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龍合智能：石化行業 自動裝車技術方案及其應用

隨著2018年石化行業開始推行共享托盤發運模式，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在石化行業的應用案例，并指出了自動裝車系統的技術難點與未來發展。

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，石化企業已經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、飛翼車和側簾車為主，相互之間的尺寸偏差較大。目前絕大部分企業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，由于國內車輛改裝現象嚴重，細節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，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“虧噸”現象。

3.裝車發貨量大

石化行業出入庫作業屬于“大進大出”型，產品種類少、存量高、流量大。其中，生產入庫是24小時生產制，而裝車發貨時間基本只有8～10小時，單位小時內發貨量是生產入庫量的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發貨的波峰效應。

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

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

自動裝車技術解決方案分析

從產品形態上來看，石化產品主要分為液態和固態兩大類別。液態產品主要以儲罐進行儲存、槽車進行運輸，部分用液體桶存儲；固態產品多以紙袋、塑料袋進行包裝，根據容積大小，可以分為小袋產品和噸袋產品，主要以火車和貨車進行運輸。火車因車廂皮的結構使然，在自動裝車系統上還存在較大的技術瓶頸。以貨車為主的自動裝車系統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，該模式涉及產品的二次拆碼垛作業，在產線下線直發應用較多，效率可以達到1200～1600袋/小時。

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

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

備貨緩存系統是出庫作業和裝車作業之間的緩沖環節，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，保證裝車作業過程中人、機安全，避免安全事故的發生。

裝車管理系統集裝車狀態監控、裝車數據管理以及裝車過程控制于一體，可以實時監控裝車系統的當前運行狀態，同時可以對裝車的數據進行保存、查詢與分析。

某項目裝車系統網絡拓撲圖，如圖1。

圖1 某項目裝車系統網絡拓撲圖

自動裝車機器人是自動裝車系統最關鍵的組成設備，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（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，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）根據不同的結構形式，又可分為上裝式龍門裝車機器人、側裝式龍門裝車機器人和側裝式裝車機器人，可完成低欄板車、高欄板車、側簾車、側翼車等的自動裝車。

圖3 龍合智能靈空/幻影系列裝車機器人系統

3.空中桁架式裝車機

裝車機器人系統（見圖4）主體結構采用桁架形式，由多個立柱和橫梁采用框架式結構組成，通過在空中構建XYZ直角坐標系，具備側移、前進、升降和旋轉等功能，同時能夠很好地兼容地面環境，對環境要求低，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

4.無人導引裝車機器人

裝車機器人系統（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，車廂內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

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

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

應用案例

中國自動裝車系統市場還處于起步階段，無論供應商還是落地案例都為數不多。作為國內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、制造、營銷服務為一體的民營國家級高新技術企業，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、全國工業車輛技術委員會屬具標準化工作組召集單位、國家知識產權優勢企業、中國工業示范單位、中國裝備制造年度優秀企業。公司設有國家級博士后科研工作站、省級企業技術中心、省重點實驗室和新型研發機構等技術創新平臺，主營業務包括智能無人裝卸系統、智能物流搬運、裝卸設備及其集成應用系統整體解決方案、智能倉儲軟硬件綜合集成系統及屬具產品等。

龍合智能自主創新研發的智能無人裝卸系統綜合技術居國際先進、國內領先水平，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，產品覆蓋公路運輸的所有車型，填補了國內空白，在國內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推廣應用的“垛裝物料裝車托盤自動轉換總集成總承包”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在 某石化企業乙烯項目的應用

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

產品名稱：聚丙烯、聚乙烯；

包裝形式：1.5噸套膜；

發運模式：帶托發運；

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，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.系統根據不同的車型、車寬自動調整托盤貨物的碼放規則，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，保證搬運作業中貨物的穩定性。

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整，使貨物在車廂內碼放可靠、整齊。

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

圖7 龍合智能靈空系列自動裝車系統 在某石化企業MDI項目的應用

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

產品名稱：異氰酸酯；

包裝形式：200L液體桶；

發運模式：無托發運；

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，實現產品從碼垛、出庫到裝車環節全過程自動化、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.實現非全覆蓋雨棚環境，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，并建設有排水系統，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整，使貨物在車廂內碼放可靠、整齊。

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

未來發展

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

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

石化企業自動裝車系統的應用，不僅僅是滿足自身的倉儲物流發展需求，更是帶動了中國自動裝車技術的發展。與此同時，石化企業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展，推動中國物流業標準化發展。

編輯、排版：羅丹

本文源自

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