江西景旺電子智慧工廠的自動化物流系統(tǒng)創(chuàng)新

文/陳鵬州

景旺電子吉安工廠外景圖

項(xiàng)目將工廠一期與二期的生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，針對老廠房的現(xiàn)實(shí)條件，并兼顧成本因素，研發(fā)了堆垛式AGV等創(chuàng)新產(chǎn)品，以先進(jìn)的解決方案滿足了制造企業(yè)提高物流自動化、信息化水平的需求，具有行業(yè)示范意義。

景旺電子(深圳)有限公司是一家實(shí)力雄厚、知名度高的大型企業(yè)，在印制電路行業(yè)全國排名第23位，國際排名第66位，是深圳線路板行業(yè)最具成長性的龍頭企業(yè)。江西景旺精密電路有限公司（簡稱“景旺電子吉安工廠”）是景旺電子(深圳)有限公司在吉水縣投資設(shè)立的全資子公司，專業(yè)生產(chǎn)高密度、多層、柔性及金屬基電路板，廣泛用于航空航天、電子設(shè)備、家電產(chǎn)品等多種領(lǐng)域，總投資30億元人民幣，是江西省電路板行業(yè)投資規(guī)模最大的項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2012年4月動工建設(shè)，占地600畝，總建筑面積25萬平方米，建成后年產(chǎn)量220萬平方米，年產(chǎn)值48億元，年創(chuàng)稅收1.1億元。

景旺電子吉安工廠二期新建廠房項(xiàng)目始于2017年，在2018年5月正式投產(chǎn)運(yùn)行。其中一個(gè)重要工程是工廠物流自動化改造項(xiàng)目，由山西東杰智能物流裝備股份有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)與實(shí)施。該項(xiàng)目將工廠一期與二期的生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，針對老廠房的現(xiàn)實(shí)條件，并兼顧成本因素，研發(fā)了堆垛式AGV等創(chuàng)新產(chǎn)品，以先進(jìn)的解決方案滿足了制造企業(yè)提高物流自動化、信息化水平的需求，具有行業(yè)示范意義。

一、項(xiàng)目背景及概況

電路板制作領(lǐng)域的板料倉、WIP中轉(zhuǎn)倉、成品倉、干膜倉、測試架及輔料倉的存儲運(yùn)作一直以來都是采用人工叉車作業(yè)方式，自動化和信息化程度低，人工叉車在車間穿梭對企業(yè)倉儲作業(yè)安全及環(huán)境衛(wèi)生都存在隱患，同時(shí)生產(chǎn)效率較低，因此景旺電子吉安工廠亟需對原有的搬運(yùn)方式進(jìn)行改進(jìn)。

東杰智能和景旺電子共同研討，創(chuàng)新性地制定了可引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的自動化物流系統(tǒng)方案。此方案在兼顧倉庫存儲的高度靈活性與簡化存儲流程的情況下，實(shí)現(xiàn)了板料、WIP料及成品的自動入庫與工序間物料轉(zhuǎn)運(yùn)的自動銜接；同時(shí)使切割板料、車間要料及成品呼叫托盤的自動搬運(yùn)順利完成，達(dá)到了節(jié)約人力資源、提高生產(chǎn)效率、提升企業(yè)形象、減少生產(chǎn)區(qū)域人員流動、提高衛(wèi)生要求的目的。方案所用的AGV采用多重保護(hù)方式，保證了搬運(yùn)過程中人員及設(shè)備的安全。

該自動化物流系統(tǒng)主要組成部分包括：

（1）板料倉，2臺載重4 噸堆垛式AGV 以及相應(yīng)配套 的貨架、輸送機(jī)；

（2）WIP倉，2臺載重300kg堆垛式AGV以及相應(yīng)配套的貨架、提升機(jī)、輸送機(jī)、鋼平臺；

（3）成品倉，2臺載重800kg托盤式AGV以及相應(yīng)的貨架；

（4）干膜倉，在線緩存輸送機(jī)及提升機(jī)1臺；

（5）測試架及輔料倉，四向穿梭車+提升機(jī)，配合貨架，組成箱式自動化存取系統(tǒng)；

（6）線邊包材倉WMS系統(tǒng)。

此外，還有配套的倉儲管理系統(tǒng)WMS、倉庫控制系統(tǒng)WCS和 AGV 調(diào)度管理系統(tǒng)。

二、項(xiàng)目難點(diǎn)與解決方案

這是一個(gè)電子行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的物流改善項(xiàng)目，此前在廠內(nèi)物流方面的問題與難點(diǎn)如下：受廠房結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝要求及生產(chǎn)線布置的影響，倉庫存儲空間利用率低；上下道工序間物料搬運(yùn)不便，對人工的依賴程度高；輔料SKU較多，人工揀選作業(yè)效率低。經(jīng)過分析不同區(qū)域的倉儲作業(yè)難點(diǎn)與景旺電子吉安工廠的實(shí)際需求，東杰智能創(chuàng)新性地制定并建成了適合該企業(yè)的物流解決方案。

1.板料倉

項(xiàng)目難點(diǎn)：

(1)廠房屬于舊廠房改造，廠房有效利用高度不足4.6米，存儲空間極其有限；

(2)板料單元尺寸為2200×1300×

780mm，重量達(dá)到4000kg；

圖1：承載4000kg的AGV

圖2：承載300kg的AGV

(3)生產(chǎn)需求節(jié)拍23托盤/小時(shí)，庫存必須滿足1300托盤的存儲量。

解決方案：靈感來源于窄巷道叉車的作業(yè)模式。東杰智能定制研發(fā)了可左右伸叉的堆垛式AGV（激光導(dǎo)航），使其在托盤橫梁式貨架內(nèi)作業(yè)。在貨架通道內(nèi)AGV無需旋轉(zhuǎn)貨叉，也無需掉頭，可以直接從兩側(cè)的貨架叉取貨物，提高了存取作業(yè)效率；同時(shí)，堆垛式AGV獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使貨架底層貨物距地面高度降到了0.5米，頂層貨物距庫房頂部縮小到0.2米，巷道寬度也減小到1.8米。這使廠房（現(xiàn)高度4.5米）貨物可存儲層數(shù)由3層增加到5層，貨架排數(shù)增加20%以上，極大地提高了空間利用率。方案在滿足存儲量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了庫內(nèi)的無人化作業(yè)。

2.WIP中轉(zhuǎn)倉

項(xiàng)目難點(diǎn)：

(1)廠房有效利用高度不足4.6米，平面尺寸30×6.6平方米，存儲空間有限；

(2)開料單元尺寸800×800×500mm，重量300 kg；

（3）生產(chǎn)需求物料出入庫節(jié)拍達(dá)到22托盤/小時(shí)，庫存能滿足至少400托盤的存儲量；

（4）與上下道工序間物料的流轉(zhuǎn)需要人工搬運(yùn)。

解決方案：庫內(nèi)采用橫梁式托盤貨架，布置5層，2個(gè)巷道，巷道寬度1.5米，配置2臺輕型堆垛式AGV（激光導(dǎo)航），可在狹窄空間內(nèi)四向平移，滿足庫內(nèi)無人化高效作業(yè)要求。相比傳統(tǒng)AGV，該項(xiàng)目所用AGV 可24小時(shí)不間斷作業(yè)，移動靈活，占用空間通道小，庫內(nèi)空間存儲率高。庫外通過輸送機(jī)、提升機(jī)及小型頂升AGV等輸送設(shè)備，實(shí)現(xiàn)物料在開料線、中轉(zhuǎn)庫、制料工序間的自動流轉(zhuǎn)。

3.輔料+測試架倉

項(xiàng)目難點(diǎn)：

(1)輔料SKU種類多，人工揀選配送效率低；

(2)存儲管理困難；

(3)存儲空間利用率低。

圖3：四向穿梭車存儲系統(tǒng)

圖4：頂升機(jī)器人

解決方案：結(jié)合貨到工位的配送方式及配套的四向穿梭車密集存取系統(tǒng)（見圖4），采用標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)箱作為存儲、配送容器，有效的解決了SKU種類多、人工揀選、人工配送的問題，提升了工作效率。此系統(tǒng)存儲量大，存儲靈活，也能適應(yīng)變化多樣的訂單結(jié)構(gòu)，以合理的投資達(dá)到最高的回報(bào)率。此模塊化的解決方案恰當(dāng)?shù)呐渲迷诳梢允褂米詣踊O(shè)備的區(qū)域，得到了客戶的贊同與認(rèn)可。

4.其它工序配送

項(xiàng)目難點(diǎn)：

（1）廠區(qū)大，物料在工序間長距離周轉(zhuǎn)，周轉(zhuǎn)效率低；

（2）配送工位零散、不集中；

（3）叉車交叉作業(yè)，存在安全隱患；

（4）廠房內(nèi)潔凈度差。

解決方案：適度的在工位處采用自動化輸送設(shè)備，盡可能將人工解放，工位間的長距離輸送全部通過 “頂升機(jī)器人”自動配送（見圖5），整個(gè)配送線路無人化，也無需單獨(dú)鋪設(shè)軌道，低成本、高效率解決了交叉作業(yè)帶來的安全隱患，提高了周轉(zhuǎn)效率。

5.板料倉、中轉(zhuǎn)倉、成品倉、干膜倉、輔梁倉及線邊包材倉的數(shù)據(jù)信息管理分散，自動化、信息化程度低

解決方案：整合各倉數(shù)據(jù)信息，利用WMS系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并對接MES、OA、EBS及頂升AGV 4個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了景旺電子生產(chǎn)叫料、物料配送、周轉(zhuǎn)與成品出入庫的無縫對接。

三、技術(shù)突破與應(yīng)用創(chuàng)新

為了實(shí)現(xiàn)景旺吉安工廠提高產(chǎn)能、降低成本、減少損耗、精確管理的整體規(guī)劃目標(biāo)，東杰智能積極實(shí)施改進(jìn)解決方案，為其提供了高效化、節(jié)能化、智能化、人性化控制管理系統(tǒng)。在整個(gè)項(xiàng)目的調(diào)研、規(guī)劃、設(shè)計(jì)過程中，東杰智能對設(shè)備的選型、結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了全新研發(fā)與優(yōu)化，多項(xiàng)技術(shù)及應(yīng)用取得重大突破創(chuàng)新，達(dá)到國內(nèi)乃至國際領(lǐng)先水平。

1.堆垛式AGV的突破與創(chuàng)新

堆垛式AGV雙向伸叉，四向平移，有效減小了通道寬度； AGV工作時(shí)，庫區(qū)外使用蓄電池供電，庫區(qū)內(nèi)采用在線取電、充電方式，改變了傳統(tǒng)AGV的充電作業(yè)模式，有效解決了大噸位AGV的續(xù)航問題，可實(shí)現(xiàn)全天24小時(shí)無間斷作業(yè)；同時(shí)，在承載4000kg的情況下，提升高度仍可達(dá)到4.5米，使庫區(qū)存儲能力總體提高50%以上。

該系列AGV可廣泛用在低矮廠房內(nèi)，能幫助客戶實(shí)現(xiàn)自動存取貨物、自動化、無人化管理、并大幅提高存儲能力、節(jié)約存儲空間的目標(biāo)，有效解決行業(yè)內(nèi)老倉庫自動化程度低、廠房利用率低、改造成本高的行業(yè)痛點(diǎn)，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。

2.貨到工位的揀選配送方式與四向穿梭車密集式倉庫存儲的結(jié)合應(yīng)用

輔料+測試架倉使用先進(jìn)的貨到工位揀選配送方式，使員工的工作條件得到了極大改善。貨到工位模式在最大限度節(jié)省人力的情況下高效處理訂單。四向穿梭車密集存儲系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，方便未來業(yè)務(wù)擴(kuò)展，能夠高效地存取、配送，讓存儲更方便快捷，倉庫管理更加可靠。在控制系統(tǒng)不變的情況下，還可適當(dāng)增加穿梭車數(shù)量，提升存儲能力和吞吐能力，靈活適應(yīng)各類作業(yè)流程以及業(yè)務(wù)變化。

圖5：自動化立體倉庫上位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.WMS系統(tǒng)與WCS系統(tǒng)的完美結(jié)合

WMS系統(tǒng)與WCS系統(tǒng)是景旺電子吉安工廠自動化立體倉庫項(xiàng)目的靈魂，其設(shè)計(jì)與開發(fā)直接關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的成敗，系統(tǒng)不但要能夠完成出、入庫操作管理，還要能夠?qū)齑鏀?shù)據(jù)進(jìn)行分類查詢以及報(bào)表生成及匯總，同時(shí)要與其它系統(tǒng)對接。

該方案中WMS與WCS系統(tǒng)，采用信息管理級—過程監(jiān)控級—實(shí)時(shí)控制級三級聯(lián)網(wǎng)的在線聯(lián)機(jī)方式，通過過程監(jiān)控級實(shí)現(xiàn)了各級間的通信傳輸及信息交換，確保了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。

該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、無線基站AP、無線手持終端以及各客戶端與網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備等組成（系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖6所示）。系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)管理及無線手持終端（Hand Terminal）的移動數(shù)據(jù)采集模式，解決了因貨物放置分散而引發(fā)的數(shù)據(jù)采集困難等問題，使管理人員對貨物的存放位置能夠靈活掌握，解決了入庫、出庫、查找、盤點(diǎn)等操作中可能出現(xiàn)的困難，提高倉庫管理人員的工作效率，減少庫存資金占用，提高貨物利用率，降低庫存損耗。

四、效果分析

采用先進(jìn)的系統(tǒng)集成方案和物流設(shè)備后，景旺電子吉安工廠提升了貨物存儲能力和運(yùn)輸能力，減少了人員的交叉作業(yè)，基本實(shí)現(xiàn)了智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、無人化的物流管理。這一周密的解決方案能夠?yàn)樵摴S全年提供不間斷的高效服務(wù)，為未來的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的物流設(shè)施基礎(chǔ)。此項(xiàng)目解決方案之所以能夠圓滿完成，源于東杰智能與景旺電子的密切合作。該解決方案使景旺電子在應(yīng)對新產(chǎn)品變化方面更加靈活、快速，同時(shí)極大提高了產(chǎn)品供應(yīng)速度。

目前國內(nèi)很多制造企業(yè)亟需進(jìn)行技術(shù)升級，提高自動化程度，但局限于廠房高度（多為6米）、改造成本高、投資回報(bào)率低、廠建缺資等因素，面對巨大的市場潛力，卻只能望洋興嘆。本案例中堆垛式AGV的創(chuàng)新突破，以及自動化存儲、輸送設(shè)備與生產(chǎn)線的融合等技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，具有布局靈活、空間利用率高、不間斷作業(yè)、可按需配置設(shè)備數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)，使其可以滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用場景，正好解決了行業(yè)痛點(diǎn)，填補(bǔ)了國內(nèi)市場空白，為國內(nèi)電路板行業(yè)智慧工廠的發(fā)展做出了新的探索，樹立了行業(yè)新標(biāo)桿。該項(xiàng)目對于推動國內(nèi)電路板行業(yè)的自動化升級具有重大意義，也為其它各行業(yè)的改造與創(chuàng)新提供了創(chuàng)新思路和發(fā)展方向。