馬戰(zhàn)鵬 王 萌 范人杰 因格（北京）智能技術(shù)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(xiàn)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(yè)效率等方面得到有效提升，達到了系統(tǒng)設(shè)計效果。

近年來，汽車行業(yè)不斷推進智能制造發(fā)展，在智能工廠建設(shè)中越來越多地引入自動化物流系統(tǒng)，以優(yōu)化作業(yè)流程，實現(xiàn)廠內(nèi)物流的提質(zhì)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(nèi)著名的變速器生產(chǎn)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(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)基地，主要生產(chǎn)配套各類乘用車、商用車、新能源汽車變速器以及關(guān)鍵零部件，已成為國內(nèi)最具影響力的汽車變速器專業(yè)研發(fā)、制造企業(yè)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(shù)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(jīng)理錢向陽要求加快公司標準化、自動化、信息化的建設(shè)，迅速組建項目組，要求逐步完成傳統(tǒng)制造到智能制造的轉(zhuǎn)變。并由公司副總經(jīng)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(zhí)行總監(jiān)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(fā)展部執(zhí)行總監(jiān)李正擔任副組長，負責智能制造信息系統(tǒng)總策劃；物流工程科高級經(jīng)理陳煒峰擔任物流智能項目經(jīng)理，負責智能物流項目的規(guī)劃以及實施。經(jīng)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(xiàn)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(shè)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(chǎn)品正式下線。全新規(guī)劃建設(shè)的CVT（無級變速器）生產(chǎn)基地從智能生產(chǎn)、智能維修、智能物流、智能質(zhì)量四個方向打造了業(yè)內(nèi)綠色智能制造示范工廠。為此公司及計劃物流部領(lǐng)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(shù)有限公司（簡稱“因格智能”）作為此次項目的設(shè)計實施單位，對山東上汽變速器物流資源進行整合，優(yōu)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(yè)效率，滿足產(chǎn)品的高質(zhì)量要求。

從2018年11月項目啟動，經(jīng)歷了項目準備、藍圖設(shè)計、硬件開發(fā)、設(shè)備單調(diào)、聯(lián)調(diào)聯(lián)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(shù)發(fā)展路徑

1.前期調(diào)研階段

現(xiàn)場調(diào)研及現(xiàn)狀梳理，共進行5次，根據(jù)項目模塊以及實施階段涉及29個大類，182個分級任務(wù)；現(xiàn)場物流管理點梳理：從人機料法環(huán)五大環(huán)節(jié)共梳理113條現(xiàn)場管理點，以確保后續(xù)自動化項目實施。參見圖1。

2.項目準備階段

組織實地調(diào)研，輸出業(yè)務(wù)操作現(xiàn)狀及痛點梳理，針對供料模式、業(yè)務(wù)流程、拉動方式、供應(yīng)商信息規(guī)范方面的現(xiàn)場操作的現(xiàn)狀梳理，確定整體業(yè)務(wù)需求及范圍，組織討論確定業(yè)務(wù)優(yōu)化先行推進并組織實施，最終輸出業(yè)務(wù)需求報告，設(shè)定業(yè)務(wù)工作三級計劃。

3.藍圖設(shè)計階段

確定實施策略，最終確定系統(tǒng)覆蓋范圍及覆蓋業(yè)務(wù)，組織業(yè)務(wù)部門參與藍圖流程設(shè)計，通過單場景、跨系統(tǒng)、重點問題專題討論等方式，輸出業(yè)務(wù)主流程。

4.功能核對階段

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

5.場景測試階段

系統(tǒng)功能開發(fā)完成后，針對每種業(yè)務(wù)場景進行功能測試驗證。在聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段：系統(tǒng)與硬件準備完畢后，軟硬件相結(jié)合進行聯(lián)合場景的調(diào)試，根據(jù)實際生產(chǎn)的節(jié)奏，測算業(yè)務(wù)場景時間，制定聯(lián)調(diào)聯(lián)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(lián)調(diào)的完善。

6.上線準備階段

進行上線事項核對：基于業(yè)務(wù)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(yīng)及運維，輸出3大類運維流程并組織培訓和施行。

物流系統(tǒng)構(gòu)成與主要作業(yè)環(huán)節(jié)

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(qū)域10810平方米，涉及鋪設(shè)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(zhuǎn)數(shù)量合計約1650箱，成品日均周轉(zhuǎn)110托，機器人快速揀選系統(tǒng)庫位3100個，自動化立體庫儲位448個。TS11項目最終實現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)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(chǎn)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(zhuǎn)箱中，并統(tǒng)一碼放在川字托盤上。周轉(zhuǎn)箱共有四種規(guī)格形式，最大質(zhì)量15kg。具體數(shù)據(jù)見表1、表2。

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

表1 零部件數(shù)據(jù)

表2 成品貨物數(shù)據(jù)

表3 自動化物流系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

圖2 TS11項目物流系統(tǒng)布局

1.外購件收貨環(huán)節(jié)

根據(jù)系統(tǒng)要求，外購件卡車?？恐磷詣友b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(tǒng)將車輛內(nèi)物料自動輸送至倉庫內(nèi)緩存線上；物料通過輸送機構(gòu)掃描包裝標簽后，被分別送至指定存儲區(qū)域。卡板箱輸送至立體倉庫存儲區(qū)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(tǒng)完成過賬。周轉(zhuǎn)箱托盤由輸送系統(tǒng)輸送至機械手拆垛工位，機械手拆垛后，周轉(zhuǎn)箱輸送至機械手快存系統(tǒng)，并按照WMS指令存放至相應(yīng)位置，系統(tǒng)完成過賬。外購件入庫流程完成。

2.外購件出庫環(huán)節(jié)

托盤堆垛機系統(tǒng)和機器人快存系統(tǒng)根據(jù)MES及WMS出庫需求，自動將指定的托盤或周轉(zhuǎn)箱自動取出，放置輸送線上；托盤及箱式輸送系統(tǒng)，根據(jù)上位調(diào)度系統(tǒng)將產(chǎn)品配送至指定輸送端口；周轉(zhuǎn)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(wù)，同時帶回空箱，在空箱回收點自動返空；系統(tǒng)完成出庫流程。

物料車間內(nèi)配送由AGV實現(xiàn)，共設(shè)物料下線點8個、上料點1個、空箱回收點1個，共投入AGV數(shù)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(huán)節(jié)

AGV將生產(chǎn)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(zhuǎn)箱通過人工方式放至輸送線上，輸送至對應(yīng)端口后由人工進行碼盤作業(yè)；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(zhuǎn)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(tǒng)自動將緩存線的空載具進行自動裝車?？蛰d回收流程完成。

4.成品裝車環(huán)節(jié)

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(qū)；外購件從原材料倉配送至物流緩存?zhèn)}，實現(xiàn)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(tǒng)架構(gòu)圖

圖4 線邊拉動系統(tǒng)流程圖

圖5 自動收貨系統(tǒng)流程圖

圖6 成品自動下線及發(fā)運系統(tǒng)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(tǒng)；自動裝卸系統(tǒng)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(jīng)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(zhí)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(tǒng)發(fā)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(tǒng)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(jīng)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(tǒng)滿載器具輸送滑鏈線上，完成堆疊的滿載器具經(jīng)滑鏈線整體移動到車輛裝卸貨對接口進行緩存；緩存數(shù)量滿足裝車要求數(shù)量以后，啟動自動裝卸系統(tǒng)將成品自動裝入車內(nèi)，完成成品裝車任務(wù)。

物流信息系統(tǒng)方面，通過WMS系統(tǒng)指揮WCS系統(tǒng)自動完成入庫、庫內(nèi)作業(yè)、出庫等系統(tǒng)操作，WMS系統(tǒng)與SNC、MES、ERP、WCS系統(tǒng)高度集成。TS11項目多系統(tǒng)集成，架構(gòu)設(shè)計為三層：系統(tǒng)管理層ERP、執(zhí)行系統(tǒng)（訂單協(xié)同SNC、倉庫管理系統(tǒng)WMS、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES）、控制系統(tǒng)（倉庫控制系統(tǒng)WCS、自動小車AGV）,SAP系統(tǒng)負責所有賬務(wù)的管理；執(zhí)行系統(tǒng)中，SNC負責與供應(yīng)商交貨協(xié)調(diào)，WMS負責倉庫賬務(wù)進出存狀態(tài)管理，MES負責產(chǎn)線物料拉動、繳庫管理；控制系統(tǒng)負責自動化設(shè)備的調(diào)度運營。從而實現(xiàn)供應(yīng)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(fā)運的自動化.即供應(yīng)商SNC產(chǎn)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(jù)消耗產(chǎn)生拉動信息，傳遞至WMS產(chǎn)生波次自動控制WCS出庫揀貨，同時調(diào)度AGV進行自動配送。參見圖3。

項目難點與技術(shù)創(chuàng)新

1.無人化場景實現(xiàn)

此項目的主要創(chuàng)新點及設(shè)計難點在于，所有入廠物流環(huán)節(jié)（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(xiàn)了無人化操作，倉儲環(huán)節(jié)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)無縫對接，是汽車零部件行業(yè)首個實現(xiàn)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(tǒng)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(yè)效率大大提升

特別是自動裝卸車系統(tǒng)的應(yīng)用，從滿箱卸車到空箱裝車，都可以在5分鐘內(nèi)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(yè)，省去叉車與裝卸工，減少人力，人員成本優(yōu)化70%以上；裝卸作業(yè)零貨損，安全風險低；裝卸效率大幅提升，與叉車作業(yè)相比效率提高10倍以上。此外，采用自動裝卸系統(tǒng)還可以節(jié)省大量運力與倉儲面積，單日可節(jié)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(xiàn)倉儲以及現(xiàn)場物流作業(yè)無人化，同時在安全性、作業(yè)效率等方面得到有效提升，達到了系統(tǒng)設(shè)計效果，得到了各相關(guān)部門及公司領(lǐng)導的高度肯定和贊賞。

目前，汽車零部件制造行業(yè)需要在重復性工作中提高自動化技術(shù)的投入，零部件物流中的倉儲環(huán)節(jié)和上線物流環(huán)節(jié)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(yōu)化這些環(huán)節(jié)，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(chǔ)，使上汽變速器在物流智能化領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先水平。