吴 强 汤文扬 马成彬 高 逸

天津港股份有限公司

1 引言

港口冷链基地是集仓储加工、通关服务、国际贸易、物流金融、分拨配送、电商平台于一体的综合性冷链产业服务基地，是冷链集装箱物流运输中箱货匹配和箱货分离的重要环节和节点，承担着为托运人快捷、有效地完成集装箱拆装的任务，确保所装卸的货物及时便捷地通关进入下一物流环节。

在国内疫情逐步常态化控制的情况下，冷链物流的安全性亟需得到保障。冷链基地作业效率低、场地使用紧张的问题也需要得到解决。通过研究典型冷链基地的拆装箱工作流程，明确现有拆装箱工艺中存在的问题，提出一种自动化拆装箱工艺方案，加强对冷链基地作业控制，提高作业效率，改善工人的工作环境，降低工人作业的风险。

2 冷链仓库现有拆装箱工艺

冷链仓库现有拆装箱工艺由人工和机械设备共同完成，伸缩带、托辊等长距离连续输送机伸入集装箱内，装卸工人进入集装箱内进行人工拆装箱作业。该系统方案简单灵活，但存在以下问题。

(1)作业效率低。虽然现有拆装箱作业流程较为成熟，但装卸工人工作强度高，易疲劳，其操作能力、作业效率和服务水平难以满足日益增长的作业需求。

(2)人工成本高。近年来，装卸操作岗位的吸引力逐渐下降，愿意从事此类体力劳动的人员越来越少，人员成本逐渐提高[1]。

(3)安全风险高。一方面，若箱内货物并非是整齐摆放的，在搬运下层货物时，易发生上层货物掉落的情况，可能造成货物损坏或工人受伤；另一方面，受疫情影响，冷链集装箱环境和货物外包装存在被细菌病毒污染的可能，工人作业存在风险[2]。

3 自动化拆装箱工艺设计

通过对现有的拆装箱工艺进行分析和优化，设计了一种自动化拆装箱工艺方案，经验证明该方案能增强冷链仓库拆装箱作业运作的高效性、灵活性、安全性，提高设施设备效率和场地使用率。

3.1 工艺方案

冷链仓库的拆装箱作业主要有4个技术模块:无线遥控、智能相机、取物机构和消杀装置。

无线遥控系统由便携式传输单元(无线遥控器)和接收单元(无线遥控主机)组成，能够安全可靠地控制拆装箱设备。接收单元安装于设备低压电器柜中，与整车的控制系统通过CANOpen通信连接。接收单元上再安装无线模块，用于接收无线信号。便携式传输单元通过无线通信向接收单元传送命令，进而控制设备进行拆装箱作业[3]。

智能相机将捕获的货物图像信号转换成数字图像信号，并对数字图像信号进行降噪、特征提取、识别等运算，计算出设备到货箱的距离、货物垂直面的形状大小、货箱中心点坐标以及歪倒立放货箱的位置等信息，将这些信息反馈给拆装箱设备控制系统，确保设备精准吸取货物(见图1)。

图1 货物图像处理流程

取物机构包括吸盘式取物装置、竖直摆动臂、水平摆动臂和水平旋转伸缩装置，通过控制系统以及传感器的反馈系统发出的动作指令，可以自主搬运货物，在一定程度上减少人工的干预，提高作业效率[4]。

货物通过水平转接台向后输送时，会经过一个消毒通道，在通道的顶部、侧面及底部设有多个消杀喷头，可以将消毒液雾化后喷淋在货物的6个面上，实现货物全方位消毒。

3.2 工艺流程

该冷链基地自动化拆箱工艺流程为：货物定位→货物吸取→货物输送→货物消杀(见图2)。

图2 自动化拆装箱工艺流程

(1)货物定位。工作人员无线遥控拆装箱设备行驶到卸货口，按下卸货键后智能相机打开，如发现歪倒立放的货箱，需要工作人员介入，将货箱手动搬运至水平转接台。自动拆卸启动后，智能相机获取货物信息，根据识别的信息，生成预吸取位置。

(2)货物吸取。吸盘式取物装置通过竖直摆动臂、水平摆动臂以及水平旋转伸缩装置被带动至预吸取位置，实现移动取物，一次吸取4个货物。吸盘式取物装置吸取货物后，水平旋转伸缩装置将吸盘式取物装置回缩至指定位置，同时竖直摆动臂向下摆动至指定位置，吸盘伸出并释放气压，将箱式货物放置在水平转接台上。

(3)货物输送。水平转接台连接伸缩式皮带输送机向后传送货物，当集装箱内当前垂直面的箱式货物全部转移后，伸缩式皮带输送机可以伸长适当距离，准备下一货物垂直摆放面的货物转移。

(4)货物消杀。货物通过水平转接台向后输送时，经过消杀通道，实现货物全方位消毒。

4 效益分析

4.1 人员分析

现有拆装箱工艺每工班需要3名装卸工人一起作业，共3工班，总计需要9名装卸工人。自动化拆装箱工艺可以使用手柄操作，每工班只需1名装卸工人即可完成拆装箱作业，共3工班，总计需要3名装卸工人。使用自动化拆装箱工艺可省去约66%的人力。

4.2 效率分析

该冷链基地中40 ft集装箱较多[5]，其内箱尺寸为12 032 mm× 2 352 mm×2 393 mm，限重为22 t。箱式货物的尺寸假定为290 mm×290 mm×290 mm，初步估算横列摆放8箱，竖列摆放8箱，纵深方向摆放41箱，共2 624箱。假定人工卸货平均每箱搬运时间约10 s，自动化拆箱设备卸货单次搬运动作时间约为8 s，单次搬运货物数量为4个。则1班3名工人卸完1个40 ft集装箱货物的用时为2.43 h，自动化卸货用时为1.46 h，效率大大提升。

5 自动化拆装箱工艺特点分析

自动化拆装箱工艺主要有以下优点:

(1)成本优势大，一方面减少了66%的作业人员数量；另一方面提高了物流效率，缩短了车辆等待时间，节省了运力，降低了运费。

(2)有效减少货损，自动化拆装箱设备可以做到轻拿轻放，有效减少货损，提高拆装箱作业质量。

(3)解决用工问题，自动化改造能够提升冷链仓库的智能化和自动化水平，减轻装卸操作岗位的工作强度，减少相关岗位的人员配置需求，从而帮助冷链仓库解决招工难问题。

(4)降低安全风险，自动化拆装箱工艺省去人工装卸环节，避免装卸工人与货物直接接触，使得在疫情期间工作环境更加安全，大大降低了安全风险。

6 结语

本项目针对冷库运作中的拆装箱环节进行流程分析，发现目前工艺中存在作业效率低、雇佣成本高和安全风险高的问题，提出了新的自动化拆装箱工艺方案。该方案能提高集装箱拆装箱的智能化程度、速度与精准度，降低人工作业强度，最大化避免作业人员与冷库产品密切接触，减少感染细菌病毒的风险，有效提高作业环境安全性和生产效率。