導語：為實現(xiàn)降本增效，確保物資高效流通，某高端風電齒輪箱研發(fā)制造及維修專業(yè)企業(yè)引入重載自動化立體庫，從而有效解決了風電齒輪箱維修中的場地與效率問題；同時，通過搭配數字孿生系統(tǒng)，實現(xiàn)精準管理，使空間利用率和運維效率得到大幅提升。該項目的成功實施，為風電新能源行業(yè)的技術創(chuàng)新與產業(yè)升級樹立標桿。

在風電新能源產業(yè)中，齒輪箱是風力發(fā)電機組的核心機械組件，主要功用是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉速，其維護與管理的重要性不言而喻。然而，風電齒輪箱的維修成本高和所需場地占用大等問題，目前已成為制約風電行業(yè)進一步發(fā)展的瓶頸。因此，對風電齒輪箱的存儲與維修流程進行優(yōu)化，顯得尤為迫切。

面對傳統(tǒng)平面存儲模式所存在的空間占用大、維修效率低等瓶頸問題，常州某高端風電齒輪箱研發(fā)制造及維修專業(yè)企業(yè)簡稱“某公司”）以其前瞻性的戰(zhàn)略眼光，通過建設自動化立體庫，成功打造了一個集存儲、運輸、管理等于一體的智能化倉儲體系，不僅實現(xiàn)自身的降本增效，也為風電齒輪箱的維修與再制造乃至風電新能源領域帶來全新變革。

一、項目背景

某公司是國內從事高端齒輪箱及傳動系統(tǒng)設計研發(fā)制造及齒輪箱綠色再制造的專業(yè)企業(yè)，目前已經在風電、水泥、冶金等多個行業(yè)成功維修近2000臺齒輪箱，累計節(jié)約社會資源價值超過10億元。為滿足市場對高端齒輪箱及傳動系統(tǒng)維修再制造的需求，某公司通過資源整合與協(xié)同發(fā)展，不斷推動技術創(chuàng)新與產業(yè)升級。

在風電齒輪箱的維修流程中，不僅通常需要較大空間來存放備用部件和進行維修操作，而且由于風電齒輪箱體積龐大，且需要特定的維修設備和專業(yè)技術人員，對場地條件的要求也相對更高。此外，風電齒輪箱相對較高的故障率和隨之而來的高昂維修成本，進一步凸顯了合理、高效利用場地資源的重要性。 

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

面對風電齒輪箱維修對場地的高要求，某公司通過深入的市場調研與需求分析，最終考慮通過引入重載自動化立體庫，以顯著提升空間利用率。

圖1 原車間的部件堆放

二、項目實施要點

與傳統(tǒng)平面存儲模式相比，自動化立體庫能夠高效利用垂直空間，結合自動化的存儲系統(tǒng)和倉庫管理系統(tǒng)，可大幅減少對大面積場地的依賴。此外，借助自動化立體庫不僅能存儲大量的齒輪箱部件，還可減少人工操作，提高作業(yè)效率和安全性。

2023年4月，經過與北自所（北京）科技發(fā)展股份有限公司（簡稱“北自科技”）深入研討，某公司進一步明確了重載自動化立體庫的實施要點：

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，可成倍提升存儲容量。

2.    實時追蹤與管理。部署先進的倉庫管理系統(tǒng)，并搭配數字孿生系統(tǒng)，實現(xiàn)對齒輪箱部件的精準追蹤和實時管理；以此來確保對齒輪箱部件的存儲位置、數量和狀態(tài)等信息隨時可查，為快速響應維修需求提供有力支持。

3.    采用模塊化倉庫設計。對倉庫采用模塊化設計思路，使存儲空間能夠根據實際需求進行靈活擴展或縮減。這種設計不僅可提高倉庫的適應性，還能確保在長期運營中持續(xù)優(yōu)化存儲效率。

4.    先進且高效的物流系統(tǒng)。通過引入高效的重載堆垛機、重載臺車輸送系統(tǒng)等先進物流設備與系統(tǒng)，大幅縮短部件在倉庫內的搬運輸送時間和成本。各物流設備將協(xié)同作業(yè)，確保部件能夠快速、準確地到達指定位置，從而提高整體運維的流暢性和效率。

整體來說，某公司要通過精心設計和實施重載自動化立體庫項目，有效解決風電齒輪箱維修中的場地占用問題，同時顯著提高運維效率和成本效益，為風電新能源業(yè)務板塊的持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化提供重要支持。

三、項目規(guī)劃建設概況

針對某公司所面臨的問題，北自科技通過前期充分的調研，并反復與其溝通，確定了重載自動化立體庫解決方案。

1.風電齒輪箱零部件特征

風電齒輪箱是一個高度復雜的機械系統(tǒng)，主要包含齒輪組、軸輪、箱體、行星架、軸類部件、潤滑系統(tǒng)以及其他零部件等部分。

齒輪組分為一級行星齒輪和二級行星齒輪，一級行星齒輪包括定軸齒輪、太陽輪、行星架。其中，定軸齒輪為一個，太陽輪由三個齒輪組成二級行星齒輪（兩套行星）：由兩組齒輪組成，共四個齒輪組成；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，其內部包含行星輪、太陽輪等關鍵傳動部件；軸類部件包括輸入軸、輸出軸等；潤滑系統(tǒng)包括油箱、油泵、油管和過濾系統(tǒng)等。除此之外，還包含如軸承、油封、螺栓等其他零部件。

風電齒輪箱拆卸后的零部件種類繁多，并且很多部件都相對較重，例如單一內齒圈的重量就達到2噸左右。因此，需要根據風電齒輪箱零部件的具體特征，規(guī)劃設計重載型自動化立體庫。

2.項目基本信息

該項目位于江蘇南部，占地約24000㎡。建設一棟主辦公樓和2個生產車間。重載自動化立體庫位于某公司的1#車間南跨東側，此立庫地基只能在車間寬度居中22.6m范圍之內，長度為東側四個立柱間距34m，車間頂梁兩側最低高17m，中間最高18m。

該重載自動化立體庫項目所采用的設備與系統(tǒng)，包含2套載重為3400kg的單伸位巷道堆垛機系統(tǒng)，1套載重為3700kg的雙伸位巷道堆垛機系統(tǒng)，以及出入庫重型臺車6臺，配套智能倉儲管理系統(tǒng)WMS、智能監(jiān)控調度系統(tǒng)WCS以及數字孿生系統(tǒng)。

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

圖2 托盤尺寸示意圖

該項目于2023年10月開始貨架進場安裝，吊裝堆垛機，安裝重載臺車，并完成電氣部分單機調試和系統(tǒng)聯(lián)調。2024年春節(jié)前完成試運行，2月驗收完成，隨后正式投入運行（如圖3）。

圖3 項目實施后車間現(xiàn)場照片

四、整體運作流程

1.入庫流程

（1）零部件分類與識別

待維修的齒輪箱經過拆解后，其零部件會由專業(yè)工人進行分類，符合重載自動化立體庫存儲條件（即不超托盤尺寸、不超設計重量）的零部件，會被選出并等待入庫。

（2）空貨籠調度

由于產品的特殊性，空貨籠基本不下線。

當倉庫管理系統(tǒng)WMS發(fā)出入庫指令后，堆垛機會響應這一指令，從貨架上精準取出空貨籠，并將其搬運至庫前的重載臺車上。隨后，通過軌道輸送系統(tǒng)，這些裝有空貨籠的重載臺車會被高效運送至零部件入庫口。

（3）零部件裝載與入庫

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

裝載完成后，工作人員會通過手持終端，將齒輪箱零部件信息與貨籠信息進行綁定，確保數據的準確性。

隨后，軌道輸送系統(tǒng)將裝有貨物的重載臺車自動運行至庫端貨架邊。 

最后，再由堆垛機將裝有貨物的貨籠自動搬運至系統(tǒng)下發(fā)的指定存儲貨位，完成入庫作業(yè)。

2.出庫流程

WMS系統(tǒng)接收到來自ERP/MES的生產任務信息后，將相關指令通過WCS系統(tǒng)下發(fā)至堆垛機。

堆垛機根據指令自動將指定貨籠從高位貨架中取出，并搬運至庫端重載臺車上。

軌道輸送系統(tǒng)將載有貨籠的重載臺車運送至出庫口，進行出庫作業(yè)。

人工將所需的齒輪產品從貨籠中取出，剩下的空貨籠，在出庫任務結束后自動回庫。

該重載自動化立體庫不僅用于存放拆解下來的舊齒輪箱部件，同時也適用于儲存新采購的維修替換齒輪箱部件。這樣的設計使倉庫管理更為高效，無論是舊部件的回收利用，還是新部件的存儲備用，都能在同一個系統(tǒng)中得到有序管理。

圖4 重載臺車自帶稱重模塊

五、項目創(chuàng)新點

某公司重載自動化立體庫項目的難點之一，在于前期規(guī)劃時并未考慮引入自動化立體庫，因此在項目后期建設時需要進行針對性改善與調整優(yōu)化。

例如，重載自動化立體庫對地面載荷要求高，但立體庫下方并沒有打樁，為此業(yè)主和設計院根據北自科技提供的地面載荷要求進行核算，將地基鋼筋混凝土層做得十分厚重。而在做基礎時，設計院要求立體庫下面的鋼筋混凝土板不能與建筑承臺干涉，所以立體庫寬度尺寸只能收縮。按原計劃方案，本來規(guī)劃的是2個2121貨籠巷道和2個1616貨籠巷道，在總貨位數沒有減少的情況下，只能將2個1616的貨籠巷道變更為1個雙深位巷道。

針對以上難點問題，北自科技研發(fā)部門經過反復模擬測算，結合具體業(yè)務場景，開發(fā)出該行業(yè)內第一個大尺寸最重的雙伸位堆垛機巷道的智能立體庫實施案例。

此外，因2121貨籠尺寸較大，在與貨架廠反復溝通確認后，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濟性，并降低整體的投入成本。

值得一提的是，該項目還將數字孿生技術應用到智能倉儲系統(tǒng)的管理中（如圖5），利用數字孿生的高級算法預測和優(yōu)化庫存管理、貨物出入庫調度，提高吞吐量，減少等待時間，確保重載風電部件等高價值物資的安全與高效流通。同時通過數據分析，識別并消除瓶頸，優(yōu)化資源分配，如平衡設備負載，提高整體資源利用率。另外，數字孿生系統(tǒng)能夠實時監(jiān)控倉庫內所有設備的運行狀態(tài)，包括重型堆垛機、重載臺車系統(tǒng)等，及時發(fā)現(xiàn)并預警潛在故障，減少停機時間。

圖5 數字孿生界面

六、取得的效益與經驗

該傳動系統(tǒng)企業(yè)自引入重載自動化立體庫以來，不僅極大提高了空間利用率和運維效率，降低了維修成本，還通過優(yōu)化庫存管理和貨物出入庫調度，實現(xiàn)齒輪箱部件的高效流通與安全存儲。同時，數字孿生技術的應用，也讓某公司在智能化、自動化方面走在行業(yè)前列，為風電齒輪箱維修再制造領域的發(fā)展樹立新標桿。整體來看，該項目不僅顯著提升了企業(yè)的經濟效益，還帶來深遠的社會效益。

在經濟效益方面，通過引入自動化系統(tǒng)，使企業(yè)成功降低對人工的依賴，從而顯著減少人力成本。在原來管理模式下，由于車間所有零件是平鋪在地面，占地面積大。為提高管理效率，需要設置多個倉管人員，每月要進行盤庫，即使這樣賬物不符的情況時有發(fā)生。此外，由于自動化立體庫能夠更有效利用存儲空間，使企業(yè)減少了倉儲空間的需求，進而節(jié)省了租金和土地投資。

更重要的是，自動化系統(tǒng)加快了物料搬運速度，縮短了維修周期，從而減少風電設備的停機時間。此外，通過精確的庫存管理，使企業(yè)減少了庫存積壓和閑置，提高了資金周轉率。同時，通過預防性維護計劃，企業(yè)降低了突發(fā)事故的風險，使維修成本得到進一步控制。

在社會效益方面，自動化立體庫能更好地控制存儲環(huán)境，有助于保護精密設備，延長使用壽命，從而減少資源浪費。借助自動化系統(tǒng)還能顯著減輕工人勞動強度，減少因重體力勞動導致的職業(yè)傷害，提升工作場所的安全性。

作為風電新能源行業(yè)內的技術革新案例，該項目成功展示了智能化、自動化技術在傳統(tǒng)產業(yè)中的應用潛力，并為類似項目提供了一系列寶貴經驗，包括：1.通過細致的市場調研和需求分析，確保自動化解決方案與企業(yè)實際情況相匹配，從而避免盲目投資，為項目成功打下根基；2.在項目實施過程中注重自動化系統(tǒng)的兼容性和擴展性，可確保新系統(tǒng)與現(xiàn)有ERP、MES等信息系統(tǒng)無縫對接，實現(xiàn)數據的高效流通和利用；3.項目實施后，需持續(xù)收集數據，評估運營效率，評估運營效率，并根據實際情況及時調整策略，并利用技術迭代不斷優(yōu)化系統(tǒng)性能；4.與設備供應商、技術服務商等建立穩(wěn)定的合作關系，共享資源，共同應對技術挑戰(zhàn)，提升整個供應鏈的協(xié)同效應。

總之，該傳動系統(tǒng)企業(yè)的重載自動化立體庫項目不僅為企業(yè)帶來顯著的經濟效益，也產生積極的社會影響，其成功經驗值得業(yè)內借鑒和推廣。未來，該傳動系統(tǒng)企業(yè)將繼續(xù)秉承綠色再制造的理念，持續(xù)推動技術創(chuàng)新與產業(yè)升級，致力于成為高端齒輪箱和綠色智能再制造的標桿示范企業(yè)，為風電行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與綠色轉型貢獻更大力量。