周 莉/文

立體倉庫在北京奔馳發(fā)動機(jī)廠的應(yīng)用

周 莉/文

作為“德國工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的踐行示范項目，北京奔馳汽車有限公司已將領(lǐng)先的制造工藝、先進(jìn)的物流理念、快速的標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)和可靠的標(biāo)準(zhǔn)審查、以及數(shù)字化方法應(yīng)用到生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)中。其中，發(fā)動機(jī)自動化立體倉庫以完備的功能以及高速的運轉(zhuǎn)，保證了整車生產(chǎn)的排序與節(jié)拍。

北京奔馳汽車有限公司成立于2005年8月8日，是北京汽車股份有限公司與戴姆勒股份公司、戴姆勒大中華區(qū)投資有限公司共同投資，集研發(fā)、發(fā)動機(jī)與整車生產(chǎn)、銷售和售后服務(wù)為一體的中德合資企業(yè)。作為全球面積最大、綜合性最強(qiáng)的梅賽德斯—奔馳乘用車生產(chǎn)制造基地，北京奔馳為了保證生產(chǎn)的順暢、穩(wěn)定和高效，也在一直努力打造高水平的供應(yīng)鏈管理和物流運營體系。其中，立體倉庫在北京奔馳發(fā)動機(jī)廠的應(yīng)用尤其具有代表性。

一、背景介紹

目前，發(fā)動機(jī)立體倉庫（又稱“自動排序發(fā)運庫”，Sequenzier-und Versandpuffer）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于戴姆勒海外工廠。由于發(fā)動機(jī)在組裝時，需要滿足整車的裝配品種、車型等需求排序，所以必須打亂順序重新調(diào)整，按照整車JIS順序排列出庫，這是發(fā)動機(jī)立體庫的主要工作任務(wù)。

在北京奔馳發(fā)動機(jī)廠之前，發(fā)動機(jī)立體庫已在戴姆勒德國工廠（斯圖加特、科林達(dá)）中得到應(yīng)用。如今，由于中國汽車市場蓬勃發(fā)展，發(fā)動機(jī)二工廠（2020年投產(chǎn)）也設(shè)立了立體倉庫。

2016年，在德國慕尼黑舉辦的“2016年度全球卓越運營最佳工廠”頒獎盛典上，北京奔馳榮膺“最佳大規(guī)模制造廠商”獎項，成為首家獲此世界制造業(yè)頂級獎項的中國整車制造企業(yè)。2013年啟用的發(fā)動機(jī)廠，是戴姆勒在德國以外的第一家發(fā)動機(jī)廠，設(shè)計產(chǎn)能為50萬臺/年。可以說，發(fā)動機(jī)自動化立體倉庫以完備的功能以及高速的運轉(zhuǎn)，保證了整車生產(chǎn)的排序與節(jié)拍。

二、項目概述

作為戴姆勒在德國以外的第一家發(fā)動機(jī)廠，北京奔馳發(fā)動機(jī)廠坐落在北京市的六環(huán)外，與六環(huán)內(nèi)的整車廠遙遙相望，設(shè)計產(chǎn)能為50萬臺/年。發(fā)動機(jī)廠立體庫共分兩期建成，由西門子工廠自動化工程有限公司承建。貨架部分，長約50米，寬約36米，高約10米，占地面積約1800平方米。庫位方面，長52排，高7層，10條巷道（即20排料架），除去廠房立柱所減少的庫位，共計6888個庫位。庫區(qū)的發(fā)動機(jī)存儲，由10臺巷道堆垛機(jī)完成（見圖1）。

圖1：發(fā)動機(jī)立體庫全貌

圖2：料架準(zhǔn)備示意圖

圖3：交付區(qū)域

圖4：交付工位模型

圖5：WMS系統(tǒng)分配發(fā)動機(jī)存入不同巷道

圖6：高位貨架東側(cè)一層

圖7：高位貨架西側(cè)二層

圖8：從二層看發(fā)貨區(qū)

圖9：從卷簾門外看發(fā)貨區(qū)

目前，設(shè)備已經(jīng)平穩(wěn)運行4年，主要承擔(dān)著向整車廠提供排序好的發(fā)動機(jī)的任務(wù)。

三、立體庫的構(gòu)成與作業(yè)流程

發(fā)動機(jī)立體庫共有四個組成部分：入庫區(qū)（Input area）、高位貨架(Racks)、排序發(fā)運區(qū)(Sequencing and Shipping area)和操作點(Action point)。

1.入庫區(qū)

發(fā)動機(jī)的入庫系統(tǒng)需要完成3個動作：準(zhǔn)備料架、更換料架錄入信息以及入庫。

（1）準(zhǔn)備料架

每種發(fā)動機(jī)的重心、支撐結(jié)構(gòu)不同，所對應(yīng)的發(fā)動機(jī)料架也不同，料架從高位貨架區(qū)到交付區(qū)域需要一定的時間，所以發(fā)動機(jī)的信息要提前告知高位貨架。

為了騰出地面空間給發(fā)動機(jī)生產(chǎn)及線邊物流，大部分的立體庫傳輸線都架在二層鋼結(jié)構(gòu)上，立體庫的入庫區(qū)也在二層。當(dāng)發(fā)動機(jī)進(jìn)行完質(zhì)量終檢通過電梯到達(dá)二層的時候，會根據(jù)發(fā)動機(jī)型號向立體庫發(fā)送一個信號，高位貨架根據(jù)WMS系統(tǒng)里登記的料架信息準(zhǔn)備一個發(fā)動機(jī)料架。

在料架準(zhǔn)備區(qū)，空料架和將要裝載的發(fā)動機(jī)在交付區(qū)域兩側(cè)成對按序排列，每交付完一臺發(fā)動機(jī)，兩側(cè)隊列向前移動一位。相匹配的發(fā)動機(jī)與料架最終在交付區(qū)域匯合(如圖2)。

（2）交付區(qū)域

交付區(qū)域是一個人工工位（如圖3），有工人參與。根據(jù)產(chǎn)能，發(fā)動機(jī)立體庫有3個交付工位。主要任務(wù)是把發(fā)動機(jī)從用于裝配的小車上拆下來，吊裝到立體庫專用料架上。然后，專用料架會伴隨發(fā)動機(jī)一直到總裝裝車之前。

在交付工位（如圖4），工人需要確保發(fā)動機(jī)在料架上牢固放置并且鎖死，掃描料架和發(fā)動機(jī)的二維碼，將信息錄入WMS系統(tǒng)，以便總裝廠根據(jù)信息安排發(fā)動機(jī)裝車。在這一環(huán)節(jié)之后，WMS系統(tǒng)會將發(fā)動機(jī)編號（類型）與發(fā)動機(jī)料架信息綁定在一起。

（3）入庫

交付區(qū)域之后，發(fā)動機(jī)等待入庫Shuttle轉(zhuǎn)運。Shuttle可以一次接4臺發(fā)動機(jī)。

首先Shuttle將3個交付區(qū)域的發(fā)動機(jī)接過來，將其傳輸?shù)侥繕?biāo)巷道之前的傳輸線上，等待高位貨架中的穿梭車將發(fā)動機(jī)逐一儲存到高位貨架中。為防止設(shè)備故障造成的設(shè)備停機(jī)，影響發(fā)動機(jī)排序發(fā)運，進(jìn)而影響總裝生產(chǎn)，每條巷道中不同品種的發(fā)動機(jī)種類比例相同，WMS系統(tǒng)會通知Shuttle將某臺發(fā)動機(jī)送到哪條巷道（如圖5）。

2.高位貨架

發(fā)動機(jī)立體庫一期二期總共有10個巷道，貨架連成一體，內(nèi)設(shè)防火噴淋。每條巷道有一輛堆垛機(jī)完成發(fā)動機(jī)入庫與出庫，空貨架準(zhǔn)備與存放，以及整理巷道等5項工作。堆垛機(jī)插取和放置的都是專用料架，發(fā)動機(jī)放在專用料架上（如圖6、圖7）。

高架區(qū)的庫位，主要用來實現(xiàn)以下功能：

（1）存儲2.5天產(chǎn)量的庫存。

（2）發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線短時停線不影響整車生產(chǎn)。

（3）立體庫某巷道出現(xiàn)短時維修不影響發(fā)動機(jī)存儲及總裝生產(chǎn)。

（4）發(fā)動機(jī)生產(chǎn)換型不影響總裝生產(chǎn)。

（5）耦合不同車間生產(chǎn)節(jié)拍不同。

值得一提的是，為了防止某條巷道故障而影響生產(chǎn)，WMS系統(tǒng)控制每條巷道存儲發(fā)動機(jī)種類比例相同。如果由于某種原因，某條巷道的發(fā)動機(jī)種類比例與其他巷道不同（如某條巷道發(fā)生故障，品種比例沒有跟隨后續(xù)生產(chǎn)調(diào)整），在堆垛機(jī)空閑的時候，系統(tǒng)自動調(diào)整所有巷道的發(fā)動機(jī)，使比例達(dá)到盡可能的相同。

3.排序發(fā)運區(qū)

發(fā)運區(qū)由6組貨道（每組兩條）和兩組空貨架回庫通道組成，如圖8。

（1）貨道

排序發(fā)運區(qū)會根據(jù)卡車訂單，按照先進(jìn)先出的順序準(zhǔn)備好一車（84臺）JIS發(fā)動機(jī)，每準(zhǔn)備一車發(fā)動機(jī)，需要30分鐘。

圖10：等待回庫的空貨架

圖11：等待回庫的空貨架

圖12：空料架檢查工位

圖13：返修質(zhì)量抽查操作點

表1：平面存儲與全自動立體庫存儲功能對比

為了防止工人誤操作，發(fā)運線末端和卷簾門相連，只有待發(fā)運的訂單全部準(zhǔn)備完畢，卷簾門才會打開，同時卷簾門外的指示燈變綠，叉車工人可以將發(fā)動機(jī)鏟上卡車，如圖9。

（2）空貨架回庫通道

在貨道兩旁，分別有2組4道空貨架回庫通道，如圖10。

發(fā)動機(jī)裝車運到整車廠裝車完畢后，會由來取發(fā)動機(jī)的“空車”運回發(fā)動機(jī)廠。在裝發(fā)動機(jī)前，空發(fā)動機(jī)架會被首先卸下并且存儲在高位貨架中，等待下一次裝發(fā)動機(jī)。

為了防止發(fā)動機(jī)料架在運輸使用過程中損壞，不能繼續(xù)承載發(fā)動機(jī)或者損壞立體庫，在空貨架回庫的傳輸線上，安排了檢查料架的自動工位（如圖11、圖12）。該工位可檢查是否料架有超出邊界的情況（會撞壞設(shè)備），以及4面的二維碼是否清晰可讀并正確（有驗證位）。

4.（質(zhì)量）操作點

操作點（Action Point），可以理解為“質(zhì)量抽檢返修點”。

發(fā)動機(jī)立體庫有兩個操作點，一個在出庫端，靠近熱試，專門進(jìn)出需要熱試檢查的發(fā)動機(jī)；另一個在入庫端鋼平臺一層，專門進(jìn)出需要返修或質(zhì)量抽查的發(fā)動機(jī)。

在操作點（如圖13），工人通過與WMS相連的電腦調(diào)出需要熱試或返修的發(fā)動機(jī)，作業(yè)完畢之后，再通過操作點將發(fā)動機(jī)返回高位貨架區(qū)。

四、項目優(yōu)勢及前景展望

在發(fā)動機(jī)廠，以前也采用過平面存儲。相比之下，全自動立體倉庫具有諸多優(yōu)勢，如表1。

在發(fā)動機(jī)一廠立體庫建成之后，在發(fā)動機(jī)二廠項目中也采用了全自動立體庫存儲與發(fā)運發(fā)動機(jī)。借鑒了一期立體庫的成功經(jīng)驗，發(fā)動機(jī)二廠的立體庫增大了國內(nèi)分包商的比重。相對于一期，對國內(nèi)市場成熟的模塊及零部件，二期優(yōu)先國內(nèi)配件；對于WMS系統(tǒng)，為了保證生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及與其他廠區(qū)的同步，依舊選擇項目一期的國外分包商進(jìn)行設(shè)計編程。這樣的選擇，可最大程度的節(jié)省預(yù)算。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，借鑒一期的經(jīng)驗，充分考慮瓶頸工位（轉(zhuǎn)臺）的備用方案，最大程度的保證設(shè)備不間斷運行，持續(xù)發(fā)貨。項目一期培養(yǎng)起來的工程技術(shù)人員，已經(jīng)能夠判斷解決復(fù)雜問題。

目前，三期立體庫項目正在進(jìn)行，建成后，整個北京奔馳通過兩個發(fā)動機(jī)立體庫向整車廠提供JIS排序發(fā)動機(jī)，最大程度的減少庫存，實現(xiàn)資源的合理化配置，向工業(yè)4.0邁出堅實的一步。

作者單位為北京奔馳汽車有限公司