汾酒包材成品物流中心实现物流技术应用的创新与突破

近几年来,汾酒集团为了更快适应白酒市场的发展,以转型跨越为目标,确立并坚定实践汾酒战略新思维,用三年时间再造了两个“新汾酒”,提前三年实现了“十二五”规划的100亿元销售目标。汾酒集团在汾酒老生产厂区北侧规划建设了全新的保健酒园区项目,占地面积1100亩,建筑面积37万平方米,总投资预计24亿元人民币。园区规划年产6万吨商品竹叶青保健酒和6万吨商品汾酒。建成后是目前国内酒类行业最大的生产园区。其中,新建成的包材成品物流中心合肥到嘉兴物流实现了多项技术突破和创新应用,以高度自动化、智能化、精准化成为酒类行业的典型案例。

项目概况

汾酒包材成品物流中心项目投资1.03亿元,2014年2月初全面开工建设,2015年7月基本完工交付使用。该项目作为整个园区的主要生产配套设施,主要包括包材仓储、输送、配送系统和成品码垛、仓储、输送系统两大系统,实现自动化的包材立库存放、生产线供给,汾酒成品箱机器人码盘、成品托盘入库、存放、发货和所有包材、成品信息管理追溯等功能。

整个项目由包材入库输送系统、货架系统、堆垛机系统、包材抽检系统、包材出库输送系统、包材自动配货输送系统、成品箱式输送系统、成品机器人码垛系统、成品入库输送系统、成品货架系统、成品堆垛机系统、成品出库输送系统、WCS控制系统、WMS管理系统、网络通讯系统、视频实时输送监控系统组成。包材与成品系统的仓储、输送线直接与车间生产线配套连接,从产品生产线开始的空瓶、瓶盖供给,中间内盒、隔垫、外箱配送以及包装完成后成品箱输送对接码垛、入库、存储、出库、发货,全程实现了自动信息交接、工件自动输送。除了必要的人工工位外,实现了真正意义上的无人化运行、自动化输送、智能化调度、精确化管理、远程实时监控。

该项目主要物流设备包括:6台机器人组成的码垛系统;24台堆垛机;各类输送设备约2000台,总输送长度约3600米。库区储存量共48176个货位。包材物流仓储输送系统入库总能力525托盘,小时,成品物流码垛仓储输送系统机器人码垛能力96000瓶/小时,约12000箱/小时;出入库总能力506托盘/小时。

物流作业流程

一、包材物流仓储输送及配送系统物流流程

1.包材入库流程

包材入库分两个区域:伸缩皮带输送区和叉车搬运区。

伸缩皮带输送区:包材车辆进行登记账票后,WMS系统根据码头使用情况自动分配车辆停车位,并在允许入库时自动叫号指挥车辆停靠码头;在仓库管理人员核对登记后,启动伸缩皮带输送机伸入车厢内部,装卸人员将包材放到伸缩皮带输送机上,经计数后包材送达码垛位置由人工码垛;码垛人员根据情况调节升降台高度,保证搬运包材快捷轻便。当系统计数器记录数量与码垛完成托盘货物数量一致时,系统自动与托盘绑定,并通过仓库管理和控制系统自动入库,放置在系统分配的位置。

叉车搬运区:包材库管理人员核对登记后,包材码垛人员将包材码放到空托盘上;仓库管理人员核对包材数量,通过手持终端将包材信息与托盘绑定。绑定完成后,包材由叉车司机放置到人库输送机上,包材管理系统将自动识别托盘信息,并将托盘输送至系统分配位置。

2.包材抽检流程

包材抽检区设置在包材库一层尾端。包材经外观初检合格后入库,再由质检部进行抽检。质检部工作人员按抽检比例或订盘抽检,并由仓库管理员根据需求将目标托盘输送到出库输送机口,出口上方LED显示屏将显示相关信息以便确认。抽检人员直接取货或由叉车司机将抽检托盘放置到指定位置,检验完成后的托盘在相关人员共同确认数量和其他信息后,系统将剩余包材返库。

3.包材出库配送流程

包材出库区:位于包材库末端三层钢结构平台以及车问过廊上,主要功能是将包材输送至包材配送区,并在需要时越过包材配送区直接将包材配送至生产线。

生产部门提前一天将生产计划下达仓库管理部门,WMS系统生成每条生产线的配送任务。在生产线启动前,包材配送区根据生产计划将包材按设定好的配比提前向配送区输送相应的包材进行备货。生产时,系统将按成装工艺流程核对包材需求量并实时补充包材至出库站台,作业人员叉取包材托盘后,系统自动登记出货信息。当配送系统中的包材因不合格或其他原因导致数量不能满足生产时,包材出库系统将直接从对应的出库位置取出包材并越过配送区输送到包材出库站台的位置。

包材配送区:位于包装车间三层,分为外箱、内盒类配送区和瓶子、瓶盖配送区两部分。外箱、内盒类配送区由系统进行管理,根据生产需求,对各生产线包材按需求比例配送,每条生产线的货位为定口下线,保证没有误操作,且出口有LED显示屏供管理人员确认品种以及数量等信息。

4.包材返库(合格品)和退库(不合格品)流程

当成装车间的包材需要返库或退库时,仓库管理员与成装车间共同对回库包材品种、数量进行确认,并通过手持终端录入系统。返库包材在三层通过空托盘回库流程返回自动立体仓库,二层在线包材通过货梯送到三层后返回立体仓库。退库的包材在包材抽检端执行出库作业后,进行相应后期处理。

5.包材缺量补充流程

当暂存区预定配送量包材不能满足生产计划时,配送系统将提前提示出库管理员,办理手续后执行包材出库补充,可通过包材出库系统直接配送至出库站台位置。

二、成品物流码垛仓储输送系统物流流程

1.成品箱输送流程

生产任务系统每天将生产任务信息通过接口传送给WMS系统。在生产线封箱机完成封箱后,汾酒成品箱经过条码扫描、抽检剔除或条码扫描失败剔除,扫码合格成品箱经过箱输送线运送至排箱线计数。机器人码垛系统根据WMS系统传送的垛型信息,按垛型要求排箱规整后将成品箱码放到托盘上,并将成品箱信息与托盘码绑定;完成成品箱托盘码垛流程后,WMS系统自动分配托盘在成品库区的存放位置。 2.空托盘供应流程

当成品生产线开始生产前,WMS系统提前将部分空托盘垛从立库调出备用,经拆盘机拆垛后,将空托盘分配到指定码垛位置,保证空托盘及时供应。

3.成品托盘输送流程

码垛完成的汾酒成品托盘入库前,在输送过程中经尺寸检测,外形尺寸合格的成品托盘直接输送至库前的输送机位置,输送机与堆垛机共同作业将整托盘汾酒成品输送到系统指定存放位置。外形尺寸不合格成品托盘送到人工循环整理工位进行人工整理,再次外形检测合格后方可进行入库输送,不合格的进行循环整理直至合格。

4.成品出库输送流程

货运司机到厂后提交提货单,WMS系统将出库任务与车辆绑定,并分配出库码头,司机根据休息室的LED屏显示的叫号信息到对应的出库码头等待装货。成品出库输送系统分两个区域:伸缩皮带输送区和叉车搬运区。

伸缩皮带输送区:根据出库计划,WMS系统自动生成出库作业工单,经管理人员核对后系统开始执行,控制调度系统对订单中产品开始按照先进先出原则将需要出库的汾酒成品托盘送到拆垛工位。拆垛人员将汾酒成品箱从托盘上一箱一箱搬到皮带输送机上,单个成品箱送到卡车内由装车人员搬下码好。伸缩皮带输送机上的箱计数器的数量传入系统,当WMS系统与托盘信息核对相符,托盘信息解除,货物信息将与提货单绑定;不符时报警提示。

叉车搬运区:成品库管理人员核对出库订单后,在管理系统上执行出库操作。系统根据订单将需要出库的汾酒成品托盘送到叉车出库站台上;叉车司机按LED显示屏的出库信息,由仓库管理人员通过手持终端对出库成品箱与系统信息进行核对,信息一致时解除货物信息再将其与提货单绑定。由叉车司机将汾酒成品托盘从出库输送机上取下,放置到出库口位置或直接驶入卡车车厢内部,装车工作人员将汾酒成品箱在车厢内部码垛整齐。空托盘人工码垛返库。

技术突破与应用创新

为了力顶汾酒公司做到提高产能、降低成本、减少损耗、精确管理,实现其整体规划目标,山西东杰智能物流装备股份有限公司(简称“东杰智能”)作为系统集成商,须提供高效、节能、智能化、人性化的物流设备及控制管理系统。在整个项目的调研、规划、设计过程中,东杰智能对物流设备的选型、结构、性能进行了全新优化,取得很大成果,其中多项技术、应用取得重大突破和创新,达到国内乃至国际领先水平。

一、重型高速堆垛机的突破与创新

本项目重型高速堆垛机水平输送速度突破行业内通常速度160/min,达到180m/min,处于国际同类型产品领先水平。堆垛机高度为25.2m,在目前国内同行产品中为最高高度。

为了保证设备在加大速度、提高节拍的同时保证整体稳定性,东杰智能采用双立柱堆垛机,保证主体运行的强度;在堆垛机顶部增加上横梁防摇摆装置,保证设备启动、停止时最大限度减小由于上下同步所产生的摇摆现象和系统故障报警,有助于实现堆垛机高速定位和稳定运行。

1.堆垛机控制方式采用双闭环控制。

堆垛机水平电机采用双闭环调速系统,内环控制速度,外环控制位置,运用运动控制卡,通过PID(比例、微分、积分)计算,使用速度反馈和位置定位,来实现堆垛机x轴和Y轴方向的快速启动和快速停止;双闭环控制设计消除了低速区,使设备动态响应快、抗干扰能力强,缩短了循环时间,定位更准确、定位时间缩短为原来的一半。

2.堆垛机载货台增加横梁探测校正报警功能

由于本项目货架区距离长、高度大,为了减小由于地基变形、货架承载、横梁意外变形等其他原因造成的系统故障,提高堆垛机性能的稳定性、减少安全隐患,本项目中在堆垛机载货台上增加横梁探测校正功能,使在堆垛机的运行过程中,系统会根据每次的探测情况对各个货位的横梁高度进行数据更新调整,并在超过设定的极限范围时进行报警提示,供维保人员进行检查排除可能的故障。

二、皮带升降机的高效率、低噪音、少维护

本项目使用皮带升降机取代链式升降机,升降机的运行速度可以从30m/min提升到70m/min,在噪音减小的情况下极大提高了输送能力。其次,皮带传动相比链式传动不用对皮带进行润滑,减少了由于润滑维护带来的成本,也减少油污污染。

三、无动力重力积放辊筒线与输送线完美融合

本项目包材配送区采用无动力重力积放辊筒线,并通过双工位货叉带举升穿梭车来实现与输送线的自动转接的完美融合。其特点如下:能耗降低为零。极大节约了能源;由于没有传动装置、电控系统较少,因此维修成本小,噪音低且使用寿命长。

四、各种包材在立体仓库的自动化储存、配送的创新应用

以前由于包材多样且散乱,不利于采用自动化立体仓库存放,因此基本没有用自动化立体仓库储存包装材料的案例。东杰智能根据客户需求,进行充分调研、实验后,不仅用立体仓库进行包装材料的存放和管理,而且还实现了包装材料的生产线自动配送功能,这是行业内一次重大突破,也取得了很好的应用效果。

五、库前区人工码垛方式新应用

传统的自动化立体仓库库前区,全部由人工将货位搬起到高处在托盘上进行码垛,人员的劳动强度非常大。本项目考虑出入库节拍达到每小时约300托盘,节拍高、数量大,因此在码垛工位设计了伸缩皮带输送机+举升台的形式,实现货到人拆码垛方式。散件通过皮带自动输送到所需工位,由工作人员直接码放,减少了人员移动距离。拆码垛时,随着托盘所载货物高度的变化,码垛人员可调节托盘高度,减少在搬运过程中的弯腰幅度。这种方式不仅能提高岗位工作人员的效率,还降低了工作劳动强度。

六、伸缩链式输送机的应用

根据白酒类产品消防防护规范的要求,各个消防分区需要双层卷帘消防门进行隔离,保证至少2小时的耐火要求。这对不同区域间的设备连续输送提出很高要求,必须保证平稳顺利输送,还需保证失火时卷帘门能顺利闭合严实。因此东杰智能公司精心设计了全新的伸缩链式输送机来满足系统要求。在日常应用中设备为伸出状态,与相邻设备连接,保证托盘平稳输送;消防报警时,根据报警信号,在15秒内清空设备上货物并顺利收回设备,空出卷帘门关闭空间,不影响卷帘门的消防性能。 七、自动控制系统更高效、安全、快捷、开放

从控制的角度看,该自动化立体库的控制点种类繁多、布局分散、空间跨度大且实时性要求较高。基于上述控制要求,东杰智能采用了新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准PRFINET作为整个项目的自动控制核心,实现了检测和驱动级(L0级)、基础自动化级(L1级)和过程优化级(L2级)三级控制网络的全覆盖。PRFINET基于以太网,具有以太网的星型、树形、总线型等网络的拓扑结构,能实现更为优化的网络布局,且便于管理和维护。工厂数据管理级(L3级)和过程优化级(L2级)通过工业以太网来实现。

先进的自动控制系统提升了整个项目的信息化管理水平,其特点与作用如下:

1.完善的生产信息跟踪

完善的信息化管理是工厂自动化程度的直接体现,而信息管理的前提就是信息的跟踪。在汾酒项目的自动化立体库中,从成品酒包装材料入库开始,一直到成品酒出库,控制系统都会自动记录、更新以及传递相应信息代码。同时在自动化立体库中还采用了射频识别(RFID)技术,通过对承载信息的RFID标签的读写操作,代替了传统的条码纸的方式,免维护且数据不会丢失。通过信息跟踪,可以实现每瓶酒的生产日期、批次以及其包装纸盒、瓶子、瓶盖的信息追溯。

2.最优化的控制效果

(1)更高效:通过采用速度、位置双闭环、加装高速定位卡和PN网络通信控制卡,堆垛机的水平运行速度可以达到180m/rain,垂直运行速度可以达到40-60m/min;穿梭车的水平运行速度可以达到120m/min。通过优化的网络结构和PRFINET良好的实时性,箱式输送线可以实现每小时8000瓶的输送速度并实现成品酒的信息绑定。

(2)更安全:整个控制系统中除了常规的联锁保护外,还配置了几十套安全门锁,便于维护人员处理特殊情况。此外,在程序中增加了对PN网络中断时的处理,进一步避免了因为网络异常造成的误动作。在数据管理方面配置了UPS不间断电源和针对主PLC上CPU模块的电池故障提醒,避免特殊时间数据丢失,保证了生产数据的完整性。

(3)更便捷:在整个控制系统中采用了SNTP/NTP协议做时间同步,便于维护工程师快速比对和分析问题。采用中控室的工控机做服务器,其他的工控机、管理型交换机、无线AP和客户端、各PLC站CPU模块作为客户机来访问,并根据服务器的时间来及时更新系统时间,这样可以将整个系统中的时间同步,分析问题时更为便捷。

(4)更开放:PROFINET是基于实时工业以太网的现场总线,其物理媒介就是以太网。市场上基于以太网的产品开发种类越来越多,价格也越来越低,这就对以后控制系统的扩展提供了更广阔的空间和更廉价的成本,具备了更好的延伸空间。

目前,汾酒包材、成品物流中心项目已经顺利投入使用,高效率、高性能、高稳定性的物流系统为汾酒集团扩大产能、加快发展提供了有力支撑。

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