曾繼嶸 汪勇兵 秦杰 李泉

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，車型迭代升級(jí)速度加快，個(gè)性化需求越加突出，制造體系已經(jīng)從少品種大批量的制造模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗥贩N小批量的柔性生產(chǎn)模式。模式轉(zhuǎn)變帶來的汽車零部件品種增加、零部件專用性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)供應(yīng)鏈倉儲(chǔ)帶來了更大的挑戰(zhàn)。A公司廠內(nèi)物流仍存在自動(dòng)化與智能化設(shè)備應(yīng)用不足、存儲(chǔ)空間利用率低、倉儲(chǔ)場地不足、人員作業(yè)密集等方面的問題。

基于以上，亟需改善當(dāng)前運(yùn)作模式，提升倉儲(chǔ)能力及應(yīng)對(duì)生產(chǎn)波動(dòng)變化的能力。為此A 公司研究引進(jìn)電商行業(yè)應(yīng)用廣泛的料箱機(jī)器人，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)作環(huán)境，因地制宜通過集成使用多種智能自動(dòng)化技術(shù)，打造高柔性拓展型黑燈智慧倉。通過用智能自動(dòng)化物流設(shè)備代替人工，實(shí)現(xiàn)高柔性自動(dòng)化物流作業(yè)方式，快速支持多品種、小批量的產(chǎn)銷模式，解決物流能力瓶頸與人為影響等困難。

2 黑燈智慧倉系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于A 公司實(shí)際倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)進(jìn)行IWMS（International Warehouse Management System）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如下表：

系統(tǒng) 業(yè)務(wù)場景 操作內(nèi)容 流程說明入庫單掃描 物料搬上輸送線入庫前進(jìn)行掃單確認(rèn)。來料檢查 來料檢查環(huán)節(jié)設(shè)置在物料搬上輸送帶前，質(zhì)檢發(fā)現(xiàn)短裝時(shí)系統(tǒng)能記錄檢查結(jié)果（標(biāo)簽問題、短裝問題等）。物料拆托后上輸送線，每箱物料經(jīng)過掃描器時(shí)掃描料箱標(biāo)簽二維碼（二維碼不唯一），系統(tǒng)記錄零件號(hào)+入庫掃描順序號(hào)（或掃描時(shí)間或流水號(hào)），結(jié)合后續(xù)生成的庫位形成唯一記錄，實(shí)現(xiàn)物料料箱級(jí)管控。送貨數(shù)校驗(yàn)（入庫情況可視化）料箱級(jí)掃描設(shè)置入庫工作臺(tái)，顯示單據(jù)內(nèi)容，物料經(jīng)過掃描器時(shí)將掃描數(shù)據(jù)與送貨單內(nèi)容匹配，存在零件不在單據(jù)內(nèi)或?qū)嵥停紝?shí)發(fā)情況時(shí)進(jìn)行提醒，由人工確認(rèn)。入庫環(huán)節(jié)包裝變更物料 按實(shí)際掃描二維碼包裝數(shù)進(jìn)行記錄，要求實(shí)際掃描總件數(shù)≤單據(jù)送貨件數(shù)。IWMS非標(biāo)物料 供應(yīng)商送貨單注明非標(biāo)物料信息，掃描前與接收員確認(rèn)，由接收員在收貨界面修改實(shí)收包裝數(shù)并記錄信息。入庫單據(jù)確認(rèn)及零件入庫單據(jù)和實(shí)物匹配后，收貨員在工作臺(tái)確認(rèn)關(guān)單，關(guān)單后IWMS系統(tǒng)傳輸庫存數(shù)據(jù)至LES（Logistics Execution System）系統(tǒng)，料箱機(jī)器人將零件搬運(yùn)至存儲(chǔ)區(qū)。料箱漏掃描 漏掃描物料流轉(zhuǎn)至異常道口并報(bào)錯(cuò)，由人工處理后進(jìn)行重入庫操作。零件批次管理 批次管理零件額外粘貼批次標(biāo)簽，入庫同時(shí)掃描物料和批次標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)料箱和批次綁定。零件主數(shù)據(jù)管理 接收LES系統(tǒng)傳遞的主數(shù)據(jù)（含零件號(hào)、零件名稱、供應(yīng)商信息、包裝信息等）。庫齡管理 物料進(jìn)入庫位時(shí)記錄入庫時(shí)間，以便計(jì)算該零件對(duì)應(yīng)庫齡。倉儲(chǔ)管理物料凍結(jié) LES系統(tǒng)建立封存單據(jù)，并將封存信息傳給IWMS系統(tǒng)凍結(jié)對(duì)應(yīng)庫位零件，執(zhí)行出庫操作時(shí)剔除該部分零件，凍結(jié)后可選擇解凍或退貨。零件理庫 根據(jù)零件熱力及業(yè)務(wù)需求在空閑時(shí)間執(zhí)行物料庫位調(diào)整，庫位分配遵循線路一致就近；頻次高的，由下到上、由外到內(nèi)（優(yōu)先靠近出庫端）的原則。

系統(tǒng) 業(yè)務(wù)場景 操作內(nèi)容 流程說明物料盤點(diǎn)（抽盤/全盤）（1）自動(dòng)盤點(diǎn)：在LES創(chuàng)建盤點(diǎn)清單傳給IWMS，激活盤點(diǎn)憑證鎖定零件（暫時(shí)不能出入庫），調(diào)度料箱機(jī)器人到指定庫位掃描料箱標(biāo)簽形成盤點(diǎn)結(jié)果并傳至LES；（2）人工盤點(diǎn)：在LES創(chuàng)建盤點(diǎn)清單傳給IWMS，激活盤點(diǎn)憑證鎖定零件（暫時(shí)不能出入庫），調(diào)度料箱機(jī)器人取箱搬運(yùn)至出貨口，人工盤點(diǎn)后輸入實(shí)物盤點(diǎn)數(shù)，形成盤點(diǎn)結(jié)果并傳至LES。盤點(diǎn)零件鎖定庫位，盤點(diǎn)完成后料箱機(jī)器人仍將料箱返回原庫位。物料預(yù)警 接收LES系統(tǒng)存量主數(shù)據(jù)，IWMS存量低于最小庫存時(shí)進(jìn)行預(yù)警；物料出庫掃描數(shù)量<單據(jù)需求數(shù)量時(shí)進(jìn)行預(yù)警。過賬管理 將收發(fā)貨回傳至LES系統(tǒng)。按需拉動(dòng) 基于輸入車型（車型對(duì)應(yīng)的物料清單/BOM，生產(chǎn)計(jì)劃、上線隊(duì)列等），計(jì)算對(duì)應(yīng)的零件數(shù)量，結(jié)合當(dāng)前庫存，對(duì)供應(yīng)商發(fā)布需求。新車型項(xiàng)目物料管理 LES無數(shù)據(jù)，需在IMWS系統(tǒng)設(shè)立單獨(dú)模塊管理。出庫口分配 線路與出貨口綁定，并可以調(diào)整設(shè)置。常規(guī)出庫 單據(jù)按線路區(qū)分，料箱機(jī)器人按需求撿取物料，庫存不足時(shí)允許撿取物料數(shù)<單據(jù)需求數(shù)。緊急出庫 手工建立備料單，生成出庫任務(wù)單，調(diào)整序列排在最前優(yōu)先備料。零件漏掃描問題處理 漏掃描零件不經(jīng)過分撿，流轉(zhuǎn)至異常道口并報(bào)錯(cuò)，由人工處理。出庫環(huán)節(jié)出庫排程 對(duì)配套使用零件，系統(tǒng)后臺(tái)設(shè)置零件+供應(yīng)商+時(shí)間段的排程，零件出庫時(shí)只選取排程內(nèi)供應(yīng)商零件。項(xiàng)目物料出庫（整箱）手工建立備料單（支持批量導(dǎo)入創(chuàng)建），生成出庫任務(wù)單，出庫序列排在常規(guī)出庫單后執(zhí)行，分配至專用出貨口出庫，更新庫存。項(xiàng)目物料出庫（非整箱，按件領(lǐng)料）分配至專用出貨口，操作同整箱出庫，備料員輸入揀選數(shù)量發(fā)起返箱需求，IMWS接收已揀選數(shù)量并生成非標(biāo)憑證（含系統(tǒng)內(nèi)標(biāo)識(shí)和目視標(biāo)識(shí)），粘貼非標(biāo)目視標(biāo)識(shí)后，調(diào)度料箱機(jī)器人取箱回庫位，并更新庫存。退貨在LES建單凍結(jié)物料，傳給IWMS凍結(jié)相應(yīng)庫存，在IWMS建立排查清單調(diào)取對(duì)應(yīng)物料至出貨口，同時(shí)激活排查憑證，排查無問題零件返回原庫位并消除憑證，凍結(jié)狀態(tài)保留，問題零件在LES系統(tǒng)建立退貨單并將數(shù)據(jù)傳給IWMS系統(tǒng)，IWMS系統(tǒng)同步對(duì)帶排查憑證物料退貨。先進(jìn)先出管理 出庫時(shí)根據(jù)零件入庫時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)推薦先入庫的物料先出庫。收貨環(huán)節(jié) 收貨情況統(tǒng)計(jì)，單據(jù)執(zhí)行耗時(shí)、每箱耗時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，收貨差異比例，漏掃描情況統(tǒng)計(jì)，問題前位供應(yīng)商清單。庫房備料 零件拉動(dòng)頻率、庫位熱力圖，料箱機(jī)器人使用/滿載/故障頻率統(tǒng)計(jì)。出庫環(huán)節(jié) 不同線路單據(jù)數(shù)量統(tǒng)計(jì)，單據(jù)執(zhí)行耗時(shí)、每箱耗時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，各出庫口流量、掃描異常情況統(tǒng)計(jì)。盤點(diǎn)差異 平均盤點(diǎn)耗時(shí)，盤點(diǎn)差異情況及占比，盤點(diǎn)差異前位零件、供應(yīng)商清單。積壓物料統(tǒng)計(jì) 按積壓物料周期，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)積壓物料清單，形成報(bào)表。物料預(yù)警 按日、周、月統(tǒng)計(jì)每月預(yù)警物料，按廠家車型區(qū)分生成報(bào)表。業(yè)務(wù)運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表分析緊急拉動(dòng) 按日、周、月統(tǒng)計(jì)流水線緊急拉動(dòng)次數(shù)生產(chǎn)報(bào)表。切換物料 按日、周、月根據(jù)切換物料配比數(shù)量每天形成數(shù)據(jù)報(bào)表便于查看切換物料情況。庫存周轉(zhuǎn)率 庫存周轉(zhuǎn)率 = 出庫數(shù)量 / (期初庫存+期末庫存）/2 ×100%；定期保存周轉(zhuǎn)率數(shù)據(jù)，并支持通過不同維度查詢周轉(zhuǎn)率變化情況。庫位使用率 系統(tǒng)顯示空閑庫位清單及使用率統(tǒng)計(jì)（實(shí)時(shí)更新）。庫齡分布統(tǒng)計(jì) 不同庫齡物料在系統(tǒng)當(dāng)前存量的占比情況。

3 硬件集成設(shè)計(jì)

高柔性拓展型黑燈智慧倉集成使用多種智能化自動(dòng)化技術(shù)，包含自動(dòng)輸送系統(tǒng)、智能視覺掃描、量方設(shè)備、料箱機(jī)器人、智慧互聯(lián)管理平臺(tái)等，見圖1。

圖1

3.1 自動(dòng)輸送系統(tǒng)

實(shí)施前，物料的接收及入庫主要通過人工操作：物料來料后，接收員通過人工點(diǎn)數(shù)對(duì)物料進(jìn)行接收（如圖2），再通過人工使用地牛將物料拉送至超市料架庫位，整個(gè)過程耗費(fèi)人力物力，效率低下。實(shí)施后，物料到貨后即可在卸貨道口將物料放置在輸送線上，物料經(jīng)過輸送線自動(dòng)輸送至入庫接駁口，由料箱機(jī)器人進(jìn)行入庫操作。

圖2 人工接收

3.2 智能視覺掃描

物料在自動(dòng)輸送時(shí)，經(jīng)過視覺掃描后，實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)接收（如圖3）。數(shù)據(jù)通過視覺掃描采集輸入系統(tǒng)，與送貨單進(jìn)行比對(duì)，檢查訂單到貨情況，實(shí)現(xiàn)勘誤及報(bào)警，無需人工點(diǎn)數(shù)，提高工作效率。

圖3 自動(dòng)掃描收貨

3.3 量方設(shè)備

為了防止塑料箱循環(huán)使用一段時(shí)間后變形以及紙箱遇潮等變形后，導(dǎo)致外觀尺寸不符合入庫要求的物料流轉(zhuǎn)到庫區(qū)的情況發(fā)生，在入庫輸送線前端設(shè)計(jì)并安裝了量方設(shè)備（如圖4），不符合尺寸物料通過時(shí)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)報(bào)警提示，并且與輸送線聯(lián)動(dòng)將不符合尺寸的料箱自動(dòng)流轉(zhuǎn)至異?？?，確保了自動(dòng)化作業(yè)的穩(wěn)定。

圖4 量方設(shè)備

3.4 智能料箱機(jī)器人

料箱機(jī)器人（如圖5）的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)倉庫小件物料到貨后從入庫接駁、配送至高位貨架到出庫整個(gè)物流環(huán)節(jié)的搬運(yùn)無人化，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的“人揀貨”揀選模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝Ш唵蔚摹柏浀饺恕敝悄軖x模式。

圖5 料箱機(jī)器人

料箱機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)小件黑燈智慧倉的關(guān)鍵設(shè)備，其具備智能揀選與搬運(yùn)、自主導(dǎo)航、主動(dòng)避障和自動(dòng)充電等功能，借助二維碼視覺導(dǎo)航及慣性導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無軌行走及精準(zhǔn)定位。

3.5 智慧互聯(lián)管理平臺(tái)

智慧管理平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)與外部管理系統(tǒng)對(duì)接，處理相關(guān)業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及可視化管理，保證多臺(tái)機(jī)器人及各類設(shè)備的同時(shí)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)健康狀況預(yù)測與監(jiān)控，并基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。其主要包含IWMS 智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，ESS 設(shè)備調(diào)度管理系統(tǒng)及RCS 機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)等。目前管理平臺(tái)已接入多項(xiàng)其他物流監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，如叉車等設(shè)備利用率、MR 在途監(jiān)控、無人物流車運(yùn)行監(jiān)控等。

圖6 智慧管理平臺(tái)

3.6 高位貨架

攻關(guān)新型存儲(chǔ)貨架： 當(dāng)前小件物料包裝除了標(biāo)準(zhǔn)的A 箱（300*200*150mm）/B 箱（400*300*150mm）/C 箱（400*300*280mm）/D 箱（6 0 0*4 0 0*2 8 0 m m）/H 箱（600*400*150mm）等塑料箱外還存在紙箱等原包裝。本著從降低供應(yīng)鏈成本、快速應(yīng)用及批量推廣考慮，在庫位上增加導(dǎo)向裝置（如圖7），能有效的避免料箱機(jī)器人取放物料的時(shí)候造成包裝尺寸小的物料偏轉(zhuǎn)、移位等情況，有效的兼容了物料包裝尺寸多樣性的特點(diǎn)，擴(kuò)大零件應(yīng)用范圍。并且通過智慧互聯(lián)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)庫位管控，提高庫位利用率。

圖7 貨架及導(dǎo)向裝置

4 A 公司實(shí)際應(yīng)用取得的經(jīng)濟(jì)效益

通過使用智能化設(shè)備，將物流接收、倉儲(chǔ)、備料等人工操作環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)無人化、智能化。僅項(xiàng)目一期，可優(yōu)化6 名人員，2 年可回收成本；且存儲(chǔ)空間由原來的2 米提高到5.12米，倉庫空間利用率提升156%，可節(jié)約倉庫面積30%。

5 總結(jié)思考

基于汽車制造業(yè)多品種、小批量為主的敏捷制造模式，本案例豐富了汽車主機(jī)廠黑燈倉庫的行業(yè)案例，為汽車生產(chǎn)制造業(yè)物流無人化、智能化技術(shù)路徑添磚加瓦，其模式低投入、高產(chǎn)出、快捷容易拓展，具有極強(qiáng)適應(yīng)性推廣性。

跨界技術(shù)融合：將電商行業(yè)的理念及技術(shù)在汽車主機(jī)廠驗(yàn)證應(yīng)用，集成視覺掃描、機(jī)器人智能調(diào)度、動(dòng)態(tài)管控等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧倉儲(chǔ)，形成技術(shù)集群，聯(lián)合多家專業(yè)技術(shù)供應(yīng)商，提供了汽車復(fù)雜、多變的倉儲(chǔ)解決方案。

高柔性，易拓展:有別于傳統(tǒng)的自動(dòng)化立體庫（重型的鋼結(jié)構(gòu)+提升機(jī)組合）投資大的弊端，采用料箱機(jī)器人+柔性可拆解料架的方式具有極佳的柔性和拓展性，方便搬遷和調(diào)整。

倉儲(chǔ)降本增效：減少作業(yè)人員，提升空間利用率、節(jié)約倉庫面積，提高輸出的坪效比。

提升倉庫數(shù)字化管理： 實(shí)現(xiàn)倉庫運(yùn)行可視化，提升管理的顆粒度；實(shí)現(xiàn)零部件批次追溯、自動(dòng)盤點(diǎn)及預(yù)警、料箱級(jí)管控、精確記錄零件庫齡等功能，為倉庫管理的數(shù)字運(yùn)營邁向新的步伐。