智慧货站功能布局与流程设计初探

产品详细描述:

  按照民航局印发《推进四型机场建设行动纲要(2020-2035年)》,到2035年将实现标杆机场引领世界机场发展,全面建成安全高效、绿色环保、智慧便捷、和谐美好的四型机场的要求,其核心:一是要实现标杆机场引领世界机场发展,二是要智慧便捷。

  当前,国内机场货站功能、布局不尽合理,货站基本上人工处理,自动化水平不高,也不符合中转流程便利,没有处理好国际货物、国内货物中转衔接问题。笔者以为,智慧货站应该是AI+自动化(见《智慧机场建设,永远在路上》一文)。因此,智慧货站不能是一个现有货站的重现,应创新货站功能布局与流程设计,将简单、机械、重复、繁重、低效、高成本工作让机器去完成,实现货站自动化、智慧化,建设标杆机场,引领世界机场发展。

  韩国仁川机场、日本成田机场、我国的香港机场由于地域狭小,这些机场绝大多数都是国际货(国际航线),而地域宽阔的美国孟菲斯机场,由于有成熟的枢纽运营模式,货物先在门户枢纽机场完成入关,由此形成孟菲斯机场90%以上是国内货(国内航线)的独特现象。因此,这些机场在货站设计的时候,基本不用考虑国内/国际中转问题。

  与上述机场不的是,国内大部分机场不仅有国际货(国际航线),并且还有许多国内货(国内航线)。机场不仅有国际货站,还有国内货站。大的机场往往还有几个货站。不仅有机场的货站,还有航空公司等的货站、快递公司的货站。(图1、图2、图3、图4)

  货站主要有功能区:进港作业区、出港作业区、代理打板区、T货物处理区(即无需货站进行分解、组合处理的货物);营业区、办公区等。

  图5是某机场西区国际货站平面图,其功能布局左边为出港作业区,右边为进港作业区,中间为代理打板作业区。左上角还设有散货冷库,右上角设有集装冷库。西货运区全为国际货站,国际-国内货物中转需要在东西货站之间短驳完成。

  因货站冷库面积太小,无法适应快速地发展的冷链业务,逐将货站部分停车场改造为冷库(图8)。同样,货站设计没考虑足够的空间存放空板、空箱、待装货物,只能将附近的空地临时作为空板、空箱暂存地方(图7)和出港货物待运区(图6)。

  叉车主要使用柴油发动机。优点是功率大、爬坡能力强、作业维持的时间长、使用成本低;缺点主要是不符合碳减排要求。目前,国内货站都开展叉车油改电,但也带来了别的问题,一是作业时间短,二是充电时间长,三是使用成本高,这些影响了油改电的推广。

  货机装货、卸货通常使用液压升降梯(图11),其缺点是装卸速度较慢,耗时,卸货后需要用拖车短驳到货站。疫情期间,也使用行李输送带给客舱、腹舱装卸货物(图12),遇到重货、重心高的货物,会下滑,甚至翻到,即不方便也不安全,只能应急使用。

  大型货站广泛使用自动化堆垛机ETV(图13),这种堆垛机是串行工作方式,只能逐一存、取货物。

  智慧货站不同于普通货站那样,国际、国内货站沿跑道一线布局。为实现货站的自动化运行,智慧货站对功能布局和流程进行了重构。

  目前,国内机场货站大多数都是一层结构,基本没考虑国际/国内中转衔接问题,国际/国内货物中转都需要先在国际货站提货,然后短驳到国内货站,反之也是如此。

  智慧货站国内货站、国际货站分别布局在道路两侧,共三层:第一层在道路的两侧(图14);第二层则连接在一起,中间布局冷库、危险品库、熏蒸室。国际、国内冷库中间围网隔开,设有海关通道(图15);第三层为国内立体库,国际立体库、冷藏立体库(图16)。

  智慧货站功能和普通货站相似,黄色为电动辊道布置区域(图17、18、19)。

  智能控制器用是一个附加控制装置,附加在ULD、托板、集装器等上面使用。实际上就是一个智能机器人,能自行规划货物的运行路径,信息读写、无线传输,经过控制电动辊道的运行方向,转向,进、出升降梯,以此来实现ULD、托板、集装器等货物沿着预定的路径自动化运行。

  智能控制器在收货、货物进港的时候安装在散货集装器、整箱、整板上,出港、提货的时候收回智能控制器。(文中提及的运行过程中都假定安装有智能控制器。)

  例如,立体库的中位于不同货架上的货物要出港,操作人员可以在电脑上用鼠标选中这些货物,然后点击货物目的地,这些货物就自动前往,不用人工干预。如同乘客听到登机通知后,自行走向指定的登机口一样,只不过这里是货物而已。

  英文全称Elevating Transfer Vehicles,即升降式转运车,用于第三层立体货架货物的存、取。如果立体库货架底面采用电动辊道,过道也采用电动辊道,则能不用ETV,货物存、取就类似一个人进、出酒店房间一样。

  电动辊道(图21)用于ULD、整板、托板的输送,取代叉车的搬运功能。电动辊道单元由一组滚筒组成。电动辊道单元面积略大于最大的托板面积,可以前进、倒退、停止、加速、减速。可转向电动辊道单元还可以将货物进行转向。电动辊道单元的转动由智能控制盒控制。电动辊道待机电流是微安级,功耗基本能忽略。

  三用货梯是全封闭的带空调的自动电梯,具备客机廊桥的所有功能,用于乘客登机、腹舱装卸货物、行李、邮件。

  它有两种工作模式,乘客模式和货物模式。乘客模式的时候,就是普通的旅客登机梯。货物模式可以为腹舱装卸行李、货物、ULD箱等,应急的时候也可以给客舱装卸货物,不会因为货物重心高翻倒,或者因为货物重而滑落。

  当然,为避免设计复杂,三用梯也可以只有一种货运模式,因为货运模式对乘客上下飞机同样适合。

  Automated Guided Vehicle,简称AGV。通常也称为AGV小车,能够沿规定的导航路径行驶的运输车,这里的作用是将腹舱货自动短驳到指定的客机停机位。配合采用航空器和非航空器物理上隔离的飞行区跑道布局(详见《超级机场,浦东准备好了吗》一文),即使AVG失控,也不可能影响航空器安全。

  电动可升降电动辊道连接在货机廊桥一端,整体可以升降,以适应不一样高度的货机舱门。

  升降梯底面安装有电动辊道单元,用于货物进、出升降梯,这样货物就可以上、下楼。

  货物处理机器人有三种,一种是组合作业机器人、分解作业机器人和装卸机器人。

  装卸机器人用于货物装卸,还可以扫描、识别、存储、读写、传输信息,具有叉车和抓取货物等功能;

  可以在不拆解货物的情况下,检查ULD、整板、散货集装器中是否有走私物品或违禁物品

  自动分拣系统就是将不同货代签发,但发往同一目的地机场的航空货物运输分单进行分拣。货代签发的航空分单为最小分拣单位,与普通的快递分拣不也一样。

  对于超大型、超重机械、设备能直接从机坪运输至海关监管区域。如果无须进入海关监管区域,则完成报关手续后,走专用通道。别的需要进海关监管区域、自贸区区域的货物,则通过地下隧道进入。

  对于不适合自动化处理的货物,则由专用通道进、出(图301中绿色部分),超重、超大货物国内、国际互转(图301中箭头)。

  国际腹舱货物,机坪短驳过来后,先航空货物运输单信息传输到智能控制器和货站货物运行处理控制中心(简称FOC),FOC依据信息发出相应指令,确定货物的处理方式。

  如果无须分解作业的,则直接经升降梯去二层经海关通道,去国内货站中转或提货(图31橙色箭头);

  如果需要分解作业的,则分解作业后,经升降梯去二层经海关通道去提货区,或者国内中转区。

  B、国际需要分解作业(拆板)的,分解后的货物进入自动分拣线,如果为腹舱货,则在第一层完成组合作业,如果为货机货,则经传送带到二层完成分拣、组合作业。

  全货机货物,经可升降货机廊桥进入货站。同样将航空货物运输单信息传输给智能控制器和FOC,FOC依据信息发出相应指令,确定货物的处理方式。

  b、国际需要分解作业(理货)的,分解后的货物进入自动分拣线,如果为腹舱货,则去一层完成组合作业;如果为货机货,则去二层环形分拣线完成分拣、组合作业。

  国际出港货物分两类:一类是一层国际收货区的特种货物、散货、整箱货、整板货;另一类是国内一层、二层转国际货物。

  B、散货按腹舱货、货机货分别装入集装器,并附上智能控制器,腹舱货去一层国际腹舱货分拣区、货机货去二层国际货机货分拣区;整箱货经升降梯短驳去机坪、或者去三层暂存库;整板货经升降梯去货机廊桥、或者去三层暂存库。需要冷藏的货物则去二层冷库暂存。(图34红圈)

  A、一层、二层来的需要分解(拆板)作业的货物则分别进入一层分拣线和二层分拣线,然后进入组合作业。组合作业完成后,腹舱货由AGV自动运输车短驳到机坪,或者去三层暂存;全货机货去货机廊桥待装、或者去三层的暂存;

  货站国内出港、进港流程与国际出港、进港相似,不再赘述。(具体见图17、18、19)

  国内、国际货站的提货区都设置国内货站中央部分(图37),由一组单向车道构成,升降梯两边为车道,国际、国内到港货物从二层待提货区下来,由装卸作业机器人完成货物的装载、提货(图37)。

  货站的第三层为立体库,一个是国际立体库,一个是国内立体库。第二层的冷库为一个独立系统,如果冷链发展需要,可以向上拓展存储空间(图19)。

  立体库作为智慧货站运的辅助系统,用于货物暂存、空板、空箱的存放。自动化仓库技术已非常成熟,设计的时候只要满足使用上的要求即可,这里不再细述。

  智慧货站实物流程中的安检、称重、海关查验等等,这里没有说明,并非不需要,而是实际设计中选择正真适合的位置安装相应设备即可。如平台式电子辊道秤(GCS-P),在电动辊道一段上安装一套即可,就能轻松实现在线自动称量,并传输给FOC。当然,如果智慧货站出现系统故障,切换成人工模式即可,智慧货站照样可以运行。

  智慧货站运行只需要操作人员发出货物出港装机指令、或者应货代要求发出提货指令,其余的全部由FOC的AI系统自动控制,无须人工干预。

  智慧机场是未来机场发展趋势,机场运行也将逐步实现自动化运行,货站也不例外。

  自动化货站国内、外没有先例,笔者根据机场货站的基本功能和流程,提出一个自动机场货站的解决方案,目的是抛砖引玉,与同行共同探索智慧机场建设,也期待有更好的智慧机场解决方案。

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