高柔性拓展型黑燈智慧倉在A 汽車制造企業(yè)中的研究應用

曾繼嶸 汪勇兵 秦杰 李泉

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，車型迭代升級速度加快，個性化需求越加突出，制造體系已經(jīng)從少品種大批量的制造模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗥贩N小批量的柔性生產(chǎn)模式。模式轉(zhuǎn)變帶來的汽車零部件品種增加、零部件專用性強的特點，對供應鏈倉儲帶來了更大的挑戰(zhàn)。A公司廠內(nèi)物流仍存在自動化與智能化設備應用不足、存儲空間利用率低、倉儲場地不足、人員作業(yè)密集等方面的問題。

基于以上，亟需改善當前運作模式，提升倉儲能力及應對生產(chǎn)波動變化的能力。為此A 公司研究引進電商行業(yè)應用廣泛的料箱機器人，并根據(jù)實際運作環(huán)境，因地制宜通過集成使用多種智能自動化技術(shù)，打造高柔性拓展型黑燈智慧倉。通過用智能自動化物流設備代替人工，實現(xiàn)高柔性自動化物流作業(yè)方式，快速支持多品種、小批量的產(chǎn)銷模式，解決物流能力瓶頸與人為影響等困難。

2 黑燈智慧倉系統(tǒng)功能設計

基于A 公司實際倉儲業(yè)務進行IWMS（International Warehouse Management System）系統(tǒng)功能設計如下表：

系統(tǒng) 業(yè)務場景 操作內(nèi)容 流程說明入庫單掃描 物料搬上輸送線入庫前進行掃單確認。來料檢查 來料檢查環(huán)節(jié)設置在物料搬上輸送帶前，質(zhì)檢發(fā)現(xiàn)短裝時系統(tǒng)能記錄檢查結(jié)果（標簽問題、短裝問題等）。物料拆托后上輸送線，每箱物料經(jīng)過掃描器時掃描料箱標簽二維碼（二維碼不唯一），系統(tǒng)記錄零件號+入庫掃描順序號（或掃描時間或流水號），結(jié)合后續(xù)生成的庫位形成唯一記錄，實現(xiàn)物料料箱級管控。送貨數(shù)校驗（入庫情況可視化）料箱級掃描設置入庫工作臺，顯示單據(jù)內(nèi)容，物料經(jīng)過掃描器時將掃描數(shù)據(jù)與送貨單內(nèi)容匹配，存在零件不在單據(jù)內(nèi)或?qū)嵥停紝嵃l(fā)情況時進行提醒，由人工確認。入庫環(huán)節(jié)包裝變更物料 按實際掃描二維碼包裝數(shù)進行記錄，要求實際掃描總件數(shù)≤單據(jù)送貨件數(shù)。IWMS非標物料 供應商送貨單注明非標物料信息，掃描前與接收員確認，由接收員在收貨界面修改實收包裝數(shù)并記錄信息。入庫單據(jù)確認及零件入庫單據(jù)和實物匹配后，收貨員在工作臺確認關(guān)單，關(guān)單后IWMS系統(tǒng)傳輸庫存數(shù)據(jù)至LES（Logistics Execution System）系統(tǒng)，料箱機器人將零件搬運至存儲區(qū)。料箱漏掃描 漏掃描物料流轉(zhuǎn)至異常道口并報錯，由人工處理后進行重入庫操作。零件批次管理 批次管理零件額外粘貼批次標簽，入庫同時掃描物料和批次標簽，實現(xiàn)料箱和批次綁定。零件主數(shù)據(jù)管理 接收LES系統(tǒng)傳遞的主數(shù)據(jù)（含零件號、零件名稱、供應商信息、包裝信息等）。庫齡管理 物料進入庫位時記錄入庫時間，以便計算該零件對應庫齡。倉儲管理物料凍結(jié) LES系統(tǒng)建立封存單據(jù)，并將封存信息傳給IWMS系統(tǒng)凍結(jié)對應庫位零件，執(zhí)行出庫操作時剔除該部分零件，凍結(jié)后可選擇解凍或退貨。零件理庫 根據(jù)零件熱力及業(yè)務需求在空閑時間執(zhí)行物料庫位調(diào)整，庫位分配遵循線路一致就近；頻次高的，由下到上、由外到內(nèi)（優(yōu)先靠近出庫端）的原則。

系統(tǒng) 業(yè)務場景 操作內(nèi)容 流程說明物料盤點（抽盤/全盤）（1）自動盤點：在LES創(chuàng)建盤點清單傳給IWMS，激活盤點憑證鎖定零件（暫時不能出入庫），調(diào)度料箱機器人到指定庫位掃描料箱標簽形成盤點結(jié)果并傳至LES；（2）人工盤點：在LES創(chuàng)建盤點清單傳給IWMS，激活盤點憑證鎖定零件（暫時不能出入庫），調(diào)度料箱機器人取箱搬運至出貨口，人工盤點后輸入實物盤點數(shù)，形成盤點結(jié)果并傳至LES。盤點零件鎖定庫位，盤點完成后料箱機器人仍將料箱返回原庫位。物料預警 接收LES系統(tǒng)存量主數(shù)據(jù)，IWMS存量低于最小庫存時進行預警；物料出庫掃描數(shù)量<單據(jù)需求數(shù)量時進行預警。過賬管理 將收發(fā)貨回傳至LES系統(tǒng)。按需拉動 基于輸入車型（車型對應的物料清單/BOM，生產(chǎn)計劃、上線隊列等），計算對應的零件數(shù)量，結(jié)合當前庫存，對供應商發(fā)布需求。新車型項目物料管理 LES無數(shù)據(jù)，需在IMWS系統(tǒng)設立單獨模塊管理。出庫口分配 線路與出貨口綁定，并可以調(diào)整設置。常規(guī)出庫 單據(jù)按線路區(qū)分，料箱機器人按需求撿取物料，庫存不足時允許撿取物料數(shù)<單據(jù)需求數(shù)。緊急出庫 手工建立備料單，生成出庫任務單，調(diào)整序列排在最前優(yōu)先備料。零件漏掃描問題處理 漏掃描零件不經(jīng)過分撿，流轉(zhuǎn)至異常道口并報錯，由人工處理。出庫環(huán)節(jié)出庫排程 對配套使用零件，系統(tǒng)后臺設置零件+供應商+時間段的排程，零件出庫時只選取排程內(nèi)供應商零件。項目物料出庫（整箱）手工建立備料單（支持批量導入創(chuàng)建），生成出庫任務單，出庫序列排在常規(guī)出庫單后執(zhí)行，分配至專用出貨口出庫，更新庫存。項目物料出庫（非整箱，按件領(lǐng)料）分配至專用出貨口，操作同整箱出庫，備料員輸入揀選數(shù)量發(fā)起返箱需求，IMWS接收已揀選數(shù)量并生成非標憑證（含系統(tǒng)內(nèi)標識和目視標識），粘貼非標目視標識后，調(diào)度料箱機器人取箱回庫位，并更新庫存。退貨在LES建單凍結(jié)物料，傳給IWMS凍結(jié)相應庫存，在IWMS建立排查清單調(diào)取對應物料至出貨口，同時激活排查憑證，排查無問題零件返回原庫位并消除憑證，凍結(jié)狀態(tài)保留，問題零件在LES系統(tǒng)建立退貨單并將數(shù)據(jù)傳給IWMS系統(tǒng)，IWMS系統(tǒng)同步對帶排查憑證物料退貨。先進先出管理 出庫時根據(jù)零件入庫時間，系統(tǒng)自動推薦先入庫的物料先出庫。收貨環(huán)節(jié) 收貨情況統(tǒng)計，單據(jù)執(zhí)行耗時、每箱耗時統(tǒng)計分析，收貨差異比例，漏掃描情況統(tǒng)計，問題前位供應商清單。庫房備料 零件拉動頻率、庫位熱力圖，料箱機器人使用/滿載/故障頻率統(tǒng)計。出庫環(huán)節(jié) 不同線路單據(jù)數(shù)量統(tǒng)計，單據(jù)執(zhí)行耗時、每箱耗時統(tǒng)計分析，各出庫口流量、掃描異常情況統(tǒng)計。盤點差異 平均盤點耗時，盤點差異情況及占比，盤點差異前位零件、供應商清單。積壓物料統(tǒng)計 按積壓物料周期，自動統(tǒng)計積壓物料清單，形成報表。物料預警 按日、周、月統(tǒng)計每月預警物料，按廠家車型區(qū)分生成報表。業(yè)務運行數(shù)據(jù)報表分析緊急拉動 按日、周、月統(tǒng)計流水線緊急拉動次數(shù)生產(chǎn)報表。切換物料 按日、周、月根據(jù)切換物料配比數(shù)量每天形成數(shù)據(jù)報表便于查看切換物料情況。庫存周轉(zhuǎn)率 庫存周轉(zhuǎn)率 = 出庫數(shù)量 / (期初庫存+期末庫存）/2 ×100%；定期保存周轉(zhuǎn)率數(shù)據(jù)，并支持通過不同維度查詢周轉(zhuǎn)率變化情況。庫位使用率 系統(tǒng)顯示空閑庫位清單及使用率統(tǒng)計（實時更新）。庫齡分布統(tǒng)計 不同庫齡物料在系統(tǒng)當前存量的占比情況。

3 硬件集成設計

高柔性拓展型黑燈智慧倉集成使用多種智能化自動化技術(shù)，包含自動輸送系統(tǒng)、智能視覺掃描、量方設備、料箱機器人、智慧互聯(lián)管理平臺等，見圖1。

圖1

3.1 自動輸送系統(tǒng)

實施前，物料的接收及入庫主要通過人工操作：物料來料后，接收員通過人工點數(shù)對物料進行接收（如圖2），再通過人工使用地牛將物料拉送至超市料架庫位，整個過程耗費人力物力，效率低下。實施后，物料到貨后即可在卸貨道口將物料放置在輸送線上，物料經(jīng)過輸送線自動輸送至入庫接駁口，由料箱機器人進行入庫操作。

圖2 人工接收

3.2 智能視覺掃描

物料在自動輸送時，經(jīng)過視覺掃描后，實現(xiàn)物料的自動接收（如圖3）。數(shù)據(jù)通過視覺掃描采集輸入系統(tǒng)，與送貨單進行比對，檢查訂單到貨情況，實現(xiàn)勘誤及報警，無需人工點數(shù)，提高工作效率。

圖3 自動掃描收貨

3.3 量方設備

為了防止塑料箱循環(huán)使用一段時間后變形以及紙箱遇潮等變形后，導致外觀尺寸不符合入庫要求的物料流轉(zhuǎn)到庫區(qū)的情況發(fā)生，在入庫輸送線前端設計并安裝了量方設備（如圖4），不符合尺寸物料通過時自動發(fā)出信號報警提示，并且與輸送線聯(lián)動將不符合尺寸的料箱自動流轉(zhuǎn)至異?？?，確保了自動化作業(yè)的穩(wěn)定。

圖4 量方設備

3.4 智能料箱機器人

料箱機器人（如圖5）的應用，可實現(xiàn)倉庫小件物料到貨后從入庫接駁、配送至高位貨架到出庫整個物流環(huán)節(jié)的搬運無人化，實現(xiàn)傳統(tǒng)的“人揀貨”揀選模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝Ш唵蔚摹柏浀饺恕敝悄軖x模式。

圖5 料箱機器人

料箱機器人是實現(xiàn)小件黑燈智慧倉的關(guān)鍵設備，其具備智能揀選與搬運、自主導航、主動避障和自動充電等功能，借助二維碼視覺導航及慣性導航技術(shù)，實現(xiàn)無軌行走及精準定位。

3.5 智慧互聯(lián)管理平臺

智慧管理平臺能實現(xiàn)與外部管理系統(tǒng)對接，處理相關(guān)業(yè)務需求，進行數(shù)據(jù)分析及可視化管理，保證多臺機器人及各類設備的同時調(diào)度，實現(xiàn)系統(tǒng)健康狀況預測與監(jiān)控，并基于強化學習和深度學習進行系統(tǒng)優(yōu)化。其主要包含IWMS 智能倉儲管理系統(tǒng)，ESS 設備調(diào)度管理系統(tǒng)及RCS 機器人調(diào)度系統(tǒng)等。目前管理平臺已接入多項其他物流監(jiān)控數(shù)據(jù)，如叉車等設備利用率、MR 在途監(jiān)控、無人物流車運行監(jiān)控等。

圖6 智慧管理平臺

3.6 高位貨架

攻關(guān)新型存儲貨架： 當前小件物料包裝除了標準的A 箱（300*200*150mm）/B 箱（400*300*150mm）/C 箱（400*300*280mm）/D 箱（6 0 0*4 0 0*2 8 0 m m）/H 箱（600*400*150mm）等塑料箱外還存在紙箱等原包裝。本著從降低供應鏈成本、快速應用及批量推廣考慮，在庫位上增加導向裝置（如圖7），能有效的避免料箱機器人取放物料的時候造成包裝尺寸小的物料偏轉(zhuǎn)、移位等情況，有效的兼容了物料包裝尺寸多樣性的特點，擴大零件應用范圍。并且通過智慧互聯(lián)管理平臺，實現(xiàn)動態(tài)庫位管控，提高庫位利用率。

圖7 貨架及導向裝置

4 A 公司實際應用取得的經(jīng)濟效益

通過使用智能化設備，將物流接收、倉儲、備料等人工操作環(huán)節(jié)實現(xiàn)無人化、智能化。僅項目一期，可優(yōu)化6 名人員，2 年可回收成本；且存儲空間由原來的2 米提高到5.12米，倉庫空間利用率提升156%，可節(jié)約倉庫面積30%。

5 總結(jié)思考

基于汽車制造業(yè)多品種、小批量為主的敏捷制造模式，本案例豐富了汽車主機廠黑燈倉庫的行業(yè)案例，為汽車生產(chǎn)制造業(yè)物流無人化、智能化技術(shù)路徑添磚加瓦，其模式低投入、高產(chǎn)出、快捷容易拓展，具有極強適應性推廣性。

跨界技術(shù)融合：將電商行業(yè)的理念及技術(shù)在汽車主機廠驗證應用，集成視覺掃描、機器人智能調(diào)度、動態(tài)管控等技術(shù)，實現(xiàn)智慧倉儲，形成技術(shù)集群，聯(lián)合多家專業(yè)技術(shù)供應商，提供了汽車復雜、多變的倉儲解決方案。

高柔性，易拓展:有別于傳統(tǒng)的自動化立體庫（重型的鋼結(jié)構(gòu)+提升機組合）投資大的弊端，采用料箱機器人+柔性可拆解料架的方式具有極佳的柔性和拓展性，方便搬遷和調(diào)整。

倉儲降本增效：減少作業(yè)人員，提升空間利用率、節(jié)約倉庫面積，提高輸出的坪效比。

提升倉庫數(shù)字化管理： 實現(xiàn)倉庫運行可視化，提升管理的顆粒度；實現(xiàn)零部件批次追溯、自動盤點及預警、料箱級管控、精確記錄零件庫齡等功能，為倉庫管理的數(shù)字運營邁向新的步伐。