钢卷物流包装机组的智能调度管理系统设计

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摘要：当前国内钢铁企业冷轧生产线中钢卷的装卸搬运作业高度依赖于人工操作天车完成，这一传统模式制约了钢卷下线的输送效率，还加剧了钢卷在搬运转移过程中遭受二次磕碰损伤的风险。鉴于此，本研究设计并实现了一种先进的钢卷物流包装机组智能调度管理系统。该系统集成了自动化运输、实时信息跟踪以及智能入库等核心功能模块，实现了钢卷自主线机下线后的全自动化处理流程。该系统的部署显著增强了钢卷的流转效率，促进了车间向深度无人化、即时化、智能化转型，为智能重载物流领域提供了一种兼具可靠性与高效性的新型运输管理模式。

关键词：钢卷包装；智能物流；调度系统

作者：王越1 王新宇1 牛海颐1 李青2 孙雷1

1北京机科发展科技股份有限公司

2河北唐山河钢浦项汽车板有限公司

一

引言

冷轧卷材包装作业是钢铁产品生产流程中一项至关重要的环节，涵盖了产品质量、成本管控以及产品物流三大核心要素[1]。其中产品物流作为最终环节，其流畅性尤为重要。然而，近年来我国钢铁行业包装工艺仍沿用早期从国外引用的技术，导致行业内技术水平参差不齐，限制了机组和操作人员工作效率，牵制了行车运输能力的发挥，进而形成了生产物流瓶颈，对生产任务的顺利完成造成了不利影响。

随着劳动成本的持续上涨以及钢铁产品利润空间的显著缩减，布置自动化与智能化设备及集成信息系统以优化生产流程，提高生产效率并降低劳动成本，已成为推动钢铁产业转型升级的重要发展趋势[2]。例如，芬兰Pesmel公司专注于铁钢包装与物流领域，具备集成度合理的工厂布局，其包装机组实现了包装材料制作与包装作业的同步集成[3]；德国Siemag公司提供可灵活选择包装设备和自动化控制水平，可以组合成半自动和全自动包装机组，功能全面且扩展性强[4]；韩国SumJung公司专注于钢铁产品包装装备系统的研究与集成方案的提供，其生产线配备了先进的全自动设备，显著提升了整体生产效率及作业自动化水平[5]。这些先进应用实例表明，国外钢铁物流环境规范，包装设备自动化程序高，包装链集成供应，有效均衡生产物流，确保了物流畅通。在当前工业4.0和智慧工厂的大背景下，需要建立实时、智能、连续的产品信息跟踪，高伟[6]通过对钢卷库区进行智能化改造，实现了行车远程控制和智能化无人驾驶，节省了大量人力资源，提升了库区物流作业效率，同时降低了库区作业的安全风险。因此，本文设计了一种钢卷物流包装机组的智能调度系统，旨在为钢卷物流包装机组提高运输效率，为国内冷轧卷材包装作业的优化改进提供有价值的参考。

二

钢卷物流包装机组的需求分析

按照钢卷生产的工艺流程，钢卷包装一般位于前道机组的后面，在前道机组产出产品至包装机组完成包装工序，最终将包装完的成品入库。整个物流包装机组一般分为入口物流、包装机组和出口物流三部分，入口物流是包装机组的前端环节，负责将待包装的原材料或产品有序输送至包装机组，包装机组是核心执行单元，完成产品的包装，最后出口物流负责将包装完成的产品输送至下一环节。

1.入口物流

根据前道机组与包装机组的连接方式，入口物流分为柔性连接和刚性连接两种。柔性连接一般采用行车运卷方式，这种连接方式可降低对包装机组最大包装速率的要求，但过于依赖天车数量和场地条件。刚性连接一般采用钢卷小车配合步进梁运卷方式，这种连接方式生产效率较高，连续性好，但由于柔性不佳过于依赖包装机组自身的生产效率。因此，在同样的前道机组条件下，选择不同的连接方式，包装机组的包装速率也不同。

入口物流有I、Y、W三种配置方式。其中，I配置是一条包装机组服务一条前道机组；Y配置是一条包装机组服务两条前道机组；W配置是多条包装机组服务多条前道机组[7]。

2.包装机组

包装机组一般采用运输链、步进梁等设备进行钢卷运输，与包装设备配合使用，完成钢卷的包装工序。常用的包装设备包括自动包纸机、自动包铁皮机、自动打捆机等，根据包装工序的要求不同，包装机组的配置也不相同。

3.出口物流

根据车间布置，包装机组与成品库如果在同一跨车间，可以由天车从包装机组的出口直接将包好的成品卷吊运入库，如果在不同跨车间，需要配置钢卷车进行运输，再由天车进行吊运。在行车运力不足，物流堵塞的情况下，可在出口增加缓存栈道，缓解成品库行车的压力。

三

钢卷物流包装机组概况

本研究的物流包装机组不再遵循传统物流中的“I型配置”“Y型配置”“W型配置”，方案中包含三条前道机组，通过入口物流的5台钢卷车与一条包装机组的入口相连，包装机组的出口再通过出口物流的2台钢卷车与分布在两跨的成品库相连，如图1所示。

图1 物流包装机组配置方案

1.系统构成

钢卷物流包装机组系统由4台子母车、1台过跨车、1台横移车、1台Ω车和1条包装机组组成，实现钢卷的运输和包装。如图1所示，从入口交接段到包装捆扎段最后到出口缓存段共53个工位。其中入口物流包含3个前置机组交接位、2个检修位和19个缓存位；包装机组包含1个包装入口交接位、1个包装出口交接位和13个打包工位；出口物流包含12个缓存位和2个检修位。

2.运输工艺流程

为了满足三条前置机组同时生产时的节拍要求，分别由横移车、1#子母车、过跨车对接三条前置机组的交接工位，保证钢卷被及时运输。接卷后所有钢卷被运送至入口物流缓存工位进行缓存，然后由2#子母车按照包装计划按顺序将钢卷送到包装机组进行包装。包装完成的钢卷根据入库计划，由3#和4#子母车运输到相应的缓存工位，再由天车进行吊运入库。

三条前置机组的产品的运输工艺流程如图2所示。

图2 运输工艺流程图

四

智能调度管理系统的设计

为实现钢卷物流包装机组的调度方案及生产数据的跟踪和管理，设计开发了智能调度管理系统，如图3所示。该系统采用C/S 架构，分为多个功能模块，分别是：车辆智能调度、用户管理、鞍座管理、监控中心管理以及信息查询等。该系统可实现与MES的数据对接与传输、解析生产数据以及对物流车的调度、管理和监控。

图3 智能调度管理系统

1.车辆智能调度

本系统通过车辆智能调度实时跟踪物流车信息并下发相应指派任务完成车辆调度，在钢卷到达前置机组与物流包装机组交接工位后，MES发送取卷报文至智能调度管理系统，通过解析报文获得钢卷信息，并向物流车发送取卷任务指令，同时实时监控车辆状态信息，车辆调度的监控界面如图4所示，可以实现车辆之间的协同工作。

图4 车辆调度监控窗口

2.鞍座管理系统

鞍座在物流中用于钢卷的支撑和固定，是确保钢卷高效存储、转运与包装的关键环节。鞍座管理包括鞍座的分配、状态监控、调度优化以及与车辆调度协同，因此鞍座管理是智能调度系统的重要组成部分，本文中物流包装机组的整个鞍座分布于ABC三个区域，如图3中所示，A区0～23鞍座，B区24～38鞍座，C区39～53鞍座。

当物流车将钢卷从鞍座上取走或放入鞍座时，鞍座管理系统实时更新鞍座状态。在系统界面上点击鞍座，将弹出鞍座的详细信息，如图5所示。在鞍座详细信息中点击“禁用”按钮可将鞍座禁用，禁用后的鞍座不参与系统调度。禁用鞍座在鞍座详情中点击“启用”按钮可恢复鞍座启用状态，启用后的鞍座将恢复鞍座的功能。

图5 鞍座库位信息

当钢卷从外部吊入，需要进入包装线包装时，可以将钢卷放到任意入口缓存鞍座上，在系统相应的鞍座信息中录入钢卷号，点击库位更新按钮，钢卷既可以进入自动调度系统。

3.信息查询系统

信息查询系统是钢卷物流系统智能调度管理的重要支撑，其功能和性能直接影响着物流效率和管理水平。本研究中的信息查询系统可以通过可视化界面查询全部的钢卷信息、任务信息等，并可以对钢卷信息进行新增、修改和删除，如图6所示，可以实时监控和调整调度策略，为用户提供全面、准确、实时的钢卷物流信息查询服务。

图6 任务信息查询

五

应用成效

传统钢卷物流包装机组采用人工操作天车或物流车进行钢卷运输，钢卷信息通过人工录入方式进行管理。人工调度存在等待任务时间过长或任务分配不合理的情况，由于冷轧生产线为24小时不间断生产，人工调度耗费大量人工成本的同时，在人员交接、疲劳操作时，易产生人为因素的错误。而智能调度系统能依据任务优先级、物流车位置及运行状态等因素，提前规划任务顺序优化任务分配。当一台物流车完成当前任务后，系统能迅速为其安排下一个合适任务，避免出现物流车完成任务后长时间等待新任务的情况。在本案例中，有多台物流车和众多运输任务，系统通过精准计算，让每台物流车都能紧密衔接不同任务，减少设备闲置时间，提高设备利用率。同时，所有钢卷信息由系统传输，保证了数据的实时性和准确性。

六

结论

随着钢铁行业信息化发展，钢卷物流系统智能调度管理系统成为提升效率的关键。本研究提出了一种钢卷物流包装机组的配置方案和调度方案，可以解放行车的运输压力，降低人工成本，推动冷轧卷材包装的自动化、智能化发展。同时，本研究设计开发的智能调度管理系统，配备高效的物流传运设备以及仓库管理系统，可以有效解决传统钢卷物流管理面临的挑战，提高生产效率，降低运营成本，提升安全性，实现信息共享，可以广泛应用于钢铁企业的冷轧卷材包装生产线，具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

参考文献:

[1]杨方态,石欣阳.中国钢铁产品包装的现状与包装开发[J],国外包装技术,1990(3).

[2]于革刚,刘明利,孙瑞涛等.对钢卷包装中几个关键技术问题的研究[J],轧钢,2006,23(2).

[3]刘海红,段思斌.Pesmel全自动钢卷包装生产线工艺研究分析[J],包装工程,2013(21).

[4]王子标.钢卷包装机组的现状和发展[J].冶金设备, 2022(003):000.

[5]左斌,赵东洋,方波.全自动无人化钢卷包装机组的工艺分析[J].冶金设备, 2015(3):5.

[6]高伟.钢卷库区物流管理系统智能化改造[J].冶金设备管理与维修, 2024, 42(4):17-18.

[7]王涛.冷轧卷材自动包装与区域物流一体化系统的设计与研究[D].东北大学,2015.

———— 物流技术与应用 ————

编辑、排版：王茜

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