立體式車身調度中心設計及應用

楊康和

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

立體式車身調度中心設計及應用

楊康和

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章通過對車身調度中心設計原則和功能、工藝布局、工藝流程及主要設備設施的介紹，詳細闡述了該系統的設計思路，將立體倉庫這一先進的倉儲管理技術引進到汽車整車裝配領域，為整車生產過程中的車身存儲及輸送提出了一種全新的設計思路。

車身調度中心；管理系統；巷道堆垛機

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.064

CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-196-04

1、概述

在汽車制造業，包括我公司在內的大多數主機廠在整車裝配過程中，WBS和PBS大都采用平面儲存方式，此儲存方式既浪費儲存立體空間又不便于輸送和系統管理，給生產及裝配帶來了諸多不便，是汽車整車裝配物流中的“瓶頸”。

針對上述問題，我公司在某項目中計劃采用立體式車身調度中心解決上述瓶頸問題。車身調度中心聯接整車制造沖焊、涂裝和總裝四大工藝車間，通過WBS和PBS混存的方式，實現從白車身到油漆車身最終到總裝配車間的過程存儲、排序及輸送，滿足各車間之間的車身緩存及排序需求。在生產過程中，借助自動化存儲技術，車身調度中心可滿足總裝車間多車型混流裝配排產要求，以均衡混流生產線上每個工位的總裝配時間，并實現對市場多品種、小批量需求的快遞反應。

2、車身調度中心工藝方案說明

2.1 車身調度中心設計原則

車身調度中心的設計和建設必須實現對車身的存儲、配送服務。

車身調度中心必須達到全自動存儲、自動識別、自動操作的要求，并實現全系統自動控制和現代化管理。

設計中全面貫徹物流路線短捷、方便、系統化的指導思想。

2.2 車身調度中心功能設計

車身調度中心配多臺巷道堆垛機和相配套的出入庫輸送設備。巷道堆垛機及出入庫輸送設備能夠在系統管理下，自動完成貨物的出入庫作業、對車身進行自動化管理。

車身調度中心可根據車身種類、型號等參數以及需要的數量，自動篩選出符合條件的車身，并按照任務列表出庫。

自動出入庫操作均提供軟件通信接口，以便與生產調度平臺交互。

車身調度中心控制方式要求具備：維修控制方式、手動控制方式、單機自動控制方式、全系統聯機在線全自動控制方式。

車身調度中心能夠進行車身庫存統計；按庫存的各種車身型號統計所有車身的庫存量；能夠統計某種車身的庫存量和具體存儲位置；系統能夠查詢貨位現狀；可按車身入庫日期查詢該車身信息；可按車身型號和出庫日期查詢該車身信息。

車身調度中心能對各個作業環節及各種設備運行狀況的實時監控，實時監控數據應支持仿真模擬顯示，按照不同狀態顯示當前車身調度中心存放狀態。

出庫作業可實現出庫車身轉載后空滑橇的自動回庫循環流轉。

該系統中巷道堆垛機水平行走及升降電機均要求采用交流伺服電機，其他設備變頻電機要求采用抱閘強冷電機。

2.3 車身調度中心工藝布局

根據項目輸入，結合廠區總圖設計，該立體式車身調度中心設計為長116m，寬36m，單庫位尺寸為5400×2800× 2500mm。存儲區分四層布置，每層8個通道，每條通道每層14個庫位，共計448個庫位，其中有效庫位408個。庫區內部WBS與PBS混存，可以滿足8小時的生產存儲。車身調度中心工藝布局圖1如下所示。

車身調度中心庫區采用高層立體貨架方式存儲，利用高度自動化的堆垛機進行存取，通過先進的存儲技術，實現車身存儲及分揀排序，具有高度柔性化。硬件設備包括出入庫輸送設備、高層貨架、高速堆垛機、自動化控制系統、倉庫管理計算機系統等，其中高速堆垛機負責所有車身的存取，是整個車身調度中心的核心部件。車身調度中心結構示意圖如圖2所示。

2.4 車身調度中心工藝流程說明

2.4.1 正常生產流程

焊裝來帶橇白車身→上升至焊裝鋼平臺→焊裝通廊→入庫前掃碼→車身庫西側鏈式移行機；

→需入庫白車身由四個入庫通道進入三段式轉接滾床→車身堆垛機將白車身取走并放至貨架預定位置；

→需出庫白車身由車身堆垛機從貨架取出→將白車身放置在出庫轉接滾床上→出庫掃碼→判斷為出庫白車身則進入車身庫西側鏈式移行機→判斷為非出庫車身則通過入庫通道返回庫區；

→不入庫或出庫白車身下行至車身庫南邊快速通道→旋轉90度進入涂裝通廊→進入前處理轉接工位→白車身移走后空橇進入漆后車身轉接工位→漆后車身移載至空橇上→注蠟室→涂裝通廊→入庫前掃碼→車身庫東側鏈式移行機；

→需入庫漆后車身由四個入庫通道進入三段式轉接滾床→車身堆垛機將漆后車身取走并放至貨架預定位置；

→需出庫漆后車身由車身堆垛機從貨架取出→將漆后車身放置在出庫轉接滾床上→出庫掃碼→判斷為出庫車身則進入車身庫東側鏈式移行機→判斷為非出庫車身則通過入庫通道返回庫區；

→不入庫或出庫漆后車身上行至總裝通廊→總裝車身輸送平臺→總裝滑板平臺→總裝車身轉接工位；

→車身移載后空橇通過車身輸送平臺及滑板平臺返回→總裝通廊→空橇堆垛→車身庫北面空橇返回通道→焊裝通廊→焊裝平臺→空橇解垛→空橇轉向后進入主焊線白車身轉接處。

2.4.2 非正常生產流程

當出現緊急計劃時，焊接后的白車身入庫掃碼后，不進入存儲區域，經鏈式移行機進入車身調度中心西側的快速通道，直接進入涂裝車間；涂裝漆后車身入庫掃碼后，直接由車身調度中心東側的快速通道進入總裝車間；

當焊裝車間停產或出現長時間故障、涂裝及總裝車間正常生產時，從總裝返回的空橇通過車身調度中心西側的鏈式移行機及南面的快速通道進入涂裝車間，在涂裝車間內解垛后進入漆后車身轉接工位，保證涂裝和總裝車間正常生產；

涂裝漆后車身進入總裝車間后發現車身不能按照原計劃上線，可通過臨時下線點轉至總裝車間處理。

涂裝車間生產不均衡，如果出現“只出不進”的現象，漆后車身可從空滑橇緩存線獲得滑橇進行輸送；如果出現“只進不出”的現象，空滑橇采用“等待超時即放行”的方式解決，空滑橇通過車身調度中心東側快速通道進入總裝，繞總裝后返回焊裝。

2.5 車身調度中心設備組成

根據工藝布局，該車身調度中心主要由以下設備組成：立體式高位貨架、巷道堆垛機、固定滾床、升降滾床、旋轉滾床、電動移行機、鏈式移行機、橇體堆垛機/解垛機、定位器、滑橇、鋼平臺等。其中，巷道堆垛機是車身調度中心的關鍵設備。

3、車身調度中心管理系統設計原則

車身調度中心管理系統可根據車身種類、型號等參數以及需要的數量，自動篩選出符合條件的車身，并按照任務列表出庫。

管理系統提供軟件通信接口，以便與生產調度平臺交互，可為車身調度系統與業主WMS系統提供無縫連接。

車身調度中心管理系統能夠進行車身庫存統計；按庫存的各種車身型號統計所有車身的庫存量；能夠統計某種車身的庫存量和具體存儲位置；系統能夠查詢貨位現狀；可按車身入庫日期查詢該車身信息；可按車身型號和出庫日期查詢該車身信息。

車身調度中心管理系統包括庫存管理模塊、盤庫管理模塊、貨位管理模塊、信息查詢、統計報表、庫存分析、故障處理等。能根據現場的實際情況合理的分配貨位。實現出庫、入庫、盤點等管理，支持均勻存放、先進先出、按批次出入庫等多種存儲及出入庫策略。

系統通過生產調度平臺系統進行交互，車身調度中心管理系統根據入庫任務執行入庫。交互信息包括入庫批日期、VIN信息、生產車間、入庫數量等，同時車身調度中心生成入庫明細，將存放的車身信息返回到生產調度平臺。

車身調度中心管理系統能對各個作業環節及各種設備運行狀況的實時監控，實時監控數據應支持仿真模擬顯示，按照不同狀態顯示當前立庫存放狀態,每個巷道設置一對監控攝像頭，貨架兩端出入口各設置兩個監控攝像頭。

系統可配置各種車身的存放區域，系統可根據接受的車身信息判斷出存放區域，進行自動存放。

出庫作業可實現完成出庫車身轉載后空滑橇的自動回庫循環流轉。

庫區應設置安全保護系統，確保人員進入貨架范圍內時，堆垛機立即停止工作。

原則上不允許出庫車輛重新入庫的現象，以免出現管理系統混亂。

白車身從庫區下方的快速通道輸送到涂裝通廊后，在空橇緩存區左側、移行機之前等待，前處理移載處空位后才能放行；庫區下方的快速通道至涂裝前處理移載處的輸送線上車身總數量不超過5臺，避免其堵塞空滑橇輸送線路。

盤庫時空橇優先儲存在從總裝空橇返回線上，剩余空橇儲存在涂裝通廊至總裝車間快速通道上；原則上庫區不儲存滑橇。

4、巷道堆垛機設計說明

4.1 巷道堆垛機總述

巷道堆垛機是自動化立體倉庫的主要設備，通過在巷道內進行水平往復直線、垂直升降、伸縮貨叉左右叉取等一系列協調動作，實現存儲單元貨物從巷道端口輸送機到指定儲位的入庫作業，或者從指定儲位到巷道端口輸送機的出庫作業，從而與巷道端口入出庫輸送機系統一起實現貨物的自動出入庫作業功能。

4.2 巷道堆垛機工藝參數

表1 巷道堆垛機設計參數

表2 巷道堆垛機運行參數

4.3 巷道堆垛機技術要求

4.3.1 工作原理

1）巷道堆垛機控制采用手動、自動兩種形式。輸送系統PLC通過通信處理器與監控機相連，接收監控機發出的作業命令，返回命令的執行情況和系統狀態等。電控系統具有對故障檢測和故障狀態的聲光報警及消除聲光報警功能。

2）巷道堆垛機由行走電機通過驅動軸帶動車輪在下導軌上做水平行走，由提升電機通過鋼絲繩帶動載貨臺做垂直升降運動，由載貨臺上的貨叉做伸縮運動。通過上述三維運動可將指定貨位的貨物取出或將貨物送入指定貨位。行走認址器用于測量堆垛機水平行走位置；提升認址器用于控制載貨臺升降位置；貨叉方向使用接近開關定位。通過光電識別，以及光通訊信號的轉化，實現計算機控制，也可實現堆垛機控制柜的手動和半自動控制。同時采用優化的調速方法，減少堆垛機減速及停機時的沖擊，大大縮短堆垛機的起動、停止的緩沖距離，提高了堆垛機的運行效率。

4.3.2 供電方式：安全滑觸線

4.3.3 速度控制：變頻無級閉環調速，有力矩補償，力矩限制。

4.3.4 平移及升降速度較快，運行時應有慢→快→慢的功能，確保對位準確可靠；平移及升降要有到位檢測裝置。

4.3.5 伸縮貨叉

采用雙伸位貨叉，即貨叉上叉有兩個停止位；驅動采用電機傳動，有過載保護機構和機械限位裝置，采用變頻調速控制，行走時應有慢→快→慢的功能，確保對位準確可靠。

4.3.6 巷道堆垛機的安全措施

1）松繩、斷繩保護裝置：當堆垛機提升鋼絲繩松垂或斷裂時，自動切斷提升電機電源，載貨臺制動器卡在立柱上，避免載貨臺跌落。

2）堆垛機具有過載保護裝置，當加載超過額定起重量的10%時，自動切斷起升電機電源。

3）堆垛機設有提升極限限制開關和機械緩沖雙重保護裝置。當載貨臺超出正常升降行程并達到上、下極限位置時，觸發該開關，自動切斷提升電機電源，載貨臺將停止運行。此外，在超出上、下極限位置外另加設抗沖擊性能良好的緩沖塊，迫使載貨臺停止運行。

4）堆垛機設有運行極限限制開關和機械緩沖塊雙重保護裝置。當堆垛機超出正常運行行程并達到左、右極限位置時，觸發該開關，自動切斷運行電機電源，堆垛機將停止運行；此外，在超出左、右極限位置外另加設抗沖擊性能良好的緩沖塊，迫使堆垛機停止運行。作用于緩沖塊上的力，是按堆垛機滿載和高速行走的條件下計算的。

5）堆垛機上裝有手動急停按紐，在緊急情況下，能切斷堆垛機總電源。

6）堆垛機的電氣聯鎖保護。

7）多地點操縱的堆垛機設有互鎖，以保證某一時刻，只能從一個地點操縱堆垛機。

8）各控制方式間應有互鎖，以保證在某一時刻，只允許選用手動、半自動、自動、計算機聯機控制中一種控制方式。

9）當貨叉不在中間位置（收叉時不在正確位置上）或貨叉在動作時，堆垛機行走、高速升降將被鎖定；當堆垛機行走、高速升降或堆垛機發生故障時，貨叉將被鎖定。

10）控制電路還應具備以下常規的聯鎖和保護：失壓保護，操作開關零位保護、電動機正、反轉聯鎖、不同速度級的聯鎖、短路和過載保護。

11）堆垛機配備音響報警裝置。在運行機構啟動前，應先發出音響信號。

12）堆垛機具有故障報警和自我診斷功能。

13）全部巷道口/門在堆垛機緊急停電時自動切斷電源。

14）載貨臺設有貨物超尺寸和坍塌檢測，避免貨物超出堆垛機而引起事故。

15）載貨臺設有貨位虛實檢測，以確認貨位是否有貨，避免重復入庫，當發現貨位有貨時，停止送貨并報警。

16）貨叉上裝有極限開關和機械限位擋塊。貨叉設有第一節貨叉、第二節貨叉居中檢測，以防止堆垛機在行走和升降時，貨叉出現誤動作。同時在貨叉運行的終端設有極限開關和機械限位擋塊，以確保堆垛機在有軌巷道內運行的安全。

17）貨叉上裝有扭力限制器，當貨叉伸出過程中碰到障礙物，當阻力達到規定值時，貨叉扭力限制器打滑，貨叉停止伸叉。

18）堆垛機行走輪前方設置有清軌器。

19）安全保護裝置均安裝在容易檢查和維護的位置。

5、結束語

借助先進自動化存儲技術，通過巷道堆垛機、立體式貨架及傳統輸送設備共同配合，組成一套完整的車身調度系統，并與沖焊、涂裝和總裝四大工藝車間相連接，取代傳統的WBS和PBS系統，實現從白車身到油漆車身最終到總裝配車間的過程存儲、排序及輸送，滿足各車間之間的車身緩存及排序需求。

本文通過對車身調度中心設計原則和功能、工藝布局、工藝流程及主要設備設施的介紹，詳細闡述了該系統的設計思路，將立體倉庫這一先進的倉儲管理技術引進到汽車整車裝配領域，為整車生產過程中的車身存儲及輸送提出了一種全新的設計思路。

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Stereometric formula Body Distribute Center Design and Application

Yang Kanghe
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Through the introduction of body distribute center design principle and function, process layout, process flow and major equipment and facilities, described in detail the system design, warehouse the advanced warehouse management technology introduced to in the field of vehicle assembly, vehicle student body storage in the production process and transportation of a new design ideas.

body distribute center; management system; narrow-aside stacker crane

U463.4

A

1671-7988(2016)10-196-04

楊康和（1987—），男，大學本科學歷，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。目前主要從事整車裝配工藝研究。