從上汽變速器看汽車動(dòng)力總成工廠物流自動(dòng)化建設(shè)

馬戰(zhàn)鵬 王 萌 范人杰 因格（北京）智能技術(shù)有限公司

上汽變速器煙臺(tái)基地通過(guò)實(shí)施入廠物流自動(dòng)化項(xiàng)目，基本實(shí)現(xiàn)物料裝卸自動(dòng)化、輸送自動(dòng)化、倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化、揀選上線自動(dòng)化、總成下線裝卸自動(dòng)化、空箱返回自動(dòng)化等入廠物流全過(guò)程自動(dòng)化與信息化，同時(shí)在安全性、作業(yè)效率等方面得到有效提升，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果。

近年來(lái)，汽車行業(yè)不斷推進(jìn)智能制造發(fā)展，在智能工廠建設(shè)中越來(lái)越多地引入自動(dòng)化物流系統(tǒng)，以優(yōu)化作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)物流的提質(zhì)增效與成本下降。

上海汽車變速器有限公司（以下簡(jiǎn)稱“上汽變速器”，SAGW）是國(guó)內(nèi)著名的變速器生產(chǎn)廠商。公司在上海、山東煙臺(tái)、廣西柳州、江蘇昆山、重慶等地深度布局五大專業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)基地，主要生產(chǎn)配套各類乘用車、商用車、新能源汽車變速器以及關(guān)鍵零部件，已成為國(guó)內(nèi)最具影響力的汽車變速器專業(yè)研發(fā)、制造企業(yè)之一。公司總部位于上海嘉定汽車城，總占地面積91萬(wàn)平方米。2019年，公司年銷售收入108億元，員工總數(shù)7000余人。

隨著《中國(guó)制造2025》的提出，上汽變速器成為上汽集團(tuán)智能制造的試點(diǎn)單位。公司總經(jīng)理錢向陽(yáng)要求加快公司標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、信息化的建設(shè)，迅速組建項(xiàng)目組，要求逐步完成傳統(tǒng)制造到智能制造的轉(zhuǎn)變。并由公司副總經(jīng)理高毅華擔(dān)任組長(zhǎng)負(fù)責(zé)公司整體智能制造項(xiàng)目總策劃；公司物流部執(zhí)行總監(jiān)劉盛東擔(dān)任副組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)智能物流與管理總策劃；公司管理發(fā)展部執(zhí)行總監(jiān)李正擔(dān)任副組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)智能制造信息系統(tǒng)總策劃；物流工程科高級(jí)經(jīng)理陳煒?lè)鍝?dān)任物流智能項(xiàng)目經(jīng)理，負(fù)責(zé)智能物流項(xiàng)目的規(guī)劃以及實(shí)施。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組全體成員的反復(fù)討論，最終選定在上汽變速器煙臺(tái)基地實(shí)施入廠物流自動(dòng)化項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)物料裝卸自動(dòng)化、輸送自動(dòng)化、倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化、揀選上線自動(dòng)化、總成下線裝卸自動(dòng)化、空箱返回自動(dòng)化等入廠物流全過(guò)程自動(dòng)化與信息化的智慧工廠建設(shè)目標(biāo)。

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

上海汽車變速器有限公司煙臺(tái)基地（簡(jiǎn)稱“山東上汽變速器”），2004年落戶煙臺(tái)，2018年10月，山東上汽變速器TS11產(chǎn)品正式下線。全新規(guī)劃建設(shè)的CVT（無(wú)級(jí)變速器）生產(chǎn)基地從智能生產(chǎn)、智能維修、智能物流、智能質(zhì)量四個(gè)方向打造了業(yè)內(nèi)綠色智能制造示范工廠。為此公司及計(jì)劃物流部領(lǐng)導(dǎo)們決定以TS11項(xiàng)目為試點(diǎn)平臺(tái)，招標(biāo)選定因格（北京）智能技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“因格智能”）作為此次項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)施單位，對(duì)山東上汽變速器物流資源進(jìn)行整合，優(yōu)化物流運(yùn)作模式，提升自動(dòng)化率，減少物流運(yùn)作人員，提高作業(yè)效率，滿足產(chǎn)品的高質(zhì)量要求。

從2018年11月項(xiàng)目啟動(dòng)，經(jīng)歷了項(xiàng)目準(zhǔn)備、藍(lán)圖設(shè)計(jì)、硬件開發(fā)、設(shè)備單調(diào)、聯(lián)調(diào)聯(lián)試、壓力測(cè)試、上線準(zhǔn)備等各個(gè)階段，最終于2019年6月項(xiàng)目正式成功上線。

整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程主要包括六大階段：

圖1 上汽變速箱物流技術(shù)發(fā)展路徑

1.前期調(diào)研階段

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及現(xiàn)狀梳理，共進(jìn)行5次，根據(jù)項(xiàng)目模塊以及實(shí)施階段涉及29個(gè)大類，182個(gè)分級(jí)任務(wù)；現(xiàn)場(chǎng)物流管理點(diǎn)梳理：從人機(jī)料法環(huán)五大環(huán)節(jié)共梳理113條現(xiàn)場(chǎng)管理點(diǎn)，以確保后續(xù)自動(dòng)化項(xiàng)目實(shí)施。參見(jiàn)圖1。

2.項(xiàng)目準(zhǔn)備階段

組織實(shí)地調(diào)研，輸出業(yè)務(wù)操作現(xiàn)狀及痛點(diǎn)梳理，針對(duì)供料模式、業(yè)務(wù)流程、拉動(dòng)方式、供應(yīng)商信息規(guī)范方面的現(xiàn)場(chǎng)操作的現(xiàn)狀梳理，確定整體業(yè)務(wù)需求及范圍，組織討論確定業(yè)務(wù)優(yōu)化先行推進(jìn)并組織實(shí)施，最終輸出業(yè)務(wù)需求報(bào)告，設(shè)定業(yè)務(wù)工作三級(jí)計(jì)劃。

3.藍(lán)圖設(shè)計(jì)階段

確定實(shí)施策略，最終確定系統(tǒng)覆蓋范圍及覆蓋業(yè)務(wù)，組織業(yè)務(wù)部門參與藍(lán)圖流程設(shè)計(jì)，通過(guò)單場(chǎng)景、跨系統(tǒng)、重點(diǎn)問(wèn)題專題討論等方式，輸出業(yè)務(wù)主流程。

4.功能核對(duì)階段

基于確定的藍(lán)圖，系統(tǒng)供應(yīng)商拆解成開發(fā)說(shuō)明書，進(jìn)行功能的確認(rèn)核對(duì)，基于確定的操作，整理輸出現(xiàn)場(chǎng)硬件需求并跟蹤到位。

5.場(chǎng)景測(cè)試階段

系統(tǒng)功能開發(fā)完成后，針對(duì)每種業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行功能測(cè)試驗(yàn)證。在聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段：系統(tǒng)與硬件準(zhǔn)備完畢后，軟硬件相結(jié)合進(jìn)行聯(lián)合場(chǎng)景的調(diào)試，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的節(jié)奏，測(cè)算業(yè)務(wù)場(chǎng)景時(shí)間，制定聯(lián)調(diào)聯(lián)試計(jì)劃，壓力測(cè)試功能校驗(yàn)，確定以超出20%的JPH，驗(yàn)證可以滿足需求。在此過(guò)程中，進(jìn)行問(wèn)題處理及回顧：組織日問(wèn)題回顧會(huì)機(jī)制跟蹤聯(lián)調(diào)的完善。

6.上線準(zhǔn)備階段

進(jìn)行上線事項(xiàng)核對(duì)：基于業(yè)務(wù)三級(jí)計(jì)劃進(jìn)行跟蹤，多維度進(jìn)行上線準(zhǔn)備事項(xiàng)核對(duì)，同時(shí)為了確保上線的響應(yīng)及運(yùn)維，輸出3大類運(yùn)維流程并組織培訓(xùn)和施行。

物流系統(tǒng)構(gòu)成與主要作業(yè)環(huán)節(jié)

TS11物流自動(dòng)化項(xiàng)目是上汽變速器首個(gè)全廠物流自動(dòng)化集成項(xiàng)目，參見(jiàn)圖2。該項(xiàng)目施工區(qū)域10810平方米，涉及鋪設(shè)自動(dòng)化輸送線310米，AGV運(yùn)行路線750米，收容物料SKU合計(jì)160種，日均物料周轉(zhuǎn)數(shù)量合計(jì)約1650箱，成品日均周轉(zhuǎn)110托，機(jī)器人快速揀選系統(tǒng)庫(kù)位3100個(gè)，自動(dòng)化立體庫(kù)儲(chǔ)位448個(gè)。TS11項(xiàng)目最終實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)完全自動(dòng)化、物料輸送完全自動(dòng)化、倉(cāng)儲(chǔ)完全自動(dòng)化的智慧工廠智能生產(chǎn)目標(biāo)。

變速器總成物料分為零部件和成品兩大類。零部件中的大件采用卡板箱、小件用川字托盤進(jìn)行裝載。小件先放置在周轉(zhuǎn)箱中，并統(tǒng)一碼放在川字托盤上。周轉(zhuǎn)箱共有四種規(guī)格形式，最大質(zhì)量15kg。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

自動(dòng)化技術(shù)覆蓋了廠內(nèi)物流所有作業(yè)環(huán)節(jié)，主要包括：外購(gòu)件收貨環(huán)節(jié)、外購(gòu)件存儲(chǔ)環(huán)節(jié)、零件揀選及上線環(huán)節(jié)、總成自動(dòng)下線及自動(dòng)發(fā)運(yùn)環(huán)節(jié)。整套自動(dòng)化物流系統(tǒng)設(shè)備包含：自動(dòng)滑鏈裝卸系統(tǒng)、AS/RS智能立體倉(cāng)庫(kù)、機(jī)器人快存系統(tǒng)、AGV自動(dòng)配送系統(tǒng)、總成自動(dòng)堆疊及裝車系統(tǒng)，詳見(jiàn)表3。

表1 零部件數(shù)據(jù)

表2 成品貨物數(shù)據(jù)

表3 自動(dòng)化物流系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

圖2 TS11項(xiàng)目物流系統(tǒng)布局

1.外購(gòu)件收貨環(huán)節(jié)

根據(jù)系統(tǒng)要求，外購(gòu)件卡車停靠至自動(dòng)裝卸車道口，司機(jī)完成自動(dòng)裝卸道口和車輛之間的電源可信號(hào)對(duì)接；自動(dòng)裝卸系統(tǒng)將車輛內(nèi)物料自動(dòng)輸送至倉(cāng)庫(kù)內(nèi)緩存線上；物料通過(guò)輸送機(jī)構(gòu)掃描包裝標(biāo)簽后，被分別送至指定存儲(chǔ)區(qū)域?？ò逑漭斔椭亮Ⅲw倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)區(qū)域，由堆垛機(jī)按照WMS的指令，將貨物存放到指定的貨位，同時(shí)系統(tǒng)完成過(guò)賬。周轉(zhuǎn)箱托盤由輸送系統(tǒng)輸送至機(jī)械手拆垛工位，機(jī)械手拆垛后，周轉(zhuǎn)箱輸送至機(jī)械手快存系統(tǒng)，并按照WMS指令存放至相應(yīng)位置，系統(tǒng)完成過(guò)賬。外購(gòu)件入庫(kù)流程完成。

2.外購(gòu)件出庫(kù)環(huán)節(jié)

托盤堆垛機(jī)系統(tǒng)和機(jī)器人快存系統(tǒng)根據(jù)MES及WMS出庫(kù)需求，自動(dòng)將指定的托盤或周轉(zhuǎn)箱自動(dòng)取出，放置輸送線上；托盤及箱式輸送系統(tǒng)，根據(jù)上位調(diào)度系統(tǒng)將產(chǎn)品配送至指定輸送端口；周轉(zhuǎn)箱小件由人工方式配送至指定工位下料點(diǎn)；卡板箱大件物料通過(guò)自動(dòng)對(duì)接方式由AGV自動(dòng)配送至需求工位下料點(diǎn)完成下料任務(wù)，同時(shí)帶回空箱，在空箱回收點(diǎn)自動(dòng)返空；系統(tǒng)完成出庫(kù)流程。

物料車間內(nèi)配送由AGV實(shí)現(xiàn)，共設(shè)物料下線點(diǎn)8個(gè)、上料點(diǎn)1個(gè)、空箱回收點(diǎn)1個(gè)，共投入AGV數(shù)量為8臺(tái)，其中零件（大件）5臺(tái)，總成3臺(tái)。

3.外購(gòu)件載具回收環(huán)節(jié)

AGV將生產(chǎn)線使用完的空的外購(gòu)件載具回收到指定位置；返空的小件周轉(zhuǎn)箱通過(guò)人工方式放至輸送線上，輸送至對(duì)應(yīng)端口后由人工進(jìn)行碼盤作業(yè)；返空的卡板箱由AGV自動(dòng)帶回，并在空箱回收點(diǎn)與輸送線自動(dòng)對(duì)接輸送至空箱返回線；人工碼盤的小件周轉(zhuǎn)箱和空卡板箱，通過(guò)輸送線被直接輸送至自動(dòng)裝卸車的空箱緩存線上，等待裝車；在滿載的車輛卸完貨后，系統(tǒng)自動(dòng)將緩存線的空載具進(jìn)行自動(dòng)裝車?？蛰d回收流程完成。

4.成品裝車環(huán)節(jié)

總成下線通過(guò)AGV送至輥筒輸送線，輥筒線通過(guò)堆疊機(jī)完成總成料架三層堆疊，通過(guò)輸送鏈自動(dòng)和卡車對(duì)接。AGV卸完滿載器具后，移動(dòng)至空器具輥筒線對(duì)接口，等待接收空器具；拆疊緩存輥筒線自動(dòng)將空器具輸送至AGV牽引的的料架托盤車上；AGV將料架托盤車及空器具運(yùn)輸回成品下線工位后，AGV返回待命區(qū)；外購(gòu)件從原材料倉(cāng)配送至物流緩存?zhèn)}，實(shí)現(xiàn)卡車自動(dòng)裝卸、掃描過(guò)賬、自動(dòng)分配庫(kù)位存儲(chǔ)。

圖3 物流信息系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖4 線邊拉動(dòng)系統(tǒng)流程圖

圖5 自動(dòng)收貨系統(tǒng)流程圖

圖6 成品自動(dòng)下線及發(fā)運(yùn)系統(tǒng)流程圖

載有空器具的貨車到達(dá)裝卸道口，完成與自動(dòng)對(duì)接定位裝置的對(duì)接，然后啟動(dòng)自動(dòng)裝卸系統(tǒng)；自動(dòng)裝卸系統(tǒng)通過(guò)道口的移栽機(jī)，將空器具逐垛平移至空器具輸送線上；空器具輸送線直接與對(duì)接輥筒線對(duì)接(對(duì)中工位)，逐垛將空器具輸送至對(duì)接輥筒線上。進(jìn)入對(duì)接輥筒線上的空載器具需在本工位完成器具對(duì)中，經(jīng)對(duì)接輥筒線輸送至拆疊器具緩存輥筒線上(拆疊工位)，進(jìn)行空載器具的拆垛。

滿載器具自動(dòng)裝車：變速箱成品在下線工位由機(jī)械手執(zhí)行下線裝配及碼放操作，機(jī)械手將成品直接碼放至成品器具上；MES系統(tǒng)發(fā)送車輛需求信息，AGV對(duì)接已裝滿的器具，沿路徑搬運(yùn)至成品自動(dòng)裝車位置，與自動(dòng)裝卸系統(tǒng)對(duì)接，將滿載器具輸送到對(duì)接輥筒線上；進(jìn)入對(duì)接輥筒線上的滿載器具完成器具對(duì)中，經(jīng)對(duì)接輥筒線輸送至拆疊器具緩存輥筒線上(拆疊工位)，進(jìn)行滿載器具的碼垛，完成3臺(tái)份滿載器具的堆疊；完成堆疊的器具被直接輸送至自動(dòng)裝卸系統(tǒng)滿載器具輸送滑鏈線上，完成堆疊的滿載器具經(jīng)滑鏈線整體移動(dòng)到車輛裝卸貨對(duì)接口進(jìn)行緩存；緩存數(shù)量滿足裝車要求數(shù)量以后，啟動(dòng)自動(dòng)裝卸系統(tǒng)將成品自動(dòng)裝入車內(nèi)，完成成品裝車任務(wù)。

物流信息系統(tǒng)方面，通過(guò)WMS系統(tǒng)指揮WCS系統(tǒng)自動(dòng)完成入庫(kù)、庫(kù)內(nèi)作業(yè)、出庫(kù)等系統(tǒng)操作，WMS系統(tǒng)與SNC、MES、ERP、WCS系統(tǒng)高度集成。TS11項(xiàng)目多系統(tǒng)集成，架構(gòu)設(shè)計(jì)為三層：系統(tǒng)管理層ERP、執(zhí)行系統(tǒng)（訂單協(xié)同SNC、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)WMS、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES）、控制系統(tǒng)（倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)WCS、自動(dòng)小車AGV）,SAP系統(tǒng)負(fù)責(zé)所有賬務(wù)的管理；執(zhí)行系統(tǒng)中，SNC負(fù)責(zé)與供應(yīng)商交貨協(xié)調(diào)，WMS負(fù)責(zé)倉(cāng)庫(kù)賬務(wù)進(jìn)出存狀態(tài)管理，MES負(fù)責(zé)產(chǎn)線物料拉動(dòng)、繳庫(kù)管理；控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)自動(dòng)化設(shè)備的調(diào)度運(yùn)營(yíng)。從而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商訂單入庫(kù)、出庫(kù)、報(bào)交的信息自動(dòng)化，以及實(shí)物裝卸、上架、配送、發(fā)運(yùn)的自動(dòng)化.即供應(yīng)商SNC產(chǎn)生送貨單，傳遞至ERP和WMS；當(dāng)物料入庫(kù)時(shí)，由WMS傳遞至WCS進(jìn)行自動(dòng)入庫(kù)存儲(chǔ)；物料消耗時(shí)，由MES根據(jù)消耗產(chǎn)生拉動(dòng)信息，傳遞至WMS產(chǎn)生波次自動(dòng)控制WCS出庫(kù)揀貨，同時(shí)調(diào)度AGV進(jìn)行自動(dòng)配送。參見(jiàn)圖3。

項(xiàng)目難點(diǎn)與技術(shù)創(chuàng)新

1.無(wú)人化場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)

此項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于，所有入廠物流環(huán)節(jié)（從原材料入場(chǎng)卸貨，到入庫(kù)存儲(chǔ)、物料出庫(kù)上線，成品下線，成品料架自動(dòng)裝車）都實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化操作，倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)無(wú)縫對(duì)接，是汽車零部件行業(yè)首個(gè)實(shí)現(xiàn)入廠物流全自動(dòng)化的項(xiàng)目。

2.大量減少了人為干預(yù)造成的錯(cuò)料、貨損

從物料到場(chǎng)到物料配送上線，全部是自動(dòng)化完成，通過(guò)智能WCS系統(tǒng)對(duì)物料全部是智能追蹤，完全不需要人員參與，減少了員工識(shí)別上的差錯(cuò)幾率，同時(shí)也大大減少了拉動(dòng)不均衡（多配送、少配送、早配送、晚配送）造成的線邊工位物料擁擠或者缺料的風(fēng)險(xiǎn)。

3.物流作業(yè)效率大大提升

特別是自動(dòng)裝卸車系統(tǒng)的應(yīng)用，從滿箱卸車到空箱裝車，都可以在5分鐘內(nèi)全部完成，整個(gè)裝卸貨過(guò)程只需司機(jī)按下按鈕，完全替代了叉車作業(yè)，省去叉車與裝卸工，減少人力，人員成本優(yōu)化70%以上；裝卸作業(yè)零貨損，安全風(fēng)險(xiǎn)低；裝卸效率大幅提升，與叉車作業(yè)相比效率提高10倍以上。此外，采用自動(dòng)裝卸系統(tǒng)還可以節(jié)省大量運(yùn)力與倉(cāng)儲(chǔ)面積，單日可節(jié)約3輛次以上的運(yùn)力，成品物料裝卸和空器具回收僅需要占用2個(gè)道口空間。

山東變速器公司通過(guò)此物流自動(dòng)化項(xiàng)目的實(shí)施，基本實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)以及現(xiàn)場(chǎng)物流作業(yè)無(wú)人化，同時(shí)在安全性、作業(yè)效率等方面得到有效提升，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，得到了各相關(guān)部門及公司領(lǐng)導(dǎo)的高度肯定和贊賞。

目前，汽車零部件制造行業(yè)需要在重復(fù)性工作中提高自動(dòng)化技術(shù)的投入，零部件物流中的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)和上線物流環(huán)節(jié)大幅提升自動(dòng)化水平，能夠提高物流效率，降低物流成本。自動(dòng)化項(xiàng)目的成功上線及運(yùn)用，能夠有效改善優(yōu)化這些環(huán)節(jié)，同時(shí)顯著提升工廠物流智能化，并為推廣智能物流奠定基礎(chǔ)，使上汽變速器在物流智能化領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先水平。