一種立體智能物流配送系統(tǒng)的研究與應用

周艷彬 王曉彬 周 鍇

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海519070）

0 引言

隨著“中國制造2025”的提出，再加上德國工業(yè)4.0的啟示，工廠自動化、無人化等智能制造生產(chǎn)已成為制造業(yè)發(fā)展的潮流和趨勢。格力電器的“立體智能物流配送系統(tǒng)”項目正是在這種背景下于2015年進行總體規(guī)劃設計，并于2017年在長沙格力全面投用。

1 系統(tǒng)簡介

格力電器的“立體智能物流配送系統(tǒng)”（圖1），是以空調總裝車間為核心，以空中環(huán)線為生命線，實現(xiàn)配套與總裝車間的實物流和信息流互聯(lián)互通的物流配送系統(tǒng)，其具體結構組成如圖1～圖4所示，主要功能描述如表1所示。

圖1 智能物流配送系統(tǒng)總覽圖

圖2 提升機

圖3 輸送機

2 規(guī)劃總結

2.1 安全方面

2.1.1 貨物的提升安全

所有配送的工裝車輛在進入反復式提升機時100%進行貨形尺寸檢驗，檢測合格后還要進行噸位檢測，確保不超尺寸和不超載。

2.1.2 運載小車的安全

圖4 信息看板

表1 立體智能物流配送系統(tǒng)結構組成和主要功能描述

所有運載小車聯(lián)網(wǎng)運行，相互之間采用WiFi通信，通過電子尺標簽判定在空中環(huán)線上運行的絕對地址（精度±2 mm）；相鄰運載小車配有防撞系統(tǒng)識別，最小防碰撞距離為20 cm；運載小車在轉彎時會按程序自動降速；實載小車和空載小車設定了不同的最大直線允許速度，分別為10 km/h和12 km/h。

2.1.3 人機分流的安全

空中環(huán)線運行的區(qū)域是嚴格封閉的，沿途有護欄和門機聯(lián)鎖裝置，人的巡視通道和設備的檢修通道也進行了隔離。

2.2 工藝方面

2.2.1 物流載具的選擇

各個配套車間零部件的尺寸和配送方式大不相同，物流載具需要依據(jù)空中環(huán)線運載小車的臺面大小、反復式提升機最大搬運尺寸等綜合確定。

物流載具（圖5）的底座尺寸需進行標準化設計（包括底座長寬，底座上4個腳輪的大小和相對位置以及底座高度等），在此基礎上結合擺放零部件的具體需求進行針對性設計，但總體原則是工裝車最大輪廓尺寸比反復式提升機最大搬運尺寸至少單邊小50 mm，確保工裝車滿足提升機內貨形檢測的需要。

2.2.2 物流數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

圖5 物流載具

依據(jù)總裝線體需求，描述各配套到總裝物流接收口的配送頻次，而空車按沿原路返回到實車投入口方式進行核算。先統(tǒng)計出每個提升機料口的吞吐量來核算提升機的往復能力，再根據(jù)所有提升機的吞吐總量、物流的配送頻次和物流口的相對位置等，借用物流仿真軟件來核算空中環(huán)線上的總體運力。

2.3 設備方面

2.3.1 反復式提升機的載荷

按照最重的物流載具和物料來進行設計，比如家用空調整板配送最大重量為壓縮機或者鈑金件等的提升機口可以按1 200 kg進行設計，其余可以按800 kg進行設計。

2.3.2 空中環(huán)線的運載小車數(shù)量

運載小車數(shù)量可以按80%～90%的利用率進行核算，預留部分設備能力抵消運載小車設備故障。運載小車數(shù)量可以依據(jù)總裝線體分期投入情況同步進行分批投入。

2.3.3 設備的配電設計

空中環(huán)線通常跨越整個廠區(qū)，對于部分廠區(qū)可能會存在不同配電房供電，而任何一個配電房配電異常，會造成整個環(huán)線喪失運作能力；空中環(huán)形上的運載小車為直流碳刷滑觸線供電方式，如果兩個以上配電房供電會存在電源相位角，造成用電安全風險。因此，空中環(huán)線設備的配電必須按單一電源運行、雙電源快切設計。

2.3.4 空中環(huán)線軌道的平面度和伸縮縫

空中環(huán)線通常跨越整個廠區(qū)，而不同車間是分不同建筑單體進行設計和建造的，為確保運載小車的平穩(wěn)運行，需要控制各樓面上軌道的平面度在±5 mm之內。同時，不同車間的搭口存在伸縮縫，在夏季和冬季時熱脹冷縮特別明顯，在設計空中環(huán)線軌道時要考慮合適的搭縫結構，比如長斜三角或凹凸結構?；蛘邔壍啦贾脜^(qū)域的環(huán)境溫度進行統(tǒng)一保溫或降溫等調節(jié)處理，降低溫差對環(huán)形軌道的影響。

2.3.5 空中環(huán)線單環(huán)與雙環(huán)的選擇

由于空中環(huán)形跨越所有配套車間，環(huán)線路程長達600 m且為單向單車道設計，物料在站點?？亢笊舷仑洉r間長，?？空军c多，空車與實車共用一條線路，必然會對配送效率產(chǎn)生較大影響（變向增加了運載小車的數(shù)量，增大了設備投資）。

改進方案一（圖6）：在大環(huán)中間增加一條直通路徑，將大單向單環(huán)改為單向三環(huán)，空車和實車仍然共用環(huán)軌，運載小車可以根據(jù)最短路徑進行配送。

改進方案二（圖7）：將空車和實車完全分開，將單環(huán)線設計為內外雙環(huán)，外環(huán)跑實車進行物料投送，內環(huán)跑空車進行逆向回收，中間利用輸送機連接。

圖6 單軌單向三環(huán)示意圖

圖7 雙軌單向雙環(huán)示意圖

以上方案都可以減少運載小車的數(shù)量，節(jié)約設備投資，提升空中環(huán)線的配送效率。

2.4 智能物流方面

2.4.1 智能條碼管理

每個工裝車都有獨立條碼標識，并按不同的車間設置不同的條碼段識別管理，用于容器與物流系統(tǒng)的捆綁識別，條碼主要包含容器的種類和使用地點，以便系統(tǒng)確定實車和空車的起始點和返回路徑。

2.4.2 按需拉動配送

系統(tǒng)能與公司的MES和WMS系統(tǒng)進行無縫銜接，能依據(jù)生產(chǎn)線進度實時觸發(fā)總裝需求，做到按需拉動，沒有觸發(fā)需求的物流無法配送進入提升機口。

2.4.3 實時動態(tài)管理

智能物流管理平臺能查看輸送小車、提升機和輸送線的運行狀態(tài)信息，包括設備的任務信息、當前位置、故障報警以及運行狀況分析等，便于日常管理和應急故障及時排除。

2.5 投資回報方面

設備總體投入約為2 860萬元，實現(xiàn)直接減員60人，折合收益為360萬元，可減少物流車輛折合效益212萬元，總體直接經(jīng)濟效益共572萬元，投資回收期約為2 860/572=5年。

3 結語

格力電器的“立體智能物流配送系統(tǒng)”是將自動化、信息技術與物流運輸相結合的新型智能運輸系統(tǒng)，能夠減少甚至根本消除地面物流的安全和現(xiàn)場管理壓力，從而大幅提高公司物流配送的效率和精準度，減少配送作業(yè)人員和裝備的投入，是格力電器引領“智能制造”，踐行“精益工廠”和“智能工廠”的具體成果。

目前該項目已在長沙格力率先成功應用，并已同步推廣至在建的杭州格力等空調基地，有較好的示范意義，可供同行業(yè)或類似項目參考應用。