热文回顾：石化行业自动装车技术方案及其应用

文摘 2024-10-22 17:38 湖北

本文主要介绍了整托自动装车系统的五个构成部分，对其中最关键的设备——自动装车机器人的四种主要类型进行了分析，分享了两个自动装车系统在石化行业的应用案例，并指出了自动装车系统的技术难点与未来发展。

-文章信息-

文章来源于物流技术与应用，作者杨静林伟黄彬邓春萍。智能装备观察授权转载。

石化行业自动装车技术方案及其应用

随着中国进入老龄化社会，劳动力成本越来越高，特别是装卸搬运工更是面临着招人难、招人贵的问题。近年来，石化企业已经意识到此类问题日益严重，开始积极找寻替代人工的自动化解决方案。以中石化为首，自2018年就开始了对自动装车系统的建设探索，从最初的科研开始，逐步攻克技术难点，使之不断成熟化，并加快推进市场应用。

石化行业物流特点与自动装车解决方案需求

1.车辆标准化程度低

国内运输货车以集装箱、厢式车、平板车、低栏车、高栏车、高低板车、飞翼车和侧帘车为主，相互之间的尺寸偏差较大。目前绝大部分企业都是委托第三方物流提供服务，而货车大多都是需要实时外叫的个体运营车辆，种类复杂。同时，即便是同种车辆，由于国内车辆改装现象严重，细节尺寸都有一定的偏差，造成车辆标准化程度低。

2.车辆满载满装要求高

无论是货运企业，还是货运个人，追求利益最大化是其最终目标。在符合国家制定的运输载重标准的情况下，往往会充分利用车辆的有效容积和载重量，做到尽可能多地装入货物，避免出现“亏吨”现象。

3.装车发货量大

石化行业出入库作业属于“大进大出”型，产品种类少、存量高、流量大。其中，生产入库是24小时生产制，而装车发货时间基本只有8～10小时，单位小时内发货量是生产入库量的3倍左右；同时，运输车进厂时间不均衡，存在一定程度的集中进厂时间，更加剧了单位时间内发货的波峰效应。

2023年1月18日，人力资源和社会保障部发布了2022年第四季度“最缺工”的100个职业排行，其中装卸搬运工位列第24位，成为很多企业的“最缺工”，招工难、招工贵现象加剧，企业缺工问题愈发严重。

用人困境在逼迫企业进行自动化、智能化改造升级，特别是石化企业，在装卸搬运方面用工人数庞大，装车是劳动力需求最多也是劳动强度最大的环节，通过自动装车设备代替传统的劳动密集型作业是必然趋势。部分石化企业在生产端和仓储端已经实现了高度的自动化，而末端的装车还多是以人力作业为主，通过建设自动装车系统，可以补齐最后环节，实现“生产－仓储－发运”全过程的无人化、自动化，完成打造智慧工厂的“闭环”。

自动装车技术解决方案分析

从产品形态上来看，石化产品主要分为液态和固态两大类别。液态产品主要以储罐进行储存、槽车进行运输，部分用液体桶存储；固态产品多以纸袋、塑料袋进行包装，根据容积大小，可以分为小袋产品和吨袋产品，主要以火车和货车进行运输。火车因车厢皮的结构使然，在自动装车系统上还存在较大的技术瓶颈。以货车为主的自动装车系统则已取得多项技术突破和成功案例落地运行，设备种类多样，形式各异。

货车装车分为单件装车和整托装车两大类。单件装车是以单袋或多袋为单元，进行识别定位、自动抓取和自动装车，该模式涉及产品的二次拆码垛作业，在产线下线直发应用较多，效率可以达到1200～1600袋/小时。

随着2018年石化行业开始推行共享托盘发运模式，整托运输已经成为主流。整托自动装车系统根据功能特性分类，主要由车辆识别系统、备货缓存系统、安全防护系统、装车管理系统和自动装车机器人五部分组成。

车辆识别系统是由车牌识别系统、车辆进出道闸、车辆识别定位系统所组成，对来装货的车辆信息、车型规格、异物检测、停车定位等进行识别和管理。

备货缓存系统是出库作业和装车作业之间的缓冲环节，起到承上启下的重要作用，包括有外形检测装置、备货缓存输送机组、换向输送机组、升降输送机组、移栽输送机组、并垛输送机组和异常排除输送机组，同时根据前端货物的特性和装车需求，还有自动去/换托机、自动叠包/垛机、自动整形机等设备。

安全防护系统是通过采用固定护栏、电子护栏、视觉检测、激光扫描等多种安全防护措施，保证装车作业过程中人、机安全，避免安全事故的发生。

装车管理系统集装车状态监控、装车数据管理以及装车过程控制于一体，可以实时监控装车系统的当前运行状态，同时可以对装车的数据进行保存、查询与分析。

某项目装车系统网络拓扑图，如图1。

图1 某项目装车系统网络拓扑图

自动装车机器人是自动装车系统最关键的组成设备，目前市场上投入使用的可以分为整车推送式装车机、轨道移动式装车机、空中桁架式装车机和无人导引装车机器人四种类型。

1.整车推送式装车机器人

整车货物预先出库并在装车机器人系统（见图2）平台上紧密排列备料，车辆停靠到位后，通过动力车板一次性将整车物料推送装入车内，3～6分钟便可完成一车货物的装载，可完成集装箱车、厢式车、低栏板车、高栏板车等的自动装车。

图2 龙合智能极速系列装车机器人

2.轨道移动式装车机器人

装车机器人通过地面轨道，沿着车辆长度方向往来穿梭移动，将整托货物按照设定好的摆放规则装载到货车上，8～15分钟装满一车。轨道移动式装车机（见图3）根据不同的结构形式，又可分为上装式龙门装车机器人、侧装式龙门装车机器人和侧装式装车机器人，可完成低栏板车、高栏板车、侧帘车、侧翼车等的自动装车。

图3 龙合智能灵空/幻影系列装车机器人系统

3.空中桁架式装车机

装车机器人系统（见图4）主体结构采用桁架形式，由多个立柱和横梁采用框架式结构组成，通过在空中构建XYZ直角坐标系，具备侧移、前进、升降和旋转等功能，同时能够很好地兼容地面环境，对环境要求低，装车速度较快，15～30分钟装满一车，可完成低栏板车、高栏板车、笼车及火车车厢等的自动装车。

图4 龙合智能灵空系列装车机器人系统

4.无人导引装车机器人

装车机器人系统（见图5）单次可搬运1～4托货物，行驶进入车厢进行装车作业，车厢内通过测距算法进行定位导航。装车机器人有平衡重机器人、麦克纳姆轮移动机器人以及重载搬运机器人等。该种形式装车较为灵活、占地面积小，20—40分钟能装满一车，对车型，对车况要求较高，可完成集装箱车、厢式车等的自动装车。

图5 龙合智能劲驰系列装车机器人系统

从需求端来看，石化行业自动装车开始进入快车道，头部企业如镇海炼化、万华化学等都已完成自动装车系统的首用，取得了较好的经济效益与社会效益，并在逐步扩大自动装车的应用范围。

石化企业在选择及建设自动装车系统时，要统筹规划、合理布局，充分考虑企业自身的特性，依据包装码垛、库房、月台、物流场地、提货车辆等情况进行科学分析，选择成熟稳定且匹配的设备以满足企业需求，同时要着重考虑自动装车系统在车型兼容性、停车难易度、产品破包率、全品规适配性、备货缓存和装车效率等方面的技术指标。

应用案例

中国自动装车系统市场还处于起步阶段，无论供应商还是落地案例都为数不多。作为国内首家专注于终端物料（箱装、袋装、桶装、吨装等）智能无人搬运装卸设备及提供系统解决方案的供应商，成立于2014年的龙合智能装备制造有限公司（以下简称“龙合智能”），是一家集自主研发、制造、营销服务为一体的民营国家级高新技术企业，拥有国家级绿色工厂，是国家级首批专精特新“小巨人”重点企业、全国工业车辆技术委员会属具标准化工作组召集单位、国家知识产权优势企业、中国工业示范单位、中国装备制造年度优秀企业。公司设有国家级博士后科研工作站、省级企业技术中心、省重点实验室和新型研发机构等技术创新平台，主营业务包括智能无人装卸系统、智能物流搬运、装卸设备及其集成应用系统整体解决方案、智能仓储软硬件综合集成系统及属具产品等。

龙合智能自主创新研发的智能无人装卸系统综合技术居国际先进、国内领先水平，拥有龙合幻影、龙合灵空、龙合极速、龙合劲驰四大系列智能无人装卸系统，产品覆盖公路运输的所有车型，填补了国内空白，在国内终端物料智能装车细分领域居领先地位，是中石化、中国烟草、中粮集团的合格供应商。特别是公司在石化行业推广应用的“垛装物料装车托盘自动转换总集成总承包”服务型制造营销模式，被工信部确定为“服务型制造示范项目”。

图6 龙合智能幻影系列自动装车系统在某石化企业乙烯项目的应用

案例一：龙合智能为某石化企业规划建设的1500万吨/年炼油1200万吨/年乙烯项目立体仓库自动装车系统（见图6）

产品名称：聚丙烯、聚乙烯；
包装形式：1.5吨套膜；
发运模式：带托发运；
装车车辆：平板车、低栏车、高低板车；
装车效率：90托/小时/套。

该项目特点如下：

1.装车机器人双车同异步作业，1分钟装载4个托盘货物，满足高强度出库任务和短期大峰值装车需求。

2.系统根据不同的车型、车宽自动调整托盘货物的码放规则，满足27吨/车和30吨/车的装车需求。

3.通过复合式定位技术保障，确保装车机器人精确定位和货物精准装载，在快速高效装车的同时，保证搬运作业中货物的稳定性。

4.通过多重激光扫描识别技术，智能计算分析车辆高度、货物位置等并做控制调整，使货物在车厢内码放可靠、整齐。

5.采用车体防倾倒、人员误入作业区识别、货物侧方防护等多重安全保护技术，确保装车时人员、系统、车辆和货物的安全。

图7 龙合智能灵空系列自动装车系统在某石化企业MDI项目的应用

案例二：龙合智能为某化工企业规划建设的40万吨/年MDI立体仓库自动装车系统（见图7）

产品名称：异氰酸酯；
包装形式：200L液体桶；
发运模式：无托发运；
装车车辆：平板车、低栏车、高栏车、高低板车；
装车效率：225桶/小时/套。

该项目特点如下：

1.该项目针对桶装物料的自动装车需求，将原本零散的工艺连通，实现产品从码垛、出库到装车环节全过程自动化、无人化、智能化。

2.液体桶仓储、输送、装车全过程无托盘载体，长距离、安全、平稳柔性输送、装车，同时兼容液体桶多类型叠垛垛型，满足装车配载重量平衡及运输安全要求。

3.实现非全覆盖雨棚环境，雨天装车机器人的安全防护，选择雨水防护等级的供电系统，并建设有排水系统，确保装车机器人行走装置和电子元器件的安全，免遭雨水侵袭。

4.通过多重激光扫描识别技术，智能计算分析车辆高度、货物位置等并做控制调整，使货物在车厢内码放可靠、整齐。

5.采用电子护栏技术，开放式作业空间，降低车辆停车难度，保证设备在运行过程中的人、车安全。

未来发展

新时代下，随着自动化立体库、AGV的应用日益广泛，实现了自动仓储与自动搬运，自动装车系统的应用将成为未来制造企业物流升级改造的主旋律。对于一直困扰石化企业的装车难题，未来必将由智能装车系统代替人工搬运，达到人力使用最低，最终实现装卸无叉车作业、无人力等高强度体力劳动。

在自动装车设备和技术的发展上，货物包装单元不匹配车型是最大的技术难点，自动装车系统要想“装得好、装得快、装得满”，就需要在柔性搬运载具、复杂环境精准定位、设备路径规划算法、激光/视觉识别系统等方面进行突破。目前部分技术已经有了长足的进步和发展，但仍然还有更大一部分亟待解决。

石化企业自动装车系统的应用，不仅仅是满足自身的仓储物流发展需求，更是带动了中国自动装车技术的发展。与此同时，石化企业自动装车设备的应用普及，也必将促进中国带板运输和货运车辆标准化的发展，推动中国物流业标准化发展。（End）

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