Новинский Рихард Владимирович

Введение

Транспортные грузопотоки являются одним из основных элементов логистики. Изучение грузопотоков и их соответствующее адекватное аналитическое представление позволяют обоснованно выбирать основные конструктивные параметры транспортирующей машины, решать задачи, связанные со складированием, правильно оценивать различные технико- экономические решения и пр. Ленточные конвейеры чаще всего используются для транспортировки материалов. Ленточный конвейер транспортирует такие материалы, как минералы (руды, угли), грунтовые материалы (гравий, песок, глина), обработанные материалы (цемент, соль, химикаты), сельскохозяйственные продукты (зерно, сахар, мука) и другие подобные порошкообразные, гранулированные или кусковые материалы.

Основными характеристиками сыпучих материалов являются: размер куска, насыпной вес, удельный вес, содержание влаги, подвижность частиц, углы наклона, абразивность, температура, взрывоопасность, липкость, коррозионная стойкость и гигроскопичность. Несмотря на то, что ленточные конвейеры используются уже много лет, в процессе эксплуатации все еще остаются некоторые проблемы, требующие решения .

Компании, использующие ленточные конвейеры, требуют, чтобы они отличались высокой производительностью и надежностью. Это может быть достигнуто на этапе проектирования с использованием математических методов. Конструкция ленточных конвейеров отвечает многим требованиям. Механические компоненты, такие как направляющие, приводы, шкивы и многие другие аксессуары, постоянно совершенствуются для повышения производительности и долговечности ленточного конвейера. По сравнению с другими видами транспорта, ленточные конвейеры требуют меньших затрат труда и энергии.

Чтобы приступить к этапу проектирования ленточных конвейеров, необходимо оценить характеристики материала, который будет транспортироваться этим конвейером. Ленточные конвейеры с резиновой лентой являются основным средством для непрерывной транспортировки сыпучих материалов. Ленточные конвейеры могут быть сконструированы практически для любой желаемой траектории перемещения. Их применение заключается вограничена прочностью ленты, углом наклона или спада и имеющимся пространством. Удачная конструкция ленточного конвейера зависит как от характеристик транспортируемого материала, так и от поведения материалов на движущейся ленте.

В процессе проектирования очень важно правильно определить площадь поперечного сечения материала на ленте и, следовательно, расчетную производительность ленточного конвейера. Также важно оптимально определить ширину ленты и рабочую скорость. Площадь поперечного сечения материала на ленте зависит от формы ленты, а именно от используемого типа роликового узла и от ширины ленты. Конструкция ленточных конвейеров для наземных транспортно- технологических комплексов и их условия эксплуатации имеют ряд существенных отличий от других конвейерных систем. Это не позволяет в полной мере использовать полученные результаты других авторов для обоснования параметров и совершенствования ленточных конвейеров для складских систем в целях снижения динамических нагрузок на роликоопоры и став. Математическое описание процессов, возникающих во время движения время движения конвейерной ленты по роликоопорам, не позволяет производить количественную оценку динамических нагрузок в подвеске их к ставу конвейера.

Из проведенного обзора научно-исследовательских работ следует, что приведенные в литературе положения расчета параметров ленточных конвейеров для складских комплексов крайне ограничены. Обобщить эти сведения и дать рекомендации по выбору обоснованных их параметров является затруднительным. Для расширения области применения для наземных транспортно-технологических комплексов требуется создание ленточных конвейеров нового технического уровня, работа которых не связана с дополнительно формирующимися динамическими нагрузками. В современных условиях на промышленных предприятиях особую актуальность приобретают вопросы обеспечения рабочего процесса необходимыми материальными ресурсами и эффективного их использования, совершенствование управления складским хозяйством и запасами продукции, сбытовой деятельностью и транспортными потоками. Колебания спроса потребителей требует от предприятий постоянно осуществлять анализ рынка для того, чтобы менять ассортиментную структуру продукции в объемах, достаточных для его удовлетворения. По результатам научных исследований, проведенных ранее выявлено, что к основным факторам, которые способствовали развитию складского управления, относится рост требований обслуживания клиентов, повышение значения складского сервиса, рост расходов дистрибуции, рациональное управления запасами, внедрение информационных технологий.

Для достижения конкурентоспособности предприятия должно так организовать свою деятельность, чтобы минимизировать риски, убытки и расходы, которые связаны с процессами хранения и сбыта продукции, и максимизировать доходы от ее реализации. Это возможно осуществить в первую очередь за счет повышения эффективности управления деятельностью складского хозяйства. Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что специфической особенностью складского хозяйства является наличие в нем больших резервов совершенствования, которые при полной реализации будут оказывать эффект на другие направления деятельности предприятия.

Цель работы – повышение эффективности работы складских комплексов за счет обоснования параметров, совершенствования ленточных конвейеров и снижения расхода энергии на транспортирование сыпучих грузов.

Для достижения указанной цели целесообразно решить следующие задачи: - выполнить анализ проблем, связанных с повышением эффективности работы ленточных конвейеров на складских комплексах; - составить математическое описание процессов, возникающих во время движения конвейерной ленты, позволяющее производить количественную оценку динамических нагрузок, действующих на роликоопоры и став конвейера; - выполнить синтез подвески роликоопоры ленточного конвейера с оптимальными параметрами; - разработать рекомендации для снижения динамических нагрузок, возникающих во время движения конвейерной ленты и воздействующих на роликоопоры и став конвейера.

Рисунок 1 – Ленточный конвеер

1. Анализ вопроса повышения эффективности работы ленточных конвейеровна складских комплексов

В статье [1] разработана модель расчета ограничений логистики складирования. Исходными данными для модели являются следующие величины: - планируемый объем входящих и исходящих материальных потоков помесячно в разрезе по каналам продаж (если имеются) и товарным категориям (которые могут повлиять на высоту и способ хранения); - разделение входящего и исходящего материальных потоков по способу транспортировки (автомобильные, железнодорожные, морские) – с целью определения пропускной способности и физического количества доков / платформ; - нормативные дни запаса продукции на складе.

С целью повышения эффективности использования складских площадей и объемов авторами [2] предложена автоматизированная система вертикального хранения, обеспечивающая максимальную плотность хранения на минимальной площади. Указанная система представляет собой высотные конструкции, в основу которых заложен принцип наращивания вертикальных блоков, а каждая единица груза управляется с помощью контролируемого компьютера манипулятора.

Предложенная в статье [3] технология складирования с применением роботизированного рельсового крана-штабелера не отвечают современным требованиям заказчика, который стремится сократить эксплуатационные затраты и получить максимальный объем эффективно функционирующих и безопасных складских площадей. Роботизированные комплексы для транспортировки и складирования получили широкое распространение, так как роботы, работающие в системе гораздо производительнее чем люди, и затраты на их обслуживание меньше, чем зарплаты работников. Одним из критериев эффективности такой системы может служить интегрированный блок данных с подсистемой ключевых показателей эффективности – KPI. Особенно значимую роль он играет в складских комплексах производственных предприятий. Главная задача при разработке системы мотивации с применением системы ключевых показателей эффективности – грамотно сформулировать и рассчитать показатели, сделать их понятными для сотрудников и удобными в оценке. Важно помнить о постоянном мониторинге эффективности применяемых показателей и, при необходимости, их корректировке или замене [4].

Предлагаемая авторами в работе [5] методика решения задач складской логистики основана на интегрированном применении аналитического и имитационного моделирования и позволяет более детально анализировать деятельность логистического складского комплекса в динамике и использовать дополнительные средства моделирования процессов его функционирования, не представленные в системах управления складскими комплексами ERP и WMS классов.

В статье [6] рассмотрены автоматизированные системы хранения и транспортировки товаров на складах (стеллажи, оборудованные шаттловой системой хранения). Шаттловая система представляет собой систему хранения высокой плотности, которой присущи автоматизированные процессы обработки и перемещения грузов со средним ассортиментом при глубинном хранении. Данная система обеспечивается наличием специальной конструкции стеллажей и мобильной платформы (шаттла). Данные системы являются удобным и практичным инструментом управления и хранения готовой продукции, поэтому они пользуются популярностью за рубежом, однако в России эти системы не очень распространены и толькотолько начинают пользоваться спросом.

В статье [7] рассмотрены предложения компании Modula по автоматизации склада и, как следствие, повышения скорости обработки заказа и эффективности работы складского персонала. Вопросы проектирования основных параметров складского комплекса рассмотрены в работе [7]. Авторами приведены примеры выбора оптимальных габаритов складских помещений, зон и территорий складского комплекса для подготовки качественного технико-экономического обоснования его проекта.

В статье [8] авторами разработан новый подход к задаче трехмерной укладки коробок в паллету на основе применения генетического алгоритма. Работа генетического алгоритма состоит в чередовании этапов скрещивания и мутации. На каждом этапе происходит запоминание хромосомы с наибольшим значением функции приспособленности, определяющей степень приближенности решения к идеальному. В ее качестве предлагается использовать коэффициент перколяции полученной укладки, за вычетом числа коробок, которые уложить при декодировании хромосомы не удалось. Выбор хромосом для скрещивания или мутации проводится случайным образом. На каждом этапе сортируются хромосомы по значению функции приспособленности и удаляются все хромосомы, за исключением некоторого числа хромосом с наибольшим значением функции приспособленности.

В статье [8] разобрана тема формирования складской логистики и логистического процесса в целом. Регулирование пополнения запасов и отправлением заказов позволяет обеспечить сбалансированную скорость переработки грузопотоков, постоянное использование имеющегося объема склада и необходимые для хранения условия, уменьшить сроки хранения запасов с помощью чего увеличить обороты склада.

В статье [9] рассмотрено обоснование параметров стеллажных систем хранения паллет. Основной проблемой стеллажных паллетных систем хранения является низкая степень заполнения складских площадей из-за большого количества проходов и проездов для погрузочной техники. Особенность взаимодействия челночной тележки с направляющими заключается в том, что благодаря одинаковому шагу крепления по длине транспортирования, жесткость направляющих в поперечном направлении периодически меняется.

В работе [9] проведен анализ рынка стеллажных предложений для современных складов. Указано, что параметры стеллажа и его комплектация рассчитывается индивидуально и может зависеть от различных факторов: типа конструкции, высоты стеллажной системы, количества уровней и секций, длины секций, нагрузочной способности стеллажа и типа настила.

В статье [10] указывается необходимость комплексного подхода, обеспечивающего учет интересов всех сторон, что является одним из главных условий построения эффективной современной транспортно-логистической системы. Только эффективная интеграция и взаимодействие всех участников грузопотоков позволит достичь синергетического эффекта в формировании транспортно-логистической системы страны и станет локомотивом развития логистики в целом и транспортно-складской логистики в частности на всей территории страны, что неизбежно приведет и к повышению социально-экономических показателей развития регионов РФ.

Исследования [9] посвящены анализу проблем складской логистики. Представлены понятия складской логистики и основное назначение склада. Определен функционал складских помещений по задачам. Выявлены основные проблемы склада и представлены несколько вариантов их решения.

В работе [10] предлагается программный модуль для графического выполнения рабочих чертежей и расчета стоимости стеллажного оборудования в автоматическом режиме. При разработке программного модуля использовался внутренний язык программирования AutoLISP среды AutoCAD.

В статье [10] складской логистикой называют управление логистическим процессом на складе, обеспечивающее достижение целей логистики по срокам выполнения заказа, качеству услуг и экономическому результату. Для эффективной организации складской логистики был произведен анализ существующих решений в области складирования: адресное хранение; система управления складом; конвейерная система; карусельная система; лифтовая система. Каждая из систем упрощает поиск товара, уменьшает количество ошибок и время складских операций благодаря сокращению влияния человеческого фактора на них.

Рисунок 2 – Ленточный конвеер

2.Научные достижения в области обоснования параметров ленточных конвейеров для складских комплексов

Задача повышения эффективности производственных процессов сегодня актуальна для любого предприятия и, чтобы добиться максимальной отдачи от своей деятельности следует оптимизировать каждый ее этап. Складское хранение товаров либо собственного производства, либо предоставление услуг склада для хранения товаров различного типа с их последующей комплектацией – достаточно сложный технологический процесс, который необходимо и возможно оптимизировать. Конечно, при необходимости расширения складских площадей можно пойти по наиболее простому пути: построить или арендовать новый склад, однако такое решение часто является самым невыгодным и гораздо разумнее рассмотреть варианты оптимизации и модернизации существующих складских помещения.

Безусловно, такая модернизация также может потребовать вложения достаточно значительных средств, вплоть до замены погрузчиков и штабелеров, однако она позволит в большинстве случаев и значительно повысить эффективность работы склада, сократить время погрузочно- разгрузочных работ и ускорить процесс сбора груза. Особое место в современных логистических складских комплексах как горных предприятий, так и других, занимают стеллажные системы хранения грузов с использованием паллет. От параметров стеллажных систем во многом зависит эффективность использования площадей, необходимых для хранения, а также время для размещения, комплектации и отгрузки паллет с грузом [3;4].

В настоящее время наибольшее распространение получили фронтальные стеллажи, требующие значительных складских площадей. Однако для более эффективного использования складского комплекса целесообразно применение систем хранения с глубинными стеллажами, оборудованными челночными тележками. Подобные стеллажи имеют на каждом ярусе специальные направляющие, которые позволяют тележкам распределять вдоль пролета паллеты для хранения груза. Такие тележки состоят из механизма перемещения, механизма подъема и системы управления.

Главным технологическим препятствием широкому применению глубинных стеллажей в настоящее время является ограниченная их нагрузочная способность, а также отсутствие надежных и компактных средств для перемещения паллет с грузом вдоль канала хранения. Основным путем расширения области применения глубинных стеллажей является увеличение их грузоподъемности. Однако этот подход ведет к резкому удорожанию стоимости стеллажа и дальнейшему увеличению стоимости хранения продукции на складе. Основной нерешенной на настоящий момент проблемой, возникающей при работе средств для перемещения паллет (челночных тележек) и подлежащей решению в рамках предполагаемого научного исследования, является возникновение динамических нагрузок и колебаний, формирующихся во время движения паллет с грузом вдоль направляющих стеллажа, обладающий определенной податливостью (или жесткостью). Работа стеллажной системы сопряжена со значительными динамическими нагрузками, возникающими во время движения челночной тележки по направляющим стеллажа, которые крепятся только на его стойках, а между опорами и вдоль пролета располагаются свободно. Это приводит к значительным прогибам направляющих, появлению параметрических и кинематических возмущений во время перемещения тележки с грузом вдоль стеллажа.

3. Проблемы применения ленточных конвейеров для складских комплексов

Конструкция стеллажей для глубинного хранения паллет с грузом и их условия эксплуатации имеют ряд существенных отличий от других стеллажных систем. Это не позволяет в полной мере использовать полученные результаты других авторов для обоснования параметров и совершенствования глубинных стеллажей в целях снижения динамических нагрузок на каналы хранения грузов. Кроме того выявлено, что математическое описание процессов, возникающих во время движения челночных тележек по направляющим, не позволяет производить количественную оценку динамических нагрузок в его подвеске к глубинному стеллажу.

Из проведенного обзора научно-исследовательских работ следует, что приведенные в литературе положения расчета параметров глубинных стеллажей крайне ограничены. Обобщить эти сведения и дать рекомендации по выбору обоснованных параметров его привода является затруднительным. Для расширения области применения для горных предприятий требуется создание челночных тележек нового технического уровня, работа которых не связана с дополнительно формирующимися динамическими нагрузками во время перестановки паллет, передающимися на направляющие глубинного стеллажа.

Для проведения исследований целесообразно использовать комплексный метод, который включает анализ ранее проведенных исследований других авторов, опыт создания челночных тележек и приводов, а также математическое и физическое моделирование.

Отсюда следует, что для достижения указанной цели работы – повышение эффективности работы складских комплексов за счет обоснования параметров и совершенствования глубинных стеллажей с челночными тележками, что позволяет снизить динамические нагрузки на стеллаж, целесообразно решить следующие задачи:

- выполнить анализ проблем, связанных с повышением эффективности работы складских комплексов с глубинными стеллажами;

- составить математическое описание процессов, возникающих во время движения челночной тележки, позволяющее производить количественную оценку динамических нагрузок, действующих на направляющие глубинного стеллажа;

- выполнить синтез подвески направляющих глубинного стеллажа с оптимальными параметрами;

- разработать рекомендации для снижения динамических нагрузок, возникающих во время движения челночной тележки вдоль канала хранения и воздействующих на направляющие глубинного стеллажа.

Рисунок 3 – Ленточный конвеер

Вывод

Из проведенного обзора литературных источников в области создания и исследования стеллажных систем складских комплексов, а также исследования челночных тележек для глубинных стеллажей, следует:

1. Конструкция стеллажных систем для глубинного хранения и их условия эксплуатации имеют ряд существенных отличий от других машин. Это не позволяет в полной мере использовать полученные результаты других авторов для обоснования параметров и совершенствования каналов хранения глубинного стеллажа в целях снижения динамических нагрузок на направляющие, траверсы и стойки стеллажа.

2. Приведенные в литературе положения расчета параметров глубинных стеллажей крайне ограничены. Обобщить эти сведения и дать рекомендации по выбору обоснованных параметров его привода является затруднительным.

3. Во время движения тележки по направляющим глубинного стеллажа формируются колебательные процессы, обусловленные действием кинематических, силовых и параметрических возмущений. Математическое описание процессов, возникающих во время движения челночной тележки вдоль канала хранения, не позволяет производить количественную оценку динамических нагрузок в его подвеске направляющих.

4. Для исследования динамических процессов, формирующихся во время движения челночной тележки необходимо составить уравнение колебаний глубинного стеллажа, что позволит определять динамические нагрузки, воздействующие на направляющие канала хранения.

5. Основными параметрами, характеризующими глубинный стеллаж, являются: колея и жесткая база челночной тележки; масса паллет с грузом; скорость перемещения челночной тележки. Указанные параметры являются основными, поскольку однозначно определяют конструкцию глубинного стеллажа для хранения паллет.

6. Для снижения динамических нагрузок, формирующихся во время движения челночной тележки по направляющим стеллажа, могут использоваться специальные устройства для предотвращения колебательных процессов.

7. Безопасная работа канала хранения может быть обеспечена за счет безударного взаимодействия паллет с направляющими стеллажа.

8. Формирующиеся динамические нагрузки во время перестановки паллет из одного положения в другое должны быть сведены к минимуму.

9. Необходима надежная фиксация направляющих глубинного канала хранения паллет относительно направляющих стеллажа.

10. Для расширения области применения глубинных стеллажей требуется создание мобильных тележек нового технического уровня, работа которых не связана с дополнительно формирующимися динамическими нагрузками в его подвеске, передающимися на направляющие, траверсы и стойки стеллажа в основном, исследователей западной школы.

Список источников

1. Дыбская, В. В. Логистика складирования: учебник / В. В. Дыбская. – Москва, Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. – 796 c.

2. Козлов, А. М. Складская логистика. Формирование логистического процесса на складе / А. М. Козлов // Коррекционно-педагогическое образование: электронный журнал. – 2021. – № 6(30). – С.320-323

3. Конакова, А. В. Обоснование параметров стеллажных систем хранения паллет / А. В. Конакова // Инновационные перспективы Донбасса: Материалы 4-й Международной научно-практической конференции, Донецк, 22–25 мая 2018 года. – Донецк: Донецкий национальный технический университет, 2018. – С. 145-149.

4. Короткова, А. В. Рынок стеллажных предложений / А. В.Короткова, Я. Ю. Павлова // Рыночная трансформация экономики России: проблемы, направления, пути развития : сборник статей по материалам IV Всероссийской научно-практической конференции, Йошкар-Ола, 30–31 мая 2016 года / Под ред. Н. М. Швецова. – Йошкар-Ола: АНО ВО "Межрегиональный открытый социальный институт", 2016. – С. 122-127

5. Кузменко, Ю. Г. Транспортно-логистическая система как субъект социально-экономического развития региона / Ю. Г. Кузменко, Г. М. Грейз, С.В. Калентеев // Известия Уральского государственного экономического университета. – 2013. – № 2(46). – С. 111-118.

6. Лесников, С. В. Патент на полезную модель No 201530 U1 Российская Федерация, МПК B65G 1/02, A47B 43/04. Стеллаж для паллет: № 2020112406 : заявл. 26.03.2020: опубл. 21.12.2020.

7. Ложечник, Е. А. Оптимизация складского комплекса предприятия на основе рационализации и автоматизации основных процессов / Е. А.Ложечник // Транспортное дело России. – 2010. – № 3. – С. 22-25.

8. Москаленко, Н. А. Совершенствование логистического процесса в складском комплексе / Н. А. Москаленко, О. А. Давыдова // Проблемы социально-экономического развития в новых экономических условиях: взгляд молодых исследователей : Сборник статей участников Международной научно-практической конференции IV Уральского вернисажа науки и бизнеса, Челябинск, 03 марта 2017 года / Под общей редакцией Е. П.Велихова. – Челябинск: Энциклопедия, 2017. – С. 52-57.

9. Насонов, С. В. Анализ проблем складской логистики и пути ихрешения / С. В. Насонов // Материалы Афанасьевских чтений. – 2022. – № 2(39) – С. 18-22

10. Суйеуова, Н. Б. Инновационные разработки для складских логистических комплексов / Н. Б. Суйеуова // Наука через призму времени. – 2021. – № 12(57) – С. 41-44.

11. Азаркина, Н. О. Модель расчета ограничений логистики инструмент планирования оптимального объема складских площадей / Н. О. Азаркина / - Проблемы современной науки и образования. – 2017. – № 26(108)– С. 58-62