沖壓智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

文/蔣鑫強(qiáng)，徐煒，蔡美瑩·珠海格力電器股份有限公司香洲分公司

科學(xué)的生產(chǎn)管理是制造系統(tǒng)合理利用資源、提高生產(chǎn)效率的重要手段，這主要包括兩方面內(nèi)容，生產(chǎn)的計(jì)劃管理和庫(kù)存管理，其中庫(kù)存管理的好壞對(duì)企業(yè)的影響越來(lái)越大。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，降低存貨成本仍有較大空間，所以降低存貨成本已經(jīng)逐漸成為企業(yè)的“第三利潤(rùn)源泉”。

目前格力珠海鈑金噴涂廠成品零件物料進(jìn)庫(kù)接收、出庫(kù)分揀，涉及零件種類1000 多種/月，零件數(shù)量1450 萬(wàn)件/月，全部通過(guò)叉車入庫(kù)，人工掃描進(jìn)賬、人工按計(jì)劃分揀出庫(kù)，庫(kù)房耗人多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、物料難歸類、賬務(wù)管理難度大，同時(shí)又因賬務(wù)不清，導(dǎo)致分揀配送不及時(shí)、計(jì)劃調(diào)整的每月有15 單左右，導(dǎo)致外部停產(chǎn)停線的每月有1 單左右。

為解決庫(kù)存管理不高效造成的一系列問(wèn)題，格力珠海鈑金噴涂廠急需采取智能化、信息化、自動(dòng)化的倉(cāng)儲(chǔ)管理措施以提高物流存儲(chǔ)效率，減少庫(kù)存及倉(cāng)庫(kù)作業(yè)人員。

智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)介紹

針對(duì)庫(kù)存區(qū)采用全人工作業(yè)方式，智能化自動(dòng)化程度低，叉車作業(yè)多影響通道通行，空間利用率低，產(chǎn)品出入庫(kù)記錄、庫(kù)存查詢、盤(pán)點(diǎn)等作業(yè)效率低，管理成本高等一系列問(wèn)題，格力珠海鈑金噴涂廠選擇采用以立體倉(cāng)庫(kù)為媒介的智能化物流體系。

在硬件方面，采用4 層的大型倉(cāng)儲(chǔ)立體庫(kù)，最大化利用倉(cāng)庫(kù)垂直空間，進(jìn)行多庫(kù)位、多種類工裝籠的存儲(chǔ)。立體倉(cāng)庫(kù)主要由2248 個(gè)庫(kù)位、6 臺(tái)巷道堆垛機(jī)、12 臺(tái)穿梭車、2 臺(tái)取料RGV 自動(dòng)引導(dǎo)車、16 個(gè)托盤(pán)自動(dòng)堆垛機(jī)、8 個(gè)出庫(kù)口報(bào)警裝置、WMS(倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng))、WCS(倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng))以及其他輔助設(shè)備(托盤(pán)、貨架、條碼掃描器等)組成(圖1)。其中采用兩種貨架類型的組合方式1800mm×1800mm、1500mm×1100mm，以適配不同規(guī)格的工裝，并采取“批量緩沖+小多高緩沖”倉(cāng)庫(kù)方案，滿足大批量物料在庫(kù)緩存和小批量多品種物料在庫(kù)緩存，保證先進(jìn)先出，防止物料長(zhǎng)時(shí)間呆滯。

圖1 智能立體庫(kù)總體方案布局圖

在軟件方面，通過(guò)WMS、WCS、ERP 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高密度自動(dòng)化存儲(chǔ)與倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)交互。開(kāi)發(fā)WMS、WCS、ERP、MES 集成信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)與需求數(shù)據(jù)互通，新增呆料預(yù)警、出庫(kù)異常預(yù)警、一鍵出庫(kù)功能，實(shí)現(xiàn)沖壓件成品零件智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理，提高倉(cāng)儲(chǔ)物流效率，減少倉(cāng)管崗位不必要的數(shù)據(jù)搬運(yùn)工作，減少庫(kù)存及倉(cāng)庫(kù)作業(yè)人員。

以智能立體倉(cāng)庫(kù)為主體解決倉(cāng)儲(chǔ)問(wèn)題

傳統(tǒng)物流倉(cāng)儲(chǔ)存在的問(wèn)題及解決方案

傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理方式都是用手工方式，記錄信息復(fù)雜、效率低、易出錯(cuò)，還易出現(xiàn)人力資源浪費(fèi)、管理維護(hù)成本高等情況，進(jìn)而造成了很難保證收貨、驗(yàn)收及發(fā)貨的準(zhǔn)確性，從而產(chǎn)生庫(kù)存，延遲交貨，進(jìn)一步增加成本等問(wèn)題。而且傳統(tǒng)管理方式也不能及時(shí)將數(shù)據(jù)反饋給管理者，導(dǎo)致管理者對(duì)倉(cāng)庫(kù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況不了解，對(duì)庫(kù)存信息實(shí)際情況不清楚，無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)地作出決策。因此采用WCS 與WMS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)物流信息化。

通過(guò)使用WCS、WMS 系統(tǒng)對(duì)設(shè)備全部的運(yùn)行過(guò)程控制、實(shí)時(shí)監(jiān)視以及物流信息管理與跟蹤，實(shí)現(xiàn)零件自動(dòng)出入庫(kù)、倉(cāng)儲(chǔ)信息自動(dòng)存檔。對(duì)接MES、WCS 系統(tǒng)，以WMS 為中央指導(dǎo)系統(tǒng)，零件入庫(kù)時(shí)，以工裝籠為載體，對(duì)籠上零件訂單碼進(jìn)行信息掃描，確定物料性質(zhì)，如屬直發(fā)性質(zhì)物料則直接放置直發(fā)通道發(fā)送出庫(kù)，如屬入庫(kù)物料則通過(guò)放置入庫(kù)號(hào)并通過(guò)堆垛機(jī)與穿梭車準(zhǔn)確送至立庫(kù)貨位中，同步進(jìn)行該貨位的倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)存檔，后續(xù)如需出庫(kù)則選擇該貨位物料直接出庫(kù)，整個(gè)出入庫(kù)過(guò)程、零件出入庫(kù)信息，都將由WCS 系統(tǒng)自動(dòng)接收傳遞到公司MES 中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物料倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)更新，如圖2 所示。

圖2 智能立體庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)示意圖

貨物出庫(kù)過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決方案

智能立體倉(cāng)儲(chǔ)投入使用早期，物料出庫(kù)流程由出貨口發(fā)料揀選員核對(duì)需求數(shù)據(jù)后，手打物料編碼以及出貨數(shù)量并通過(guò)微信發(fā)送給入庫(kù)口的倉(cāng)管員，倉(cāng)管員再通過(guò)手打物料編碼與出庫(kù)數(shù)量進(jìn)行物料查詢與出庫(kù)操作，整個(gè)過(guò)程出現(xiàn)重復(fù)性的數(shù)據(jù)搬運(yùn)工作，降低了發(fā)料揀選員與倉(cāng)管員的工作效率。同時(shí)貨物出庫(kù)過(guò)程中，若遇堆垛機(jī)、穿梭車作業(yè)異常等問(wèn)題，僅能通過(guò)WMS 系統(tǒng)操作頁(yè)面以及走到相應(yīng)堆垛機(jī)巷道口查看才能發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致倉(cāng)管員無(wú)法及時(shí)處理問(wèn)題，影響后續(xù)物料出入庫(kù)作業(yè)效率。因此，為解決該類低效問(wèn)題，開(kāi)發(fā)WMS、WCS、ERP、MES 集成信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一鍵出庫(kù)、出庫(kù)異常預(yù)警功能，解決上述問(wèn)題。

一鍵出庫(kù)操作功能(圖3)通過(guò)將ERP 系統(tǒng)與WMS 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，WMS 系統(tǒng)獲取ERP 較為實(shí)時(shí)的需求計(jì)劃，由出貨口發(fā)貨揀選人員直接在系統(tǒng)頁(yè)面中進(jìn)行日期時(shí)區(qū)查詢，系統(tǒng)自動(dòng)生成需求計(jì)劃清單+庫(kù)存數(shù)據(jù)+缺料數(shù)據(jù)的報(bào)表，每行需求數(shù)據(jù)都有對(duì)應(yīng)的一鍵出庫(kù)功能選項(xiàng)，選擇一鍵出庫(kù)功能后，系統(tǒng)自動(dòng)選定對(duì)應(yīng)物料進(jìn)行物料自動(dòng)出庫(kù)，取消發(fā)料揀選人員與發(fā)料員之間頻繁的手打數(shù)據(jù)等重復(fù)性數(shù)據(jù)搬運(yùn)工作。

圖3 一鍵出庫(kù)實(shí)現(xiàn)邏輯圖

出庫(kù)預(yù)警功能通過(guò)對(duì)立庫(kù)出庫(kù)任務(wù)時(shí)間預(yù)警，對(duì)正在運(yùn)行的出庫(kù)任務(wù)運(yùn)行時(shí)間與待運(yùn)行的出庫(kù)任務(wù)運(yùn)行時(shí)間兩個(gè)維度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到減少設(shè)備異常運(yùn)行時(shí)間與緊急提醒的功能，如圖4 所示。在智能立庫(kù)根據(jù)任務(wù)出庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)所有正在運(yùn)行的出庫(kù)任務(wù)訂單進(jìn)行自動(dòng)倒計(jì)時(shí)，判斷正在進(jìn)行訂單的運(yùn)行時(shí)間是否超過(guò)20 分鐘，若沒(méi)有，則訂單結(jié)束進(jìn)入下一訂單。若超過(guò)20 分鐘，則進(jìn)行出庫(kù)任務(wù)運(yùn)行異常預(yù)警。同時(shí)，也會(huì)對(duì)待運(yùn)行的出庫(kù)任務(wù)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間倒計(jì)時(shí)預(yù)警，當(dāng)距離運(yùn)行倒計(jì)時(shí)為3h、2h、1h 時(shí)(一般物料需提前出庫(kù)4h)，會(huì)自動(dòng)計(jì)算該出庫(kù)任務(wù)距離對(duì)應(yīng)生產(chǎn)訂單的需求時(shí)間，與出庫(kù)任務(wù)運(yùn)行時(shí)間一同進(jìn)行預(yù)警。所有預(yù)警信息都將通過(guò)G 平臺(tái)生成對(duì)應(yīng)訂單出庫(kù)預(yù)警數(shù)據(jù)表，發(fā)送給生產(chǎn)計(jì)劃員、物流班組人員。讓相關(guān)人員盡快進(jìn)行異常解決，提升立庫(kù)出庫(kù)效率，保障訂單需求按時(shí)完成。

圖4 出庫(kù)預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)邏輯圖

除去立庫(kù)運(yùn)行中的出貨異常問(wèn)題外，立庫(kù)出貨口也存在物料出貨但不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)取下的異常問(wèn)題。貨物出貨時(shí)根據(jù)系統(tǒng)指令實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)出庫(kù)，通過(guò)取料RGV 的二次輸送，實(shí)現(xiàn)物料送至8 個(gè)出庫(kù)平臺(tái)中的任意一個(gè)平臺(tái)，但存在貨物到達(dá)出貨口后，因出貨口橫跨距離過(guò)長(zhǎng)、出貨口周邊物料堆疊與出貨口較多問(wèn)題，導(dǎo)致叉車司機(jī)難以兼顧8 個(gè)出貨口的實(shí)時(shí)情況，未能將貨物及時(shí)取下，造成后續(xù)出貨流程堵塞。因此設(shè)置出貨口提示報(bào)警燈，在每個(gè)出貨口最頂端設(shè)置鳴笛報(bào)警燈，通過(guò)出貨口來(lái)料信號(hào)傳遞進(jìn)行鳴笛報(bào)警提示，提醒叉車司機(jī)及時(shí)將物料取出，以免占用出貨口妨礙后續(xù)其他零件出庫(kù)。

庫(kù)位堵塞與呆料消耗問(wèn)題及解決方案

采用不同庫(kù)位設(shè)計(jì)及呆料預(yù)警方案：由于傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)物料難歸類、賬務(wù)不清等因素導(dǎo)致存在呆料沒(méi)有及時(shí)處理，降低庫(kù)存周轉(zhuǎn)率，占用場(chǎng)地造成庫(kù)存浪費(fèi)。因此智能立體倉(cāng)庫(kù)采用“批量緩沖+小多高緩沖”的立體倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及呆料預(yù)警功能對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性解決。

“批量緩沖”與“小多高緩沖”的區(qū)別在于庫(kù)位數(shù)量不同，“小多高緩沖”庫(kù)位設(shè)置為一到兩個(gè)庫(kù)位，貨物進(jìn)出方便，放置拿取較為頻繁的貨物，可有效減少出入庫(kù)時(shí)間。“批量緩沖”庫(kù)設(shè)置為五到六個(gè)庫(kù)位，放置數(shù)量較多、種類單一，可利用小多高緩沖庫(kù)輔助批量緩沖庫(kù)移庫(kù)，保證實(shí)現(xiàn)貨物高效率倉(cāng)儲(chǔ)、出入庫(kù)管理。

呆料預(yù)警功能(圖5)，隸屬新開(kāi)發(fā)的集成系統(tǒng)功能之一，與以往的直接進(jìn)行入庫(kù)時(shí)間計(jì)算、對(duì)入庫(kù)時(shí)間進(jìn)行不同范圍的顏色標(biāo)記、進(jìn)行呆料提醒功能不同。物料入庫(kù)后，集成系統(tǒng)將自動(dòng)提取WMS 系統(tǒng)中入庫(kù)時(shí)間超過(guò)7 天的物料，同時(shí)對(duì)相同的物料編碼訂單進(jìn)行查詢，再?gòu)墓旧a(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)baan6 中查詢相同編碼訂單出賬時(shí)間，將出賬時(shí)間與查詢時(shí)間進(jìn)行比較，判斷7 天內(nèi)是否出過(guò)賬，如果有則將該物料定義為呆料，并結(jié)合物料編碼、訂單編碼、入庫(kù)時(shí)間、出賬時(shí)間、是否呆料等數(shù)據(jù)，生成呆料數(shù)據(jù)表通過(guò)G平臺(tái)發(fā)送至相關(guān)人員，提醒其對(duì)呆料采取相應(yīng)措施，解決呆料情況。

圖5 呆料預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)邏輯圖

智能立體倉(cāng)庫(kù)工作流程

出入庫(kù)工作流程

入庫(kù)流程為先由倉(cāng)管員掃描物料、工裝標(biāo)識(shí)碼，叉車司機(jī)將物料送至指定入庫(kù)口，入庫(kù)口掃描工裝條碼確定信息被倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(WMS)讀入后自動(dòng)進(jìn)行入庫(kù)申請(qǐng)，由程序以“批量緩沖”與“小多高緩沖”原則自動(dòng)匹配最合適庫(kù)位。之后由堆垛機(jī)通過(guò)自動(dòng)尋址，將貨物存放到指定貨格，最后通過(guò)穿梭車將堆垛機(jī)上的物料運(yùn)送至指定庫(kù)位完成入庫(kù)。出庫(kù)時(shí)先由發(fā)料員確認(rèn)物料需求數(shù)據(jù)與庫(kù)存數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊一鍵出庫(kù)，堆垛機(jī)與穿梭車配合將貨物放置到待出貨口，由RGV 將物料取至各個(gè)出貨口，待叉車司機(jī)將貨物取下即完成出庫(kù)。

庫(kù)內(nèi)搬運(yùn)流程

主要通過(guò)穿梭車配合堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)貨物的庫(kù)內(nèi)搬運(yùn)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)。穿梭車搭載可充電電池，利用提升平板和定位傳感器，沿著貨架巷道內(nèi)的軌道運(yùn)行，將貨物從入口處運(yùn)送到貨位或者從貨位取出貨物，存取貨物都可以很方便地通過(guò)WMS 系統(tǒng)控制。貨物的存取方式遵循先進(jìn)先出原則。同時(shí)穿梭車具備低電量和閑時(shí)自動(dòng)充電功能，間接提高項(xiàng)目效率，減少工作時(shí)間的無(wú)價(jià)值運(yùn)行。

堆垛機(jī)作業(yè)流程

堆垛機(jī)由行走電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)車輪在下導(dǎo)軌上做水平行走，由提升電機(jī)通過(guò)鋼絲繩帶動(dòng)載貨臺(tái)做垂直升降運(yùn)動(dòng)，由載貨臺(tái)上的貨叉做伸縮運(yùn)動(dòng)。通過(guò)上述三維運(yùn)動(dòng)可將指定貨位的貨物取出或?qū)⒇浳锼腿胫付ㄘ浳?。行走認(rèn)址器用于測(cè)量堆垛機(jī)水平行走位置；提升認(rèn)址器用于控制載貨臺(tái)升降位置；貨叉方向使用接近開(kāi)關(guān)定位。通過(guò)光電識(shí)別，以及光通訊信號(hào)的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，也可實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)控制柜的手動(dòng)和半自動(dòng)控制。同時(shí)采用優(yōu)化的調(diào)速方法，減少堆垛機(jī)減速及停機(jī)時(shí)的沖擊，大大縮短堆垛機(jī)的起動(dòng)、停止的緩沖距離，提高了堆垛機(jī)的運(yùn)行效率。

項(xiàng)目成果及收益

直接經(jīng)濟(jì)效益

實(shí)現(xiàn)沖壓件成品零件信息化倉(cāng)儲(chǔ)管理，提高物料物流效率,減少庫(kù)存及倉(cāng)庫(kù)作業(yè)人員；減少年度沖壓賬務(wù)相符率差異成本，減少因庫(kù)房新舊制品混料、閑置導(dǎo)致材料、加工成本損失；每天減少途中運(yùn)送264次，減少叉車途中叉運(yùn)時(shí)間1320 分鐘，合計(jì)成本節(jié)約每年逾百萬(wàn)元。

間接經(jīng)濟(jì)效益

兩臺(tái)穿梭車獨(dú)立進(jìn)行物料搬取，減少堆垛機(jī)等待時(shí)間，單貨道出入庫(kù)效率提升47%，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)寬高各2米、重量1 噸的大型成品物料出入庫(kù)效率提升至25籠/小時(shí)。

通過(guò)一鍵入庫(kù)功能，減少發(fā)料員和倉(cāng)管員重復(fù)性數(shù)據(jù)搬運(yùn)工作，提升物料下發(fā)出庫(kù)任務(wù)效率90%，減少倉(cāng)管員工作項(xiàng)，減少15%工作量。

通過(guò)出庫(kù)預(yù)警與出貨口報(bào)警功能，減少設(shè)備訂單運(yùn)行異常時(shí)間40%，提升出貨口下料效率30%。

呆料預(yù)警功能，加快對(duì)呆廢料迅速處理，便于盤(pán)點(diǎn)及稽核作業(yè)進(jìn)行，呆料下降15%。

結(jié)束語(yǔ)

我們始終踐行著建設(shè)具有格力特色的精益制造系統(tǒng)，以生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新以及物流技術(shù)創(chuàng)新為支柱，實(shí)現(xiàn)效益管理、效率管理的雙提升。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，物流環(huán)節(jié)的技術(shù)水平落后將產(chǎn)生不可估量的不增值作業(yè)浪費(fèi)點(diǎn)，成為企業(yè)效益、效率提升的瓶頸，建設(shè)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)將是重要一環(huán)。格力智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)信息智能獲取、智能傳遞、智能處理、智能運(yùn)用，重點(diǎn)解決物流作業(yè)中的運(yùn)籌與決策。同時(shí)公司裝備已涉及汽車新能源、機(jī)械制造、電力電工、食品冷鏈等行業(yè)，為中國(guó)制造業(yè)的升級(jí)添磚加瓦。