智能倉儲物流系統(tǒng)在電動重卡總裝線的設(shè)計應(yīng)用

文/郎新星

一、項目背景

“工業(yè)4.0”、“中國制造2025”、“智能制造”等新興理念正以前所未有的頻率和強度沖擊著各行各業(yè)。智能倉儲物流系統(tǒng)作為“工業(yè)4.0”的核心組成部分，以及構(gòu)建未來“智能工廠”的重要基石，在企業(yè)由“制造”向“智造”轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，汽車工業(yè)作為制造業(yè)的典型代表同樣無法避免進入這個轉(zhuǎn)變浪潮。無論傳統(tǒng)燃油汽車、電動汽車以及潔凈燃料汽車的生產(chǎn)，都在由傳統(tǒng)裝配線向智能化柔性裝配線轉(zhuǎn)變。

案例項目是某新能源科技公司在常德建設(shè)以新能源重型卡車裝配為主的生產(chǎn)試驗基地，以改善管理系統(tǒng)、工藝系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、質(zhì)量控制系統(tǒng)為主的工藝工程。通過項目建設(shè)，實現(xiàn)單班年產(chǎn)3000輛純電動重型卡車及1.5GWh動力電池生產(chǎn)能力，即12輛車/班/天。本文主要介紹5#廠房電動重型卡車總裝配線中智能倉儲物流系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用。

本項目利用立體庫及垂直循環(huán)貨柜儲存貨物，最大限度地利用空間，降低企業(yè)土地成本，減少由人工操作導(dǎo)致的貨物破損或丟失造成的損失風(fēng)險

二、項目難點

本項目智能倉儲物流系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用主要有以下難點：

1.電動重卡總裝線所需物料種類復(fù)雜、數(shù)量多，部分物料需在多個工位使用。

2.物流管理涉及從來料接收、轉(zhuǎn)碼入庫到出庫配送的全流程。

3.智能物流系統(tǒng)直接與裝配線裝配工位配套，在物料分類存放、配送方式、配送節(jié)拍控制上均需精確到位，否則影響整條裝配線的生產(chǎn)。

4.與企業(yè)MES對接，MES系統(tǒng)需要對倉儲物流系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)、設(shè)備的實時狀態(tài)進行在線監(jiān)控管理。

本項目智能倉儲物流系統(tǒng)設(shè)計需對該電動重卡裝配線全部物料、裝配工位進行分析，確定物料管理、配盤原則、配送節(jié)拍，選擇對應(yīng)的倉儲、配送方式，定制專用的管理系統(tǒng)及信息接口，選配合適的硬件確保滿足MES系統(tǒng)以及裝配線的使用要求。

三、系統(tǒng)方案設(shè)計

1.物料分析

根據(jù)建設(shè)方所提供的產(chǎn)品構(gòu)成和數(shù)據(jù)，如圖1，電動重型卡車單車裝配零部件166件，標(biāo)準(zhǔn)件1546件，共計1712件，其中需裝配166件零部件以及34種1546件標(biāo)準(zhǔn)件。

根據(jù)產(chǎn)品裝配工藝順序及零部件參數(shù)，同時根據(jù)大件轉(zhuǎn)運次數(shù)最小化、物料存儲面積最小化等設(shè)計原則，所有物料按存儲方式分為平庫和立庫兩大類，按存儲位置則分為6類，其中三電及管線配件等存儲在立體庫，標(biāo)準(zhǔn)件存儲在垂直循環(huán)貨柜，駕駛室車身等存儲在平庫。

2.工位分析

本項目裝配線工位共有10個，工位順序、工藝內(nèi)容及工作節(jié)拍見表1。

表1：工位分析

3.硬件系統(tǒng)方案及流程

根據(jù)物料及工位分析內(nèi)容，本倉儲物流系統(tǒng)采用自動化立體庫、平庫、垂直循環(huán)貨柜存儲，輸送線、AGV系統(tǒng)配送的基本原則， 設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)立體貨架1座，1個巷道，共252個貨位，巷道堆垛機1臺，出入庫配套AGV系統(tǒng)。入出庫輸送系統(tǒng)1套，垂直循環(huán)貨柜2臺，AGV小車2臺，計算機管理監(jiān)控系統(tǒng)1套，主要包括立體庫單元貨物存儲區(qū)、入出庫作業(yè)區(qū)、AGV作業(yè)區(qū)。

（1）整體布局（見圖2）

圖2：硬件系統(tǒng)整體布局

（2）工藝流程

①來料入庫流程（見圖3）

②電機變速器及其他物資出庫流程（見圖4）

（3）效率核算

本項目自動化立庫對應(yīng)15個出入庫口，按每個口在一個工作周期內(nèi)工作2次，需要堆垛機作業(yè)30次。根據(jù)《有軌巷道式高層貨架倉庫 設(shè)計規(guī)范》 ZB J83 015-89 單循環(huán)作業(yè)時堆垛機平均作業(yè)周期如圖5，取P1(1/5X，2/3Y)和P2(2/3X，1/5Y)，即P1(9.6,5.7333) 和P2(32,1.72)兩點作業(yè)的平均值。

P1點運行時間:TP1 = max{ Tp1x,Tp1y } =15.7491秒，

P2點運行時間:TP2 = max{ Tp2x,Tp2y } =23.9931秒，

堆垛機平均作業(yè)時間:

Td = Tz + 2ave {TP1 ,TP2} =27.2+2 × (15.7491+23.9931) ÷ 2 =66.9421秒 ≈1.1157分鐘。

每小時的理論作業(yè)次數(shù)可以達到54次。按照本項目40分鐘一個工作周期算，一個周期內(nèi)可以作業(yè)36次，堆垛機機效率完全滿足。

圖3：來料入庫流程

4.信息管理系統(tǒng)

根據(jù)與MES系統(tǒng)、建設(shè)方的充分溝通，結(jié)合對物料及工位需求的調(diào)研，本項目信息管理系統(tǒng)具備離線模式與在線模式，能夠手動切換兩種生產(chǎn)模式；在線模式為立庫受MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互控制，離線模式為立庫脫離MES系統(tǒng)，能夠獨立正常入庫和出庫，保證生產(chǎn)的正常運行，與MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互采用中間表。信息管理系統(tǒng)分別對來料接收、合格品入庫、標(biāo)準(zhǔn)件入庫、批量出庫、缺料呼叫、AGV調(diào)度等不同工作場景進行系統(tǒng)設(shè)計。

本倉儲物流系統(tǒng)信息管理系統(tǒng)由WMS管理系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、接口系統(tǒng)五部分組成。定制業(yè)務(wù)流程主要包括：待檢物料的收貨管理、物料檢測合格后的入庫管理、根據(jù)生產(chǎn)排產(chǎn)計劃的出庫管理、剩余物料的返庫管理、AGV管理。

（1）管理系統(tǒng)功能說明

①接口系統(tǒng)負(fù)責(zé)與MES進行出入庫數(shù)據(jù)對接。

②采集系統(tǒng)由操作員使用，進行貨物的組盤、配盤入庫、發(fā)貨確認(rèn)等數(shù)據(jù)采集操作。

③WMS管理系統(tǒng)由管理員使用，可以對用戶進行增、刪以及對使用者權(quán)限的管理分配；對堆垛機作業(yè)數(shù)據(jù)，對入出庫單據(jù)數(shù)據(jù)的查詢、管理；對立體庫存信息進行查詢修改。

④調(diào)度系統(tǒng)，負(fù)責(zé)調(diào)度設(shè)備運行以及單據(jù)庫存數(shù)據(jù)更新。

⑤監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，輔助操作員進行設(shè)備的管理。

這五個系統(tǒng)互相配合完成立體庫的自動運行，其中操作員需要操作的就只有采集系統(tǒng)和WMS管理系統(tǒng)兩個系統(tǒng)，其余三個系統(tǒng)在后臺自動運行。系統(tǒng)功能關(guān)系圖，如圖6。

圖4：電機變速器及其他物資出庫流程

圖5：單循環(huán)作業(yè)時堆垛機平均作業(yè)周期

圖6：系統(tǒng)功能關(guān)系圖

（2）業(yè)務(wù)流程說明

①待檢物料的收貨管理

物料卸貨完成后，采用PDA采集物料信息，選擇、掃描或輸入物料編碼、數(shù)量，粘貼收貨標(biāo)簽，將數(shù)據(jù)保存提交至MES。

②出入庫管理

根據(jù)物料的不同分別進行出入庫管理，物料根據(jù)分類分別存放于5#車間平庫、8#車間平庫、5#車間立體庫、5#車間循環(huán)柜庫中，存放于立體庫中的物料需要托盤或料箱作為載體，載體需要張貼一維條碼，以字母（1位）+數(shù)字（7位）的格式生成，托盤以“T”作為首字母，料箱以“L”作為首字母。所有收貨后的物料需要檢測合格后方可入庫。

③返庫管理

對于按生產(chǎn)排產(chǎn)計劃已經(jīng)出庫到裝配工位的物料，由于修改生產(chǎn)計劃或其它原因終止裝配時，需要將剩余的物料進行返庫。平庫及循環(huán)柜區(qū)域重新進行入庫即可，立庫區(qū)域可利用PDA進行物料和托盤信息的采集，從裝配工位輥道入庫即可。

④AGV管理

對AGV動作、狀態(tài)進行實時監(jiān)控管理。AGV工作流程，如圖7。

圖7：AGV工作流程

四、結(jié)論

本項目中，倉儲管理、物料出庫、配送等均采用智能化系統(tǒng)，與裝配線工藝融合、傳統(tǒng)倉儲物流產(chǎn)線分離的情況相比具有以下優(yōu)勢：

1.自動化立體倉儲，節(jié)約空間，降低風(fēng)險：利用立體庫及垂直循環(huán)貨柜儲存貨物，最大限度地利用空間，與普通倉庫相比可以節(jié)省60%以上的土地面積，降低企業(yè)土地成本，自動化的存取設(shè)備能減少由人工操作導(dǎo)致的貨物破損或丟失造成的損失風(fēng)險。

2.定制化的管理系統(tǒng)，實現(xiàn)物料信息化管理：使用定制的智能倉儲物流管理系統(tǒng)，利用信息化的倉儲管理手段、自動化的存儲方式，對物料的數(shù)據(jù)進行實時記錄并監(jiān)控，提升作業(yè)效率：來料檢驗完成后直接按工藝工位配盤入庫，節(jié)省了傳統(tǒng)按物料種類存放造成的多次取放物料、配盤的時間。

3.無人化配送，降低人力成本：庫體出庫口直接對應(yīng)到工藝工位，按MES系統(tǒng)指令，按需求將物料直接送至工藝工位，減少了物料配送的距離及時間，無需人員配送，能大幅度節(jié)省人力資源，減少人力成本。

4.采用PDA、輸送線在線信息識別系統(tǒng)、一體機終端操作臺等信息交互手段，結(jié)合WMS物料管理系統(tǒng)，與工廠MES系統(tǒng)實現(xiàn)實時交互，配合工藝工位的信息系統(tǒng)實現(xiàn)了裝配線物料全流程的實時信息化管理，降低人工確認(rèn)、查找物料的勞動強度，減少各環(huán)節(jié)的人工及管理成本。

智能倉儲物流系統(tǒng)綜合利用計算機、云計算、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等高科技技術(shù)，將高位立體貨架、巷道堆垛機、升降設(shè)備、自動出入庫輸送裝備、自動分揀系統(tǒng)裝備、室內(nèi)搬運車、機器人等設(shè)備進行系統(tǒng)集成，形成具有一定感知能力、自行推理判斷能力、自動操作能力的智能系統(tǒng)，具有管理系統(tǒng)化、操作信息化、儲運自動化、數(shù)據(jù)智慧化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化、決策智能化等突出特點，使企業(yè)的物料變成智能化的“活”物，在需要的時間，以需要的數(shù)量、需要的狀態(tài)，出現(xiàn)在需要的地方。隨著當(dāng)前企業(yè)生產(chǎn)組織模式不斷升級換代，智能倉儲物流系統(tǒng)也迎來越來越大的發(fā)展契機，助力企業(yè)實現(xiàn)智能制造。