文/師清木

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基。2015年5月國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》，其中的“智能制造工程”是要實施的五大工程之一；其核心內(nèi)容是圍繞重點制造領(lǐng)域關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開展新一代信息技術(shù)與制造裝備融合的集成創(chuàng)新和工程應(yīng)用，到2025年，制造業(yè)重點領(lǐng)域全面實現(xiàn)智能化。

《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》（工信部聯(lián)規(guī)〔2016〕349號）指出，智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。

隨著《中國制造2025》十年計劃的實施，我國已建成不少試點示范項目，也將制訂智能工廠相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，包括：智能工廠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、智能工廠建造標(biāo)準(zhǔn)、智能工廠交付標(biāo)準(zhǔn)、智能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、智能生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、智能管理標(biāo)準(zhǔn)、智能物流標(biāo)準(zhǔn)、集成優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)（摘自《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南2018年版》）。

全廠智能化物流系統(tǒng)是智能制造的重要組成部分，沒有它，先進(jìn)的制造單元或車間將會成為一個個孤島，無法實現(xiàn)全廠智能化制造。筆者在本文中將結(jié)合自身研究、實踐經(jīng)驗，提出可行的離散制造工廠智能物流系統(tǒng)解決方案。

某原料生產(chǎn)物流系統(tǒng)局部

圖1：連續(xù)摩擦驅(qū)動懸掛輸送系統(tǒng)應(yīng)用示例

圖2：連續(xù)摩擦驅(qū)動懸掛輸送系統(tǒng)主要組成部分

一、研究思路

智能物流系統(tǒng)作為智能制造的重要支撐，需確保物料儲存配送準(zhǔn)確高效和運輸精益化管控，實現(xiàn)物料識別、地點跟蹤、物料溯源、物料監(jiān)控、實時響應(yīng)等，將正確的物料按正確時間運送到正確的地點。

實現(xiàn)物流系統(tǒng)智能化，需要從硬件和軟件兩方面入手。硬件指的是物流設(shè)備，如存儲設(shè)備、搬運設(shè)備、輸送設(shè)備等。軟件指的是建立一套物料流程控制系統(tǒng)（Material Flow Control，簡稱“MFC”），該系統(tǒng)向上能與生產(chǎn)管理系統(tǒng)連接，向下能控制物流設(shè)備系統(tǒng)自動運行，將生產(chǎn)系統(tǒng)與物流系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來。

二、智能物流系統(tǒng)解決方案

1．物流系統(tǒng)設(shè)備

要實現(xiàn)物流智能化，首先要根據(jù)物料特點及輸送要求選用適宜的自動化的物流設(shè)備。離散制造常用的自動化物流設(shè)備有自動導(dǎo)向車（AGV）、穿梭車（RGV）、自動化倉庫（AS/RS）、輸送機(jī)、升降機(jī)等，這些設(shè)備使用普遍，本文不做更多介紹，重點介紹一種目前在國內(nèi)制造業(yè)應(yīng)用較少、適用于智能制造的輸送設(shè)備—連續(xù)摩擦驅(qū)動懸掛輸送系統(tǒng)。

圖3：MFC與制造生產(chǎn)管理系統(tǒng)、物流設(shè)備系統(tǒng)之間的關(guān)系

該系統(tǒng)是一種連續(xù)輸送設(shè)備，可在工廠的各車間、工段、生產(chǎn)工序之間緩存、輸送各種物料。由軌道、小車組（每個輸送單元由多個小車組成）、掛具、驅(qū)動裝置、道岔、積放裝置、升降裝置、手動脫機(jī)/聯(lián)機(jī)裝置、支撐鋼結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。圖1為系統(tǒng)應(yīng)用示例，圖2為系統(tǒng)主要組成部分。該系統(tǒng)具有以下主要特點：

（1）線體可以有動力、無動力混合配置；不同線體可在不同速度下混用；通過變頻調(diào)速，線體可變速運行。

（2）小車組可停在任意指定的位置。

（3）可進(jìn)行上升/下降坡道輸送。

（4）通過道岔，小車組可以在不同的線路之間分流/匯流。

（5）通過升降機(jī)可以在多個標(biāo)高間移動小車組及物料。

（6）具備積放功能可在線上實現(xiàn)緩存。

（7）每個小車組可配有脫機(jī)裝置，當(dāng)需要時，可手動脫機(jī)，小車可人工移動，操作靈活。工作完成后可手動聯(lián)機(jī)，小車組再次被自動系統(tǒng)接管。

（8）系統(tǒng)可以實現(xiàn)聯(lián)機(jī)在線自動控制，按生產(chǎn)需求進(jìn)行物料輸送。

基于上述特點，該系統(tǒng)將會越來越廣泛地應(yīng)用于離散智能制造。

2．智能物料流程控制系統(tǒng)（MFC）

MFC系統(tǒng)集成自動識別技術(shù)、GIS技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、人工智能技術(shù)等，是智能物流系統(tǒng)的關(guān)鍵，需具備以下功能：

（1）接口功能。MFC需與制造生產(chǎn)管理系統(tǒng)及物流設(shè)備系統(tǒng)接口，接收來自生產(chǎn)管理系統(tǒng)的作業(yè)任務(wù)，調(diào)度各自動化物流設(shè)備完成物料輸送，使物流系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)形成有機(jī)整體。

目前制造業(yè)常用生產(chǎn)管理系統(tǒng)有ERP（企業(yè)資源計劃）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）等。

ERP以經(jīng)營管理為主，主要面向經(jīng)營管理和決策人員，實現(xiàn)經(jīng)營決策管理信息化以及管理組織的扁平化和集約化。主要功能包括：生產(chǎn)控制管理、物流管理、采購管理、分銷管理、庫存控制、財務(wù)管理、人力資源管理等。

MES主要面向生產(chǎn)管理人員，實現(xiàn)生產(chǎn)管理信息化以及管理組織的扁平化和緊密化。主要功能包括：生產(chǎn)資源分配與監(jiān)控、作業(yè)計劃和排產(chǎn)、工藝規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)采集、作業(yè)員工管理、產(chǎn)品質(zhì)量管理、過程管理、設(shè)備維護(hù)等。

MFC與制造生產(chǎn)管理系統(tǒng)、物流設(shè)備系統(tǒng)之間的關(guān)系，如圖3所示。

（2）物流調(diào)度決策。根據(jù)MES下達(dá)的排產(chǎn)計劃，對物流作業(yè)任務(wù)進(jìn)行分解，對多發(fā)并行的物流作業(yè)任務(wù)進(jìn)行邏輯、路徑分析，對各任務(wù)的順序、執(zhí)行時間、路徑做出統(tǒng)籌安排。

物流調(diào)度決策是一個復(fù)雜的處理過程，既要滿足MES生產(chǎn)節(jié)拍要求，還需根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備、物流設(shè)備的運行情況、突發(fā)狀況，實時調(diào)整物流作業(yè)調(diào)度指令。

（3）物料信息全過程跟蹤。通過條碼、RFID等對物料進(jìn)行識別及信息收集，跟蹤物料的位置等信息。

（4）對物流設(shè)備實時監(jiān)控。主要監(jiān)控物流設(shè)備的位置信息、狀態(tài)信息、作業(yè)信息、故障信息等。

（5）日志記錄功能。包括接口日志和操作日志。通過核對系統(tǒng)日志，可以追溯到某個時間點發(fā)生的動作。當(dāng)異常發(fā)生時，檢索系統(tǒng)日志將是主要的檢查手段，日志也是系統(tǒng)狀態(tài)查詢和業(yè)務(wù)執(zhí)行分析的重要輔助信息之一。

圖5：通過MFC系統(tǒng)控制穿梭車進(jìn)行自動齊套定位作業(yè)

圖6：閥門控制器懸掛緩存及輸送

圖7：閥門控制器與閥體在線組裝

（6）MFC智能優(yōu)化。由于生產(chǎn)工序的作業(yè)時間不完全確定性，MFC需具備自適應(yīng)優(yōu)化功能，通過對生產(chǎn)管理系統(tǒng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，優(yōu)化物流調(diào)度決策，實現(xiàn)物流控制的智能化。

（7）優(yōu)化MES系統(tǒng)，實現(xiàn)智能排產(chǎn)。MFC可與在線仿真系統(tǒng)共同對MES排產(chǎn)計劃進(jìn)行預(yù)驗證，并為MES排產(chǎn)計劃優(yōu)化提出建議，即根據(jù)物流系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，優(yōu)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，保證產(chǎn)品交付的準(zhǔn)確性和設(shè)備資源產(chǎn)能的平衡。

三、應(yīng)用案例

該案例是為某閥門制造企業(yè)設(shè)計、實施的智能物流系統(tǒng)項目。

1．項目概況

生產(chǎn)綱領(lǐng)：年設(shè)計產(chǎn)量為常規(guī)控制閥18萬臺、高端特種閥1萬臺、控制器件9萬臺。產(chǎn)品分為100多個系列、10萬個品規(guī)，零部件100多萬個。

生產(chǎn)模式：單件小批定制生產(chǎn)。

主要生產(chǎn)流程：如圖4。

生產(chǎn)組織：采用成組技術(shù)，零部件按殼、盤、軸等類別多組加工，閥體、控制器等組裝單元化布置。

生產(chǎn)管理目標(biāo)：按訂單生產(chǎn)、裝配，嚴(yán)格控制在制品數(shù)量，關(guān)鍵零部件在線轉(zhuǎn)運，減少轉(zhuǎn)掛工作。

2．物流系統(tǒng)

本項目物流設(shè)施包括存儲設(shè)施、物料齊套系統(tǒng)、AGV搬運系統(tǒng)、懸掛輸送系統(tǒng)。存儲設(shè)施包括鑄件/鍛件毛坯庫、原材料庫、外購件/加工件庫、成品庫等。其中，外購件/加工件庫為自動化立體倉庫。

（1）存儲系統(tǒng)

本項目由WMS系統(tǒng)對所有存儲貨位、存儲物品、存取作業(yè)進(jìn)行管理。MFC通過與WMS系統(tǒng)接口，實現(xiàn)出入庫作業(yè)按生產(chǎn)需要自動運行。

（2）齊套系統(tǒng)

齊套也稱為配餐。本項目齊套作業(yè)主要服務(wù)于閥體裝配，根據(jù)MES計劃以及各裝配工位狀態(tài)，通過MFC系統(tǒng)控制穿梭車進(jìn)行自動齊套定位作業(yè)，如圖5。

配餐車采用自動化穿梭車，裝備有自動化條碼讀取設(shè)備。在齊套過程中對裝載裝零部件或半成品的容器條碼進(jìn)行自動讀取。在零件向容器進(jìn)行轉(zhuǎn)移（拿出或放入）的過程中通過掃描二者的條碼（手動或自動掃描），實現(xiàn)零件—容器對應(yīng)關(guān)系的改變。

成品齊套并裝配完成后可跟蹤查詢到成該產(chǎn)品的所有零件及所有齊套過程。

該系統(tǒng)配餐位116個，配置穿梭車一臺，運行輸送速度120m/min。

（3）AGV系統(tǒng)

立體倉庫、加工島、檢測站、裝配單元之間的零部件輸送采用AGV系統(tǒng)。配置的AGV為激光導(dǎo)航，載重1.6t，運行速度1.2m/s，導(dǎo)航精度≤±10mm。AGV作業(yè)任務(wù)、運輸路徑由MFC系統(tǒng)自動調(diào)度。

（4）懸掛輸送系統(tǒng)

閥門控制器的輸送、緩存、涂裝、閥門總裝、附件組裝、調(diào)校等采用懸掛輸送系統(tǒng)，避免轉(zhuǎn)掛，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。圖6為閥門控制器懸掛緩存及輸送，圖7為閥門控制器與閥體在線組裝。

輸送單元載重量500kg，最大輸送速度30m/min。在主線、分叉點、操作位等關(guān)鍵部位設(shè)置了RFID讀寫器，帶RFID標(biāo)簽的小車經(jīng)過讀寫器時，可讀取RFID標(biāo)簽內(nèi)容，根據(jù)MFC的作業(yè)指令，將小車輸送到指定目的地，同時可寫入特定信息，如小車掛載零部件信息等。MFC系統(tǒng)可對整個輸送過程及線上作業(yè)信息進(jìn)行跟蹤及追溯。

3.實施效果

該項目物流系統(tǒng)采用堆垛機(jī)、穿梭車、柔性懸掛輸送、AGV等多種自動化設(shè)備，分散布置在廠區(qū)的各倉庫、車間，通過MFC系統(tǒng)實現(xiàn)了物流設(shè)備的自動調(diào)度、協(xié)調(diào)運行，將多品規(guī)物料按照生產(chǎn)計劃及時、準(zhǔn)確地運送到各生成環(huán)節(jié)，有效提升了整廠的生產(chǎn)效率。該項目已投入使用，并被工信部列入2016年智能制造試點示范項目。