諾力物流系統(tǒng)平臺型“未來工廠”的建設(shè)與創(chuàng)新

文/ 本刊記者 王玉

諾力通過物流系統(tǒng)平臺型“未來工廠”建設(shè)，實現(xiàn)全流程、全周期的智能化、精細(xì)化制造，極大提升了產(chǎn)業(yè)供給能力和柔性化制造能力。其中智慧物流項目建設(shè)極具亮點，“智能倉儲”、“精準(zhǔn)配送”兩大物流場景已經(jīng)入選工信部發(fā)布的“2022年度智能制造優(yōu)秀場景公示名單”，為制造企業(yè)工廠智慧物流建設(shè)帶來了成功經(jīng)驗?！?/p>

諾力智能裝備股份有限公司（原名浙江諾力機(jī)械股份有限公司，以下簡稱“諾力”），由成立于2000 年的長興諾力機(jī)械有限責(zé)任公司整體變更設(shè)立，于2015 年在上交所A股主板上市。

20余年以來，諾力通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和有計劃的規(guī)模擴(kuò)張，發(fā)展成為能夠同時提供物料搬運設(shè)備、智能立體倉庫、智能輸送分揀系統(tǒng)、AGV及其系統(tǒng)、供應(yīng)鏈綜合系統(tǒng)軟件以及智能制造全系統(tǒng)整體解決方案的公司；其裝備制造能力居行業(yè)翹楚，輕小型工業(yè)車輛更是連續(xù)17年市場占有率領(lǐng)跑全球，電動倉儲叉車銷量在國內(nèi)領(lǐng)先。

面向制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新需求，諾力打造了物流系統(tǒng)平臺型“未來工廠”（以下簡稱“未來工廠”），其中“智能倉儲”、“精準(zhǔn)配送”兩大物流場景已經(jīng)入選工信部發(fā)布的“2022年度智能制造優(yōu)秀場景公示名單”，為裝備制造企業(yè)的數(shù)字化、服務(wù)化、集成化發(fā)展提供了成功經(jīng)驗。

一、“未來工廠”規(guī)劃與布局

諾力“未來工廠”項目位于浙江省湖州市長興縣中央大道1888號，建設(shè)時間為2019年1月至2021年12月，總投資2.01億元，其中設(shè)備投資（包含軟件）1.61億元，2021年底已全面投產(chǎn)。

諾力物流系統(tǒng)平臺型“未來工廠”，是以物流中心化的規(guī)劃設(shè)計理念，意在打造“物流搬運設(shè)備生產(chǎn)智造鏈”，通過“未來工廠”建設(shè)，實現(xiàn)全流程、全周期的智能化、精細(xì)化制造，極大提升產(chǎn)業(yè)供給能力和柔性化制造能力。項目建設(shè)包括了智能金工車間建設(shè)、智能焊接車間建設(shè)、智能噴涂車間建設(shè)、智能總裝車間建設(shè)、智能物流與倉儲建設(shè)、數(shù)字化研發(fā)協(xié)同平臺建設(shè)、智能化生產(chǎn)管控系統(tǒng)建設(shè)、供應(yīng)鏈協(xié)同平臺建設(shè)、綠色制造與新一代綠色技術(shù)建設(shè)等九大建設(shè)內(nèi)容，通過軟硬件的集成建設(shè)，形成了數(shù)字驅(qū)動的智能工廠，由3座自動化立體倉庫、38臺物流移動機(jī)器人組合而成自主智能物流整體解決方案，八大系統(tǒng)集成（ERP、PLM、MES、WMS、SCADA、CRM、SCM、遠(yuǎn)程運維系統(tǒng)）形成“諾力數(shù)字大腦”，引入標(biāo)準(zhǔn)流程，從而實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計、智能化生產(chǎn)、智慧化管理、協(xié)同化制造、綠色化制造、安全化管控，具有行業(yè)領(lǐng)先的集成化水平。

諾力物流系統(tǒng)平臺型“未來工廠”

自動化立體倉庫

“未來工廠”采用大廠房通體布局設(shè)計，針對柔性生產(chǎn)模式建立各生產(chǎn)單元。產(chǎn)線布局隨物料流轉(zhuǎn)呈S型布局，具體包括板材下料生產(chǎn)線、數(shù)控機(jī)加生產(chǎn)線、槽鋼下料生產(chǎn)線、門架及車架自動化焊接線、總裝自動化生產(chǎn)線；并建設(shè)半成品立體倉庫、外購件立體倉庫、涂裝立體倉庫和成品庫。同時在各主要產(chǎn)線線邊設(shè)置物料緩存區(qū)，如焊接二次配套區(qū)，噴涂上線緩沖區(qū)，總裝線邊標(biāo)準(zhǔn)件庫等。從立體倉庫到線邊的物料轉(zhuǎn)運全部采用AGV小車運送。

此生產(chǎn)工藝布局優(yōu)化廠內(nèi)物流走向，在有限空間下最大化縮短物料配送和在制品流轉(zhuǎn)時間；同時縮短AGV運輸距離，保證效率，避免路徑?jīng)_突；原材料入廠口和成品出廠口有效分離，保證運輸效率。

下面將聚焦“未來工廠”中的智慧物流規(guī)劃與建設(shè)，重點介紹總裝生產(chǎn)線的“精準(zhǔn)配送”、工廠的智能倉儲與物流，以及工廠智能物料管理系統(tǒng)、供應(yīng)鏈協(xié)同平臺四大核心內(nèi)容，以及對項目創(chuàng)新性、關(guān)鍵技術(shù)突破、應(yīng)用價值等內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。

諾力“未來工廠”整體規(guī)劃圖

諾力數(shù)字大腦整體實施方案

諾力“未來工廠”整體建設(shè)方案

二、總裝產(chǎn)線的“精準(zhǔn)配送”

總裝自動化生產(chǎn)線主要用于物流搬運設(shè)備的裝配，實現(xiàn)了無人化作業(yè)（由AGV車輛靈活組合而成，實現(xiàn)工作流自動化）、智能生產(chǎn)管控（與MES系統(tǒng)完美對接，物料精確配送）、智能監(jiān)控與柔性生產(chǎn)（建立在線檢測設(shè)備，機(jī)器人輔助裝配）、產(chǎn)品全周期管理（螺栓擰緊數(shù)據(jù)可保存，可追溯，可傳輸）。

自動化生產(chǎn)線采用背馱式AGV；裝配作業(yè)且工位之間通過AGV自動轉(zhuǎn)運的柔性生產(chǎn)方式；物料自動配送采用AGV+托盤的形式，對裝配工位的物料進(jìn)行按需、按周期自動配送；裝配工裝（不同的工件都統(tǒng)一配置工裝方便轉(zhuǎn)運與裝夾，工裝與AGV固定連接）；每個人工裝配工位配置動態(tài)電子作業(yè)指導(dǎo)、掃描槍；搬運車上件與翻轉(zhuǎn)工位采用ABB 6關(guān)節(jié)機(jī)器人作業(yè)；裝配后需要檢查的質(zhì)量點都在裝配工位設(shè)置激光測距檢查、圖像傳感器（CCD）；在返修區(qū)設(shè)置緩存工位，當(dāng)主線有工位不能按節(jié)拍要求完成時，需轉(zhuǎn)運至緩存工位，保證主線的順暢；整車裝配檢測完成后通過人工轉(zhuǎn)運包裝線，完成整車的包裝。

其中，背馱式AGV可實現(xiàn)向前移動、左右轉(zhuǎn)向，可沿任意曲線連續(xù)運行，全方位高效靈活移動。可應(yīng)對各種復(fù)雜路面，室內(nèi)室外行駛平穩(wěn)。定位精度可達(dá)±10mm；使用壽命長；極具安全性和可靠性；車輪結(jié)實耐用，承載能力強(qiáng)，不損傷地面。

AGV可按生產(chǎn)節(jié)拍需要設(shè)定同步運行和步進(jìn)運行兩種運行模式，亦可采用全自動/手控的運行控制方式。速度調(diào)節(jié)范圍為0～10m/min；AGV前端配置進(jìn)口的紅外防撞傳感器和故障聲光報警裝置，輕觸式機(jī)械防碰裝置及進(jìn)口的行程開關(guān)。

三、智能倉儲與物流系統(tǒng)

總裝自動化產(chǎn)線

自主研發(fā)的5G+AGV作業(yè)場景

AGV在生產(chǎn)線的應(yīng)用場景

物流搬運設(shè)備的智能制造，需要大量的原材料、外購件、生產(chǎn)部件、工藝裝備的存儲。除原材料、焊料、油品采用以上平庫倉儲出庫調(diào)度流程外，針對外購件、外協(xié)件、組裝部件等建設(shè)3座自動化立體倉庫，實現(xiàn)了各類物料自動化倉儲作業(yè)，應(yīng)用自主物料搬運機(jī)器人，進(jìn)行收貨入庫到轉(zhuǎn)運上架、線端配送到自動化立體倉儲等內(nèi)部各個環(huán)節(jié)的物料搬運、轉(zhuǎn)移等操作。

主要運作流程如下：

1.半成品庫出入庫

機(jī)加半成品（或空托盤）需要入庫時，叉車AGV把貨物直接放置在入庫口的輸送機(jī)上，外形檢測合格后直接輸送到入庫方向的輸送機(jī)上進(jìn)行入庫，外形檢測不過關(guān)的貨物直接退回入庫口進(jìn)行人工整理再次入庫；當(dāng)半成品（或空托盤）需要分揀或直接出庫時，堆垛機(jī)把貨物直接輸送到出庫口或分揀臺。此時工業(yè)車輛根據(jù)出庫口的顯示屏的提示，把貨物運送到相應(yīng)位置。（參照圖1）

圖1 半成品庫布局示意圖

圖2 貨物分揀示意圖

2.外購件庫出入庫

外購件庫的出入庫作業(yè)，與半成品庫出入庫作業(yè)流程基本相同。（參照圖3）

圖3 外購件庫出入庫示意圖

3.涂裝庫出入庫智能化

當(dāng)貨物（或空托盤）需要入庫時，叉車把貨物直接放置在入庫口的輸送機(jī)上，外形通過檢測合格后直接輸送到入庫輸送線上，經(jīng)過輸送機(jī)到達(dá)堆垛機(jī)進(jìn)行入庫，當(dāng)外形檢測不過關(guān)的貨物直接退回入庫口進(jìn)行人工整理再次入庫。

當(dāng)半成品（或空托盤）需要出庫或分揀時時，堆垛機(jī)把貨物直接輸送到出庫口輸送機(jī)上，然后通過穿梭車直接轉(zhuǎn)運到出庫口的輸送機(jī)上，需要直接出庫的貨物，工業(yè)車輛根據(jù)出庫口的顯示屏的提示把貨物運送到相應(yīng)位置。（參照圖4）

圖4 涂裝庫出入庫布局

四、工廠物料管理系統(tǒng)與數(shù)字化協(xié)同平臺

1.智能物料管理系統(tǒng)

“未來工廠”的智能物料管理系統(tǒng)集成應(yīng)用了MES、ERP、WMS、APS等各類系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了正常物料的精準(zhǔn)、高效管理。物料管理流程，如圖5。

圖5 “未來工廠”物料管理流程示意圖

通過MES系統(tǒng)物料管理順暢化完成生產(chǎn)領(lǐng)料、半成品完工入庫環(huán)節(jié)。

下料、機(jī)加生產(chǎn)環(huán)節(jié)從ERP系統(tǒng)領(lǐng)取物料，生產(chǎn)完工后與WMS系統(tǒng)交互入半成品庫。

焊接所需物料由MES系統(tǒng)負(fù)責(zé)的焊接二次配套區(qū)分揀配送，焊接完成后進(jìn)行焊接打標(biāo)標(biāo)識并對焊后緩沖區(qū)物料進(jìn)行管理，噴涂過程中根據(jù)物料上線順序進(jìn)行編碼綁定，并在噴涂下線后進(jìn)行重新打碼，入WMS管理的噴涂半成品庫。

部裝生產(chǎn)所有物料實現(xiàn)打碼標(biāo)記，并入WMS系統(tǒng)管理的外購件庫。

裝配生產(chǎn)環(huán)節(jié)根據(jù)訂單物料齊套狀況由各庫房進(jìn)行物料配送，同時MES系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理線邊標(biāo)準(zhǔn)件叫料管理，產(chǎn)品裝配完工后下線打碼放置在成品完工區(qū)，同時通知ERP入成品庫。

由“鳥翼上系上了黃金，這鳥便永不能再在天上翱翔了?！蓖ㄟ^類比推理的三個過程，得出結(jié)論：“人的身心被貪欲所束縛，這個人便永不能在人生的道路上輕裝前行了?！边@個結(jié)論也可以擴(kuò)展為：對財富的貪欲，使人失去了自由。

針對訂單所需庫存物料無法進(jìn)行物資鎖定，系統(tǒng)規(guī)劃訂單物料齊套原則。判讀訂單物料齊套時計算各物料的實際可用量。

高級計劃與排程系統(tǒng)（APS）運行時需首先判讀當(dāng)前訂單物料是否齊套，即將領(lǐng)用的物料量與實際可用量進(jìn)行比對，如滿足需求即可將生產(chǎn)計劃排產(chǎn)下達(dá)。當(dāng)訂單物料真實出庫后，同時對現(xiàn)有庫存量和領(lǐng)用量進(jìn)行變更。此外，當(dāng)ERP生產(chǎn)計劃變更時，也要同步釋放被占用的庫存。（參照圖6）

圖6 高級計劃與排程系統(tǒng)管理

2.供應(yīng)鏈協(xié)同平臺

為了解決供應(yīng)商溝通周期長、采購管理滯后、對賬數(shù)據(jù)更新慢、不能協(xié)同管理、數(shù)據(jù)無法共享等痛點問題，“未來工廠”建設(shè)產(chǎn)供銷資源集成平臺，通過云上產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)制造資源的動態(tài)分析和柔性配置。建立“高質(zhì)量、高效率、高效益、可持續(xù)”供應(yīng)鏈系統(tǒng)，支撐企業(yè)供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)需求。兼顧整個供應(yīng)鏈資源整合、優(yōu)化，可持續(xù)降低采購成本，高效處理采購業(yè)務(wù)，實現(xiàn)降本增效，提升公司管理，提高工作效率，提高工作效益，實現(xiàn)業(yè)務(wù)和系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

五、智能物流項目創(chuàng)新與亮點

1.以自主技術(shù)為核心解決整體物流智能化需求

諾力根據(jù)智能物流裝備制造業(yè)的特點，提出全面、完整的工廠整體物流系統(tǒng)解決方案，采用自主研發(fā)的智能立體庫，運用自主開發(fā)的廠房一體化設(shè)計、自動化立體倉儲、基于條碼和RFID識別技術(shù)的智能倉儲管理系統(tǒng)WMS，以及自主研發(fā)的基于5G通信技術(shù)的AGV搬運系統(tǒng)、基于電磁導(dǎo)引和環(huán)境導(dǎo)引的搬運機(jī)器人/碼垛機(jī)器人的智能物流裝備等核心物流裝備及軟件，實現(xiàn)與產(chǎn)線無縫對接下線產(chǎn)品自動打碼掃描入庫，具有靈活自定義配盤規(guī)則以提高取料效率，具備物料配送自主決策，并搭載智能運維平臺數(shù)據(jù)云存儲可追溯。

在整個工廠各個工序環(huán)節(jié)建設(shè)起擁有自主知識產(chǎn)權(quán)自動化物流基礎(chǔ)平臺，實現(xiàn)物料管理的集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化，實現(xiàn)生產(chǎn)物流的智能化，形成自主智能物流系統(tǒng)整體解決方案的示范運用。

值一提的是，“未來工廠”項目中諾力自主品牌產(chǎn)品（含裝備、系統(tǒng)、軟件）采購額占比達(dá)79.8%，采用的自主品牌工業(yè)機(jī)器人已通過CR認(rèn)證，關(guān)鍵裝備數(shù)控化率達(dá)到95%以上、生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集率達(dá)到95%以上、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）之間的數(shù)據(jù)自動傳輸率達(dá)到100%。

2.智能物流裝備關(guān)鍵技術(shù)取得突破

諾力“未來工廠”建設(shè)項目通過自主創(chuàng)新和聯(lián)合創(chuàng)新，實現(xiàn)了多項技術(shù)創(chuàng)新與突破：

車輛調(diào)度系統(tǒng)數(shù)字孿生界面

智能倉儲及物流系統(tǒng)通過堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、控制系統(tǒng)研究開發(fā)，解決了場地空間集約化利用、輸送運行效率、操作更智能化高速節(jié)能、節(jié)約人工等方面關(guān)鍵問題；開發(fā)了現(xiàn)場分散控制驅(qū)動系統(tǒng)、伺服定位系統(tǒng)、調(diào)度信息系統(tǒng)，并將電氣控制與調(diào)度軟件充分結(jié)合，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定高效；同時利用Siemens總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet的TCP/IP 協(xié)議搭載硬件設(shè)施，以集中管理、分散控制的方式將軟硬件模塊進(jìn)行組合設(shè)計，完整適應(yīng)立體倉庫系統(tǒng)特點的控制要求。

圍繞“物流機(jī)器人的創(chuàng)新與應(yīng)用”，諾力突破了“機(jī)器人多目標(biāo)協(xié)控制技術(shù)”、“高精度、高柔性存取技術(shù)”等行業(yè)共性技術(shù)難題：在機(jī)器人多目標(biāo)協(xié)控制技術(shù)突破基礎(chǔ)上，開發(fā)出了自主協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)，解決了調(diào)度系統(tǒng)任務(wù)與機(jī)器人之間多對多匹配問題、最短路徑優(yōu)化、交通死鎖與解鎖等技術(shù)難題，能實現(xiàn)50 臺及以上智能物流機(jī)器人的協(xié)同高效作業(yè)，系統(tǒng)能夠替代進(jìn)口。高精度柔性對接技術(shù)，實現(xiàn)AGV在工位節(jié)點上與對接目標(biāo)的精準(zhǔn)定位和銜接，對接定位精度達(dá)到±5mm，實現(xiàn)部分AGV技術(shù)的進(jìn)口替代。開發(fā)的適用于窄通道的“超小轉(zhuǎn)彎半徑無人駕駛堆垛車AGL-PS10LMT”最小轉(zhuǎn)彎半徑1115mm，處于國際領(lǐng)先水平。

3.實現(xiàn)云化AGV、5G+AR的技術(shù)驗證和應(yīng)用示范

諾力通過將AGV調(diào)度系統(tǒng)部署在MEC邊緣云平臺上，實現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)的云化，多廠區(qū)的AGV通過云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，借助CUII聯(lián)通2B骨干網(wǎng)，實現(xiàn)多廠區(qū)多AGV集中調(diào)度，使得物流效率最大化。在遠(yuǎn)程運維方面，研究應(yīng)用5G+AR技術(shù)，實現(xiàn)異地遠(yuǎn)程診斷與指導(dǎo)。通過將聯(lián)合研發(fā)創(chuàng)新成果應(yīng)用于本項目中，不僅實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的實地技術(shù)驗證，而且通過示范應(yīng)用與推廣有助于突破新一代信息技術(shù)在更多場景中的有效運用，帶動行業(yè)發(fā)展，助力《中國制造2025》實施建設(shè)。

4.充分運用數(shù)字孿生技術(shù)

“未來工廠”采用虛實結(jié)合手段構(gòu)建產(chǎn)線一體化生產(chǎn)管理模式，建立各產(chǎn)線制造資源虛擬三維靜態(tài)模型和運行動態(tài)模型。通過與產(chǎn)線MES系統(tǒng)集成，實時獲取車間、產(chǎn)線設(shè)備、物料、物流狀態(tài)信息及生產(chǎn)訂單執(zhí)行信息，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的鏈接與交互，虛設(shè)備可以對實體設(shè)備的運行狀態(tài)、生產(chǎn)過程進(jìn)行在線實時動態(tài)的反映和控制，實現(xiàn)信息流、物料流和控制流的有序流轉(zhuǎn)，同時還能預(yù)測可能發(fā)生的故障，及時作出決策指導(dǎo)，提高生產(chǎn)效率。

六、項目運作效果及價值

“未來工廠”智慧物流項目建設(shè)，為工廠物流的增效降本帶來了極大助力，例如智能倉儲與物流系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用最大限度地降低了差錯率和運營成本，提高工作效率和產(chǎn)能，實現(xiàn)不同重量和尺寸貨品靈活存儲，達(dá)到高效的空間利用率和庫存周轉(zhuǎn)率。總裝車間的智能物流建設(shè)在助力生產(chǎn)效率提升的同時，有效地降低了人工成本，人員減少39人，減員率平均達(dá)到60.25%。

諾力通過物流系統(tǒng)平臺型“未來工廠”建設(shè)，實現(xiàn)全流程、全周期的智能化、精細(xì)化制造，極大提升產(chǎn)業(yè)供給能力和柔性化制造能力，近幾年盡管面臨疫情的嚴(yán)峻沖擊，諾力工廠仍然保持高效運轉(zhuǎn)：與建設(shè)前的2018年相比，人均生產(chǎn)效率提高了59.68%，能源利用效率提高了104.69%，研發(fā)周期縮短了53.20%，運營成本降低了25.17%，不良率降低了43.52%。在疫情和外貿(mào)爭端的雙重壓力下，實現(xiàn)逆勢高速增長，2021年全年產(chǎn)值達(dá)到58.87億元，相比2018年提升120%以上，取得了突出的經(jīng)濟(jì)效益。

與此同時，諾力通過“未來工廠”建設(shè)，實現(xiàn)了供應(yīng)鏈企業(yè)間協(xié)作的便利化，提升服務(wù)能力和客戶滿意度，推動企業(yè)向服務(wù)型制造業(yè)轉(zhuǎn)型，而且?guī)由嫌喂?yīng)商進(jìn)行智能化、數(shù)字化改造，推動產(chǎn)業(yè)鏈智能制造生態(tài)的建設(shè)。此外，諾力“未來工廠”在技術(shù)、管理、環(huán)保等方面具有示范價值，樹立了行業(yè)標(biāo)桿，社會效益明顯。