從上汽變速器看汽車動力總成工廠物流自動化建設

馬戰鵬 王 萌 范人杰 因格（北京）智能技術有限公司

上汽變速器煙臺基地通過實施入廠物流自動化項目，基本實現物料裝卸自動化、輸送自動化、倉儲自動化、揀選上線自動化、總成下線裝卸自動化、空箱返回自動化等入廠物流全過程自動化與信息化，同時在安全性、作業效率等方面得到有效提升，達到了系統設計效果。

近年來，汽車行業不斷推進智能制造發展，在智能工廠建設中越來越多地引入自動化物流系統，以優化作業流程，實現廠內物流的提質增效與成本下降。

上海汽車變速器有限公司（以下簡稱“上汽變速器”，SAGW）是國內著名的變速器生產廠商。公司在上海、山東煙臺、廣西柳州、江蘇昆山、重慶等地深度布局五大專業化、規模化生產基地，主要生產配套各類乘用車、商用車、新能源汽車變速器以及關鍵零部件，已成為國內最具影響力的汽車變速器專業研發、制造企業之一。公司總部位于上海嘉定汽車城，總占地面積91萬平方米。2019年，公司年銷售收入108億元，員工總數7000余人。

隨著《中國制造2025》的提出，上汽變速器成為上汽集團智能制造的試點單位。公司總經理錢向陽要求加快公司標準化、自動化、信息化的建設，迅速組建項目組，要求逐步完成傳統制造到智能制造的轉變。并由公司副總經理高毅華擔任組長負責公司整體智能制造項目總策劃；公司物流部執行總監劉盛東擔任副組長，負責智能物流與管理總策劃；公司管理發展部執行總監李正擔任副組長，負責智能制造信息系統總策劃；物流工程科高級經理陳煒峰擔任物流智能項目經理，負責智能物流項目的規劃以及實施。經過項目組全體成員的反復討論，最終選定在上汽變速器煙臺基地實施入廠物流自動化項目，實現物料裝卸自動化、輸送自動化、倉儲自動化、揀選上線自動化、總成下線裝卸自動化、空箱返回自動化等入廠物流全過程自動化與信息化的智慧工廠建設目標。

項目實施過程

上海汽車變速器有限公司煙臺基地（簡稱“山東上汽變速器”），2004年落戶煙臺，2018年10月，山東上汽變速器TS11產品正式下線。全新規劃建設的CVT（無級變速器）生產基地從智能生產、智能維修、智能物流、智能質量四個方向打造了業內綠色智能制造示范工廠。為此公司及計劃物流部領導們決定以TS11項目為試點平臺，招標選定因格（北京）智能技術有限公司（簡稱“因格智能”）作為此次項目的設計實施單位，對山東上汽變速器物流資源進行整合，優化物流運作模式，提升自動化率，減少物流運作人員，提高作業效率，滿足產品的高質量要求。

從2018年11月項目啟動，經歷了項目準備、藍圖設計、硬件開發、設備單調、聯調聯試、壓力測試、上線準備等各個階段，最終于2019年6月項目正式成功上線。

整個項目實施過程主要包括六大階段：

圖1 上汽變速箱物流技術發展路徑

1.前期調研階段

現場調研及現狀梳理，共進行5次，根據項目模塊以及實施階段涉及29個大類，182個分級任務；現場物流管理點梳理：從人機料法環五大環節共梳理113條現場管理點，以確保后續自動化項目實施。參見圖1。

2.項目準備階段

組織實地調研，輸出業務操作現狀及痛點梳理，針對供料模式、業務流程、拉動方式、供應商信息規范方面的現場操作的現狀梳理，確定整體業務需求及范圍，組織討論確定業務優化先行推進并組織實施，最終輸出業務需求報告，設定業務工作三級計劃。

3.藍圖設計階段

確定實施策略，最終確定系統覆蓋范圍及覆蓋業務，組織業務部門參與藍圖流程設計，通過單場景、跨系統、重點問題專題討論等方式，輸出業務主流程。

4.功能核對階段

基于確定的藍圖，系統供應商拆解成開發說明書，進行功能的確認核對，基于確定的操作，整理輸出現場硬件需求并跟蹤到位。

5.場景測試階段

系統功能開發完成后，針對每種業務場景進行功能測試驗證。在聯調聯試階段：系統與硬件準備完畢后，軟硬件相結合進行聯合場景的調試，根據實際生產的節奏，測算業務場景時間，制定聯調聯試計劃，壓力測試功能校驗，確定以超出20%的JPH，驗證可以滿足需求。在此過程中，進行問題處理及回顧：組織日問題回顧會機制跟蹤聯調的完善。

6.上線準備階段

進行上線事項核對：基于業務三級計劃進行跟蹤，多維度進行上線準備事項核對，同時為了確保上線的響應及運維，輸出3大類運維流程并組織培訓和施行。

物流系統構成與主要作業環節

TS11物流自動化項目是上汽變速器首個全廠物流自動化集成項目，參見圖2。該項目施工區域10810平方米，涉及鋪設自動化輸送線310米，AGV運行路線750米，收容物料SKU合計160種，日均物料周轉數量合計約1650箱，成品日均周轉110托，機器人快速揀選系統庫位3100個，自動化立體庫儲位448個。TS11項目最終實現了生產作業完全自動化、物料輸送完全自動化、倉儲完全自動化的智慧工廠智能生產目標。

變速器總成物料分為零部件和成品兩大類。零部件中的大件采用卡板箱、小件用川字托盤進行裝載。小件先放置在周轉箱中，并統一碼放在川字托盤上。周轉箱共有四種規格形式，最大質量15kg。具體數據見表1、表2。

自動化技術覆蓋了廠內物流所有作業環節，主要包括：外購件收貨環節、外購件存儲環節、零件揀選及上線環節、總成自動下線及自動發運環節。整套自動化物流系統設備包含：自動滑鏈裝卸系統、AS/RS智能立體倉庫、機器人快存系統、AGV自動配送系統、總成自動堆疊及裝車系統，詳見表3。

表1 零部件數據

表2 成品貨物數據

表3 自動化物流系統設備構成

圖2 TS11項目物流系統布局

1.外購件收貨環節

根據系統要求，外購件卡車停靠至自動裝卸車道口，司機完成自動裝卸道口和車輛之間的電源可信號對接；自動裝卸系統將車輛內物料自動輸送至倉庫內緩存線上；物料通過輸送機構掃描包裝標簽后，被分別送至指定存儲區域。卡板箱輸送至立體倉庫存儲區域，由堆垛機按照WMS的指令，將貨物存放到指定的貨位，同時系統完成過賬。周轉箱托盤由輸送系統輸送至機械手拆垛工位，機械手拆垛后，周轉箱輸送至機械手快存系統，并按照WMS指令存放至相應位置，系統完成過賬。外購件入庫流程完成。

2.外購件出庫環節

托盤堆垛機系統和機器人快存系統根據MES及WMS出庫需求，自動將指定的托盤或周轉箱自動取出，放置輸送線上；托盤及箱式輸送系統，根據上位調度系統將產品配送至指定輸送端口；周轉箱小件由人工方式配送至指定工位下料點；卡板箱大件物料通過自動對接方式由AGV自動配送至需求工位下料點完成下料任務，同時帶回空箱，在空箱回收點自動返空；系統完成出庫流程。

物料車間內配送由AGV實現，共設物料下線點8個、上料點1個、空箱回收點1個，共投入AGV數量為8臺，其中零件（大件）5臺，總成3臺。

3.外購件載具回收環節

AGV將生產線使用完的空的外購件載具回收到指定位置；返空的小件周轉箱通過人工方式放至輸送線上，輸送至對應端口后由人工進行碼盤作業；返空的卡板箱由AGV自動帶回，并在空箱回收點與輸送線自動對接輸送至空箱返回線；人工碼盤的小件周轉箱和空卡板箱，通過輸送線被直接輸送至自動裝卸車的空箱緩存線上，等待裝車；在滿載的車輛卸完貨后，系統自動將緩存線的空載具進行自動裝車。空載回收流程完成。

4.成品裝車環節

總成下線通過AGV送至輥筒輸送線，輥筒線通過堆疊機完成總成料架三層堆疊，通過輸送鏈自動和卡車對接。AGV卸完滿載器具后，移動至空器具輥筒線對接口，等待接收空器具；拆疊緩存輥筒線自動將空器具輸送至AGV牽引的的料架托盤車上；AGV將料架托盤車及空器具運輸回成品下線工位后，AGV返回待命區；外購件從原材料倉配送至物流緩存倉，實現卡車自動裝卸、掃描過賬、自動分配庫位存儲。

圖3 物流信息系統架構圖

圖4 線邊拉動系統流程圖

圖5 自動收貨系統流程圖

圖6 成品自動下線及發運系統流程圖

載有空器具的貨車到達裝卸道口，完成與自動對接定位裝置的對接，然后啟動自動裝卸系統；自動裝卸系統通過道口的移栽機，將空器具逐垛平移至空器具輸送線上；空器具輸送線直接與對接輥筒線對接(對中工位)，逐垛將空器具輸送至對接輥筒線上。進入對接輥筒線上的空載器具需在本工位完成器具對中，經對接輥筒線輸送至拆疊器具緩存輥筒線上(拆疊工位)，進行空載器具的拆垛。

滿載器具自動裝車：變速箱成品在下線工位由機械手執行下線裝配及碼放操作，機械手將成品直接碼放至成品器具上；MES系統發送車輛需求信息，AGV對接已裝滿的器具，沿路徑搬運至成品自動裝車位置，與自動裝卸系統對接，將滿載器具輸送到對接輥筒線上；進入對接輥筒線上的滿載器具完成器具對中，經對接輥筒線輸送至拆疊器具緩存輥筒線上(拆疊工位)，進行滿載器具的碼垛，完成3臺份滿載器具的堆疊；完成堆疊的器具被直接輸送至自動裝卸系統滿載器具輸送滑鏈線上，完成堆疊的滿載器具經滑鏈線整體移動到車輛裝卸貨對接口進行緩存；緩存數量滿足裝車要求數量以后，啟動自動裝卸系統將成品自動裝入車內，完成成品裝車任務。

物流信息系統方面，通過WMS系統指揮WCS系統自動完成入庫、庫內作業、出庫等系統操作，WMS系統與SNC、MES、ERP、WCS系統高度集成。TS11項目多系統集成，架構設計為三層：系統管理層ERP、執行系統（訂單協同SNC、倉庫管理系統WMS、制造執行系統MES）、控制系統（倉庫控制系統WCS、自動小車AGV）,SAP系統負責所有賬務的管理；執行系統中，SNC負責與供應商交貨協調，WMS負責倉庫賬務進出存狀態管理，MES負責產線物料拉動、繳庫管理；控制系統負責自動化設備的調度運營。從而實現供應商訂單入庫、出庫、報交的信息自動化，以及實物裝卸、上架、配送、發運的自動化.即供應商SNC產生送貨單，傳遞至ERP和WMS；當物料入庫時，由WMS傳遞至WCS進行自動入庫存儲；物料消耗時，由MES根據消耗產生拉動信息，傳遞至WMS產生波次自動控制WCS出庫揀貨，同時調度AGV進行自動配送。參見圖3。

項目難點與技術創新

1.無人化場景實現

此項目的主要創新點及設計難點在于，所有入廠物流環節（從原材料入場卸貨，到入庫存儲、物料出庫上線，成品下線，成品料架自動裝車）都實現了無人化操作，倉儲環節與生產環節無縫對接，是汽車零部件行業首個實現入廠物流全自動化的項目。

2.大量減少了人為干預造成的錯料、貨損

從物料到場到物料配送上線，全部是自動化完成，通過智能WCS系統對物料全部是智能追蹤，完全不需要人員參與，減少了員工識別上的差錯幾率，同時也大大減少了拉動不均衡（多配送、少配送、早配送、晚配送）造成的線邊工位物料擁擠或者缺料的風險。

3.物流作業效率大大提升

特別是自動裝卸車系統的應用，從滿箱卸車到空箱裝車，都可以在5分鐘內全部完成，整個裝卸貨過程只需司機按下按鈕，完全替代了叉車作業，省去叉車與裝卸工，減少人力，人員成本優化70%以上；裝卸作業零貨損，安全風險低；裝卸效率大幅提升，與叉車作業相比效率提高10倍以上。此外，采用自動裝卸系統還可以節省大量運力與倉儲面積，單日可節約3輛次以上的運力，成品物料裝卸和空器具回收僅需要占用2個道口空間。

山東變速器公司通過此物流自動化項目的實施，基本實現倉儲以及現場物流作業無人化，同時在安全性、作業效率等方面得到有效提升，達到了系統設計效果，得到了各相關部門及公司領導的高度肯定和贊賞。

目前，汽車零部件制造行業需要在重復性工作中提高自動化技術的投入，零部件物流中的倉儲環節和上線物流環節大幅提升自動化水平，能夠提高物流效率，降低物流成本。自動化項目的成功上線及運用，能夠有效改善優化這些環節，同時顯著提升工廠物流智能化，并為推廣智能物流奠定基礎，使上汽變速器在物流智能化領域處于行業領先水平。