無紙化揀料防錯系統的設計與開發

張葉　李虎　劉洋

摘要：近年來，隨著汽車行業的飛速發展，汽車品牌與汽車型號都迎來較大增長，這就給汽車生產過程增加了很大的復雜性，給汽車總裝車間物料揀配增加了難度并且加大了出錯率，為了應對這種情況，文章設計的無紙化揀料防錯系統不僅很大程度降低揀配過程的出錯率及漏揀率、提高了揀配效率，而且降低了揀配過程中的成本，針對內飾線體零件揀配進行了優化，提升了總裝車間內飾線體的裝配效率。在汽車總裝車間應用無紙化揀料防錯系統具有重大意義及經濟價值。

關鍵詞：無紙化；揀料防錯；總裝車間

中圖分類號：TN206? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）34-0091-03

1 引言

近年來，汽車行業發展迅速，市場中涌現出越來越多的汽車品牌，特別在新能源發展如此迅速的環境下，競爭也隨之加劇。在這種背景下，汽車工業生產中的生產效率需要不斷提高，而作為汽車生產過程中至關重要的一環，在汽車裝配過程中，物料的及時準確供應尤為重要，否則一旦有零部件錯揀或漏揀，就會導致生產線上的錯裝和漏裝，輕則引起生產線停線，重則影響到產品的最終質量和性能，給工廠帶來重大經濟損失[1]。

針對汽車零部件的物料揀選，目前國內外學者已經從多個方面開展了研究，陳正豐等通過平準化揀配作業研究，提出了基于工作量均衡的物料換裝作業人員分配及提升車輛裝載率的汽車零部件揀配作業方案，提升了揀配作業效率，提高了配送車輛裝載率，減少了緊急拉動訂單數[2]；孫林輝等對總裝廠線邊分揀標準化作業進行研究，通過在改善貨架、SPS小車、操作流程基礎上，運用模特排時法制定出流程優化后的標準時間，極大提高了工作效率和裝配線柔性[3]；趙文朋等針對汽車零部件首批倉庫的業務特點，設計了語音揀選系統來替代人工掃描揀選，提高了首批倉庫內作業人員的揀選效率并降低了設備成本[4]；劉韓影設計了基于汽車標準件裝配指示裝置，當防錯系統收到訂單任務后會找到對應的料架并使其亮燈，能夠滿足防錯要求[5]；董洪鵬等設計了揀料防錯系統通過掃描揀料單，然后以指示燈亮燈的形式指導揀料工人準確揀料，極大減少了出錯率和漏揀率，提高了生產效率[1]。本文設計的無紙化揀料防錯系統參考了以上研究中的設計理念及方案，并進行了優化，使其不僅在揀料效率及生產效率上有了很大提升，同時實踐了可持續發展的綠色低碳理念，采用無紙化方案極大地降低了生產成本。

2 總體設計結構

如圖1所示為無紙化揀料防錯系統總體設計方案架構，LES物流執行系統主要負責汽車生產過程中的物料調配與物流管理，工作人員會每日維護汽車生產計劃到LES系統中，在生產過程中，LES物流執行系統會按照汽車生產計劃將每臺車的訂單BOM（Bill of Material）數據通過接口傳輸給PTL（Pick To Light）系統，PTL系統中記錄了汽車生產中每個零件所在的位置以及每個位置上指示燈的號碼，PTL系統會自動生成揀料單并將揀料計劃（每臺車所需零件對應的燈號）通過OPC（OLE for Process Control）服務下發給PLC（Programmable Logic Controller），PLC會將這些燈號信息存儲在緩存區中，當揀料工準備揀料時，會掃描用來裝載汽車零部件的料車上的唯一的二維碼，掃描后系統會自動根據生產順序與揀料單進行綁定并向通過OPC向PLC發送該揀料單的亮燈指令，指示燈亮燈后，揀料工開始揀料，揀料完成后，揀料工會按動完成按鈕，PTL系統會再通過接口將揀料完成信息回傳給LES系統，以便LES系統對物料進行扣減以及及時補充。

3 系統流程設計

系統流程如圖2所示，主要分為以下幾個環節：

1） LES會根據生產計劃將每臺車的生產BOM數據通過接口傳到PTL系統，PTL系統收到BOM數據后會根據揀料區（一般每個揀料區對應一條裝配線，如門線、內飾線、發動機線等，各個車企根據自身條件略有差異）為各個揀料區自動生成揀料單，并且根據揀料單上的零件信息將零件對應的指示燈號通過OPC服務下發到PLC。

2） 揀料工需要在各個揀料區的上位機（如圖3所示）上登錄PTL系統揀料頁面，每個揀料區都會分配特定用戶以用于區分各用戶操作。

3） 登錄成功后，棄用常用的紙質揀料單，揀料工只需使用掃碼槍掃描agv小車所拉的四臺料車上的唯一條形碼，掃描完成后，系統會自動將四個料車碼依照生產順序與四臺車的揀料單綁定在一起，并且通過OPC服務發送請求到PLC。

4） PLC接收到請求后，會在內存中找到第一步中已經下載到PLC的對應揀料單的指示燈號的信息，并依據燈號數據來亮燈。

5） 揀料指示燈亮后（揀料指示燈默認會顯示四個紅色的0，PLC發送請求后會顯示四個綠色的數字），揀料工根據指示燈及燈上的顯示數量來揀料，如圖3所示，指示燈上四個數字分別代表4個料車上應該放置的零件數。

6） 當揀料工根據指示燈將物料放到料車上后，揀料工需要撥動指示燈下的開關將燈復位表示該零件已揀料，當所有零件都已完成揀料，揀料工需要按一個該工位上的按鈕，PTL就可以收到揀料完成的信息并做記錄，也會將揀料完成信息回傳給LES系統。

7） 揀料完成后，裝載物料的料車就由agv小車沿指定路線拉到裝配線上。

8） agv小車將物料拉到裝配線上后，裝配線工人從料車上取物料開始裝配汽車。

9） 當裝配完成后，agv小車會拉著空料車回到揀料區等待揀料。

4 系統功能

本文設計的無紙化揀料防錯系統分為系統管理、基礎數據管理、接口處理、生產管理、系統監控、追溯管理6大功能模塊，圖4為系統各功能模塊的分解視圖。

各系統功能模塊分解視圖的概述如下：

1） 系統管理：用于維護系統登錄用戶及相應權限相關信息，包括用戶管理、用戶組管理、權限管理、密碼修改、操作日志記錄查詢，其中操作日志記錄查詢可以查看每個用戶對數據的操作記錄。

2） 基礎數據管理：此模塊主要功能為對基礎數據進行維護，包括區域基礎數據維護、工位基礎數據維護、料架基礎數據維護、庫位基礎數據維護以及零件基礎數據維護，每個區域上都有多個料架，料架上有多個庫位，每個庫位用于放置零件，每個工位負責多個料架上的零件。

3） 接口處理：此模塊功能主要負責與LES系統交互，BOM數據接收接口用于接收LES下發的BOM訂單數據，而揀料數據回傳接口負責給LES回傳揀料結果。

4） 生產管理：用于查詢生產數據以及進行掃碼揀料功能，包括生產序列、物料明細以及掃碼揀料，其中生產序列功能可以查詢出所有在生產計劃中的車輛信息，物料明細功能可以查詢出LES傳過來的每臺車所需物料的明細數據，而掃碼揀料頁面是供揀料區的揀料工揀料所使用的功能。

5） 系統監控：由于PTL系統需要PLC交互，所以提供此功能來監控系統與PLC的連接狀態。

6） 追溯管理：此模塊功能主要負責對揀料過程的數據提供監控及查詢功能，包括揀料過程查詢、揀料零件信息查詢以及揀料異常信息查詢，如果在裝配線工人裝配汽車時發現料車上的零件缺少或者型號不對等問題，可以通過查詢揀料單信息來定位問題。

5 內飾線體特別處理

在汽車總裝車間內，內飾裝配線是裝配速率最慢的線體，如果能夠提升該線體的裝配效率，就能夠極大提升總裝車間整體的生產效率，所以對內飾裝配線裝配流程進行研究具有重要意義及經濟價值，如圖5所示為內飾裝配線裝配示意圖，在流程優化前，裝載物料的料車會從揀料區由agv小車拉到裝配線上，料車會如圖中所示擺放在裝配車的前面，裝配工人會從料車上取料裝配到車輛上，由于一個料車對應一臺車，裝配工人需要頻繁在料車與車輛之間走動，而在裝配車輛后半部分的零件時，裝配工與料車之間的距離將達到將近一臺車長度的距離，效率比較低下而且頻繁地走動會使裝配工產生疲勞，所以優化此流程對該線體乃至總裝車間來說是非常有意義與價值的。

經過充分實地調研與研究，本文提出一個可行的方案并已付諸實踐，本文針對內飾線體，在PTL接收到LES傳過來BOM數據后，生成揀料單時，會進行拼單處理，將一臺車的后半部分與后一臺車的前半部分拼成一個揀料單，在揀料完成后，相應料車上放置的就是當前車后半部分的零件與后一臺車前半部分的零件，例如：如圖5所示，以2號料車為例，2號料車上放置的就是1號車后半部分的零件與2號車前半部分的零件，以此類推，這樣在裝配工裝配2號車前半部分時，該裝配工只需到2號料車上取2號車前半部分需要的零件，裝配2號車后半部分時，到3號料車上取2號車后半部分所需的零件。通過實地測試，該方案能夠極大提升該線體的生產效率，同時為裝配工提供了便利，減輕了他們的疲勞感。

6 結束語

進入21世紀以來，我國的汽車產業發展非常迅速，尤其在新能源車領域，形成了種類齊全、配套完整的產業體系。同時，我國的汽車行業競爭也在隨之加大，涌現出越來越多的造車新勢力，由此，提升汽車生產效率顯得尤為重要，本文設計的無紙化揀料防錯系統通過提高總裝車間揀料過程中的效率，降低錯揀率、漏揀率，對內飾線體進行優化來提高其效率，極大地提升了汽車的生產效率，在此基礎上，該系統棄用了傳統的紙質揀料單，為車間節省了生產成本，同時響應了國家的可持續發展戰略。

參考文獻：

[1] 董洪鵬，魏磊.揀料防錯系統在汽車總裝車間的應用[J].沈陽理工大學學報，2018，37（4）：27-31.

[2] 陳正豐，董寶力.汽車零部件平準化揀配作業優化研究[J].成組技術與生產現代化，2017，34（3）：47-53.

[3] 孫林輝，章藝蒙，陳鋼，等.汽車總裝廠線邊零部件分揀標準化作業研究[J].人類工效學，2016，22（5）：25-31.

[4] 趙文朋，吳姚平，甘鳴駒.語音揀選系統在汽車零部件首批倉庫揀選業務中的應用[J].物流技術，2017，36（1）：129-134，175.

[5] 劉韓影.基于汽車標準件裝配防錯指示裝置的設計與開發[J].電子世界，2019（22）：190-191.

【通聯編輯：謝媛媛】