智能物流系统在塑料管加工行业中的应用

随着城市化进程的加速和基础设施建设的不断推进，给排水管、煤暖气管、电气导管、雨水管等各类管材、管件的需求量显著增长。同时，工程项目和消费者对产品质量和安全的要求也在不断提高。在此背景下，塑料管行业呈现出整体稳定的趋势，正在进入一个优化产业结构、提升质量水平的过渡期，行业的市场需求持续增长，行业内部竞争格局也在不断地变化。

随着智能制造的发展和市场需求的不断变化，塑料管将迎来更多的发展机遇和挑战。企业需紧跟市场变化的技术发展趋势，不断调整和优化自身的管理模式、经营策略和发展方向，以适应市场变化和消费者的需求。当前，越来越多的企业通过引入智能物流系统，推动厂区各工艺环节的数字化转型，构建数字化智慧工厂，并实现企业内部储-产-运全流程物流链向智能化升级。

本文对智能物流系统在塑料管加工行业原材料、成品的存储、输送和转运等工艺过程中的应用进行归纳总结，并提出了相应的关键应用技术。

塑料管加工行业中，原材料及各类成品的周转、存储及管理是制造、销售过程中至关重要的环节，原材料及各类成品周转、存储的自动化程度、智能管理水平直接体现一个企业的自动化智能化水平。

塑料管加工行业主要原材料为袋装PVC、PE、PP等高分子材料；成品塑料管根据外形可分为普通管件、长件管材、盘管管材以及其它管材。常规的塑料管加工工厂原材料和成品在车间和各库房间的流转工艺流程如图1所示，包括原材料的购买、收货、存储、产线供料，产品的生产加工、包装，成品的入库、存储、出库发货等。

图1 管加工工艺储-产-运全物流链

根据原材料及各类成品的处理工艺、流量、物料特性和厂房结构来建设相应的智能化立体库房是至关重要的。例如，以存储搬运和管理原材料为主的原材料库，以输送和存储各类成品的管件库、长件管材库、盘管管材库及堆场等，通过这些智能化立体库房的建设可以实现对原材料和成品的智能管理与控制。

1.原材料库

塑料管道行业的库房原材料主要为PVC、PE、PP等高分子材料，包装形式有袋装、吨包两种，堆码在定制托盘上形成托盘物料单元（如图2），实托盘外形规格≤1500×1500×2000（L×W×H，mm），最大重量不到2吨。管加工行业原材料库通常毗邻车间，与车间相连，以便于给车间供料。同时，设计有相应的停车、卸车区域，以方便原材料来料的收货、退货。

图2 原材料

传统的原材料存储方式为地堆在厂房内，并在叉车的辅助下进行搬运和投料，这种方式效率低、管理成本高。为实现原材料的智能管理，根据原材料特性、工艺、厂房特点、建设需求、投入成本及自动化程度，可以规划成用AGV搬运的平库或堆垛机立体库。

AGV式平库主要由AGV系统、垂直提升机、输送机、外形检查、电控系统、计算机系统等组成（如图3）；堆垛机立体库主要由堆垛机、横梁式货架、直行穿梭车、垂直提升机、输送机、机器人外形检查、电控系统、计算机系统等组成（如图4）。原材料库应当包含原材料外购入库、质检、生产投料、待判定原料处理、原料晾晒处理、原料退货出库、废料管理、爆仓处理、倒库、空托盘流转等业务流程。

图3 AGV式平库案例

图4 堆垛机立体库案例

2.管件库

管件是管道系统中的连接件，可以用于管道的拐弯、分支、连接等，常见的管件有弯头、三通、四通、异径管等。管件产品装在件箱中，件箱码在托盘上，形成托盘单元（如图5），实托盘规格同原料库，重量≥1吨。按产地分类，管件产品可分为两种，一种是本工业园区自制管件，一种是从别的工业园区生产加工后到本工业园区分拣销售的管件，部分管件需要二次加工。

图5 管件托盘单元

传统的管件产品存储以件箱的形式按不同的品规直接码放在地面存储，当管件品规多且量大的时候，不方便入出库及拣选。为改善传统的管件管理模式，提高效率，管件库可以建设成以“托盘单元形式存储的横梁式货架+高位叉车”的形式，或是“高位AGV配合的平库”形式，或是“堆垛机+横梁式货架的立体库”形式。

平库主要由高位叉车/高位前移式AGV、低层横梁式货架、垂直提升机、输送机、外形检查站、电控系统、计算机系统等组成（如图6）；立体库主要由堆垛机、横梁式货架、隔板式货架、穿梭车、垂直提升机、输送机、外形检查站、电控系统、计算机系统等组成（如图7）。管件库的业务流程需要涵盖管件入库、质检、出库、分拣、发货、退库、爆仓、移库、空托盘的流转等环节。

图6 管件平库案例

图7 管件立体库案例

由于管件品规多，拣选复杂，在设计管件库时除了考虑储存、入出库外，还应重点考虑拣选策略、拣选方式、拣选效率等因素。在方案规划前应对用户近期订单数据进行分析，得出分拣策略，再根据策略及需求设计方案。

图8 管件箱订单分析数据

以某公司某年1～5月的管件订单件箱拣选数据分析为例，根据用户管件订单原始数据分析出各品规管件的累计出库占比（如图8），把品规和累计出库占比转换成折线图（如图9），从图9中可以看出前段折线上升快，累计出库占比到80%后逐渐趋于平缓，该管件出库订单数据ABC分类比较明显，可以采用ABC数据分析方法进行分析。

表1管件箱订单分析结论

图9 管件箱订单IQ比例图

以80%、15%、5%的出库量进行品规分类，从图8中看出，该公司1～5月管件订单出库品规有4531个，其中占80%的出库量的有568个品规，占95%的出库量的有1563个品规。分别以80%、15%、5%的出库量所占的品规数除以总品规数得出表1，12.54%的品规占了80%的出库量，21.96%的品规占了15%的出库量，65.50%的品规占了5%的出库量，符合ABC分类。

根据分类数据特征规划设计分拣方案、分拣策略，配置相应的自动化物流设备。针对A类物料采用自动化分拣策略，可配置输送线+机器人的模式进行拣选；针对B类物料采用半自动化、货到人分拣策略，可配置AGV+拣选站台的模式进行拣选；针对C类物料采用人到货的分拣策略，配置隔板货架存储物料，人工到隔板式货架上拣选。

（1）件箱流量分析计算

单日发货箱数作为件箱流量，根据用户管件订单原始数据分析出单日箱出库量，并转换成折线图（如图10），从图10中看出单日最大箱发货量为10068箱，件箱拆码垛、输送、搬运流量为10068箱/天。

图10 管件单日整箱出库量

（2）托盘流量分析计算

单日发货托盘数和单日平品规数进行对比，以大的值作为被拣选托盘流量，单日发货托盘数作为订单托盘流量，根据用户管件订单原始数据分析出单日箱品规数，并转换成折线图（如图11），从图11中看出单日最大品规格数为815个，从图10中看出单日最大箱发货量为10068箱，按25箱/托进行计算，815＞10068/25（箱/托）=402.72箱，被拣选托盘流量为815托/天，订单托盘流量为402.72托/天。

图11 管件整箱出库品规数

以上系统流量分析计算均根据最大值来计算，为实现自动化物流系统的实用性和经济性，一般按满足全年80%天数的数值进行计算，再乘以N年规划的增长系数。

3.长件管材库

长件管材指4.3m长的细管材，管材产品根据一定的模数装在袋中，管材袋码放在带围栏的托盘上形成托盘物料单元（如图12），实托盘规格≥4000×1100×850（L×W×H，mm），重量约1吨。

图12 长件管材托盘物料单元

长件管材库主要由堆垛机、横梁式货架、直行穿梭车、货叉式提升机、输送机、外形检查站、电控系统、计算机系统等组成（如图13）。长件管材库建设要包含管材的入库、越库、出库发货、退货/退库、拣选、抽检、盘库、爆仓移库、空托盘的流转等业务流程。

图13 长件管材库案例

托盘设计要保证物料不能挡住叉车、堆垛机的叉取叉口，避免影响作业。根据物料特性长件管材库可采用横梁式货架立体库，货架每个货格存放一个货位，堆垛机货叉采用三指叉形式，提升机采用货叉式提升机，入出库根据效率和距离可采用输送线和穿梭车形式。

4.盘管管材库

盘管分为家装类和工程类两种，家装类装在件箱中，工程类为卷状缠膜。1～5盘盘管码在实托盘上，形成托盘单元（如图14），实托盘规格1100×1100×1650（L×W×H，mm），重量≤250kg。托盘单元上盘管≤5，且盘管规整，在入库时保证盘管信息码在同一侧并朝向巷道侧，设计时可以增加自动盘点功能，实现立库的自动盘点。

图14 盘管物料

盘管管材库可设计成横梁式货架立体库，货架采用三货位每货格的形式，盘管管材库主要由堆垛机、横梁式货架、潜伏式AGV系统、垂直提升机、输送机、外形检查站、机器人、电控系统、计算机系统等组成（如图15）。盘管管材库建设要包含盘管的入库、越库、出库发货、退货/退库、抽检、盘库、爆仓移库、空托盘的流转等业务流程。

图15 盘管管材库方案

5.堆场库

超长或异形件管材因外形特殊，不利于规划成托盘单元，建设成智能立体库。需要单独的规划露天场地进行存放超长或异形件管材，这种场地简称堆场库。堆场库可当作平库进行管理，堆场区域划分可根据不同物料及物料的存量进行灵活地调配。

1.实时在线外检垂直提升机技术

在管件库、原料库中配置多台具备内置实时在线外检技术的垂直提升机（如图16），保证物料输送、升降过程中的稳定性、安全性，加强对托盘物料和设备的保护。

图16 提升机轿厢示意

内置实时在线外检技术的垂直提升机在轿厢内设计有外形检测，可实时检测提升机内输送、升降托盘物料的前后左右四个面的外形，当外检异常时提升机停止运行并报警，可有效防止管加行业托盘物料的损坏、杜绝设备损坏和安全事故的发生。

2.灵活合分型穿梭车技术

在普通管件和长件管材自动化搬运过程中应用灵活合分型穿梭车技术（如图17），可同时实现两种不同规格的管材托盘物料的输送。合分型穿梭车双工位之间采用柔性铰链连接，可根据流量及工艺的搬运需要灵活拆合，即可作为双工位单台小车（一轨一车）进行作业，亦可拆分双工位作为两个单独小车（一轨双车）运行。

图17 灵活分合型穿梭车

3.长管件货叉式垂直提升机技术

在长件管材库应用货叉式垂直提升机（如图18），实现4000mm长规格管材物料的升降搬运。货叉采用三指叉，保证对长托盘物料单元的稳定取放。与框架结构垂直提升机相比，货叉代替了提升机中的输送机，提高了效率，以双立柱机构替代框架结构，相对减少提升机的大小，节省了空间。

图18 货叉式垂直提升机

4.远程视频盘点堆垛机技术

在盘管管材库应用堆垛机远程视频盘点技术，通过立库管理系统控制堆垛机逐货位获取真实的货位图像数据，同时识别指定货位上物料托盘的条形码标签和托盘上物料的条形码标签信息（位置如图19），实现立体库远程无人盘点功能（包括按批次盘库、按存储区域盘库、按物料盘库、抽查盘库、全库盘库等，如图20），并可实时监控货架托盘和货物状态，以及堆垛机运行状态。

图19 托盘条码和物料标签信息位置示意

图20 盘点复核页面示意

本文总结了塑料管加工行业原材料及各类成品的周转、存储及管理过程中的全工艺流程，概述了原材料库、管件库、长件管材库、盘管管材库及堆场的规划建设方法，并将关键自动化、智能化物流技术应用到的各类库房建设中。智能仓储物流系统在塑料管行业生产加工以及存储搬运全流程的应用，极大地提高了该行业的智能化、信息化水平以及生产加工转运效率。