尹軍琪:現代冷鏈物流建設的特點與趨勢

作者:尹軍琪 時間:2021/01/15 來源:伍強智能科技

        本篇轉載自《現代物流系統集成-方法、實踐與思辨》一書第2章2.11節,略有修改。

        1.冷鏈問題概述

        冷鏈物流是現代物流的重要組成部分。冷庫主要用作對食品、乳制品、肉類、水產、禽類、果蔬、飲料、花卉、綠植、茶葉、藥品、化工原料、電子儀表儀器、煙草、酒精飲料等半成品及成品的恒溫恒濕貯藏。一般來說,冷鏈物流所儲存的物品分為食品、藥品、疫苗、血液制品等幾大類。要求各不相同。

        食品冷鏈是應用最廣的領域之一,其溫度需求也非常寬泛。如蔬果類產品、鮮花類產品一般在0~15℃之間,每種水果的儲存溫度也略有差異;肉類、海產品的儲存溫度一般在-18~-35℃;有極端類產品需要在零下65℃的環境下儲存(如金槍魚)。

        常規藥品類的儲存溫度在5~15℃之間,GSP要求的恒溫庫儲存環境為5~19℃,因為有GSP的嚴格要求,這一類倉庫應用非常廣泛。

        疫苗類冷庫主要冷藏儲存在常溫條件下無法保質的各類醫藥產品,在低溫冷藏條件下使藥品不變質失效,延長藥品的保質期庫溫一般為-5℃~ +8℃。有些需要特殊規定。如最近報道的新冠疫苗有的需要在-72℃下儲存和運輸,就是一個例子。

        血液制品的儲存要特殊的要求。

        所有冷鏈物流對于運輸車輛的要求也非常嚴格。

        近幾年來,隨著人們生活水平的不斷提升,果蔬、肉類、海鮮產品、水產品的需求持續增加,對冷鏈物流的需求出現快速增長的態勢。冷鏈物流逐漸成為物流的熱點之一。隨著市場規模的不斷擴大,立體化冷庫和自動化冷庫建設項目逐年增加,并且有快速擴大的趨勢。

        與傳統的常溫庫不同,冷庫對庫房和物流工藝設備的要求有其鮮明的特點。如何把握冷庫建設的特點,并積極面對市場需求,成為市場關注的焦點。本篇僅對于-18℃以下的低溫大型冷庫的建設做介紹,這是未來冷庫建設的熱點和重點需求。

        2.自動化冷庫的特殊性

        大型冷庫一般儲存能力在幾千噸到幾萬噸之間,以肉類、海產品、土豆等產品為主。倉庫建設可由兩部分構成:倉庫本身和庫內物流設備與系統。兩者所要遵循的標準各不相同。我國冷庫建設時間已經有數十年歷史,有一系列標準和規范,制冷方式、屋面、墻面、地面、基礎、消防、電氣等都有詳細的規定。但自動化建設歷史卻相對短很多。

        本篇僅談談冷庫物流系統建設。從物流工藝設備選型和設計來說,自動化冷庫規劃與建設應注意幾個方面的特點:

        第一,單元化

        大型冷鏈的特點之一是單元化儲存和輸送,物流單元主要以托盤和周轉箱為主。引入單元化物流的設計思想是冷鏈物流的關鍵。因為冷庫的作業區從節能的考慮一般不宜設計過大,單元信息在上下游的一致性,對于貨物的交接管理非常重要。帶板運輸對于減少裝卸貨時間,保持冷鏈的完整性也是至關重要的。因此,單元化物流將對冷鏈物流帶來革命性的影響。

        第二,選擇適應于低溫環境的材料非常關鍵

        低溫環境下的物流設備與常溫有很多不同,如很多電器設備在-15℃以下不能正常工作。因此,要創造一個相對獨立的工作環境,以保持溫度在0℃以上,這樣會增加設計的難度。有些材料在低溫下其力學性能發生根本改變,如鋼材、塑料等,貨架、托盤等承重設備的材料選擇要注意其在低溫下的適應范圍,選用不當將帶來潛在風險。如塑料托盤,在低溫下選用聚乙烯(polyethylene ,簡稱PE)材料就比較好,其抗沖擊性以及耐寒性好。在常溫下,聚丙烯(Plastics-Polypropylene,簡稱PP)材料具有優良的力學性能。此外,潤滑、照明燈也與常溫下有很大差異,在設計時應予以注意。

        第三,消防問題

        冷庫作為一種特殊類型的倉庫,也要嚴格滿足建筑消防規范。對于溫度處于0℃以下的倉庫,由于低溫的原因,通常在常溫下的自動噴淋系統不能正常工作。所以,在溫度低于0℃的冷庫內不可能設置自動噴淋系統。有些就不再設置自動噴淋系統,只有在必要時可考慮其他措施,如采用粉末滅火。此外,在設計冷庫時,防火分區的面積與常溫庫也有差異。應查閱相關設計規范。目前在用的設計規范是《冷庫設計規范》GB50072—2010版,也可以參考常溫庫的設計規范。

        3.自動化冷庫的主要優點

        在冷庫選型中,選擇建設自動化冷庫有許多優點。以下簡要說明。

        其一,庫存能力大幅度提升。

        自動化立體庫與傳統叉車庫或平面庫相比較,空間利用率會大幅度提升。庫存效率將要提高3~5倍,尤其是采用密集存儲情況下,庫存能力比普通自動化立體庫又要提高30%以上。由于冷庫的建設成本是常溫庫的1倍以上,因此,提高庫存空間利用率對于降低成本非常重要。

        此外,采用自動化存儲系統,還可以大幅度降低能耗,據實際測算,采用自動化物流系統的能耗僅為傳統冷庫的40~60%,這對于有效降低成本、提倡綠色物流無疑十分有利。

        其二,作業環境得到極大改善。

        在冷鏈物流中,傳統倉儲作業有一個很大的問題,就是工人不能在極端低溫下長時間作業,尤其內外溫差過大的情形下,工人的身體吃不消,導致招工困難。這種現象在自動化物流系統中得到了很好的解決。其基本設計理念是將儲存區與作業區分離。

        自動化冷庫設計中,一般將存儲區與作業區分開:存儲區的溫度可以達到-35℃甚至更低,這一部分全部采用自動化作業,無人操作;而在作業區,包括卸貨、收貨、組盤、入庫、出庫、揀選、包裝、分揀、集貨、裝車等作業,設計作業溫度在5~10℃范圍,在保證貨物儲存條件的前提下,大大改善了作業環境。

        由于在極低溫度條件下,很多電器設備要進行特殊處理,大大增加了冷庫設備的成本,而將作業區與儲存區分開的設計理念,還可以大大減少作業區的設備成本。

        需要注意的是,以無人化為目標的智能物流系統逐漸成為冷庫建設的發展方向,即使如此,將大量的自動化揀選設備布置在作業區仍然是一種合理的設計思想,因為溫度的原因,可以大大簡化設備,降低設備成本。

        4.冷庫建設的技術導向

        通常的冷鏈物流,除了溫度環境的巨大差異外,貨物也有明顯的特點:即SKU相對較少,拆零相對較少。這一特點決定了自動化冷庫設計應盡量采用密集存儲技術。

        密集存儲有很多種形式,最典型的包括雙深度貨架、通廊式貨架、穿梭板式貨架等,最近幾年來,全自動的穿梭板系統(其本身又有多種形式)、四向穿梭車系統受到企業特別關注,成為未來發展的主要方向。

        為何密集存儲技術會成為主要應用趨勢?

        作為物流系統建設的終極目標,“效率”和“成本”一直是考慮的重點。此外,勞動強度因為環境的特殊性,比常溫庫考慮得更多。因此,未來冷庫建設的發展方向,必然是自動化作業、密集化、智能化存儲為主。

        首先,存儲方面。立體存儲和密集存儲將是很多冷庫的首選。其中,自動化立體庫為代表的立體存儲仍是未來發展的重點。其中也包括以穿梭板、四向車為代表的密集存儲技術。

        第二,作業方面。自動化作業將逐步取代人工作業。未來的冷庫建設,自動化水平將越來越高,這是由冷庫工作環境所決定的。儲存、分揀、碼垛和拆垛、搬運的自動化技術與設備將大行其道,智能化和無人化是下一步發展的重點。AGV、機械手、3D識別技術等將成為應用的重點。

        第三,信息化與智能化。宏觀上,自動化、信息化、智能化將是物流發展的大趨勢,冷鏈物流也不例外。信息化和智能化要解決的是庫存信息在供應鏈環境中的一致性和共享性問題,以及物流作業的可視性和可追溯性的問題。

        至于庫房本身建設,首先要考慮“安全”,再要考慮“效率”和“成本”,在這方面,可供參考的資料非常多。庫房基建方面,選擇墻板、屋頂的隔熱材料和工藝,基礎如何處理,有很多講究。而制冷系統的選擇,目前可供選擇的范圍也非常廣,專業的廠家也非常多,這里不一一列舉。

        需要強調的是:冷庫建設安全總是第一位的,企業不能因為節約而忽視安全性,這是很多初創和小型企業易犯的錯誤,并且發生過很多大的事故。另一方面要考慮性價比,過于追求低廉價格的設備會帶來一系列問題,如售后服務、系統維護費用、運營成本(尤其是能耗)、設備使用壽命、安全性等。對用戶企業來說,綜合考慮這些問題,最后作出決策,才是明智的。

(注:本篇部分內容發表于2017年6月《現代物流報》,略有修改)

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