智慧货站功能布局与流程设计初探

作者:上海机场集团货运枢纽推进事业部  周力行

前言

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。

一、货站布局与功能

1、通常的机场货站布局

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,这些机场基本上是国际货(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),而且还有许多国内货(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)

图1  某机场一期货站布局图

图2  某机场西区国货站 布局图

图3  某机场货站布局图

图4某机场货运区货站 布局图

2、货站功能

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。

货物类型:主要有散货、ULD(航空集裝箱)、整板货物;

货站主要业务:组合作业(打板)、分解作业(理货)、安检、称重、熏蒸室;

货站附加功能:储存(冷)库,危险品库;

货站处理货物类型:普货、快件、邮件等

图5  某机场西区货站平面图

图6 出港待运区

图7 某机场货站空箱、空板堆放处(机场货站没有足够的场地堆放)

图8 某机场货站临时冷库(冷库需求远超实际)

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,无法适应迅速发展的冷链业务,逐将货站部分停车场改造为冷库(图8)。同样,货站设计没有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)。

3、货站主要设备

1)叉车

货站的收货、提货、货物搬运主要是用叉车、小拖车(图9、图10)。

图9  人工搬运拖车

图10 叉车

    叉车主要使用柴油发动机。优点是功率大、爬坡能力强、作业持续时间长、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,但也带来了其他问题,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。

2)升降平台

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。

图11  货机升降梯

图12 行李传送带给客机传输货物

3)ETV和货架

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

图13红色为EVT车,蓝色的为立体货架  

4)地磅、安检机:

地磅用于货物称重; x光机用于货物出港安检。

二、智慧货站功能布局与流程

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。为了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。

1、布局

目前,国内机场货站基本上都是一层结构,基本没有考虑国际/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)。

图14货站第一层

图15货站第二层

图16货站第三层

2、功能与流程

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)。

图17货站第一层

图18货站第二层

图19货站第三层

  • 设备

1)智能控制器

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,可以自行规划货物的运行路径,信息读写、无线传输,通过控制电动辊道的运行方向,转向,进、出升降梯,从而实现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。

2)ETV

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,则可以不用ETV,货物存、取就类似一个人进、出酒店房间一样。

3)电动辊道(秤)

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,功耗基本可以忽略。

电动辊道秤可以在货物传输中自动、连续完成货物的称重。(图20)

图  20电动辊道电子秤

图21  电动辊道驱动辊(带减速电机)

4)三用梯(图22、图23)

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。

图22 乘客模式梯面

图23行李、货物模式梯面

图24可移动电动辊道(腹舱货待装存放)

5)AGV 自动短驳车(图24)

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,也不会影响航空器安全。

6)货机廊桥、可升降电动辊道、升降梯

货机廊桥,这个类似于候机楼的客机廊桥,只是底面是由电动辊道单元构成,

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

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。

7)货物处理机器人(图25)

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;

组合作业机器人替代人工打板作业,分解作业机器人替代人工拆板、理货作业。

图 25 分解、组合机器人示意图

图 26  ULD、整板、集装器货物 安检机

8)货物安检机(图26)

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

9)环形分拣系统、组合作业系统

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运分单进行分拣。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。

图27 腹舱货物分拣组合系统(放大图)

图 28 货机货物分拣组合系统(放大图)

10)散货集装器

散货集装器就是将散货装在一起,便于货物在电动辊道上移动。

三、智慧货站流程

1、货站(国际)进港流程

简要说明一下智慧货站(实物)进港流程。

1)超大型机械、设备

对于超大型、超重机械、设备可以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。其他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。

图 29  超大机械、设备直接进海关监管区

图30     其他需要进海关监管区的经隧道进入

2)超重、特殊尺寸等货物进港、中转

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)。

图 301超重、超大货物进港、出港、中转流程

3)腹舱货进港

国际腹舱货物,机坪短驳过来后,先航空货运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。

腹舱货物进港分两类:一类是去国内中转或者提货;一类是国际转-国际中转。

(1)去国内中转或者提货的

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。

(2)国际转国际

  • 无须分解作业的货物,直接整箱转国际(图31 红色箭头),
  • 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。
  • 需要冷藏的,处理后去二层冷库(国际)暂存。

图31

图32

4)全货机货物进港

全货机货物,经可升降货机廊桥进入货站。同样将航空货运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。

全货机货物进港分两类:一类是转国内或提货;一类是转国际。

(1)转国内或提货。

如果无须分解作业的,经海关通道转国内、或者提货(图32 橙色箭头);

如果需要分解作业的,则分解作业后经海关通道转国内、或者提货。

(2)转国际

  • 无须分解作业的货物,直接整板转国际(图32红色箭头);
  • 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。
  • 需要冷藏的,处理后去二层冷库(国际)暂存。

2、货站(国际)出港流程

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。

1)国内收货区的货物

  • 特种货物

不适合自动化处理的国际出港,由专用通道进入货站出港(图33红圈)。

  • 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)

图33 国内一层特种货物国际出港

图34 国内一层散货、整板、整箱国际出港           

2) 国内货站一、二层转国际货物(图35、图36)

国内货站中转国际的货物分三类:整板货物、整箱货物、散货(集装器)。

  • 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;
  • 无须分解作业的整箱中转货去一层短驳到机坪、或者去三层暂存;
  • 无须分解作业的整板中转货去货机廊桥待装、或者三层暂存。

需要冷藏的货物则去二层冷库暂存。

图35      国内货站一层  中转国际货物

图36 国内货站二层   中转国际货物

3、货站(国内)出港流程、进港流程

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)

4、国际、国内提货

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)。

图37  提货作业区

四、智慧货站存储系统、运行

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。自动化仓库技术已经非常成熟,设计的时候只要满足使用要求即可,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合适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,就可以实现在线自动称量,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。

五、结束语

智慧机场是未来机场发展方向,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主要功能和流程,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。

文中的智慧货站功能布局和流程设计也可以作为普通货站设计参考。

改变世界你做不到,但你不能因此无所作为。----威敏斯特

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