智能倉儲物流系統在電動重卡總裝線的設計應用

文/郎新星

一、項目背景

“工業4.0”、“中國制造2025”、“智能制造”等新興理念正以前所未有的頻率和強度沖擊著各行各業。智能倉儲物流系統作為“工業4.0”的核心組成部分，以及構建未來“智能工廠”的重要基石，在企業由“制造”向“智造”轉變過程中發揮著舉足輕重的作用，汽車工業作為制造業的典型代表同樣無法避免進入這個轉變浪潮。無論傳統燃油汽車、電動汽車以及潔凈燃料汽車的生產，都在由傳統裝配線向智能化柔性裝配線轉變。

案例項目是某新能源科技公司在常德建設以新能源重型卡車裝配為主的生產試驗基地，以改善管理系統、工藝系統、物流系統、質量控制系統為主的工藝工程。通過項目建設，實現單班年產3000輛純電動重型卡車及1.5GWh動力電池生產能力，即12輛車/班/天。本文主要介紹5#廠房電動重型卡車總裝配線中智能倉儲物流系統的設計應用。

本項目利用立體庫及垂直循環貨柜儲存貨物，最大限度地利用空間，降低企業土地成本，減少由人工操作導致的貨物破損或丟失造成的損失風險

二、項目難點

本項目智能倉儲物流系統設計應用主要有以下難點：

1.電動重卡總裝線所需物料種類復雜、數量多，部分物料需在多個工位使用。

2.物流管理涉及從來料接收、轉碼入庫到出庫配送的全流程。

3.智能物流系統直接與裝配線裝配工位配套，在物料分類存放、配送方式、配送節拍控制上均需精確到位，否則影響整條裝配線的生產。

4.與企業MES對接，MES系統需要對倉儲物流系統的實時數據、設備的實時狀態進行在線監控管理。

本項目智能倉儲物流系統設計需對該電動重卡裝配線全部物料、裝配工位進行分析，確定物料管理、配盤原則、配送節拍，選擇對應的倉儲、配送方式，定制專用的管理系統及信息接口，選配合適的硬件確保滿足MES系統以及裝配線的使用要求。

三、系統方案設計

1.物料分析

根據建設方所提供的產品構成和數據，如圖1，電動重型卡車單車裝配零部件166件，標準件1546件，共計1712件，其中需裝配166件零部件以及34種1546件標準件。

根據產品裝配工藝順序及零部件參數，同時根據大件轉運次數最小化、物料存儲面積最小化等設計原則，所有物料按存儲方式分為平庫和立庫兩大類，按存儲位置則分為6類，其中三電及管線配件等存儲在立體庫，標準件存儲在垂直循環貨柜，駕駛室車身等存儲在平庫。

2.工位分析

本項目裝配線工位共有10個，工位順序、工藝內容及工作節拍見表1。

表1：工位分析

3.硬件系統方案及流程

根據物料及工位分析內容，本倉儲物流系統采用自動化立體庫、平庫、垂直循環貨柜存儲，輸送線、AGV系統配送的基本原則， 設置鋼結構立體貨架1座，1個巷道，共252個貨位，巷道堆垛機1臺，出入庫配套AGV系統。入出庫輸送系統1套，垂直循環貨柜2臺，AGV小車2臺，計算機管理監控系統1套，主要包括立體庫單元貨物存儲區、入出庫作業區、AGV作業區。

（1）整體布局（見圖2）

圖2：硬件系統整體布局

（2）工藝流程

①來料入庫流程（見圖3）

②電機變速器及其他物資出庫流程（見圖4）

（3）效率核算

本項目自動化立庫對應15個出入庫口，按每個口在一個工作周期內工作2次，需要堆垛機作業30次。根據《有軌巷道式高層貨架倉庫 設計規范》 ZB J83 015-89 單循環作業時堆垛機平均作業周期如圖5，取P1(1/5X，2/3Y)和P2(2/3X，1/5Y)，即P1(9.6,5.7333) 和P2(32,1.72)兩點作業的平均值。

P1點運行時間:TP1 = max{ Tp1x,Tp1y } =15.7491秒，

P2點運行時間:TP2 = max{ Tp2x,Tp2y } =23.9931秒，

堆垛機平均作業時間:

Td = Tz + 2ave {TP1 ,TP2} =27.2+2 × (15.7491+23.9931) ÷ 2 =66.9421秒 ≈1.1157分鐘。

每小時的理論作業次數可以達到54次。按照本項目40分鐘一個工作周期算，一個周期內可以作業36次，堆垛機機效率完全滿足。

圖3：來料入庫流程

4.信息管理系統

根據與MES系統、建設方的充分溝通，結合對物料及工位需求的調研，本項目信息管理系統具備離線模式與在線模式，能夠手動切換兩種生產模式；在線模式為立庫受MES系統數據交互控制，離線模式為立庫脫離MES系統，能夠獨立正常入庫和出庫，保證生產的正常運行，與MES系統的數據交互采用中間表。信息管理系統分別對來料接收、合格品入庫、標準件入庫、批量出庫、缺料呼叫、AGV調度等不同工作場景進行系統設計。

本倉儲物流系統信息管理系統由WMS管理系統、采集系統、調度系統、監控系統、接口系統五部分組成。定制業務流程主要包括：待檢物料的收貨管理、物料檢測合格后的入庫管理、根據生產排產計劃的出庫管理、剩余物料的返庫管理、AGV管理。

（1）管理系統功能說明

①接口系統負責與MES進行出入庫數據對接。

②采集系統由操作員使用，進行貨物的組盤、配盤入庫、發貨確認等數據采集操作。

③WMS管理系統由管理員使用，可以對用戶進行增、刪以及對使用者權限的管理分配；對堆垛機作業數據，對入出庫單據數據的查詢、管理；對立體庫存信息進行查詢修改。

④調度系統，負責調度設備運行以及單據庫存數據更新。

⑤監控系統，負責監控設備運行狀態，輔助操作員進行設備的管理。

這五個系統互相配合完成立體庫的自動運行，其中操作員需要操作的就只有采集系統和WMS管理系統兩個系統，其余三個系統在后臺自動運行。系統功能關系圖，如圖6。

圖4：電機變速器及其他物資出庫流程

圖5：單循環作業時堆垛機平均作業周期

圖6：系統功能關系圖

（2）業務流程說明

①待檢物料的收貨管理

物料卸貨完成后，采用PDA采集物料信息，選擇、掃描或輸入物料編碼、數量，粘貼收貨標簽，將數據保存提交至MES。

②出入庫管理

根據物料的不同分別進行出入庫管理，物料根據分類分別存放于5#車間平庫、8#車間平庫、5#車間立體庫、5#車間循環柜庫中，存放于立體庫中的物料需要托盤或料箱作為載體，載體需要張貼一維條碼，以字母（1位）+數字（7位）的格式生成，托盤以“T”作為首字母，料箱以“L”作為首字母。所有收貨后的物料需要檢測合格后方可入庫。

③返庫管理

對于按生產排產計劃已經出庫到裝配工位的物料，由于修改生產計劃或其它原因終止裝配時，需要將剩余的物料進行返庫。平庫及循環柜區域重新進行入庫即可，立庫區域可利用PDA進行物料和托盤信息的采集，從裝配工位輥道入庫即可。

④AGV管理

對AGV動作、狀態進行實時監控管理。AGV工作流程，如圖7。

圖7：AGV工作流程

四、結論

本項目中，倉儲管理、物料出庫、配送等均采用智能化系統，與裝配線工藝融合、傳統倉儲物流產線分離的情況相比具有以下優勢：

1.自動化立體倉儲，節約空間，降低風險：利用立體庫及垂直循環貨柜儲存貨物，最大限度地利用空間，與普通倉庫相比可以節省60%以上的土地面積，降低企業土地成本，自動化的存取設備能減少由人工操作導致的貨物破損或丟失造成的損失風險。

2.定制化的管理系統，實現物料信息化管理：使用定制的智能倉儲物流管理系統，利用信息化的倉儲管理手段、自動化的存儲方式，對物料的數據進行實時記錄并監控，提升作業效率：來料檢驗完成后直接按工藝工位配盤入庫，節省了傳統按物料種類存放造成的多次取放物料、配盤的時間。

3.無人化配送，降低人力成本：庫體出庫口直接對應到工藝工位，按MES系統指令，按需求將物料直接送至工藝工位，減少了物料配送的距離及時間，無需人員配送，能大幅度節省人力資源，減少人力成本。

4.采用PDA、輸送線在線信息識別系統、一體機終端操作臺等信息交互手段，結合WMS物料管理系統，與工廠MES系統實現實時交互，配合工藝工位的信息系統實現了裝配線物料全流程的實時信息化管理，降低人工確認、查找物料的勞動強度，減少各環節的人工及管理成本。

智能倉儲物流系統綜合利用計算機、云計算、互聯網和物聯網等高科技技術，將高位立體貨架、巷道堆垛機、升降設備、自動出入庫輸送裝備、自動分揀系統裝備、室內搬運車、機器人等設備進行系統集成，形成具有一定感知能力、自行推理判斷能力、自動操作能力的智能系統，具有管理系統化、操作信息化、儲運自動化、數據智慧化、網絡協同化、決策智能化等突出特點，使企業的物料變成智能化的“活”物，在需要的時間，以需要的數量、需要的狀態，出現在需要的地方。隨著當前企業生產組織模式不斷升級換代，智能倉儲物流系統也迎來越來越大的發展契機，助力企業實現智能制造。