冷鏈箱式貨物智能裝卸系統(tǒng)在某國際冷鏈基地運用研究

時間：2024-10-23 20:39:33來源：admin01欄目：冷鏈新聞閱讀：

摘要

：作為冷鏈物流的關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)，裝卸車工作目前仍然以人工傳統(tǒng)作業(yè)方式完成，自動化、智能化裝卸系統(tǒng)發(fā)展有所不足。本文結(jié)合中車株洲車輛有限公司在某國際物流冷鏈基地開展的冷鏈箱式貨物智能裝卸系統(tǒng)運用研究工作，對冷鏈場景下智能裝卸系統(tǒng)的組成、測試過程，以及取得的經(jīng)驗、存在的問題等進(jìn)行了全面分析介紹，并提出具體發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：冷鏈物流、數(shù)字化、冷鏈箱式貨物、智能裝卸系統(tǒng)

一、引言

冷鏈物流是利用溫控、保鮮等技術(shù)工藝將冷鏈食品存在冷庫中，再通過冷藏車、冷藏箱等設(shè)施設(shè)備進(jìn)行食品流通、銷售和配送等過程的專業(yè)物流。隨著全球貿(mào)易發(fā)展和人們生活水平提高，冷鏈物流日益受到重視，在食品、藥品等易腐產(chǎn)品的運輸、儲存、流轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

當(dāng)前，倉儲、運輸、流通加工、分撥配送等冷鏈服務(wù)功能不斷完善，冷鏈物流關(guān)鍵技術(shù)和先進(jìn)裝備研發(fā)力度持續(xù)加強(qiáng)?！丁笆奈濉崩滏溛锪靼l(fā)展規(guī)劃》中明確指出，要加快推進(jìn)數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化冷鏈物流設(shè)施裝備研發(fā)，強(qiáng)化冷鏈產(chǎn)品安全，把科技創(chuàng)新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為冷鏈物流發(fā)展新動力。然而，作為冷鏈物流的關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)，裝卸工作仍然通過人工傳統(tǒng)作業(yè)方式完成，僅配有電動叉車、伸縮輥筒輸送機(jī)等輔助裝備[1]。

為打通運載工具到冷鏈月臺智能化作業(yè)的“最后一公里”，打造“冷鏈+智能裝備”的冷鏈物流創(chuàng)新業(yè)態(tài)模式，提升物流科技發(fā)展動力，國內(nèi)相關(guān)物流裝備供應(yīng)商也紛紛聯(lián)同冷鏈企業(yè)緊抓市場需求，不斷創(chuàng)新技術(shù)手段。其中，中車株洲車輛有限公司與某物流集團(tuán)簽署合作協(xié)議，在緩解港城矛盾、疏通物流通道、新興物流裝備應(yīng)用及相關(guān)服務(wù)等方面開展合作，并于2022年在該物流集團(tuán)旗下某國際物流冷鏈基地開展冷鏈箱式貨物智能裝卸系統(tǒng)運用研究工作。二

二、技術(shù)現(xiàn)狀

在物流業(yè)發(fā)展過程中，德國、美國、荷蘭和日本等處于領(lǐng)先地位，配套物流裝備研制較早，技術(shù)也較為成熟。其中，智能裝卸產(chǎn)品在國外也已有數(shù)十年的發(fā)展歷程，如荷蘭COPAL、荷蘭Carton mover、美國Bastian solution等企業(yè)都有相關(guān)產(chǎn)品，主要運用于生產(chǎn)型企業(yè)產(chǎn)品出庫裝車和電商物流卸車場景下，定制化程度高，適用場景單一，且其產(chǎn)品售價及維護(hù)成本高昂，并不適用于國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀。

近年來，在相關(guān)政策推動下，越來越多的企業(yè)和科研院所重視對現(xiàn)代新型物流裝備的研發(fā)，我國涌現(xiàn)出藍(lán)胖子機(jī)器人、賽那德科技、蘭劍智能、上?？藖頇C(jī)電、星猿哲科技、中車長江集團(tuán)等智能裝卸產(chǎn)品企業(yè)，智能裝卸產(chǎn)品正在逐步邁向快速發(fā)展的時代[2]。然而，由于我國冷鏈物流行業(yè)存在著運營管理體系不規(guī)范、基礎(chǔ)設(shè)施相對落后、運載工具不統(tǒng)一、貨物包裝差異化及碼放不規(guī)范等問題，導(dǎo)致智能裝卸設(shè)備與系統(tǒng)在冷鏈領(lǐng)域暫未得到推廣與普及[3]。

三、解決方案

本文介紹的冷鏈箱式貨物裝卸系統(tǒng)，主要是運用于物流倉儲行業(yè)月臺場景下，實現(xiàn)箱式貨物在托盤和運載工具間自動化裝卸的系統(tǒng)解決方案，由冷鏈箱式貨物裝卸機(jī)器人、伸縮輥筒輸送機(jī)、消殺設(shè)備、拆碼垛機(jī)四大模塊組成，集貨物裝、卸功能于一體，不僅可以加快月臺運轉(zhuǎn)效率、降低物流成本，還可降低勞動強(qiáng)度、減少貨物損耗。系統(tǒng)組成示意圖，如圖1。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖四

四、實施歷程

中車株洲車輛有限公司于2022年2月開始冷鏈箱式貨物裝卸系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)工作，針對各項性能指標(biāo)，在廠內(nèi)進(jìn)行了充分的測試驗證，經(jīng)評定滿足進(jìn)行現(xiàn)場考核的條件，通過對某國際物流冷鏈基地現(xiàn)場情況的進(jìn)一步調(diào)研以及關(guān)于實地運用工作的研究，決定開展該套系統(tǒng)在該國際物流冷鏈基地的運用研究工作。

根據(jù)該基地現(xiàn)實情況，通過一套設(shè)備兼顧兩個道口作業(yè)，一個道口供裝貨作業(yè)，另一個道口供卸貨作業(yè)，現(xiàn)場實際布局情況，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場實景布局

1.系統(tǒng)測試

冷鏈箱式貨物裝卸系統(tǒng)在現(xiàn)場完成安裝布置后，先后進(jìn)行各子系統(tǒng)單機(jī)測試，分別為冷鏈箱式貨物裝卸機(jī)器人駐車制動、轉(zhuǎn)場、進(jìn)箱、裝貨功能以及卸貨功能測試，拆碼垛機(jī)拆垛流程、碼垛流程、視覺識別、吸附可靠性測試，伸縮輥筒輸送機(jī)隨動性能、輸送性能測試。

經(jīng)過測試，冷鏈箱式貨物裝卸機(jī)器人能夠以最高速度移動，到達(dá)指定位置后，進(jìn)行制動，多次測量制動距離均能滿足設(shè)計要求；該機(jī)器人從作業(yè)準(zhǔn)備位置啟動，控制機(jī)器人到達(dá)啟動位置門洞以及相鄰位置門洞作業(yè)位置，時間均小于2min；在月臺區(qū)域模擬運載工具內(nèi)部情況，分別進(jìn)行裝、卸貨功能性測試，其中裝貨測試整體裝貨流程順暢，貨物碼放方式為左中右（三層）方式，實際碼放效果較好，但現(xiàn)場帶扎帶貨物會出現(xiàn)彼此扎帶剮蹭問題，導(dǎo)致碼放貨物有一定程度的前后距離差，測試情況如圖3所示；在卸貨測試中，整體卸貨流程順暢，但部分貨物有包裝材質(zhì)濕潤軟化、扎帶松弛，影響貨物吸附可靠性，測試情況如圖4所示。

圖3 裝貨功能測試

圖4 卸貨功能測試

拆碼垛機(jī)經(jīng)過測試，拆碼垛流程均正常通暢，碼垛及拆垛效率分別為可達(dá)6.4s/pcs和6.8s/pcs，但在貨物鼓包、不平整、包裝軟化等情況下，貨物的吸附可靠性較低；由于冷鏈貨物外包裝樣式及圖案種類較多，前期數(shù)據(jù)庫內(nèi)缺少冷鏈貨物采樣數(shù)據(jù)，視覺識別準(zhǔn)確性較低，通過大量數(shù)據(jù)采樣及模型訓(xùn)練后，識別準(zhǔn)確率達(dá)90%以上。

伸縮輥筒輸送機(jī)經(jīng)過測試，因伸縮輥筒輸送機(jī)本體長度較長，且移動部件全部為萬向輪，自由度較高，在移動過程中，可隨冷鏈箱式貨物裝卸機(jī)器人方向進(jìn)行移動，但伸縮輥筒輸送機(jī)移動路徑難以保證，必須在移動過程中進(jìn)行一定的人工輔助；伸縮輥筒輸送機(jī)在月臺水平地面、卸貨平臺傾斜地面上，以及伸縮輥筒輸送機(jī)處于較大彎曲狀態(tài)下，貨物輸送能夠較大程度保持原有擺放狀態(tài)進(jìn)行輸送，不影響后續(xù)的作業(yè)，同時貨物經(jīng)過彎道時，輸送可靠，貨物未發(fā)生打滑、從伸縮輥筒掉落的現(xiàn)象。

2.系統(tǒng)作業(yè)

完成各子系統(tǒng)的測試后，冷鏈箱式貨物裝卸系統(tǒng)開始進(jìn)入運載工具，進(jìn)行系統(tǒng)全流程裝、卸貨作業(yè)，如圖5、圖6所示。在作業(yè)過程中，系統(tǒng)整體作業(yè)流程較為順暢，系統(tǒng)裝貨綜合作業(yè)效率為10.3s/pcs（含故障處理時間），系統(tǒng)卸貨綜合作業(yè)效率為12.5s/pcs（含故障處理時間），主要故障原因可分為兩種，一種是貨物引起的故障及設(shè)備引起的故障，貨物引起的故障主要為貨物鼓包、扎帶松弛、包裝表面結(jié)冰、包裝軟化、集裝箱內(nèi)碼放多樣等，導(dǎo)致作業(yè)過程中出現(xiàn)掉箱、貨物剮蹭、卡滯、包裝損壞等情況，在系統(tǒng)自動化作業(yè)過程中需要人工進(jìn)行干預(yù)處理；而設(shè)備引起的故障主要是由程序穩(wěn)定性不足、遙控器防護(hù)等級不足等原因造成，在系統(tǒng)自動化作業(yè)過程中需要進(jìn)行BUG修復(fù)、重啟等操作，然后恢復(fù)正常作業(yè)流程，影響系統(tǒng)綜合作業(yè)效率。

圖 5 裝車作業(yè)

圖6 卸車作業(yè)五

五、運用經(jīng)驗

1.提高對作業(yè)場景的認(rèn)識

現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境溫度通常在12℃左右，濕度在95%以上，最高可達(dá)99.9%RH，現(xiàn)場地面為超平地坪，面層為添加了獨特礦物骨料的抗磨性卓越的面層，將混凝土密封固化劑在面層上涂抹，然后進(jìn)行拋光，整體光潔度較高[4]。同時，由于長時間高濕度，地面較為濕滑，對于系統(tǒng)可移動部分整體的可靠性以及安全性能有一定影響。

冷鏈箱式貨物裝卸系統(tǒng)的組成部分較多，前端裝卸設(shè)備與伸縮輥筒輸送機(jī)為可移動部分，隨著作業(yè)位置的不同會實時進(jìn)行調(diào)整，消殺設(shè)備與拆碼垛機(jī)為固定模塊，整個系統(tǒng)在月臺的布置整體的協(xié)調(diào)性至關(guān)重要，既要保證前端裝卸設(shè)備的作業(yè)范圍，也要保證全月臺其余作業(yè)道口及作業(yè)工序的正常流轉(zhuǎn)，還要考慮系統(tǒng)內(nèi)部各模塊間的能源接口以及整套系統(tǒng)與外部能源接口布置的合理性與匹配性。

2.增加作業(yè)對象原始數(shù)據(jù)積累

實地運用期間，共采集287種貨物信息，按表面狀態(tài)統(tǒng)計，其中表面平整的共131種，占比為45.1%，表面凹陷的共9種，占比為3.1%，表面鼓包的共103種，占比為35.7%，表面嚴(yán)重鼓包的共44種，占比為15.2%；按包扎方式分類統(tǒng)計，其中表面無扎帶的共124種，占比為42.7%，有扎帶的共163種，占比5為7.3%。

實地運用期間共采集164種集裝箱開箱情況，分類統(tǒng)計如表1所示。集裝箱開箱狀態(tài)，如圖7～圖9所示。

表1集裝箱貨物擺放情況及占比

圖7 橫縱交替擺放

圖8 貨物縱向插縫

圖 9 下層縱擺上層橫擺

3.進(jìn)一步認(rèn)識裝卸工藝

根據(jù)研究以及現(xiàn)場的作業(yè)情況，對冷鏈貨物裝卸工藝進(jìn)行了提煉與總結(jié)，情況如圖10和圖11所示[5]。

圖10 裝貨作業(yè)工藝圖

圖11 卸貨作業(yè)工藝圖六

六、主要問題

通過在運用實際過程中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)應(yīng)用暴露的主要問題可以分為以下幾類：

1.作業(yè)對象多樣

作業(yè)對象的包裝類型、材質(zhì)、包扎方式、狀態(tài)和碼放形式等具有多樣性，且來自各國的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不統(tǒng)一。通過對現(xiàn)場貨物信息收集，在冷鏈場景下的箱式貨物包裝類型、包扎方式等方面，存在貨物鼓包、附有橫向扎帶及縱向扎帶，集裝箱開箱則存在箱式貨物表面纏膜、箱式貨物橫向擺放與縱向擺放交錯、箱式貨物橫向擺放插入若干列豎向擺放等情況，作業(yè)對象不規(guī)范和不確定性較強(qiáng)，嚴(yán)重影響冷鏈場景下智能裝卸系統(tǒng)的應(yīng)用。

2.作業(yè)規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)化不足

實際作業(yè)過程中，貨物的包裝、裝載方式與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有較大差別，現(xiàn)場貨物包裝多為單層瓦楞紙包裝，如圖12所示。

圖12 現(xiàn)場貨物包裝

冷鏈易腐食品肉類需使用堅固紙板包裝（由三層草紙板和二層瓦楞紙合成），紙箱上下口粘貼嚴(yán)密，并且用堅韌的牛皮紙封牢，同時貨物在運載工具內(nèi)的碼放呈“品”字型、“一二三三二一”型以及“井”字型[6]，而現(xiàn)場貨物碼放多根據(jù)操作工人的便利性以及容積的最大利用進(jìn)行碼放，如圖13所示。

圖13 現(xiàn)場貨物的碼放

3.系統(tǒng)適應(yīng)能力有所欠缺

通過在現(xiàn)場應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)冷鏈箱式貨物裝卸系統(tǒng)在實際場景中仍存在以下幾點欠缺：

（1）對貨物的適應(yīng)能力：冷鏈貨物包裝多樣，同時由于貨物的特殊性，貨物多有鼓包、凹陷、表面結(jié)冰粘結(jié)、包裝破損、包裝濕潤等情況，對設(shè)備的識別以及作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性、柔性化程度以及穩(wěn)定性提出較高要求，而目前系統(tǒng)對該情況下貨物的適應(yīng)能力有所欠缺

（2）設(shè)備防護(hù)：冷鏈現(xiàn)場為高濕低溫的環(huán)境，盡管電氣元件防護(hù)等級、防銹等可滿足對應(yīng)參數(shù)要求，但如果設(shè)備長期處于該種惡劣環(huán)境下，需對其防護(hù)要求進(jìn)一步提高。

（3）布置占地：由于冷鏈特殊作業(yè)環(huán)節(jié)的存在，如貨物消殺等環(huán)節(jié)，致使系統(tǒng)整體布局占地較大，需對拆垛部分以及中間傳輸部分進(jìn)一步優(yōu)化，以保證更小空間的占用。

4.現(xiàn)有物流管理系統(tǒng)信息化程度不足

庫內(nèi)作業(yè)時，出庫、入庫作業(yè)對象在當(dāng)前管理系統(tǒng)中僅有貨物的數(shù)量、存放位置、箱型等基本信息，而每托貨物的規(guī)格、包裝情況、碼放狀態(tài)以及運載工具貨箱尺寸等信息未進(jìn)行收集錄入，信息涵蓋不夠全面，現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)需要人工測量后箱裝卸系統(tǒng)人工進(jìn)行信息輸入，相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)用不夠便利。

七、結(jié)論與建議

隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對物流時效要求不斷提高，勞動力日益短缺，人力成本逐年上升，越來越多的企業(yè)開始重視倉庫月臺自動化技術(shù)的運用。無論倉儲企業(yè)，還是設(shè)備供應(yīng)商，越早突破機(jī)械化、自動化裝卸技術(shù)并實施應(yīng)用，就越能掌握市場話語權(quán)，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展趨勢，在此特提出以下幾點建議：

1.專項技術(shù)攻關(guān)，集中行業(yè)、高校等優(yōu)勢技術(shù)資源，針對冷鏈特定場景下的綜合作業(yè)效率、穩(wěn)定性和貨物適應(yīng)范圍等方面進(jìn)行專項研究，同時聯(lián)合國內(nèi)各大冷鏈運用場景企業(yè)適時開展運用考核工作，推進(jìn)冷鏈智能裝卸產(chǎn)業(yè)的“零”突破。

2.目前冷鏈物流行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度低，標(biāo)準(zhǔn)間銜接不夠緊密。依托國內(nèi)外冷鏈產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，加強(qiáng)冷鏈物流技術(shù)裝備的研發(fā)運用，推動建立冷鏈貨物裝卸的機(jī)械化、自動化作業(yè)流程、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

3.推動大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、云計算等新技術(shù)在冷鏈倉儲各環(huán)節(jié)的有效賦能，加快設(shè)施裝備數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智慧化升級步伐，提高信息實時采集、動態(tài)檢測效率，為提升倉儲、搬運、裝卸等環(huán)節(jié)一體化運作和精準(zhǔn)管控能力提供有力支撐，有效促進(jìn)冷鏈物流業(yè)態(tài)模式創(chuàng)新和行業(yè)治理能力現(xiàn)代化。

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