机前段配置缓存位后，四台堆垛机同时停机允许的最大停机时间为60分钟，单台停机不影响烟丝出库的正常运行，从目前原料高架库的运行情况来看，堆垛机在取放标准货物时，运行相对稳定，故障率很低。

2.灵活性[3]

密集库在具有货位利用率高的同时，具有一定的灵活性，4箱为一个单元的有84个，10箱为一个单元的有112个，12箱为一个单元的96个，共计292个单元，其中多数为10箱以上的调度单元，在需长时间存放的小规格烟丝较多时，可用库存以及货位利用率将大幅衰减，而且不能做到烟箱的精准存取。而高架库货位利用率高的同时，其灵活性很高，均为2箱为一个单元，共计1274个单元，可做到每一个烟箱的精准存储，保障货位的利用率，不受品牌规格大小及烟丝批次重量的影响。

3.货位利用率[4]

密集库的一条货道一旦被其他规格货物占用，该条货道就不能进行新规格货物的入库存放，因此密集库的利用率与规格的数量关系紧密，利用率一般在70%以上。

高架库货位的利用率较高，可以取货架内任意一垛烟箱，利用率一般在95%以上。

4.设备维护

密集库投用后，需要定期对电池进行更换，由于采用的是专用电池，电池更换费用较高；
而高架库投用后，需定期对堆垛机天轨、地轨进行校正，定期更换导向轮。导向轮属于铸铁件，加工成本较低。

5.安全隐患

采用四向穿梭车需在货架角落布置充电站，烟丝库内烟沫粉尘较大，属于高风险防火区域，区域内配置自动化充电站持续充电时，电池会出现发热现象，存在较大的安全隐患。同时，由于仓储过程中，两箱码成一垛，存在货物掉落的风险，需加强人员进库管理；
而高架库仓储时，也存在货物掉落的风险，必须做好人员进库管理。

在宝鸡卷烟厂制丝线升级改造项目建设中，宝鸡卷烟厂采用了“堆垛机＋高架库”模式箱式贮丝，实际投资额为4392.31万元，3 个月内完成实施，库存能力、出库流量等均满足使用要求。

6.保养和防虫

密集库由于密集的货架结构，人员很难进入货架内部，无法及时、方便地对库内地面、货架、轨道的烟沫粉尘进行清洁，将导致烟丝库虫情控制难度较大，同时在杀虫作业时作业点布置选择较困难。高架库区域设备停机后，人员可以进入任何区域进行烟沫粉尘清洁，有利于虫情的防治，杀虫作业时作业可根据需求选择任意作业点。

7.调度系统复杂及成熟度

四向穿梭车是近年才推出的新技术，其调度需要较高的可靠性、灵活性才能发挥其应有的效率，一旦系统调度出现问题，系统效率会有较大影响，所以其调度系统比传统的堆垛机系统更复杂。另外，四向穿梭车需要配合提升机使用，提升机可能出现的故障、维修、保养也会影响到整个系统的正常运行。

堆垛机调度系统属于传统的、成熟的系统、由于没有多个小车的协同调度，其系统相对简单，更加可靠。

本文根据箱式贮丝建设的关键因素及宝鸡卷烟厂特点，分别对密集库和高架库的相同因素进行了对比，如表1所示。

表1 箱式贮丝密集库与高架库的关键因素对比

宝鸡卷烟厂目前在用的高架库系统有三套，分别为配方高架库、辅料高架库、成品高架库，均为2008年底投入使用，经过十几年的管理及运行维护，有一套成熟的高架库管理机制和一个熟练的设备操作、维护、管理队伍，如果采用高架库方式，技改后将对生产的保障更有信心。

在项目建设考察时，笔者了解到，行业在箱式储丝过程中，对外香型烟丝要求专箱专用（南昌卷烟厂在招标文件中有明确的要求），以防止不同规格的烟丝串味，宝鸡卷烟厂好猫（细支长乐）就属于外香型烟丝，目前采用专用的储柜进行存放。采用密集库方式很难实现专箱专用，即使实现也将造成大量货位锁定，使货位利用率大幅缩水；
而使用高架库仓储时，只需要在仓储管理系统中进行优化，即可实线外香型烟丝专箱专用，对货位利用率不会造成任何影响。

近5年来，在烟草行业掀起了新一轮的装备硬件升级改造，例如福建中烟、江西中烟等，由于场地受限，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，密集库不适合品牌规格太多的使用场景，小规格烟丝较多时，可用库存以及货位利用率将大幅衰减，到一定程度时，会成为制约制丝生产的瓶颈。若在四向穿梭车调度算法、货位单元组合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。

宝鸡卷烟厂目前生产能力为60万箱/年，卷烟规格已多达18个，且在生产过程中要求满足10个卷烟规格的同时生产，结合宝鸡卷烟厂的生产特点及特殊化要求，笔者认为，“堆垛机＋高架库”模式更符合宝鸡卷烟厂的生产模式需求。在宝鸡卷烟厂制丝线升级改造项目建设中，宝鸡卷烟厂也采用了“堆垛机＋高架库”模式箱式贮丝，实际投资额为4392.31万元，3个月内完成实施，库存能力、出库流量等均满足使用要求。

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