智能物流配送在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

黃雨，薄娜

北京奔馳汽車有限公司 北京順義 101300

隨著國(guó)內(nèi)汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，多車型共線生產(chǎn)的柔性化需求對(duì)物流配送提出更高的要求。而且汽車制造涉及數(shù)以萬(wàn)記的零部件，從倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)至生產(chǎn)工位又是一條極其復(fù)雜的配送鏈，傳統(tǒng)物流庫(kù)房到線邊的模式很難實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)的要求?；谥悄芑腿嵝曰男枨?，北京奔馳引入SC智能物流配送模式。

SC (Shopping Cart)購(gòu)物車?yán)砟顏?lái)源于超市購(gòu)物，我們的冰箱只存放做一頓飯所需要的食物，而不是整個(gè)超市的食物；在生產(chǎn)中，我們只為待裝配的車輛提供需要的正確零件和正確數(shù)量。在滿足了高復(fù)雜性生產(chǎn)的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了高效和柔性化，簡(jiǎn)而言之，就是不但在一條生產(chǎn)線保質(zhì)保量生產(chǎn)更多車型，而且在同樣的產(chǎn)量下，生產(chǎn)所用的時(shí)間更短，所用的人更少。

SC分揀配送模式，利用智能AGV，按照規(guī)劃的磁跡路線，將裝配有分揀貨物的購(gòu)物車放置到不同的裝配地點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)的人工配送，該模式可以有效的提高配送效率，減少人工成本，更有利于優(yōu)化生產(chǎn)線布局，極大地提高了汽車制造的自動(dòng)化和柔性化生產(chǎn)。

截止目前，依托于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G和人工智能等關(guān)鍵技術(shù)的智能物流分揀配送模式已廣泛應(yīng)用于北京奔馳發(fā)動(dòng)機(jī)、MFA、MRA1、MRA2和順義工廠五大核心廠區(qū)，涵蓋三大車型平臺(tái)。同時(shí)Shopping Cart、AGV、RFID和PBL四大先進(jìn)技術(shù)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，使智能物流更好的運(yùn)用到整車生產(chǎn)中，（見(jiàn)圖1），充分體現(xiàn)了北京奔馳“數(shù)字化”“ 柔性化”“綠色”的制造理念。

圖1 北京奔馳智能物流應(yīng)用

SC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能物流分揀配送方式如圖2所示，是對(duì)生產(chǎn)涉及的全部物料訂購(gòu)、存放、選取按照科學(xué)的生產(chǎn)工藝，對(duì)時(shí)間、位置、物流人員、物流設(shè)備及物流信息進(jìn)行規(guī)劃布局，使其滿足生產(chǎn)節(jié)拍、各項(xiàng)指標(biāo)要求，達(dá)到準(zhǔn)時(shí)化的生產(chǎn)模式。

圖2 物料流程

在設(shè)計(jì)智能物流SC系統(tǒng)時(shí)，涉及裝配/物流購(gòu)物車概念、揀選區(qū)、揀選流程、KPI設(shè)定、購(gòu)物車運(yùn)輸、購(gòu)物車車體設(shè)計(jì)、AGV進(jìn)入/離開(kāi)、涉及人員的工作職責(zé)、購(gòu)物車與生產(chǎn)裝配線的聯(lián)動(dòng)運(yùn)輸、裝配流程、購(gòu)物車實(shí)施情況跟蹤以及購(gòu)物車投入因素分析，共12項(xiàng)要素。下文從揀選區(qū)、揀選流程、SC運(yùn)輸以及SC設(shè)計(jì)四個(gè)方面進(jìn)行研究說(shuō)明。

1.分揀區(qū)設(shè)計(jì)

智能物流SC系統(tǒng)的物料分揀，需要物流人員在揀選區(qū)按車型零件需求信息在揀選區(qū)高效完成，對(duì)揀選區(qū)設(shè)計(jì)目標(biāo)要求如下：

（1）高柔性和可擴(kuò)展性 對(duì)于新零件、改款以及新車型等可以快速地進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展；能夠提高可供簡(jiǎn)單擴(kuò)展的區(qū)域，用于零件的預(yù)分揀和零件的存儲(chǔ)等。

（2）精益化 聚焦取件及放置過(guò)程，避免等待、準(zhǔn)備等工作，使揀選動(dòng)作達(dá)到最小化；避免沒(méi)有揀選的空手步行；避免翻轉(zhuǎn)物料和料盒；盡量采用低成本的自動(dòng)化。

（3）布局和流程簡(jiǎn)單 布局靠近生產(chǎn)線，同時(shí)結(jié)合小件分裝；確保分揀過(guò)程流暢，工時(shí)平衡；一個(gè)循環(huán)下的SC分揀工作由同一個(gè)人完成。

（4）分揀過(guò)程可靠穩(wěn)定 可靠的分揀系統(tǒng)確保取件正確無(wú)誤，避免發(fā)生錯(cuò)取、漏取的情況；分揀的貢獻(xiàn)應(yīng)該是工時(shí)平衡，作業(yè)波動(dòng)小；分揀作業(yè)遵循先進(jìn)先出原則；有可靠的防錯(cuò)措施以避免錯(cuò)撿、漏撿，例如布局優(yōu)化、安燈揀選等。

2.揀選流程規(guī)劃

SC系統(tǒng)需要合理的揀選流程支撐，揀選流程設(shè)計(jì)原則要滿足如下要求。

（1）1名員工為1個(gè)SC揀貨 1人完成1輛購(gòu)物車的所有零件揀選，1輛購(gòu)物車不多人操作，揀選過(guò)程中，購(gòu)物車不會(huì)從一個(gè)員工傳遞到下一個(gè)員工；從而保證揀選質(zhì)量，不會(huì)出現(xiàn)多人相互等待的情況。

（2）控制揀貨時(shí)間 確保單人揀件時(shí)間等于生產(chǎn)線的節(jié)拍時(shí)間，實(shí)現(xiàn)SC和生產(chǎn)線單件流作業(yè)模式，中間沒(méi)有庫(kù)存。從而保證生產(chǎn)線和SC揀件人之間不會(huì)相互等待，不會(huì)發(fā)生堵塞。

（3）揀件均衡安排設(shè)計(jì) 揀選時(shí)間最小化及使用分裝和滑移料架，將導(dǎo)致揀選過(guò)程嚴(yán)重波動(dòng)的動(dòng)作或零件分開(kāi)（如分開(kāi)某些型號(hào)的分裝件、分開(kāi)不同型號(hào)的零件），并以“套”的方式揀件。這樣可以實(shí)現(xiàn)揀選過(guò)程減少動(dòng)作波動(dòng)，保證過(guò)程流暢，提高購(gòu)物車揀選效率；還可以減少等待時(shí)間，有效利用購(gòu)物車的面積。

（4）采用高效的揀貨系統(tǒng) 揀選過(guò)程盡量使用目視化方式，并提供相應(yīng)的規(guī)格說(shuō)明，極大減少錯(cuò)撿率。

（5）符合人機(jī)工程要求 零件揀選布局設(shè)計(jì)符合人機(jī)工程要求，如揀選拿取和放置的過(guò)程，考慮質(zhì)量、高度、角度、姿勢(shì)和持續(xù)時(shí)間等因素；購(gòu)物車質(zhì)量盡力確保輕便，不要太重；考慮購(gòu)物車行駛中與地面的摩擦，盡量減少阻力，最大限度地減少揀選人的勞動(dòng)負(fù)荷，提高分揀效率，減少安全隱患。

3.SC運(yùn)輸原理

SC的運(yùn)輸依托于智能AGV技術(shù)，AGV系統(tǒng)主要由PLC控制系統(tǒng)、RFID傳感器、磁導(dǎo)航傳感器、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、牽引電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)升降電動(dòng)機(jī)、操作面板、無(wú)線模塊和 SICK 障礙物傳感器等組成。其中PLC是中樞控制，RFID傳感器識(shí)別地標(biāo)回傳信息給PLC，PLC處理相關(guān)信息并對(duì)其他組件做出加速減速、定位停止、上升下降等動(dòng)作指令指導(dǎo)AGV運(yùn)行。

AGV運(yùn)行如圖3所示：AGV停止在撿料區(qū)28號(hào)點(diǎn)，升降銷上升，人工將2個(gè)滿載的SC（一前一后）掛在AGV后掛鉤上，按啟動(dòng)鍵，AGV 將SC運(yùn)送到生產(chǎn)線線頭13號(hào)點(diǎn)，自動(dòng)降下升降銷，人工將SC拉到產(chǎn)線上，此時(shí) AGV 自動(dòng)到產(chǎn)線線尾18號(hào)點(diǎn)，升降銷上升，等待人工將2個(gè)SC掛在 AGV 后掛鉤上，然后人工按啟動(dòng)鍵，AGV 拖動(dòng)2個(gè)空的SC回到撿料區(qū)27號(hào)點(diǎn)，自動(dòng)降下升降銷，再次來(lái)到28號(hào)點(diǎn)。循環(huán)過(guò)程重復(fù)以上動(dòng)作。

圖3 AGV運(yùn)行示意

4.SC車體設(shè)計(jì)

SC是單臺(tái)份成套供應(yīng)的運(yùn)輸車，這種配送方式取消了傳統(tǒng)的物料存儲(chǔ)架，實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)線同步隨行的物料架，同時(shí)也增加了物流對(duì)SC車的使用頻次，所以SC車體的設(shè)計(jì)是否合理很大程度將影響揀貨效率。

SC車體設(shè)計(jì)應(yīng)該依據(jù)最優(yōu)化揀件設(shè)計(jì)的原則，需要保證揀件人只需將零件放在購(gòu)物車一邊；滿足對(duì)零件目視化設(shè)計(jì)及合理的揀選邏輯；充分考慮揀貨區(qū)分裝和套盒設(shè)計(jì)的情況；考慮購(gòu)物車的裝載順序以及車體的重量和地面摩擦力，最大程度保證SC靈活性，保證揀選效率和實(shí)現(xiàn)對(duì)揀選人低成本培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)最佳產(chǎn)能利用。SC車體效果如圖4所示。

圖4 SC車體效果示意

SC配送流程

在生產(chǎn)中，SC配送的循環(huán)過(guò)程分為4個(gè)步驟:

（1）揀件過(guò)程 汽車經(jīng)過(guò)特定工位時(shí)會(huì)觸發(fā)過(guò)點(diǎn)信息，SC系統(tǒng)會(huì)根據(jù)車輛信息自動(dòng)打印對(duì)應(yīng)的物料清單，物流人員根據(jù)物料清單揀取零件放到SC上。

（2）運(yùn)輸過(guò)程 物流人員將滿載的SC掛在AGV上，AGV根據(jù)設(shè)定軌跡運(yùn)輸?shù)教囟üの弧?/p>

（3）裝配過(guò)程 AGV分離SC，SC被與裝配車輛耦合，隨生產(chǎn)線同步，裝配人員取件裝配。

（4）空箱返回 裝配人員將空SC掛在AGV上，AGV將空的SC運(yùn)輸揀貨區(qū)，脫離SC后進(jìn)入等待區(qū)域，完成運(yùn)輸循環(huán)。SC配送工作流程如圖5所示。

圖5 SC工作流程示意

應(yīng)用與發(fā)展

近十年來(lái)，北京奔馳產(chǎn)量逐年攀升，智能SC系統(tǒng)配送技術(shù)在生產(chǎn)中起到了重大作用。并且在應(yīng)用過(guò)程中，SC的優(yōu)點(diǎn)得到充分的認(rèn)可，主要體現(xiàn)在減少線邊空間的占用，生產(chǎn)線整潔，安全；減少員工取件時(shí)間和走動(dòng)浪費(fèi)；減少加工人選擇的時(shí)間，減少了錯(cuò)裝、漏裝風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)固定的單點(diǎn)選取法實(shí)現(xiàn)流暢的裝配流程；減少現(xiàn)場(chǎng)加工人的額外工作；通過(guò)符合人機(jī)工程學(xué)的取用動(dòng)作降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

適合引入SC配送系統(tǒng)，有以下前提條件：多車型共線生產(chǎn)需求；生產(chǎn)線設(shè)備復(fù)雜程度高；生產(chǎn)線邊空間有限；多車型下的高質(zhì)量高效率裝配要求；內(nèi)部團(tuán)隊(duì)對(duì)購(gòu)物車的制造和維護(hù)保養(yǎng)；整車生產(chǎn)序列的高穩(wěn)定性；物流供應(yīng)的高揀貨率和低成本。

只有以上每個(gè)部分都協(xié)調(diào)統(tǒng)一，且整車序列質(zhì)量超過(guò)98%，整個(gè)SC系統(tǒng)的潛力和作用才能體現(xiàn)出來(lái)。

隨著生產(chǎn)需求提升和SC系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展，以及對(duì)SC系統(tǒng)配送技術(shù)的優(yōu)化改善，北京奔馳開(kāi)發(fā)了多種信息化系統(tǒng)管控方式。2017年智能物流引入安燈揀選技術(shù)（Picking By light），該技術(shù)是一種依靠電子數(shù)字顯示牌、各色指示燈來(lái)顯示揀選信息的揀選方式，燈光揀選架包括兩支立柱，在立柱間固定若干根橫梁及隔梁形成取貨孔，在每個(gè)取貨孔處安裝有電子顯示屏，電子顯示屏與控制裝置連接，控制裝置包括與服務(wù)器連接的通信模塊。這樣不僅大大節(jié)約了電子標(biāo)簽的布置成本以及人員的移動(dòng)，使貨物揀選高效快捷，而且相應(yīng)的取貨孔顯示相應(yīng)的待取貨物，也提高了揀選的準(zhǔn)確率。2021年新一代EQE電動(dòng)車型在順義工廠試制生產(chǎn)，同時(shí)開(kāi)發(fā)引入語(yǔ)音揀選技術(shù)（Picking By Voice）揀選，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別和智能分析技術(shù)，使工作人員可以直接與倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)話溝通，系統(tǒng)通過(guò)語(yǔ)音指導(dǎo)作業(yè)員到指定區(qū)域庫(kù)位拿取或放置貨品，作業(yè)員通過(guò)語(yǔ)言進(jìn)行動(dòng)作確認(rèn)，倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)直接識(shí)別作業(yè)人員語(yǔ)音，進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理。語(yǔ)音揀選技術(shù)取代了手持掃碼設(shè)備終端，充分解放了操作員工的雙手，提升揀選效率40%以上。

結(jié)語(yǔ)

智能物流已廣泛應(yīng)用于汽車制造的物料訂購(gòu)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)，生產(chǎn)線配送等各個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了物流過(guò)程的自動(dòng)化、柔性化和高效化管理，提高了企業(yè)精益生產(chǎn)和物流管理水平。本文以智能物流配送系統(tǒng)作為研究對(duì)象，對(duì)配送系統(tǒng)揀選區(qū)、揀選流程、SC運(yùn)輸以及SC設(shè)計(jì)四個(gè)要素進(jìn)行分析研究。詳細(xì)說(shuō)明了智能配送系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃和方案流程實(shí)施的整個(gè)過(guò)程，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)點(diǎn)和缺陷案例分析，得出智能物流配送的實(shí)施條件和需要持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新的結(jié)論，對(duì)汽車制造行業(yè)智能物流水平提升及發(fā)展具有借鑒意義。