在风电新能源产业中，齿轮箱是风力发电机组的核心机械组件，主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速，其维护与管理的重要性不言而喻。然而，风电齿轮箱的维修成本高和所需场地占用大等问题，目前已成为制约风电行业进一步发展的瓶颈。因此，对风电齿轮箱的存储与维修流程进行优化，显得尤为迫切。

面对传统平面存储模式所存在的空间占用大、维修效率低等瓶颈问题，常州某高端风电齿轮箱研发制造及维修专业企业（以下简称“该公司”）以其前瞻性的战略眼光，通过建设自动化立体库，成功打造了一个集存储、运输、管理等于一体的智能化仓储体系，不仅实现自身的降本增效，也为风电齿轮箱的维修与再制造乃至风电新能源领域带来全新变革。

该公司是国内从事高端齿轮箱及传动系统设计研发制造及齿轮箱绿色再制造的专业企业，目前已经在风电、水泥、冶金等多个行业成功维修近2000台齿轮箱，累计节约社会资源价值超过10亿元。为满足市场对高端齿轮箱及传动系统维修再制造的需求，该公司通过资源整合与协同发展，不断推动技术创新与产业升级。

在风电齿轮箱的维修流程中，不仅通常需要较大空间来存放备用部件和进行维修操作，而且由于风电齿轮箱体积庞大，且需要特定的维修设备和专业技术人员，对场地条件的要求也相对更高。此外，风电齿轮箱相对较高的故障率和随之而来的高昂维修成本，进一步凸显了合理、高效利用场地资源的重要性。 

此前，该公司的备用部件和维修作业均在租赁的工厂内进行。增速齿轮箱拆解后的部件，如齿轮、零件等，均平铺堆放车间地面上以便进行复核；新购置的工件，如齿轮、齿轮轴等，也是采用相同的地堆方式存放在厂房内。这种传统的平面存储方式（如图1），不仅会占用大量宝贵的地面空间，也对厂房内的物流效率和作业安全构成一定影响。

图1 原车间的部件堆放

面对风电齿轮箱维修对场地的高要求，该公司通过深入的市场调研与需求分析，最终考虑通过引入重载自动化立体库，以显著提升空间利用率。

与传统平面存储模式相比，自动化立体库能够高效利用垂直空间，结合自动化的存储系统和仓库管理系统，可大幅减少对大面积场地的依赖。此外，借助自动化立体库不仅能存储大量的齿轮箱部件，还可减少人工操作，提高作业效率和安全性。

2023年4月，经过与北自所（北京）科技发展股份有限公司（简称“北自科技”）深入研讨，该公司进一步明确了重载自动化立体库的实施要点：

1.最大化垂直空间利用。采用高层货架，以最大化垂直空间的利用，在不增加地面面积的情况下，可成倍提升存储容量。

2.实时追踪与管理。部署先进的仓库管理系统，并搭配数字孪生系统，实现对齿轮箱部件的精准追踪和实时管理；以此来确保对齿轮箱部件的存储位置、数量和状态等信息随时可查，为快速响应维修需求提供有力支持。

3.采用模块化仓库设计。对仓库采用模块化设计思路，使存储空间能够根据实际需求进行灵活扩展或缩减。这种设计不仅可提高仓库的适应性，还能确保在长期运营中持续优化存储效率。

4.先进且高效的物流系统。通过引入高效的重载堆垛机、重载台车输送系统等先进物流设备与系统，大幅缩短部件在仓库内的搬运输送时间和成本。各物流设备将协同作业，确保部件能够快速、准确地到达指定位置，从而提高整体运维的流畅性和效率。

整体来说，该公司要通过精心设计和实施重载自动化立体库项目，有效解决风电齿轮箱维修中的场地占用问题，同时显著提高运维效率和成本效益，为风电新能源业务板块的持续发展和优化提供重要支持。

针对该公司所面临的问题，北自科技通过前期充分的调研，并反复与其沟通，确定了重载自动化立体库解决方案。

1.风电齿轮箱零部件特征

风电齿轮箱是一个高度复杂的机械系统，主要包含齿轮组、轴轮、箱体、行星架、轴类部件、润滑系统以及其他零部件等部分。

齿轮组分为一级行星齿轮和二级行星齿轮，一级行星齿轮包括定轴齿轮、太阳轮、行星架。其中，定轴齿轮为一个，太阳轮由三个齿轮组成二级行星齿轮（两套行星）：由两组齿轮组成，共四个齿轮组成；箱体通常包括前箱体、中箱体、后箱体等部分；行星架是支撑行星轮的重要部件，其内部包含行星轮、太阳轮等关键传动部件；轴类部件包括输入轴、输出轴等；润滑系统包括油箱、油泵、油管和过滤系统等。除此之外，还包含如轴承、油封、螺栓等其他零部件。

风电齿轮箱拆卸后的零部件种类繁多，并且很多部件都相对较重，例如单一内齿圈的重量就达到2吨左右。因此，需要根据风电齿轮箱零部件的具体特征，规划设计重载型自动化立体库。

2.项目基本信息

该项目位于江苏南部，占地约24000m2。建设一栋主办公楼和2个生产车间。重载自动化立体库位于该公司的1#车间南跨东侧，此立库地基只能在车间宽度居中22.6m范围之内，长度为东侧四个立柱间距34m，车间顶梁两侧最低高17m，中间最高18m。

该重载自动化立体库项目所采用的设备与系统，包含2套载重为3400kg的单伸位巷道堆垛机系统，1套载重为3700kg的双伸位巷道堆垛机系统，以及出入库重型台车6台，配套智能仓储管理系统WMS、智能监控调度系统WCS以及数字孪生系统。

结合场地条件等综合因素，确定2种托盘货物单元尺寸。其中，1600mm（长）×1600mm（宽）×1700mm（高）的单个托盘货物重量最大为3700kg（含托盘）；2100mm（长）×2100mm（宽）×900mm（高）的单个托盘货物重量最大为3400kg（含托盘）。具体托盘尺寸，如图2所示。

该项目于2023年10月开始货架进场安装，吊装堆垛机，安装重载台车，并完成电气部分单机调试和系统联调。2024年春节前完成试运行，2月验收完成，随后正式投入运行（如图3）。

图3 项目实施后车间现场照片

1.入库流程

（1）零部件分类与识别

待维修的齿轮箱经过拆解后，其零部件会由专业工人进行分类，符合重载自动化立体库存储条件（即不超托盘尺寸、不超设计重量）的零部件，会被选出并等待入库。

（2）空货笼调度

由于产品的特殊性，空货笼基本不下线。

当仓库管理系统WMS发出入库指令后，堆垛机会响应这一指令，从货架上精准取出空货笼，并将其搬运至库前的重载台车上。随后，通过轨道输送系统，这些装有空货笼的重载台车会被高效运送至零部件入库口。

（3）零部件装载与入库

工作人员利用重载行车将齿轮箱零部件安全放入货笼中。为确保货物不超重，每台重载台车上均配置称重系统（如图4），以供操作人员复核。

装载完成后，工作人员会通过手持终端，将齿轮箱零部件信息与货笼信息进行绑定，确保数据的准确性。

随后，轨道输送系统将装有货物的重载台车自动运行至库端货架边。 

最后，再由堆垛机将装有货物的货笼自动搬运至系统下发的指定存储货位，完成入库作业。

2.出库流程

WMS系统接收到来自ERP/MES的生产任务信息后，将相关指令通过WCS系统下发至堆垛机。

堆垛机根据指令自动将指定货笼从高位货架中取出，并搬运至库端重载台车上。

轨道输送系统将载有货笼的重载台车运送至出库口，进行出库作业。

人工将所需的齿轮产品从货笼中取出，剩下的空货笼，在出库任务结束后自动回库。

该重载自动化立体库不仅用于存放拆解下来的旧齿轮箱部件，同时也适用于储存新采购的维修替换齿轮箱部件。这样的设计使仓库管理更为高效，无论是旧部件的回收利用，还是新部件的存储备用，都能在同一个系统中得到有序管理。