張建輝

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

1 鋁板帶加工企業(yè)實(shí)現(xiàn)物流智能化的目的和意義

目前，在我國(guó)工業(yè)企業(yè)逐步向智能化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變的大趨勢(shì)下，現(xiàn)有鋁板帶加工企業(yè)開展技術(shù)創(chuàng)新、進(jìn)行智能化探索勢(shì)在必行，以逐步實(shí)現(xiàn)加工生產(chǎn)物流、裝備、控制及維保智能化，逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)文檔無紙化、生產(chǎn)過程透明化、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無人化，全方位提高企業(yè)管理水平、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益[1]。

物流智能化在鋁板帶加工企業(yè)智能工廠中占據(jù)十分重要的位置，實(shí)現(xiàn)物流智能化意義重大。鋁板帶產(chǎn)品的物流狀況和生產(chǎn)銜接順暢程度、生產(chǎn)效率以及全流程信息管控等直接相關(guān)。除此之外，合理的物流智能化方案，還可以大大降低企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物流成本，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。本研究結(jié)合筆者的實(shí)際工作，從改造的角度對(duì)鋁板帶加工工廠物流智能化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、對(duì)比和研究,希望為我國(guó)鋁板帶行業(yè)智能轉(zhuǎn)型升級(jí)提供參考。

2 我國(guó)鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)智能化物流發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)的物流智能化發(fā)展滯后，僅有少量企業(yè)通過自動(dòng)化集成，明顯縮短車間各工序周轉(zhuǎn)時(shí)間，減少操作工人數(shù)量，顯著提高生產(chǎn)的安全性和可靠性。另外通過一些管理系統(tǒng)的引入，實(shí)現(xiàn)物料的追蹤和庫存的智能管理，將人從體力勞動(dòng)中解放出來。主要技術(shù)應(yīng)用是采用各種自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線大批量替換生產(chǎn)線上的工人，這表明鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)設(shè)置智能物流是一個(gè)有潛力、有優(yōu)勢(shì)、可長(zhǎng)期不斷深入的過程。

筆者曾經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)多家鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研走訪。少數(shù)幾家企業(yè)采用了高架倉庫或平面智能庫，再輔以AGV或ACT運(yùn)輸車進(jìn)行物流智能化管理，多數(shù)企業(yè)沒有建設(shè)智能化物流系統(tǒng)，其設(shè)備布置、物流、廠房、管理等未經(jīng)統(tǒng)一規(guī)劃, 主要體現(xiàn)在其物流比較分散，物流管理仍處于人工管理模式，如車間內(nèi)部或兩個(gè)車間之間的鋁卷運(yùn)輸采用大卡車、大噸位叉車或平板車、天車等實(shí)現(xiàn)，車間組織生產(chǎn)需要設(shè)專門的車間調(diào)度人員。車間調(diào)度人員需要通過生產(chǎn)工藝卡片和管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)度，原料、在制品和成品當(dāng)前位置和狀態(tài)等信息需要根據(jù)預(yù)估工序經(jīng)歷時(shí)間進(jìn)行人工現(xiàn)場(chǎng)跟蹤。車間調(diào)度人員依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤情況決定是否調(diào)整計(jì)劃；車間生產(chǎn)操作人員需按照工藝卡片進(jìn)行生產(chǎn), 本工序完成后,操作人員手工增加該工序的生產(chǎn)信息，然后進(jìn)入下道工序，每道工序都會(huì)重復(fù)一遍，直至成品庫出庫。人工管理物流方式的生產(chǎn)效率和物料周轉(zhuǎn)效率低下，且錯(cuò)誤頻出。

3 鋁板帶加工企業(yè)物流智能化改造方案研究

3.1 物流智能化改造主要內(nèi)容

鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品和細(xì)分市場(chǎng)的不同，需要選擇不同的生產(chǎn)工藝。目前主要的生產(chǎn)工藝有三種[2],分別為：(1)原料-立式半連續(xù)鑄造-熱軋-冷軋-精整及熱處理-板帶產(chǎn)品；(2)原料-鑄軋-冷軋-精整及熱處理-板帶產(chǎn)品；(3)原料-雙帶式連鑄連軋-冷軋-精整及熱處理-板帶產(chǎn)品。

無論采用哪一種供坯方式，都需要設(shè)置原料庫、在制品庫和成品庫，這些庫房和生產(chǎn)設(shè)備之間、庫房相互之間都需要通過運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，原料庫、在制品庫、成品庫和運(yùn)輸系統(tǒng)是物流的核心組成元素，對(duì)這些庫房管理和運(yùn)輸系統(tǒng)的智能化升級(jí)改造是物流智能化改造的主要內(nèi)容，并形成一個(gè)有機(jī)的整體。

需要說明的是，在制品庫需要和生產(chǎn)設(shè)備、原料庫、成品庫及運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)生關(guān)聯(lián)，物流關(guān)系非常復(fù)雜，進(jìn)行智能化物流改造時(shí)考慮的因素也最多。因此，本文以在制品庫改造為例，對(duì)智能化物流改造方案進(jìn)行研究。

3.2 在制品庫物流智能化改造方案研究

前些年，筆者有幸參與了某鋁板帶加工企業(yè)的設(shè)計(jì)工作。該企業(yè)熱軋開坯的產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模為15萬t/a，采用的生產(chǎn)工藝為原料-立式半連續(xù)鑄造-熱軋-冷軋-精整及熱處理-板帶產(chǎn)品，主要生產(chǎn)設(shè)施有熔鑄車間(含1個(gè)原料庫，為其中的1跨)和板帶車間(含2個(gè)在制品庫和1個(gè)成品庫，均各占1跨)組成，其中，在制品庫Ⅰ為熱軋卷庫，在制品Ⅱ?yàn)槔滠埦韼欤蠋?、在制品庫及成品庫均未設(shè)置智能天車。

經(jīng)過近兩年的生產(chǎn)實(shí)踐，其在制品庫的庫房管理痛點(diǎn)比較突出，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：鋁卷堆放雜亂無章，人工找卷困難，出庫、盤庫工作效率低，現(xiàn)場(chǎng)操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；現(xiàn)場(chǎng)操作工人工作隨意性較大，同時(shí)也存在一定的安全隱患；曾經(jīng)出現(xiàn)過生產(chǎn)系統(tǒng)上的庫卷信息和實(shí)際庫房盤點(diǎn)信息不符，給庫房管理工作帶來一定的困難。

為了解決這些痛點(diǎn)，需要對(duì)在制品庫房進(jìn)行智能化改造。雖然高架倉庫和平面智能庫兩種形式都可以考慮，但采用高架倉庫存在投資大、受廠房高度限制等諸多因素影響，與之相比，對(duì)現(xiàn)有庫房進(jìn)行智能化改造是比較務(wù)實(shí)的做法。因此本文重點(diǎn)推薦庫房智能化改造，其主要內(nèi)容是為其庫房設(shè)智能天車(實(shí)現(xiàn)智能物流的載體)和增加智能庫管系統(tǒng)。下面以在制品庫Ⅰ為例說明改造方案。

3.2.1 在制品庫Ⅰ設(shè)智能天車方案

在制品庫Ⅰ為熱軋卷庫，此庫房原有兩臺(tái)A5工作制的普通天車。熱軋卷庫設(shè)智能天車有兩種方案，一是新增智能天車，二是改造普通天車為智能天車。經(jīng)過詢價(jià)，新增一臺(tái)智能天車和改造兩臺(tái)普通天車為智能天車的花費(fèi)相當(dāng)。究竟采取哪種方案，需要進(jìn)行計(jì)算分析，按照計(jì)算分析的結(jié)果進(jìn)行選擇。需要指出的是，在制品庫Ⅰ所在的廠房是按照天車A5工作制設(shè)計(jì)的，若新增智能天車，其工作級(jí)別需要和廠房相適應(yīng)，即其工作級(jí)別不能高于A5工作制。

新增智能天車工作級(jí)別的確定。天車的工作級(jí)別是根據(jù)天車的利用等級(jí)和荷重狀態(tài)查表確定。天車的利用等級(jí)是用設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)總的循環(huán)次數(shù)查表得知。按照既定的產(chǎn)品方案，全年生產(chǎn)熱軋卷共計(jì)13850個(gè)卷，需要完成進(jìn)庫(從熱軋機(jī)上卸下來的熱軋卷進(jìn)入本庫)和出庫(在本庫冷卻完成的熱軋卷運(yùn)送至冷軋機(jī))兩次工作循環(huán)(不考慮中間倒卷)，所以天車設(shè)計(jì)壽命期(20年)內(nèi)總的循環(huán)次數(shù)為，CT=13850×2×20=0.55×106次。根據(jù)GB/T 3811-2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中起重機(jī)的使用等級(jí)，得知天車的利用等級(jí)為U6等級(jí)。

天車的荷重狀態(tài)是用荷重譜系數(shù)查表得知。該天車整機(jī)的荷重譜系數(shù)為，

(1)

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品信息，產(chǎn)品1每卷重量14.3t(P1),工作循環(huán)次數(shù)4475(C1)；產(chǎn)品2每卷重量14.5t(P2),工作循環(huán)次數(shù)1566(C2)；產(chǎn)品3每卷重量11.2t(P3),工作循環(huán)次數(shù)7809(C3)；天車的安全工作荷重Pmax為20t,代入式(1)計(jì)算得出，天車荷重譜系數(shù)Kp=0.261。

根據(jù)GB/T 3811-2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中起重機(jī)的荷重狀態(tài)及荷重譜系數(shù)，得知天車的荷重狀態(tài)為Q3。

按照天車?yán)玫燃?jí)U6和荷重狀態(tài)Q3，根據(jù)GB/T 3811-2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中起重機(jī)整機(jī)工作級(jí)別，得知天車工作級(jí)別選擇A7工作制。

從上述計(jì)算結(jié)果得知，采用新增智能天車方案，在制品庫Ⅰ所在的廠房需要改造設(shè)計(jì)，需要重新報(bào)批報(bào)建，停工建設(shè)，因此不建議采用該方案。建議將原來的普通天車改造成智能天車(不改變其工作級(jí)別，無需改造廠房)。

3.2.2 在制品庫Ⅰ智能天車改造方案

普通天車改造成智能天車，其核心是三維精準(zhǔn)定位，庫房管理系統(tǒng)可以根據(jù)天車在庫房?jī)?nèi)的網(wǎng)格定位位置吊取卷材，實(shí)現(xiàn)卷材放在系統(tǒng)指定位置和從指定位置取卷，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)庫和出庫的智能控制。

天車智能化改造進(jìn)行三維精準(zhǔn)定位，可采用激光導(dǎo)航技術(shù)、二維碼技術(shù)和編碼電纜技術(shù)，這三種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，本文以編碼電纜技術(shù)為例闡述實(shí)現(xiàn)天車的大車運(yùn)行方向和小車運(yùn)行方向上的精準(zhǔn)定位。

編碼電纜內(nèi)部有若干對(duì)導(dǎo)線，按照特定的格雷碼規(guī)則編制，各對(duì)線在不同的位置交叉，將各對(duì)線重疊在一起壓制的護(hù)套內(nèi)。編碼電纜和天線箱之間是通過電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測(cè)到天線箱在編碼電纜的具體位置。編碼電纜安裝在機(jī)車軌道旁，長(zhǎng)度覆蓋移動(dòng)機(jī)車的行走工作區(qū)域，即實(shí)現(xiàn)了大車方向(定義為X方向)和小車方向(定義成Y方向)的定位。

天車吊鉤在Z方向上的定位，采用常規(guī)的旋轉(zhuǎn)編碼器技術(shù)，即在鋼絲繩卷筒的連接軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，檢測(cè)鋼絲繩的收放長(zhǎng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吊鉤在Z方向的定位。

3.2.3 增加智能庫管系統(tǒng)

智能天車改造完成后，需要考慮增加智能庫管系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是智能化物流改造的一部分。智能庫管是智能天車的“大腦”，負(fù)責(zé)發(fā)出和接收出入庫計(jì)劃，并將計(jì)劃分解成具體的工單，高效管理庫區(qū)、調(diào)度庫區(qū)內(nèi)各種轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備協(xié)調(diào)作業(yè)，其主要功能模塊有，PDA移動(dòng)辦公功能、數(shù)據(jù)的自動(dòng)交換功能、自動(dòng)配卷功能、智能調(diào)度功能、庫房智能化提示功能、射頻識(shí)別功能、庫房規(guī)劃功能。

3.3 原料庫智能化改造方案

鋁板帶加工企業(yè)的主要原料為重熔鑄錠、鋁液及中間合金等，其中運(yùn)來的鋁液需要盡快倒入爐內(nèi)，不考慮存儲(chǔ)，原料庫的存儲(chǔ)主要考慮重熔鑄錠和中間合金。原料庫可以考慮新建高架倉庫，也可以考慮采用平面智能庫，建議在現(xiàn)有原料庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化改造。由于重熔鑄錠和中間合金均是小體積物料，建議采用標(biāo)準(zhǔn)料框?qū)⒅厝坭T錠和中間合金集中后放入原料庫，對(duì)料框進(jìn)行編號(hào)后參與物流系統(tǒng)。其他改造內(nèi)容和在制品庫房相似，不再贅述。

3.4 成品庫智能化改造方案

成品庫同樣可以考慮新建高架倉庫，也可以考慮采用平面智能庫，同樣建議在現(xiàn)有成品庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化改造。鋁板帶加工企業(yè)的成品規(guī)格較多，建議分類后按照客戶和規(guī)格進(jìn)行分類裝箱，然后將裝成品的箱子放在托盤上，對(duì)托盤進(jìn)行編號(hào)后參與物流系統(tǒng)。其他改造內(nèi)容和在制品庫房相似，不再贅述。

3.5 運(yùn)輸系統(tǒng)智能化改造方案

根據(jù)多數(shù)鋁板帶加工企業(yè)的現(xiàn)有情況，絕大多數(shù)企業(yè)采用平板車、汽車和天車作為不同跨間、設(shè)備之間的物料流轉(zhuǎn)。因此，本次研究主要考慮有軌平板車智能化改造和新增智能運(yùn)輸車。

(1)過跨車智能化改造。有軌平板車主要用于庫與庫之間、跨與跨之間轉(zhuǎn)運(yùn)物料，通過對(duì)過跨車的改造，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，其智能化改造可以采用編碼電纜技術(shù)，當(dāng)然也可以采取激光導(dǎo)航、磁釘導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航等，此技術(shù)相對(duì)比較成熟，這里不再贅述。改造后的過跨車服從智能庫管系統(tǒng)的調(diào)度和管理。

(2)新增智能運(yùn)輸車(AGV)。目前已用的智能運(yùn)輸車是插桿式的，生產(chǎn)設(shè)備的開卷和卷取滿足要求的企業(yè)可以采用這種智能運(yùn)輸車。有些企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的開卷和卷取均無法用插桿的智能運(yùn)輸車上料、卸料，需考慮采用無人駕駛的無軌平車實(shí)現(xiàn)鋁卷的轉(zhuǎn)運(yùn)，再借助智能天車吊裝實(shí)現(xiàn)上料、卸料。

4 物流智能化改造完成后的效果

物流智能化改造完成后，全廠的物流系統(tǒng)形成一個(gè)有機(jī)的整體，可以達(dá)到以下效果：

(1)提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)物流的各個(gè)環(huán)節(jié)，均采用人工，生產(chǎn)效率低。最直接反應(yīng)生產(chǎn)效率的指標(biāo)是產(chǎn)品的平均交貨期，正常情況下，物流智能化改造完成后，產(chǎn)品的交貨期可以縮短至3d～5d。

(2)減少操作人員。物流智能化改造完成后，在庫房管理、天車駕駛和料卷運(yùn)輸?shù)确矫婢梢詼p少操作人員，按照15萬t熱軋開坯的鋁板帶加工企業(yè)考慮，可以減少操作人員30人左右。

(3)可以提高生產(chǎn)的安全性、可靠性。傳統(tǒng)的物料周轉(zhuǎn)時(shí)，操作人員操作時(shí)必須小心謹(jǐn)慎，防止意外事故發(fā)生。物流智能化改造完成后，可以減少人工操作，智能化物流系統(tǒng)指揮物流設(shè)備完成程序化操作，生產(chǎn)的安全性、可靠性得以提高。

(4)可以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)收集與反饋。智能物流

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)訂單信息、產(chǎn)品信息、工藝參數(shù)、車輛信息、裝車信息的收集，通過與車間的生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)接，將數(shù)據(jù)反饋到車間的整體信息采集與監(jiān)控中。

5 結(jié)論

綜上所述，鋁板帶加工企業(yè)進(jìn)行物流智能化改造是企業(yè)應(yīng)盡快策劃和組織實(shí)施的課題，也是行業(yè)發(fā)展的需要，大勢(shì)所趨。高效、智能化的物流管理系統(tǒng)可提高企業(yè)物料周轉(zhuǎn)效率，可大幅降低企業(yè)物流成本,降低人工成本。但需要特別指出的是，目前，庫房管理系統(tǒng)雖然設(shè)置了數(shù)據(jù)的自動(dòng)交換功能，但以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主的鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)，配置二級(jí)系統(tǒng)的不多，有的甚至連基本的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)都未配置，設(shè)備電氣系統(tǒng)需要先行改造，實(shí)現(xiàn)鋁板帶加工企業(yè)的物流智能化仍然任重而道遠(yuǎn)。