中車株機領先的智能生產物流系統

供稿/法布勞格物流咨詢（北京）有限公司

作為中國最大的電力機車研制基地，中車株洲電力機車有限公司于2015年攜手法布勞格物流咨詢公司開始打造現代化智能物流系統，并選取了以轉向架事業部擴建新廠房為示范點。通過對轉向架事業部立體自動化倉庫系統整體規劃、生產車間智能物流規劃優化，從而達到率先在該行業實現工業4.0智能生產物流實際運用的目標。

中車株洲電力機車有限公司（簡稱“中車株機”）作為中國中車旗下的核心子公司，是中國最大的電力機車研制基地、湖南千億軌道交通產業集群的龍頭企業，被譽為“中國電力機車之都”。 公司主要業務集中在電力機車、城軌車輛、城際動車組領域，同時也在大力開拓維保、總包工程、超級電容、車輛高低壓電器、制動系統、磁浮車輛、儲能式有軌/無軌電車等新產業領域。

項目背景

隨著中車株機業務種類及規模的不斷拓展以及《中國制造2025》戰略的逐步推進，信息化、自動化、智能化技術的應用不斷推動裝備制造業升級改造。并且伴隨工業 4.0 概念的引進，基于信息化和標準化發展的智能化生產物流系統建設迫在眉睫。

2015年，中車株機攜手法布勞格物流咨詢公司開始打造現代化智能物流系統，以“建立一套物流作業標準，制定一套物流管理流程，培養一批優秀物流人才”為目標，遵守精益物流思想，結合物聯網技術進行整體方案優化，消除浪費的時間和多余的作業步驟，改善物流運作的品質、交貨期和成本，實現精益運作及后期的持續改善。

智能物流是利用物聯網的信息化集成技術，使物流系統能模仿人的智能，具有思維、感知、學習、推理判斷和自行解決物流中某些問題的能力，它是物聯網技術的體現。由于中車株機轉向架事業部已具備智能物流項目開展的基本條件，因此智能物流系統項目以轉向架事業部擴建新廠房為示范點進行打造。

中車株機智能物流系統的建設思路可概括為：生產線每消耗一個產品，該信息立刻傳回到庫房，信息網絡把所有的生產物流和生產能力進行統籌，根據每天的生產計劃確定物料需求和物料消耗情況，及生產能力分布情況，對包裝物流進行調度，實現零庫存以及全過程高度智能化（信息收集智能化、倉儲管理智能化、物料配送智能化、計劃協同智能化、智能決策等）。

擴建新廠房概況

擴建新廠房整體功能區工藝布局如圖1所示。其中， A棟為車軸加工生產線和車輪油漆生產線，B棟為車輪加工生產線和地鐵驅動組裝生產線，C棟為機車驅動組裝生產線，D棟為構架焊接生產線、C棟南邊黃色區域為自動化立體庫房。

該自動化立體庫主要用于機車輪對驅動裝置待組裝物料、城軌軸箱組裝物料的線邊存放、配送及城軌輪對的緩存。

智能物流包裝器具方案

圖1：擴建新廠房布局示意圖

圖2：物流包裝器具

圖3：根據零部件包裝屬性對部件包裝器具選型

物流包裝規范化、標準化是實現物流自動化、信息化的基礎。根據零部件分類建立標準化的物流包裝體系，并與轉運工具相配合，為齊套化、節拍化、自動化配送奠定了基礎。

中車株機的智能物流整體包裝器具規劃以“小批量包裝，多頻次供貨，高質量”的精益物流為理念，以標準化的包裝體系為基礎，為智能物流項目配備或設計合適的標準數量的料箱和器具。基于德國VDA標準將總體物料歸入三類：KLT（小件）、GLT（大件）、SLT（特殊件）。參見圖2、3。

料箱及器具設計充分考慮人機工程，要求做到：保證零件質量，使準備時間最少；內部、外部、跨廠區供貨的供應商料箱器具標簽最少包括零件號、供應商、生產日期、發運日期、數量及庫位；全供應鏈盡可能使用可回兌式（儲運一體化）料箱及專用器具，推行免包裝，減少供應鏈包裝成本，提高效率；對于正常車型及新車型零部件的運輸，要求使用被確認的料箱及器具，倉儲操作中要使用指定的料箱及器具。

智能物流信息采集系統

智能物流對實物流與信息流要求高度一致。中車株機通過采用全過程二維碼及立體庫托盤RFID技術，實現物料流轉過程中大量數據的高效實時自動采集與監控，通過手持終端及RFID讀寫器，獲取入庫、檢驗、出庫、倉位、包裝、裝卸搬運、工位配送運輸和自制件加工流轉各個環節的大量信息，并進行數據捆綁，通過系統能夠準確掌握物料、配送工裝和倉庫的即時信息。

條碼及RFID使用范圍

由于RFID標簽成本高，智能物流信息采集使用“立體庫托盤RFID標簽，配合物料二維碼”的模式，即物料流轉全過程使用二維碼，從到貨入庫、質檢、存儲、配送、交接直至生產線邊各工位，配合物料進立體庫存儲的托盤或直接進立體庫存儲的器具采用RFID，通過手持和RFID讀寫器的結合使用，實現物料數據的綁定和數據上傳。

RFID讀寫器與標簽布局

RFID技術在立體庫及轉向架配送庫出庫待發區使用。在轉向架配送庫房配備手持終端，出庫門安裝RFID固定閱讀器，在立體庫配備手持終端，入庫區尺寸檢測機構安裝固定RFID閱讀器,完成物料流轉信息的自動采集。參見圖4和5。

RFID使用關鍵環節

手持無線終端在倉儲配送庫或直流件供應商處對托盤RFID標簽號進行讀取，并掃描托盤上的物料二維碼，進行數據綁定；托盤物料搬運至立體庫入庫交接區或車間物流門，立體庫房RFID讀寫器或車間物流門RFID讀寫器讀取RFID標簽數據，獲取托盤物料信息并上傳立體庫倉庫管理系統，進行倉儲物料智能管理。參見圖6。

智能物流IT系統

在智能物流IT系統實施之前，中車株機工廠信息系統使用EAS系統集成各業務的模式進行業務運作，資源共享模塊多，速度慢，以結果為導向的EAS系統中的倉儲管理模塊及生產執行模塊已經不能滿足物流管理精細化的要求。規劃后的智能物流IT系統包括：WMS、MES、IWMS和SRM。

WMS系統

倉庫管理系統WMS應用于倉儲配送庫、發運庫、備品備件庫、成品庫及材輔料庫的倉儲管理作業，根據業務需求定制系統業務支持功能，如質檢、出入庫、上下架、盤點、報表分析等倉儲管理業務。WMS獨立于EAS系統運作，并與EAS系統作數據對接，進行庫存數據傳遞；并與MES系統對接，進行生產數據實時交互。

IWMS系統

自動化立體庫管理系統IWMS包括立體倉庫管理系統、庫房控制系統。IWMS與公司WMS系統對接，完成立體庫物料需求信息上傳，及WMS系統物料配送信息傳遞；并且IWMS系統與MES系統對接，接收生產實時物料需求信息，同時與庫房控制系統對接，對整個庫房自動化設備進行組織和調配如堆垛機運作、LED狀態顯示、立體庫庫房監控畫面、AGV配送等。

圖4：RFID讀寫器布局

圖5：RFID標簽布局

圖6：RFID使用關鍵流程

MES系統

生產管理系統MES與EAS系統對接，完成項目計劃接收，生成物料需求計劃、生產計劃、異常信息的上傳；與WMS系統對接，完成物料需求計劃、立體庫物料配送計劃、異常信息等數據的傳遞；與AGV系統對接，完成配送指令的傳遞，對AGV進行統一調度與管理，保證產線物料供應；與產線設備對接，完成生產指令及設備狀態數據的傳遞，對整個生產設備進行控制，保證物料需求信息實時傳遞庫房；與叉車終端設備對接，完成搬運、配送指令及設備狀態數據的傳遞，對行車及叉車進行統一調度與管理，保證上線物料及時下料到指定工位。

SRM系統

供應商關系管理系統SRM是面向供應鏈前端，用來改善主機廠與其上游供應商關系的系統，旨在改變主機廠傳統的供應商管理模式，建立雙方合作共贏的戰略伙伴關系，并通過信息手段控制優化雙方之間的信息流、物流和資金流，降低主機廠的采購成本和服務成本，增加客戶的價值，提高公司的利潤率。

智能倉儲與配送系統

中車株機轉向架事業部新擴建廠房引入了自動化立體庫與AGV系統，實現了智能倉儲與配送。

自動化立體庫

新廠房中的自動化立體庫共6層，4排貨架，2個巷道，配備2臺堆垛機。貨架單元采用3種不同規格混合布局（1300mm、2100mm、2700mm），兩個巷道物料均勻分布。在自動化立體庫貨架東側，還設置了6200mm×2500mm空托盤自動化輸送線。

自動化立體庫中心監控室可實時顯示任意一路或多路監控點的影音信息；可對任一路攝像機的顯示效果、錄像速度進行設置，以達到最佳效果；并且還可對某一路或某幾路重要監控點的圖像進行多種模式的存儲錄像以及任意控制前端云臺和攝像機鏡頭，選取最佳角度和距離監測現場情況；同時具有強大完善的報警聯動功能。

AGV自動配送系統

叉車型AGV自動配送系統由AGV系統、MES系統、WMS系統控制,能及時響應生產計劃及物料庫存等因素的變化，自動化程度高,靈活性強。IWMS系統接收MES系統的實時生產需求，由立體庫AGV控制系統，組織調度AGV，將組盤后的工位制物料，按時、按量、準確地配送到線邊工位。工序間物料轉運由MES系統根據工序物料加工狀態，調度空閑AGV，完成工序間物料配送。參見圖7、8。

AGV負責新建廠房自動化立體庫到B棟、C棟和D棟各工位物料的配送，同時將空托盤帶回空托盤存儲區，并按要求對直流供應商及廠內周轉托盤進行分類存放，將工序間周轉托盤回運至線邊指定位置。AGV在無任務的狀態下，自動前往AGV充電區充電待命。AGV路線規劃以高效、路線最短、一條流、避免交叉為原則，同時考慮車間人流安全，AGV通道與人流通道必須做到目視化，進行人車分流。

智能物流仿真

圖7：叉車型AGV

圖8：AGV線體布局

圖9：物流仿真示例

物流仿真是針對物流系統進行系統建模，并在電子計算機上編制相應應用程序，模擬實際物流系統運行狀況，并統計和分析模擬結果，用以指導實際物流系統的規劃設計與運作管理。在中國，物流仿真技術還是個比較新的概念，大多數企業對物流仿真技術應用狀況及其意義了解并不多。

物流配送過程仿真

通過模擬仿真物料配送過程,包括外部物料配送過程和車間物料配送過程,設定不同的條件值如生產計劃、設備產能、物料及包裝信息等,觀察不同條件下的物料配送狀態,分析線旁工位存放面積需求大小、器具數量、物料供應狀態、設備負荷率、物流路徑、設備及人員效率和瓶頸等，為決策者提供超前方案優化和決策依據例如物流路徑優化、配送設備、人員、瓶頸等。參見圖9。

自動倉儲系統仿真

通過模擬仿真物料在自動化立體庫區的自動存取、進出入庫、設備運作等，通過設定不同條件如每小時出入庫量、物料及息、最大庫容量等，觀察不同條件下立體庫運作狀態，分析存儲貨位利用率、設備運行狀態、庫存結構、庫存周轉率、設備瓶頸、庫房運作效率，提供超前方案優化和分析的依據如庫存結構調整、倉儲設備及人員方案等。

良好效果與未來建設規劃

該示范項目以高起點、高標準為原則，對轉向架事業部新建廠房數字化工廠智能物流項目進行規劃和指導。通過對轉向架事業部立體自動化倉庫系統整體規劃、生產車間智能物流規劃優化，從而達到率先在該行業實現工業4.0智能生產物流實際運用的目標，取得了良好效果：制定了規范標準的物流操作流程，改變了固有的物流運營理念，完善了現代化生產物流作業體系。

未來，中車株機廠區的智能化物流方案將以“數字化工廠建設信息化需求(工業4.0)”為目標,以“工廠現有 IT 系統運營”為基礎，以“建立完善的物流IT 基礎支撐平臺、確保各業務系統實現高效、持續的運轉”為核心，進行分析和規劃，主要體現在以下幾方面：

●倉儲區域集中分布：現有倉庫分布較為分散，不利于集中管理，配送路徑較長，運輸成本較高。

●智能化倉儲管理：通過信息系統（WMS、MES 等）與自動化、智能化物流設備協作，減少庫內操作人員，實現“無人倉”的目標。

●以信息系統平臺為依托的項目生產計劃協同體系建設：項目從設計、工藝、采購、上線到發運等全流程信息共享、計劃協同。

●供應鏈管理：以中車株機工廠為核心，打造一條供應商、承運商、株機工廠、消費者等協同發展的價值鏈。