基于物流機(jī)器人的SPS物料配送系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

郭衛(wèi)龍

【摘要】提出了基于物流機(jī)器人的SPS物料配送方案設(shè)計(jì)，將物料機(jī)器人融入到SPS物料配送作業(yè)的物料揀配、上線搬運(yùn)、料車隨行、料車回收等各環(huán)節(jié)中，將機(jī)器人調(diào)度管理系統(tǒng)（RMS）與MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息融合對(duì)接，實(shí)現(xiàn)智能化的物料隨行配送作業(yè)。

【關(guān)鍵詞】SPS 物料機(jī)器人 生產(chǎn)物流

一、SPS物料配送現(xiàn)狀分析

SPS物流配送模式相比傳統(tǒng)的物流配送方式有很大的改進(jìn)，但在實(shí)際的推廣應(yīng)用中也存在揀配工作量大，料車無法與系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)接，輸送設(shè)備靈活性差等生產(chǎn)物流問題。

（一）物料超市零部件種類繁多，“單份”揀配工人作業(yè)量較大

為適應(yīng)不同客戶群的個(gè)性化追求，汽車樣式和功能呈現(xiàn)差異化發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，混合型生產(chǎn)線得到普及發(fā)展，相應(yīng)的SPS配送中物料超市的零件種類更加繁多。SPS作業(yè)模式的精髓在于實(shí)現(xiàn)按需“單份”的配送供給，但相比傳統(tǒng)配送方式產(chǎn)線裝配員挑選物料的工作都轉(zhuǎn)移到物料超市揀配工人的工作任務(wù)中，極大的增加了揀配人員的工作量。揀配人員的工作包括打印揀配單、揀配單核檢、選取料車、尋找零部件位置、揀配等過程，即使在安裝亮燈揀選系統(tǒng)的物料超市，揀配人員的工作壓力依然很大。

（二）物料配送系統(tǒng)無法與生產(chǎn)制造系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化對(duì)接

料車的型號(hào)是根據(jù)所容納的物料進(jìn)行設(shè)計(jì)選配的，料車上線應(yīng)根據(jù)MES系統(tǒng)提供的生產(chǎn)順序和時(shí)間節(jié)點(diǎn)匹配上線。現(xiàn)行的SPS配送流程中，揀配員將揀配完成的料車放置在等待區(qū)等待上線，上線時(shí)會(huì)有專門的上線人員將檢驗(yàn)合格的料車人工配送至相應(yīng)的上料口，在上線時(shí)再有專門的工人按時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行料車掛載隨行。即使相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了AGV從物料超市至生產(chǎn)線上料處的牽引搬運(yùn)，但大部分AGV與料車的自動(dòng)對(duì)接成功率不高，需要人工介入，也未實(shí)現(xiàn)真正意義的自動(dòng)對(duì)接，只是完成了簡(jiǎn)單的搬運(yùn)。

（3）料車隨行方式剛性化占用生產(chǎn)空間，柔性靈活性差

現(xiàn)行的料車隨行的方式有地鏈隨行、輥筒輸送隨行和吊具掛載隨行等幾種方式。地鏈隨行和輥筒隨行方式都需要在生產(chǎn)線邊建設(shè)固定化軌道裝置實(shí)現(xiàn)，設(shè)備柔性差不能靈活控制，對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的控制較為嚴(yán)格。吊具隨行不需要額外設(shè)備，但在隨行過程中料車位于安裝物體的前側(cè)或后側(cè)，裝配人員撿取零件不方便。

二、基于物流機(jī)器人的SPS物料配送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車制造產(chǎn)業(yè)是相對(duì)成熟穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)，在信息化、數(shù)字化和自動(dòng)化方面一直走在制造業(yè)的前排，其物流信息化和標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，為物流機(jī)器人的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造了條件。本文是將物料機(jī)器人和機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)全面的融入到SPS模式的物流配送系統(tǒng)中，包括配送過程中的產(chǎn)前揀配、上線配送、自動(dòng)對(duì)接、料車隨行等功能，實(shí)現(xiàn)全流程的自動(dòng)化和智能化?；谖锪鳈C(jī)器人的SPS配送方式如圖1示。

（一）SPS物料配送系統(tǒng)揀配功能設(shè)計(jì)

混裝生產(chǎn)車間為實(shí)現(xiàn)物料的及時(shí)供給和精益管理，構(gòu)建了物料超市系統(tǒng)進(jìn)行物料的短暫儲(chǔ)存和揀配作業(yè)。物料超市一般采用剛性高位貨架進(jìn)行零部件的儲(chǔ)存，并根據(jù)零部件的種類和特性進(jìn)行倉(cāng)位配置。倉(cāng)位分配方式一般分為按裝配類型進(jìn)行倉(cāng)位分配和按零部件種類進(jìn)行倉(cāng)位分配兩種，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明后者生產(chǎn)效率高被廣泛推廣使用。部分生產(chǎn)企業(yè)使用亮燈揀選系統(tǒng)提高揀配員的速度，但事實(shí)成本較高。

在揀配方案設(shè)計(jì)中，揀配機(jī)器人選用二維碼導(dǎo)航方式，在物料超市構(gòu)建機(jī)器人二維碼導(dǎo)航矩陣并與各貨格倉(cāng)位對(duì)應(yīng)，同時(shí)物料超市WMS系統(tǒng)倉(cāng)位信息與機(jī)器人管理系統(tǒng)（RMS）實(shí)現(xiàn)倉(cāng)位與地圖的映射匹配。物料揀配單由MES系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用順序和生產(chǎn)時(shí)間生成揀配單，并根據(jù)約束條件進(jìn)行揀配單的合理性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格的揀配單下達(dá)給RMS系統(tǒng)。RMS系統(tǒng)根據(jù)揀配單的優(yōu)先程度和資源調(diào)度情況，將揀配單分配至相應(yīng)的揀配料車上，同時(shí)揀配料車的智能終端顯示揀配單詳情和交互操作界面。RMS系統(tǒng)根據(jù)揀配任務(wù)的優(yōu)先級(jí)調(diào)度機(jī)器人搬運(yùn)揀配料車執(zhí)行揀配作業(yè)，達(dá)到一個(gè)揀配區(qū)域后由揀配工人根據(jù)料車所載終端提示進(jìn)行揀配，該揀配任務(wù)完成順序執(zhí)行下一揀配任務(wù)，直至完成整個(gè)揀配單的揀配任務(wù)，其如揀配過程流程設(shè)計(jì)圖2示。

（二）SPS配送系統(tǒng)料車上線功能設(shè)計(jì)

物料上線時(shí)將上線等待區(qū)完成揀配的物料車配送至生產(chǎn)線上料點(diǎn)的物流過程。傳統(tǒng)的物料上線一般采用人工上線或者普通AGV牽引的方式進(jìn)行，在作業(yè)過程中需要大量人工作業(yè)，同時(shí)對(duì)車輛的調(diào)度和達(dá)到上線點(diǎn)的時(shí)間控制性差。本文方案中將實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與物料車的自動(dòng)對(duì)接無需人工干預(yù)，同時(shí)車輛調(diào)度時(shí)間控制準(zhǔn)確，避免早到或晚到造成的損失。

物料上線指令有MES系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)線的實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍下達(dá)給MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)將上線任務(wù)及時(shí)間屬性等傳輸給RMS系統(tǒng)，RMS系統(tǒng)調(diào)度物流機(jī)器人執(zhí)行搬運(yùn)任務(wù)。

（三）SPS配送系統(tǒng)物料隨行功能設(shè)計(jì)

物料的順序及時(shí)供應(yīng)和物料的隨行是SPS物料配送的精髓，傳統(tǒng)的隨行方式是將料車放置與生產(chǎn)線上的傳動(dòng)裝置上或單獨(dú)建設(shè)輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行物料隨行，在料車上線對(duì)接、固定設(shè)施建設(shè)等方面存在一些缺陷。

本方案意在實(shí)現(xiàn)料車的自動(dòng)化上線，上線RMS系統(tǒng)對(duì)整個(gè)物流過程的控制，省去上線工人的對(duì)接過程和對(duì)生產(chǎn)線其他設(shè)備的依賴。通過增加物料上料點(diǎn)和下料點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)料車的柔性化、智能化物料隨行作業(yè)。MES系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍向RMS下達(dá)上線任何后，機(jī)器人將料車搬運(yùn)至相應(yīng)的上料點(diǎn)，同時(shí)在上料點(diǎn)自動(dòng)跟生產(chǎn)線隨行，隨行速度與生產(chǎn)節(jié)拍同步。

（四）SPS配送系統(tǒng)料車下線功能設(shè)計(jì)

料車零件在使用完畢后將在相應(yīng)的下料點(diǎn)進(jìn)行料車下線，料車隨行過程中提供與裝配人員的交互界面，每個(gè)裝配人員撿取零件后再終端上進(jìn)行取料確認(rèn)，以保證在料車下線時(shí)料車零件使用完畢，若料車剩余零件未裝配應(yīng)啟動(dòng)生產(chǎn)檢查程序。料車零件使用完畢下線時(shí)由RMS系統(tǒng)規(guī)劃路徑將料車搬運(yùn)至料車暫存區(qū)進(jìn)行料車清理工作，并等待下一次揀配作業(yè)，此時(shí)搬運(yùn)機(jī)器人得到釋放，可執(zhí)行其他搬運(yùn)任務(wù)。料車上線、隨行和下線流程設(shè)計(jì)如圖3示。

三、總結(jié)

本文提出了一種基于物流機(jī)器人的隨行配送系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，包括在物料“單份”揀配、料車配送、料車上線隨行和料車自動(dòng)下線等功能的設(shè)計(jì)，將物料機(jī)器人及其調(diào)度系統(tǒng)融合到生產(chǎn)流程中，該種物料配送方式能滿足傳統(tǒng)SPS作業(yè)的生產(chǎn)需求，在汽車及零部件制造業(yè)中有普遍適用性。基于PaaS模式的SPS物流機(jī)器人配送方式能滿足TPL企業(yè)對(duì)眾多制造企業(yè)的生產(chǎn)物流供應(yīng)需求，同時(shí)也滿足了智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)生產(chǎn)物流的智能化需求。

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