智能物流在離散制造業(yè)中的應(yīng)用和實(shí)踐

一、背景

智能物流是智能制造實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵一環(huán)。對(duì)于離散制造業(yè)來(lái)說(shuō)，不同企業(yè)差別很大，工藝復(fù)雜，過(guò)程離散，難以形成產(chǎn)品化的解決方案。其數(shù)字化、信息化難度很大，真正體現(xiàn)著制造業(yè)信息化總體水平。通過(guò)倉(cāng)儲(chǔ)軟件輸入+硬件輸出，將貨品（原材料、工具、產(chǎn)品）等物料進(jìn)行自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)存取作業(yè)，保障生產(chǎn)線工作的不間斷，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的生產(chǎn)配送，使企業(yè)各生產(chǎn)單位相互之間以及與眾多的各類庫(kù)房之間形成供應(yīng)關(guān)系，通過(guò)WMS、WCS、輸入輸出接口等軟件系統(tǒng)，高效、準(zhǔn)確地控制貨物、貨流，清楚反映上下游倉(cāng)儲(chǔ)狀況，保證生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和物品存取的準(zhǔn)確性。圖1是自動(dòng)化物流系統(tǒng)的總體工藝設(shè)計(jì)圖。

二、制造業(yè)的重要地位和現(xiàn)狀

由于生產(chǎn)企業(yè)的特性(尤其是大型生產(chǎn)企業(yè))，一般沒(méi)有辦法將常規(guī)倉(cāng)庫(kù)設(shè)立在每一個(gè)車間旁邊，而生產(chǎn)線的生產(chǎn)是一個(gè)實(shí)時(shí)的過(guò)程，不允許有任何一點(diǎn)停頓，因此智能物流的主要作用是用來(lái)支持生產(chǎn)線的不間斷生產(chǎn)，保證其生成速度的迅速，存儲(chǔ)空間利用率更高。其特點(diǎn)為：占地面積盡量少，需要盡量多地利用空間存儲(chǔ)；存儲(chǔ)的內(nèi)容復(fù)雜，包括空托盤(pán)、配套任務(wù)、半成品、成品；信息流與物流同步；出入庫(kù)效率要高；供應(yīng)配送準(zhǔn)確率高。

1.行業(yè)痛點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)工藝不易制定，難以掌握，設(shè)備、人員、管理等方面狀況復(fù)雜。在人員對(duì)設(shè)備不熟悉的前提下，缺少具備現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題的思路。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)造成無(wú)法按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行工藝，而部分產(chǎn)品由于一些關(guān)鍵工藝受機(jī)器等資源的限制，或其他特殊情況導(dǎo)致存在著多種加工工藝流程并存的情況。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)變更的管理更為困難，手工作業(yè)時(shí)面對(duì)龐大的材料清單、復(fù)雜的生產(chǎn)狀況等，常常造成交貨延遲，庫(kù)存積壓，加工失誤，市場(chǎng)時(shí)而供不應(yīng)求等等問(wèn)題。由于工程變更缺乏科學(xué)規(guī)范的管理，也經(jīng)常造成一些物料的停滯，企業(yè)的庫(kù)存積壓。此時(shí)，就需要一些人員、設(shè)備、管理等方面的升級(jí)，并改善資金有限等問(wèn)題，確保工藝流程快速、有效。制造企業(yè)現(xiàn)狀圖，如圖2。

2.應(yīng)用案例

（1）項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目針對(duì)某離散制造業(yè)特定產(chǎn)品的裝配流程和裝配工藝，重新設(shè)計(jì)、布局，建設(shè)了一套智能物流生產(chǎn)線（產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線），本系統(tǒng)按照智能物流和智能管理的需求，以數(shù)字化生產(chǎn)線執(zhí)行管控為目標(biāo)，改變傳統(tǒng)的裝配模式，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)下達(dá)、倉(cāng)儲(chǔ)齊套、AGV發(fā)運(yùn)、工位裝配等整個(gè)裝配生產(chǎn)過(guò)程的信息跟蹤與管控，建設(shè)批量裝配的、符合每個(gè)工位裝配特點(diǎn)的、高效智能的、相對(duì)柔性的智能制造裝配生產(chǎn)線。

本智能制造裝配產(chǎn)線對(duì)應(yīng)的線邊庫(kù)包括的設(shè)備有：托盤(pán)庫(kù)（箱式堆垛機(jī)立體庫(kù)）、物料庫(kù)（自動(dòng)化升降庫(kù)）、齊配套庫(kù)、AGV、輸送線、RFID、LED等。

本制造裝配產(chǎn)線對(duì)應(yīng)的線邊庫(kù)包括的軟件有：托盤(pán)庫(kù)管理軟件、物料庫(kù)管理軟件、齊配套庫(kù)管理軟件、托盤(pán)庫(kù)控制調(diào)度軟件、物料庫(kù)控制調(diào)度軟件、AGV控制調(diào)度軟件、與ERP接口、與MES接口等等。

（2）項(xiàng)目作業(yè)流程

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，往往有很多不確定因素，如產(chǎn)品的重修返工，材料、半成品的報(bào)廢、工位機(jī)器的故障、拿取物料不及時(shí)等等，管理人員很難及時(shí)掌控現(xiàn)場(chǎng)狀況。圖3為項(xiàng)目物流布局圖，主要是解決生產(chǎn)企業(yè)的特性（尤其是大型生產(chǎn)企業(yè)），使其生產(chǎn)線的產(chǎn)生變?yōu)橐粋€(gè)實(shí)時(shí)的過(guò)程，不停頓、送料及時(shí)、排故及時(shí)等等。其作業(yè)流程為：上層系統(tǒng)通過(guò)接口下發(fā)指令，AGV接收指令沿輸送線前往托盤(pán)立體庫(kù)（圖8）、物料立體貨柜取貨（圖9），工作人員可在人工齊套工位（圖10）對(duì)AGV放置的物料進(jìn)行配套處理。隨后AGV將物料送至檢驗(yàn)臺(tái)，檢驗(yàn)完畢后，AGV沿輸送線將貨物送到工位，貨物觸發(fā)工位自動(dòng)加工系統(tǒng)，進(jìn)行貨物的生產(chǎn)加工。加工完畢后，AGV將成品送到成品存放區(qū)（圖11）。實(shí)現(xiàn)了智能物流。

（3）物流與信息流

圖1 自動(dòng)化物流系統(tǒng)的總體工藝設(shè)計(jì)圖

圖2 制造企業(yè)現(xiàn)狀圖

圖3 項(xiàng)目物流布局圖

圖4 物流與信息流圖

圖5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖6 業(yè)務(wù)流程圖

圖7 功能模塊圖

物流和信息流之間的關(guān)系是密不可分的。一方面，物流活動(dòng)產(chǎn)生大量的原材料供應(yīng)、產(chǎn)成品消費(fèi)等信息。為提高物流的效率，要求信息流保持暢通，并準(zhǔn)確反饋物流各環(huán)節(jié)運(yùn)作所需求的信息。另一方面，信息技術(shù)的不斷進(jìn)步為信息的及時(shí)大規(guī)模傳遞創(chuàng)造了條件，反過(guò)來(lái)促進(jìn)物流服務(wù)范圍的擴(kuò)大和物流組織管理手段的不斷改進(jìn)，促進(jìn)物流能力和效率的提高。圖4為物流與信息流圖，是針對(duì)特定產(chǎn)品的裝配流程和裝配工藝，自動(dòng)物料和智能管理的需求，通過(guò)與上層接口的對(duì)接，配合生產(chǎn)線執(zhí)行管控，實(shí)現(xiàn)工藝（內(nèi)置，支持VPPC導(dǎo)入）、任務(wù)（手工錄入，支持VPPC導(dǎo)入）和物料（物料庫(kù)）的導(dǎo)入、導(dǎo)出，來(lái)改變傳統(tǒng)的裝配模式，建設(shè)的一套實(shí)現(xiàn)批量裝配、符合每個(gè)工位裝配特點(diǎn)的、高效智能的、相對(duì)柔性的數(shù)字化裝配生產(chǎn)線。

（4）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

物流信息平臺(tái)是智慧物流高效運(yùn)轉(zhuǎn)的中樞。信息化平臺(tái)主要價(jià)值在于：信息的高效協(xié)同、各環(huán)節(jié)信息的通暢和透明，可以使供應(yīng)鏈的企業(yè)高效及時(shí)掌握物流信息，通過(guò)共享信息支撐行業(yè)與市場(chǎng)規(guī)范化協(xié)同工作機(jī)制的建立。圖5為整個(gè)智慧物流的強(qiáng)大運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)圖，其通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)駕駛車輛、AGV自動(dòng)引導(dǎo)車和卡車、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、機(jī)器人、自組織智能、智能貨架、智能集裝箱、GPS、射頻識(shí)別（RFID）、電子數(shù)據(jù)交換（EDI）、區(qū)塊鏈等，實(shí)現(xiàn)物流的自動(dòng)化、可視化、可控化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，從而提升物流效率，降低成本，推動(dòng)供應(yīng)鏈向更高水平發(fā)展。

（5）業(yè)務(wù)流程

圖6為完整的業(yè)務(wù)流程圖。其主要包括生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、任務(wù)管控、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)。首先對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行導(dǎo)入、新建（可隨時(shí)查詢?nèi)蝿?wù)的變動(dòng)日志）。其次進(jìn)行原材料的領(lǐng)用入庫(kù)；人員的調(diào)配；工位及工裝準(zhǔn)備；物料庫(kù)進(jìn)行齊套配置等等。再次通過(guò)查詢?nèi)蝿?wù)的可執(zhí)行條件；對(duì)任務(wù)進(jìn)行調(diào)整、下達(dá)；跟蹤任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度；導(dǎo)出任務(wù)執(zhí)行質(zhì)量、進(jìn)度等數(shù)據(jù)。其次進(jìn)行生產(chǎn)工位智能調(diào)度的執(zhí)行。最后通過(guò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查看；生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)；事務(wù)（排故、維修等）記錄。

（6）功能模塊

圖7為本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的數(shù)字化生產(chǎn)線執(zhí)行管控系統(tǒng)的功能模塊圖。其主要包括：任務(wù)管理、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)物流、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集七大功能。實(shí)現(xiàn)了裝配線及部裝線所需物料的暫存、揀選、配料功能，并與AGV 配套實(shí)現(xiàn)工位物料自動(dòng)配送至各個(gè)工位。并與AGV 配套實(shí)現(xiàn)工位物料自動(dòng)配送至各個(gè)工位。數(shù)字化生產(chǎn)線執(zhí)行管控系統(tǒng)能對(duì)物料實(shí)現(xiàn)行跡化管理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的自動(dòng)記錄、告警、遠(yuǎn)程查看、統(tǒng)計(jì)和對(duì)生產(chǎn)任務(wù)、質(zhì)量、工時(shí)的統(tǒng)計(jì)等。

3.傳統(tǒng)制造到智能制造的升級(jí)

上述項(xiàng)目真正解決了傳統(tǒng)制造在設(shè)備、人員、管理等方面狀況復(fù)雜的問(wèn)題。在全自動(dòng)化的操作下，降低了人工成本，縮短了工藝時(shí)間，縮減了工藝流程，降低了人員和工藝流程的費(fèi)用支出，真正地改變了傳統(tǒng)制造業(yè)的弊端，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)制造到智能制造的升級(jí)，如圖12。

圖8 托盤(pán)立體庫(kù)

圖9 物料立體貨柜

圖10 人工齊套工位

圖11 AGV輸送線

圖12 傳統(tǒng)制造到智能制造的升級(jí)

三、總結(jié)

智能物流系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的設(shè)備組合，而是以系統(tǒng)思維的方式對(duì)設(shè)備功能的充分應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)軟硬件接口的無(wú)縫和快捷，這是一個(gè)全局優(yōu)化的復(fù)雜過(guò)程。通過(guò)運(yùn)用系統(tǒng)集成的方法，使各種物料最合理、經(jīng)濟(jì)、有效地流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物流的信息化、自動(dòng)化、智能化、快捷化和合理化，使貨物的存儲(chǔ)形態(tài)從靜態(tài)存儲(chǔ)過(guò)渡為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)，使貨物在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)按需要自動(dòng)存取，使倉(cāng)庫(kù)轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)生產(chǎn)物流中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)；通過(guò)短時(shí)儲(chǔ)存，使外購(gòu)件和自制生產(chǎn)件在指定的時(shí)間自動(dòng)輸出到下一道工序生產(chǎn)，進(jìn)而形成一個(gè)智能化的物流作業(yè)流程。智能物流在離散智能制造的裝配線上應(yīng)用越來(lái)越具有舉足輕重的作用。隨著倉(cāng)儲(chǔ)物流裝備制造業(yè)快速的發(fā)展，會(huì)有更多的軟硬件技術(shù)應(yīng)用到智能制造生產(chǎn)中。