1、铁 路 系 统 检修 车 间 单 元化 物 流 存 储及 输 送应用 曹志杰 王鑫 北 京 康拓 红 外技 术 股份 有 限公 司 摘 要： 铁路系统检修车间的物料配送过程比较繁杂, 但物料的外形尺寸又基本固定、 配 送规模和流程又有一定的规律, 为了方便各种物料 的配送和记录, 提出了单元 化物流方式进行输送和管理, 有效提高了物料的配送、筛选、收集、统计能力。 单元化物流的应用为提高车间检修自动化奠定了基础, 自动化立体仓库和单元 化物流配送已经在检修线中开始发挥重要作用。 关键词 ： 铁路单元化; 物流; 物料; 作 者简 介： 曹志杰 (1980 ) , 男, 硕士, 中级职称, 毕业
2、于北京邮电大学, 从 事自动化物流行业中的立体仓储、 自动化分拣线、 立体停车库等方面的控制系统 设计工作, 完成多项铁路系统的非标立体 仓库自动化工程项目。 Application of Unitized Logistics Storage and Transportation in Maintenance Workshop of Railway System CAO Zhi-jie WANG Xin Beijing Ctrowell Technology Corporation Limited; Abstract ： In railway maintenance workshop, the
3、 process of material distribution is complicated, but, the size of the material is basically fixed, the logistics distribution scale and process have certain rules, In order to facilitate the distribution and record of various materials, the unitized logistics mode is put forward for transportation
4、and management, which effectively improves the materials distribution, screening, collection, statistics capabilities. The application of unitized logistics has laid a foundation for improving the automation of workshop maintenance, and automated warehouse and unit logistics distribution have begun
5、to play a great role in the maintenance line. Keyword ： railway unit; logistics; material; 1 概述 把货物按照一定的规格进行规整, 标准化成同一种尺寸的作业单元, 这种便于 存放、 搬运和运输的货物单元称之为集装单元, 在供应链的各个环节中, 以集装 单元为对象而组织的装卸、 搬运 、 储存和运输 等物流活动一体化运作所形成的物 流形态成为单元化物流。 铁路系统的检修车间所要输送的零件和物资大部分都是 金属制品, 体积小、 重量大, 按照一定规模码放到托盘或者货箱里面的输送、 存 储过程, 成为铁路系统
6、检修车间的常见输送特点, 对于单元化的物料输送的过 程, 方便在工艺过程的各工位进行有效传输。 铁路系统的检修车间的生产物流自动化, 已经在探索中部分开始应用, 物流单 元化思想已经有所形成, 物料从上游的供应链到车间进行存储登记, 再到各工 位的物流单元化配送, 最后到成品的单元化输送, 形成了一个小单元组 装成大 单元的流水线应用过程。 2 先进物流技术在检 修基地现状 企业物流是社会物流系统的基础, 是生产型企业的 “第三利润”源泉。 目前我国 的车辆检修基地, 由于现有的总体或局部的物流格局不清晰, 因而造成:物料流 混乱、重复搬运多; 生产流程不合理造成物料流动路径长等生产缺陷, 直
7、接阻碍 车辆段生产效率的提高, 而且占用大量资金, 成为发展的包袱。 虽然近几年物流 技术在个别车辆段得到了重视, 但只是个别设备自动化程度较高, 不能形成一 条完整的自动化检修线;尤其单元化物流的概念也在起步探索阶段, 运用范围也 极为有限。 目 前在铁路跨越式发展的今天, 如何满足新型车辆快速发展检修的需求, 如何 在既有的软、 硬件设施和现有资源的基础上, 根据车辆检修的生产特性, 进行科 学的设施规划和生产组织, 以最小的投入, 提高车辆检修效率和质量, 成为铁路系统车辆检修自动化的紧迫课题。 目前国内针对企业物流的研究, 主要在于网 络、 电子商务和立体仓库等方面, 而且研究企业供应
8、物流和销售物流、 铁路货运 物流较多, 对于铁路系统生产物流系统的研究较少。 物料搬运 (Material Hanging) 是制造企业过程中的辅助生产过程, 它是工序 之间、 车间 之间、 工厂之间物质流不可缺少的环节。 据国外统计, 在中等批量的 生产车间里, 零件在机床上的时间仅占生产时间的 5%, 而95%的时间消耗在原 材料、 工具、 零件的搬运和等待上;物流搬运的费用占全部生产费用的 30%-40%。 为此, 设计一个合理、 高效、 柔性的物料搬运系统, 对压缩库存资金占用、 缩短 物料搬运所占的时间是十分必要的。 这就要求企业内部物流活动与生产工艺流程 必须同步化, 物流搬运路线
9、要简洁、 直线化, 物料搬运机械化、 省力化、 自动化, 单元化容器必须标准化、 通用化, 尽可能做到装卸搬运集装单元化, 以减少物料 搬运的次数, 提高物料搬运活性指数。 由于铁路车辆种类较多、 车况复杂的原因, 导致在车辆配件的储备上, 就必须考 虑到各种车型 的各种修程配件储备, 且数量必须保证每日最低检修能力的需要, 这就造成检修生产经常库存量大。 另外, 由于车辆配件种类多, 外形不规则, 重 量大小相差悬殊, 工序间物流难度较大。 目前车辆配件尺寸较大的放置在距离检 修工位相对较远的地方, 通过叉车、起重设施进行搬运;小型配件一般选择就近 加修、存放的原则, 由工人进行搬运。总体上
10、搬运设备空间上的交叉运动较多, 单元化物流存放、 运输规划较少, 目前很多检修车间急需要进行物流自动化升级 和改造。 3 自动化立体仓储应 用 目前小型自动化立体仓库广泛的应用, 具有投资少、 建 设周期短、 收效 快的特点。 当车间工艺流程做调整时, 可以及时将货架变动到适合新的流程中, 具有极大 的灵活性。 自动化立体仓库技术综合了物流标准化、 仓储货物的集装单元化、 物 流设备自动化等多方面的技术, 具有代表性。 应用最广的就是在自动化立体仓储中, 从检修线中整车上分解下来的转向架进 行拆解, 有构架、 电机、 气弹簧、 刹车片、 轮 对、 车轮、 轴承等等散 件。 根据所 存储的货物类
11、型, 分别组成了转向架立体仓库、 轮对立体仓库、 车轮立体库、 轴 承立体库、材料立体库等多种形式。 转向架立体仓库, 是用四立柱堆垛机把整个转向架单元存入 到货位内, 由于转 向架自身的特点, 重量在 8 吨左右, 由构架、 两组轮对组成, 其中四个轮子可以 自由行走, 所以堆垛机采用货叉推拉式, 对转向架单元进行整体存储, 货叉机 构可以把转向架拉入到堆垛机载货台轨道, 然后堆垛机与指定货位的轨道对准 后, 再推转向架进入到货位的轨道上。 转向架立体仓库不需要使用托盘等机构进 行承载转向架, 是一种比较特殊的单元化物流存储方式。 如图 1 为转向架立体仓 库的堆垛机和货架存储方式。 目前已
12、经在北京动车段、 广州动车段、 沈阳动车段、 成都动车段、西安动车段投入使用;武汉动车段正在建设中, 上海动车段已经通 过规划审批。 图1 转向架立体仓库-四立柱堆垛机、转向架存在货架 下载原图 轮对立体仓库中, 对轮对的存储需要使用特制的托盘进行存储, 轮对由于有两 种形式, 一种带电机、 一种不带电机, 由于带电机的轮对需要用支撑机构对电机 进行支撑, 本身自己在货架内不方便存放, 同时对其的搬运形式不适合使用推 拉的方式, 所以用托盘存放后, 和托盘一起进行存储, 把两种轮对都规整到一 种托盘形式下, 减少堆垛机对所存储的轮对类型进行识别, 使用同一种机 械结 构和控制程序即可完成轮对的
13、存放。 堆垛机采用货叉形式, 对载有轮对的托盘整 体抬升、 伸缩送入货架进行存放。 如图 2 所示, 轮对立体仓库的现场图。 目前在 北京动车段、 西安动车段、 成都动车段、 哈尔 滨大功率机车检修段、 太原机务段、 天津机务段等检修车间使用。 图2 轮对立体仓库-双立柱堆垛机、轮对存在货架 下载原图 车轮的存放不同, 由于车轮的中心有轴承的安装孔, 并且中心孔的周边要高出 很多, 导致车轮不能平放放在托盘内, 所以堆垛机采用货叉形式, 直接对车 轮 进行抬升、伸缩, 完成对车轮的搬运;货架采用双牛腿式, 把车轮架空在两个牛 腿之间, 让车轮的中心高的部分不与货架接触。 如图 3 所示, 车轮
14、立体仓库的现 场图。目前在广州动车段、西安动车段、西安大机车检修段等车间投入使用。 图3 车轮立体仓库=单立柱堆垛机、牛腿式货架 下载原图 轴承的存放方式与车轮的存放类似, 由于工艺的要求, 需要对每个轴承的内径 进行测量后进行存储, 所以不方便把轴承放入到托盘内进行单一或者批量存储, 适合使用牛腿式货架进行存放, 在货位的单元格内, 轴承可以横向搭在两个牛 腿之间进行存放。轴承的输送过程使 AGV 小车和输送线、滑道等方式进行输送, 按照选配系统的要求, 按顺序运送到指定的轴承压装机进行装配。如图 4 所示, 轴承立体仓库的现场图。目前在西宁车辆段、吉林车辆段建设投入使用。 图4 轴承立体仓
15、库-单立柱堆垛机、轴承滑道 下载原图 材料立体仓库使用托盘、 货箱两种容器, 对零散配件、 或者带小包装的零件进行 规整存放。 小包装零件可以整齐码放在托盘上, 包装不超过指定的高度、 不超出托盘的四个面, 则输送机和堆垛机的输送过程不会有影响;对于不规则的零散零 件, 可以放入货箱内, 从物理上就对货物进行了尺寸限制和保护, 防止由于超 出造成与货架内的其他货物出现碰撞。 材料立体仓库一般配有输送机, 用于对货 物的超高、 超宽、 超长 检测, 并进行分拣操作。 如图 5 所示, 材料立体库现场图。 目前在国内的动车检修基地、 动车所、 大功率机车检修基地、 地铁检修段均已经 建设使用。 图
16、5 材料立体仓库现场图 下载原图 对于零散的小型配件, 比如螺丝、 螺母、 弹簧 等, 可以使用小型自动化垂直升降 柜进行存储。 由于这种小配件大都按照最小单元盒装, 每盒具有一定数量, 可以 整齐码放到升降柜的托盘内, 通过操作系统进行库存管理。 北京动车段率先引入 了多台垂直升降柜, 对于小配件的存储和管理带来了方便。 如图 6 所示, 垂直升 降柜现场图。 图6 垂直升降柜现场图 下载原图 4 检修线的单元化物 流应用 在铁路系统的检修车间内, 设备的检修按照流水线方式, 以一定的顺序进行排 列工位, 设备的拆解、 清洗、 打磨、 更换、 组 装等工艺过程, 从一个工位到下一 个工位,
17、需要单元化物流输送, 使用的输送机构有 RGV、AGV、叉车、平板车、 天车、 悬臂吊等运输工具, 有一些工件为了方便运输, 规整码放到同一个容器托 盘中, 托盘有两腿或三腿支撑, 方便带有货叉机构的设备进行叉取, 托盘的四 角有的设置有吊点, 可以使用吊钩进行吊取。 比如在广州动车段的检修车间, 大量使用AGV 对尺寸规格比较单一的货物进行 输送, 对转向架的构架、 轮对等单元进行输送, 大大增加了工作效率, 并节省了 人力。如图7 所示, 构架AGV 和轮对RGV。 图7 构架 AGV 和轮对 RGV 现场图 下载原图 在沈阳动车段检修车间, 引入了EMS 悬挂输送系统, 在地面轨道交错、
18、AGV 引导 磁条无法连续安装的地方, 使用悬挂输送系统, 通过空中输送, 解决了这些交 叉输送难题, 同时对空间的利用更加充分。 如图 8 所示, 空中轨道有横向变轨通道, 和纵向多个巷道排布, 移动小车既可以通过横向移动, 又可以通过变轨自 由进入各纵向巷道, 在可以通过空中类似天车的方式进行吊取输送。 图8 EMS 悬挂式输送系统现场图 下载原图 其他比较普通点的单元物流输送方式比较常见的仍然是使用电瓶车、 轨道车、 天 车等方式进行输送, 但所要输送的设备都会用单元化容器托盘、 货箱等进行盛放, 方便使用叉车、悬臂吊等工具进行装卸。 5 物资供给的单元化 物流应用 通过集装单元器具的标
19、准化、 规格化, 进而推动运输、 搬运和仓储设备的标准化, 使物流系统各环节设备规格协调, 大大提高全系统的作业效率。 单元化物流的一 体化运作方式有助于促使供应链各有关企业加强协作, 建立共赢的伙伴关系, 因此, 对供应链的优化与完 善将起到推动作用。 铁路系统的检修车间所用的物资, 都是由设备厂商直接送货到材料库首先进行 登记存储, 为了有效利用存储空间, 目前均使用立体仓库进行存放, 到现场的 物资如果是小包装的, 则直接码放到托盘或者货箱直接存储到立体仓库中;如果 单个托盘或者货箱无法存放, 则需要使用大的托盘进行平面存放。 单元化物流配送对于精细化管理, 是一个有力的手段, 车辆的最
20、小检修单元为 单位进行配送, 可以有效降低检修成本和运输成本。 在梳理各检修工位的检修内 容, 把所需要的物料分为必换件、 偶换件、 辅 料等, 根据生产计划, 由专人把各 检修工位所需要的零件进行清点准备, 然后配送到各工位。 这种配料可以提前准 备送道工位, 各工位的工作人员只需要进行按照工艺流程进行作业即可。 如果在 检修的过程中, 每一份单元化的物料配置都严格按照配件的安装标准为每一个 工位进行配送, 不多一个螺栓螺母, 也不会少一个垫圈或者密封圈, 这样可以 保证安装工艺过程不会有遗漏, 只要所有的配件已经完全使用, 则表明该工位 的工作已 经完成;如果 装配完发 现多出 了零件,
21、可以肯 定是安 装过程 出现了差 错, 进行仔细检查即可查出原因, 减少了安全隐患。 这种单元化的物料配送应用, 相 当于在检修过程多出了一道质检关, 有效地提升了检修质量和效率。 6 总结 铁路的检修系统的物流优化设计, 首先是对物料进行分析, 有多少种物料?尺寸 是什么样的?通过分析每一种物料, 找出其规律, 看最长、 最宽的特殊件占多少。 其次, 将物料分类, 我们通常会将物料归置入几种基本尺寸的物料箱或者托盘。 另外, 根据行业特点, 再对一些特殊尺寸的物料进行定义。 将物料分析完后, 将 所有原材料、零部件与标准器具一一对应。这样做到的目的是:即使未来企业的原材料、零部件、半成品供应
22、商有变化, 但原材料等物料的代码和号码 不会变, 根据周转器具就能了解零部件的长宽、 大小等信息。 最后, 从库房到线边的周转 器具标准化。 有些物料虽然尺寸类似, 但组合不同。 在库房里, 工人可以利用不 同的周转器具, 将零部件在库房内分拣, 排序组合后, 根据生产节拍的要求配 送单元配件上线。 发展单元化物流为实施物流作业机械化、 自动化提供了条件, 可以有效地提高装 卸搬运物流作业效率;以集装单元为作业单元, 大大减少重复码垛和重复搬运等 无效劳动, 同时, 物料的数量检验和清点交接也更加简便快捷, 减少差错。 同时, 在供应链管理时代, 利用物联网技术实现物 流可视化是加强供应链物流
23、的管理、 监控和优化调度。比如使用 RFID 技术, 使用载有电子芯片的集装单元器所形成 的货物单元能够具备所需要的智能特征, 这种电子信息化的管理手段, 可以把 所存储的货物的品名、 数量、 体积、 重量、 受 托人、 收货人、 地址等 有关货物的 运输信息, 进行有效的监督、控制与管理。 参考文献 1 陆智.铁路货 车车辆 段检修生产 系统的 优化 设计研究D. 北京: 北 京交通大学, 2006, 3. 2 陈雯.量份制配送在 动车组检修过程中的运用J.科技创新与应用, 2014 (15) . 3 于靖, 王鑫.自动化 立体车库在铁路机车车辆检修中的应用J.起重运输机 械, 2013 (2) 。 4 吴清一.发展单元化 物流的重大意义EB/OL. 中国物流产品网, 2013-6-24.
