導(dǎo)語(yǔ)：為實(shí)現(xiàn)降本增效，確保物資高效流通，某高端風(fēng)電齒輪箱研發(fā)制造及維修專業(yè)企業(yè)引入重載自動(dòng)化立體庫(kù)，從而有效解決了風(fēng)電齒輪箱維修中的場(chǎng)地與效率問(wèn)題；同時(shí)，通過(guò)搭配數(shù)字孿生系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理，使空間利用率和運(yùn)維效率得到大幅提升。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，為風(fēng)電新能源行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)樹(shù)立標(biāo)桿。

在風(fēng)電新能源產(chǎn)業(yè)中，齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心機(jī)械組件，主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，其維護(hù)與管理的重要性不言而喻。然而，風(fēng)電齒輪箱的維修成本高和所需場(chǎng)地占用大等問(wèn)題，目前已成為制約風(fēng)電行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。因此，對(duì)風(fēng)電齒輪箱的存儲(chǔ)與維修流程進(jìn)行優(yōu)化，顯得尤為迫切。

面對(duì)傳統(tǒng)平面存儲(chǔ)模式所存在的空間占用大、維修效率低等瓶頸問(wèn)題，常州某高端風(fēng)電齒輪箱研發(fā)制造及維修專業(yè)企業(yè)簡(jiǎn)稱“某公司”）以其前瞻性的戰(zhàn)略眼光，通過(guò)建設(shè)自動(dòng)化立體庫(kù)，成功打造了一個(gè)集存儲(chǔ)、運(yùn)輸、管理等于一體的智能化倉(cāng)儲(chǔ)體系，不僅實(shí)現(xiàn)自身的降本增效，也為風(fēng)電齒輪箱的維修與再制造乃至風(fēng)電新能源領(lǐng)域帶來(lái)全新變革。

一、項(xiàng)目背景

某公司是國(guó)內(nèi)從事高端齒輪箱及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)制造及齒輪箱綠色再制造的專業(yè)企業(yè)，目前已經(jīng)在風(fēng)電、水泥、冶金等多個(gè)行業(yè)成功維修近2000臺(tái)齒輪箱，累計(jì)節(jié)約社會(huì)資源價(jià)值超過(guò)10億元。為滿足市場(chǎng)對(duì)高端齒輪箱及傳動(dòng)系統(tǒng)維修再制造的需求，某公司通過(guò)資源整合與協(xié)同發(fā)展，不斷推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

在風(fēng)電齒輪箱的維修流程中，不僅通常需要較大空間來(lái)存放備用部件和進(jìn)行維修操作，而且由于風(fēng)電齒輪箱體積龐大，且需要特定的維修設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員，對(duì)場(chǎng)地條件的要求也相對(duì)更高。此外，風(fēng)電齒輪箱相對(duì)較高的故障率和隨之而來(lái)的高昂維修成本，進(jìn)一步凸顯了合理、高效利用場(chǎng)地資源的重要性。 

此前，某公司的備用部件和維修作業(yè)均在租賃的工廠內(nèi)進(jìn)行。增速齒輪箱拆解后的部件，如齒輪、零件等，均平鋪堆放車(chē)間地面上以便進(jìn)行復(fù)核；新購(gòu)置的工件，如齒輪、齒輪軸等，也是采用相同的地堆方式存放在廠房?jī)?nèi)。這種傳統(tǒng)的平面存儲(chǔ)方式（如圖1），不僅會(huì)占用大量寶貴的地面空間，也對(duì)廠房?jī)?nèi)的物流效率和作業(yè)安全構(gòu)成一定影響。

面對(duì)風(fēng)電齒輪箱維修對(duì)場(chǎng)地的高要求，某公司通過(guò)深入的市場(chǎng)調(diào)研與需求分析，最終考慮通過(guò)引入重載自動(dòng)化立體庫(kù)，以顯著提升空間利用率。

圖1 原車(chē)間的部件堆放

二、項(xiàng)目實(shí)施要點(diǎn)

與傳統(tǒng)平面存儲(chǔ)模式相比，自動(dòng)化立體庫(kù)能夠高效利用垂直空間，結(jié)合自動(dòng)化的存儲(chǔ)系統(tǒng)和倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，可大幅減少對(duì)大面積場(chǎng)地的依賴。此外，借助自動(dòng)化立體庫(kù)不僅能存儲(chǔ)大量的齒輪箱部件，還可減少人工操作，提高作業(yè)效率和安全性。

2023年4月，經(jīng)過(guò)與北自所（北京）科技發(fā)展股份有限公司（簡(jiǎn)稱“北自科技”）深入研討，某公司進(jìn)一步明確了重載自動(dòng)化立體庫(kù)的實(shí)施要點(diǎn)：

1.    最大化垂直空間利用。采用高層貨架，以最大化垂直空間的利用，在不增加地面面積的情況下，可成倍提升存儲(chǔ)容量。

2.    實(shí)時(shí)追蹤與管理。部署先進(jìn)的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，并搭配數(shù)字孿生系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪箱部件的精準(zhǔn)追蹤和實(shí)時(shí)管理；以此來(lái)確保對(duì)齒輪箱部件的存儲(chǔ)位置、數(shù)量和狀態(tài)等信息隨時(shí)可查，為快速響應(yīng)維修需求提供有力支持。

3.    采用模塊化倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)。對(duì)倉(cāng)庫(kù)采用模塊化設(shè)計(jì)思路，使存儲(chǔ)空間能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活擴(kuò)展或縮減。這種設(shè)計(jì)不僅可提高倉(cāng)庫(kù)的適應(yīng)性，還能確保在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中持續(xù)優(yōu)化存儲(chǔ)效率。

4.    先進(jìn)且高效的物流系統(tǒng)。通過(guò)引入高效的重載堆垛機(jī)、重載臺(tái)車(chē)輸送系統(tǒng)等先進(jìn)物流設(shè)備與系統(tǒng)，大幅縮短部件在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的搬運(yùn)輸送時(shí)間和成本。各物流設(shè)備將協(xié)同作業(yè)，確保部件能夠快速、準(zhǔn)確地到達(dá)指定位置，從而提高整體運(yùn)維的流暢性和效率。

整體來(lái)說(shuō)，某公司要通過(guò)精心設(shè)計(jì)和實(shí)施重載自動(dòng)化立體庫(kù)項(xiàng)目，有效解決風(fēng)電齒輪箱維修中的場(chǎng)地占用問(wèn)題，同時(shí)顯著提高運(yùn)維效率和成本效益，為風(fēng)電新能源業(yè)務(wù)板塊的持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化提供重要支持。

三、項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)概況

針對(duì)某公司所面臨的問(wèn)題，北自科技通過(guò)前期充分的調(diào)研，并反復(fù)與其溝通，確定了重載自動(dòng)化立體庫(kù)解決方案。

1.風(fēng)電齒輪箱零部件特征

風(fēng)電齒輪箱是一個(gè)高度復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，主要包含齒輪組、軸輪、箱體、行星架、軸類部件、潤(rùn)滑系統(tǒng)以及其他零部件等部分。

齒輪組分為一級(jí)行星齒輪和二級(jí)行星齒輪，一級(jí)行星齒輪包括定軸齒輪、太陽(yáng)輪、行星架。其中，定軸齒輪為一個(gè)，太陽(yáng)輪由三個(gè)齒輪組成二級(jí)行星齒輪（兩套行星）：由兩組齒輪組成，共四個(gè)齒輪組成；箱體通常包括前箱體、中箱體、后箱體等部分；行星架是支撐行星輪的重要部件，其內(nèi)部包含行星輪、太陽(yáng)輪等關(guān)鍵傳動(dòng)部件；軸類部件包括輸入軸、輸出軸等；潤(rùn)滑系統(tǒng)包括油箱、油泵、油管和過(guò)濾系統(tǒng)等。除此之外，還包含如軸承、油封、螺栓等其他零部件。

風(fēng)電齒輪箱拆卸后的零部件種類繁多，并且很多部件都相對(duì)較重，例如單一內(nèi)齒圈的重量就達(dá)到2噸左右。因此，需要根據(jù)風(fēng)電齒輪箱零部件的具體特征，規(guī)劃設(shè)計(jì)重載型自動(dòng)化立體庫(kù)。

2.項(xiàng)目基本信息

該項(xiàng)目位于江蘇南部，占地約24000㎡。建設(shè)一棟主辦公樓和2個(gè)生產(chǎn)車(chē)間。重載自動(dòng)化立體庫(kù)位于某公司的1#車(chē)間南跨東側(cè)，此立庫(kù)地基只能在車(chē)間寬度居中22.6m范圍之內(nèi)，長(zhǎng)度為東側(cè)四個(gè)立柱間距34m，車(chē)間頂梁兩側(cè)最低高17m，中間最高18m。

該重載自動(dòng)化立體庫(kù)項(xiàng)目所采用的設(shè)備與系統(tǒng)，包含2套載重為3400kg的單伸位巷道堆垛機(jī)系統(tǒng)，1套載重為3700kg的雙伸位巷道堆垛機(jī)系統(tǒng)，以及出入庫(kù)重型臺(tái)車(chē)6臺(tái)，配套智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)WMS、智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)WCS以及數(shù)字孿生系統(tǒng)。

結(jié)合場(chǎng)地條件等綜合因素，確定2種托盤(pán)貨物單元尺寸。其中，1600mm（長(zhǎng)）×1600mm（寬）×1700mm（高）的單個(gè)托盤(pán)貨物重量最大為3700kg（含托盤(pán)）；2100mm（長(zhǎng)）×2100mm（寬）×900mm（高）的單個(gè)托盤(pán)貨物重量最大為3400kg（含托盤(pán)）。具體托盤(pán)尺寸，如圖2所示。

圖2 托盤(pán)尺寸示意圖

該項(xiàng)目于2023年10月開(kāi)始貨架進(jìn)場(chǎng)安裝，吊裝堆垛機(jī)，安裝重載臺(tái)車(chē)，并完成電氣部分單機(jī)調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。2024年春節(jié)前完成試運(yùn)行，2月驗(yàn)收完成，隨后正式投入運(yùn)行（如圖3）。

圖3 項(xiàng)目實(shí)施后車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)照片

四、整體運(yùn)作流程

1.入庫(kù)流程

（1）零部件分類與識(shí)別

待維修的齒輪箱經(jīng)過(guò)拆解后，其零部件會(huì)由專業(yè)工人進(jìn)行分類，符合重載自動(dòng)化立體庫(kù)存儲(chǔ)條件（即不超托盤(pán)尺寸、不超設(shè)計(jì)重量）的零部件，會(huì)被選出并等待入庫(kù)。

（2）空貨籠調(diào)度

由于產(chǎn)品的特殊性，空貨籠基本不下線。

當(dāng)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)WMS發(fā)出入庫(kù)指令后，堆垛機(jī)會(huì)響應(yīng)這一指令，從貨架上精準(zhǔn)取出空貨籠，并將其搬運(yùn)至庫(kù)前的重載臺(tái)車(chē)上。隨后，通過(guò)軌道輸送系統(tǒng)，這些裝有空貨籠的重載臺(tái)車(chē)會(huì)被高效運(yùn)送至零部件入庫(kù)口。

（3）零部件裝載與入庫(kù)

工作人員利用重載行車(chē)將齒輪箱零部件安全放入貨籠中。為確保貨物不超重，每臺(tái)重載臺(tái)車(chē)上均配置稱重系統(tǒng)（如圖4），以供操作人員復(fù)核。

裝載完成后，工作人員會(huì)通過(guò)手持終端，將齒輪箱零部件信息與貨籠信息進(jìn)行綁定，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

隨后，軌道輸送系統(tǒng)將裝有貨物的重載臺(tái)車(chē)自動(dòng)運(yùn)行至庫(kù)端貨架邊。 

最后，再由堆垛機(jī)將裝有貨物的貨籠自動(dòng)搬運(yùn)至系統(tǒng)下發(fā)的指定存儲(chǔ)貨位，完成入庫(kù)作業(yè)。

2.出庫(kù)流程

WMS系統(tǒng)接收到來(lái)自ERP/MES的生產(chǎn)任務(wù)信息后，將相關(guān)指令通過(guò)WCS系統(tǒng)下發(fā)至堆垛機(jī)。

堆垛機(jī)根據(jù)指令自動(dòng)將指定貨籠從高位貨架中取出，并搬運(yùn)至庫(kù)端重載臺(tái)車(chē)上。

軌道輸送系統(tǒng)將載有貨籠的重載臺(tái)車(chē)運(yùn)送至出庫(kù)口，進(jìn)行出庫(kù)作業(yè)。

人工將所需的齒輪產(chǎn)品從貨籠中取出，剩下的空貨籠，在出庫(kù)任務(wù)結(jié)束后自動(dòng)回庫(kù)。

該重載自動(dòng)化立體庫(kù)不僅用于存放拆解下來(lái)的舊齒輪箱部件，同時(shí)也適用于儲(chǔ)存新采購(gòu)的維修替換齒輪箱部件。這樣的設(shè)計(jì)使倉(cāng)庫(kù)管理更為高效，無(wú)論是舊部件的回收利用，還是新部件的存儲(chǔ)備用，都能在同一個(gè)系統(tǒng)中得到有序管理。

圖4 重載臺(tái)車(chē)自帶稱重模塊

五、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

某公司重載自動(dòng)化立體庫(kù)項(xiàng)目的難點(diǎn)之一，在于前期規(guī)劃時(shí)并未考慮引入自動(dòng)化立體庫(kù)，因此在項(xiàng)目后期建設(shè)時(shí)需要進(jìn)行針對(duì)性改善與調(diào)整優(yōu)化。

例如，重載自動(dòng)化立體庫(kù)對(duì)地面載荷要求高，但立體庫(kù)下方并沒(méi)有打樁，為此業(yè)主和設(shè)計(jì)院根據(jù)北自科技提供的地面載荷要求進(jìn)行核算，將地基鋼筋混凝土層做得十分厚重。而在做基礎(chǔ)時(shí)，設(shè)計(jì)院要求立體庫(kù)下面的鋼筋混凝土板不能與建筑承臺(tái)干涉，所以立體庫(kù)寬度尺寸只能收縮。按原計(jì)劃方案，本來(lái)規(guī)劃的是2個(gè)2121貨籠巷道和2個(gè)1616貨籠巷道，在總貨位數(shù)沒(méi)有減少的情況下，只能將2個(gè)1616的貨籠巷道變更為1個(gè)雙深位巷道。

針對(duì)以上難點(diǎn)問(wèn)題，北自科技研發(fā)部門(mén)經(jīng)過(guò)反復(fù)模擬測(cè)算，結(jié)合具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景，開(kāi)發(fā)出該行業(yè)內(nèi)第一個(gè)大尺寸最重的雙伸位堆垛機(jī)巷道的智能立體庫(kù)實(shí)施案例。

此外，因2121貨籠尺寸較大，在與貨架廠反復(fù)溝通確認(rèn)后，最終采用3立柱作為支撐，從而提高了該尺寸貨架選型的經(jīng)濟(jì)性，并降低整體的投入成本。

值得一提的是，該項(xiàng)目還將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的管理中（如圖5），利用數(shù)字孿生的高級(jí)算法預(yù)測(cè)和優(yōu)化庫(kù)存管理、貨物出入庫(kù)調(diào)度，提高吞吐量，減少等待時(shí)間，確保重載風(fēng)電部件等高價(jià)值物資的安全與高效流通。同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)分析，識(shí)別并消除瓶頸，優(yōu)化資源分配，如平衡設(shè)備負(fù)載，提高整體資源利用率。另外，數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括重型堆垛機(jī)、重載臺(tái)車(chē)系統(tǒng)等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在故障，減少停機(jī)時(shí)間。

圖5 數(shù)字孿生界面

六、取得的效益與經(jīng)驗(yàn)

該傳動(dòng)系統(tǒng)企業(yè)自引入重載自動(dòng)化立體庫(kù)以來(lái)，不僅極大提高了空間利用率和運(yùn)維效率，降低了維修成本，還通過(guò)優(yōu)化庫(kù)存管理和貨物出入庫(kù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)齒輪箱部件的高效流通與安全存儲(chǔ)。同時(shí)，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用，也讓某公司在智能化、自動(dòng)化方面走在行業(yè)前列，為風(fēng)電齒輪箱維修再制造領(lǐng)域的發(fā)展樹(shù)立新標(biāo)桿。整體來(lái)看，該項(xiàng)目不僅顯著提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還帶來(lái)深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。

在經(jīng)濟(jì)效益方面，通過(guò)引入自動(dòng)化系統(tǒng)，使企業(yè)成功降低對(duì)人工的依賴，從而顯著減少人力成本。在原來(lái)管理模式下，由于車(chē)間所有零件是平鋪在地面，占地面積大。為提高管理效率，需要設(shè)置多個(gè)倉(cāng)管人員，每月要進(jìn)行盤(pán)庫(kù)，即使這樣賬物不符的情況時(shí)有發(fā)生。此外，由于自動(dòng)化立體庫(kù)能夠更有效利用存儲(chǔ)空間，使企業(yè)減少了倉(cāng)儲(chǔ)空間的需求，進(jìn)而節(jié)省了租金和土地投資。

更重要的是，自動(dòng)化系統(tǒng)加快了物料搬運(yùn)速度，縮短了維修周期，從而減少風(fēng)電設(shè)備的停機(jī)時(shí)間。此外，通過(guò)精確的庫(kù)存管理，使企業(yè)減少了庫(kù)存積壓和閑置，提高了資金周轉(zhuǎn)率。同時(shí)，通過(guò)預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃，企業(yè)降低了突發(fā)事故的風(fēng)險(xiǎn)，使維修成本得到進(jìn)一步控制。

在社會(huì)效益方面，自動(dòng)化立體庫(kù)能更好地控制存儲(chǔ)環(huán)境，有助于保護(hù)精密設(shè)備，延長(zhǎng)使用壽命，從而減少資源浪費(fèi)。借助自動(dòng)化系統(tǒng)還能顯著減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少因重體力勞動(dòng)導(dǎo)致的職業(yè)傷害，提升工作場(chǎng)所的安全性。

作為風(fēng)電新能源行業(yè)內(nèi)的技術(shù)革新案例，該項(xiàng)目成功展示了智能化、自動(dòng)化技術(shù)在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用潛力，并為類似項(xiàng)目提供了一系列寶貴經(jīng)驗(yàn)，包括：1.通過(guò)細(xì)致的市場(chǎng)調(diào)研和需求分析，確保自動(dòng)化解決方案與企業(yè)實(shí)際情況相匹配，從而避免盲目投資，為項(xiàng)目成功打下根基；2.在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中注重自動(dòng)化系統(tǒng)的兼容性和擴(kuò)展性，可確保新系統(tǒng)與現(xiàn)有ERP、MES等信息系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效流通和利用；3.項(xiàng)目實(shí)施后，需持續(xù)收集數(shù)據(jù)，評(píng)估運(yùn)營(yíng)效率，評(píng)估運(yùn)營(yíng)效率，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整策略，并利用技術(shù)迭代不斷優(yōu)化系統(tǒng)性能；4.與設(shè)備供應(yīng)商、技術(shù)服務(wù)商等建立穩(wěn)定的合作關(guān)系，共享資源，共同應(yīng)對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)，提升整個(gè)供應(yīng)鏈的協(xié)同效應(yīng)。

總之，該傳動(dòng)系統(tǒng)企業(yè)的重載自動(dòng)化立體庫(kù)項(xiàng)目不僅為企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，也產(chǎn)生積極的社會(huì)影響，其成功經(jīng)驗(yàn)值得業(yè)內(nèi)借鑒和推廣。未來(lái)，該傳動(dòng)系統(tǒng)企業(yè)將繼續(xù)秉承綠色再制造的理念，持續(xù)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，致力于成為高端齒輪箱和綠色智能再制造的標(biāo)桿示范企業(yè)，為風(fēng)電行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與綠色轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)更大力量。