梁景輝

（廣汽豐田汽車有限公司，廣東 廣州 511466）

1 前言

我國的人口紅利隨著經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展水平的提高已不復(fù)存在，人工成本在汽車制造業(yè)中所占比例越來越高，這種背景下，對少人化、無人化制造技術(shù)的要求越來越高。汽車制造企業(yè)的沖壓生產(chǎn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程基本實現(xiàn)了自動化，基本不需要人工參與。但是附帶作業(yè)，如上下料，成品裝箱、搬運(yùn)、存放等仍需要大量的人工，自動化程度較低。

目前，公司沖壓車間的沖壓件生產(chǎn)出來后，放置在專用托盤內(nèi)，工人用叉車將其分類搬送至指定區(qū)域，堆疊放置，通過看板和人工進(jìn)行在庫管理。內(nèi)制汽車沖壓件大部分尺寸、重量較大，用叉車搬運(yùn)、疊放等作業(yè)時安全風(fēng)險較大；同時，人工進(jìn)行在庫管理存在準(zhǔn)確性和時效性不足的問題。分類專用區(qū)域疊放的形式，場地高度方向使用效率低，周轉(zhuǎn)率也不足，導(dǎo)致場地整體使用效率差。

為解決上述問題，公司亟需采取自動化立體倉儲的方式，實現(xiàn)信息化、自動化、智能化，將沖壓件的出入庫、存儲整個流程由自動化完成，以降低人工成本，并提升效率。

2 沖壓件倉儲系統(tǒng)介紹

針對內(nèi)制的沖壓件如側(cè)圍等均為尺寸較大、品質(zhì)要求高的部品；人工叉車搬運(yùn)存在作業(yè)風(fēng)險高，勞動強(qiáng)度大等問題；傳統(tǒng)倉儲方式存在占地面積大、周轉(zhuǎn)率低、在庫信息不充分等問題，公司選擇建立一個可用于兼容多車型沖壓件的自動化、智能化立體倉儲系統(tǒng)。

在硬件方面，沖壓件庫包括3 個巷道貨架（360 個貨位），3 臺堆垛機(jī)，8 個旋轉(zhuǎn)輸送臺車，1 套安全防護(hù)網(wǎng)，1 套電氣控制系統(tǒng)，1 套軟件管理系統(tǒng)，整體布局如圖1所示。

圖1 整體布局圖

針對本自動化倉庫配送體系的特殊性，為提高機(jī)械設(shè)備運(yùn)行安全可靠性，本項目選用了雙立柱堆垛機(jī)械。碼垛機(jī)械的起升機(jī)構(gòu)，使用標(biāo)準(zhǔn)圓股鋼絲繩受力，鋼絲繩長度的安全系數(shù)為不低于6，由電力減速機(jī)直接驅(qū)動卷筒式轉(zhuǎn)動，并采用鋼絲繩帶動的裝卸量臺沿起升導(dǎo)軌做上升運(yùn)動，鋼絲繩牽引的最大優(yōu)點就是運(yùn)行噪音低，安全性能優(yōu)良。

采用旋轉(zhuǎn)輸送臺車，設(shè)置在自動化倉庫的出入口處，主要功能是實現(xiàn)作業(yè)者與堆垛機(jī)的自動連接，如圖2 所示。入庫時，作業(yè)者把托盤放置在輸送臺車上，然后臺車自動運(yùn)行到指定位置，由堆垛機(jī)的貨叉叉走入庫。出庫時，堆垛機(jī)把貨物放置在輸送臺車上，然后運(yùn)行到出口處等待作業(yè)者用叉車來引取。

圖2 旋轉(zhuǎn)輸送臺車

在軟件方面，主要由2 部分構(gòu)成：倉儲管理系統(tǒng)(WMS)、倉儲設(shè)施管理系統(tǒng)(WCS)。通過這2 個系統(tǒng)，可規(guī)劃好貨品的堆放地點，提高倉儲效率；記錄整個倉庫的作業(yè)變化，以及貨品的收發(fā)狀況等，實時對接供應(yīng)鏈的ERP 和下游的接收管理部門；可針對任務(wù)提供指引路線，保證揀選率與準(zhǔn)確性；支持手動補(bǔ)貨，增加倉庫空間使用率，有效減少貨位的蜂窩化現(xiàn)象。

3 利用沖壓件倉儲系統(tǒng)解決實際問題

公司為中日合資汽車整車制造企業(yè)，年產(chǎn)整車近100 萬臺，10 余款大、中、小，兩廂、三廂形態(tài)各異的各種車型。其中沖壓車間負(fù)責(zé)生產(chǎn)80 部品/車型的共800 種沖壓件，傳統(tǒng)沖壓件倉儲為按種類指定區(qū)域托盤疊放，出入庫為人工叉車作業(yè)，如圖3 所示。

圖3 叉車作業(yè)

傳統(tǒng)沖壓件倉儲存在以下幾個問題：

（1）托盤通用化不夠。由于不同車型間沖壓件尺寸和形狀存在差異，因此，托盤設(shè)置為專件專用，不同的沖壓件托盤互不通用。

（2）庫房立體化程度不夠，物流通道大，因為采用人工叉車搬運(yùn)和堆疊作業(yè)，出于安全和叉車升高限制，托盤堆疊層數(shù)不能太高，因此，倉庫高度方向還有一定的空間，高度方向的利用率有待提升，同時為了叉車通行，也預(yù)留超過5m 的通道。

（3）自動化程度有提升空間。沖壓件擺放位置采用劃線標(biāo)識和所番地看板設(shè)置，搬運(yùn)工具采用人工電動叉車，需要人工托盤堆垛拆垛，由于自動化程度低和人工操作，以致作業(yè)節(jié)拍長，勞動負(fù)荷高，安全風(fēng)險高，同時沖壓件先進(jìn)先出無法100%保證。

（4）信息化程度不高、沖壓件入庫及出庫、在庫管理、品質(zhì)屬性標(biāo)識等，依賴員工的管理和工作經(jīng)驗，加上單據(jù)的處理，造成數(shù)據(jù)管理量大，進(jìn)而增加工作人員的工作量，不能非常清晰和快速明顯地反映庫房里的出入庫情況，容易出錯和信息丟失。

針對以上問題，我們采取了對應(yīng)的措施。為了減少托盤的種類，最大程度實現(xiàn)托盤的通用化，對同一車型的左右件托盤進(jìn)行了通用化設(shè)計。貨架為倉庫主要組成部分，用于沖壓件托盤的存放。在設(shè)計貨架時，為了兼顧通用性和效率，適當(dāng)?shù)亟y(tǒng)一了貨架的尺寸，使其可以同時滿足多車型沖壓件放置。采用4 層的沖壓件倉儲立體庫，最大化利用倉庫垂直空間，進(jìn)行多庫位、多車型沖壓件的存儲。設(shè)置自動化搬運(yùn)設(shè)備，0 叉車搬運(yùn)作業(yè)，降低物流通道面積。采用WCS 與WMS 系統(tǒng)實現(xiàn)沖壓件倉儲自動化。通過使用該業(yè)務(wù)軟件，可以控制設(shè)備的全部運(yùn)行過程，實時監(jiān)控及管理物流信息，零件能夠自動出入庫，庫存信息自動存儲，100%實現(xiàn)在庫可視化系統(tǒng)。對接沖壓/焊裝工位，實現(xiàn)先入先出。沖壓件入庫時，申請空托盤，通過物料條碼并填寫物料數(shù)量將物料和托盤進(jìn)行綁定。在無人參與的情況下，自動化立體倉庫軟件根據(jù)一定的規(guī)則為托盤分配貨位，現(xiàn)場設(shè)備自動將托盤放到指定的貨位上去，軟件自動記錄庫存信息。后續(xù)沖壓件出庫時，操作者根據(jù)一定的要求查詢滿足條件的庫存，并形成指令，現(xiàn)場設(shè)備在ECS 的協(xié)助下，按照指令的要求運(yùn)作，將指定的托盤從立體庫中取出，軟件自動減去相關(guān)庫存信息，如圖4 所示。

圖4 沖壓立體庫現(xiàn)場示意圖

4 沖壓件倉儲系統(tǒng)工作流程

出入庫工作流程：入庫流程為操作者申請空托盤，通過物料條碼并填寫物料數(shù)量將物料和托盤進(jìn)行綁定。在無人參與的情況下，自動化立體倉庫軟件根據(jù)一定的規(guī)則為托盤分配貨位，現(xiàn)場設(shè)備自動將托盤放到指定的貨位上，軟件自動記錄庫存信息。出庫流程為操作者根據(jù)一定的要求查詢滿足條件的庫存，并形成指令?，F(xiàn)場設(shè)備在ECS 的協(xié)助下，按照指令的要求運(yùn)作，將指定的托盤從立體庫中取出，軟件自動減去相關(guān)庫存信息。

堆垛機(jī)工作流程：庫內(nèi)搬運(yùn)主要通過堆垛機(jī)（圖5）實現(xiàn)沖壓件的全自動化倉儲作業(yè)。運(yùn)行電器利用驅(qū)動軸承牽引車輪，使堆垛機(jī)在下導(dǎo)軌上做水平運(yùn)行；上升電動機(jī)則利用鋼絲繩的牽引力，推動裝卸量臺作垂直上升；裝卸量臺上的貨叉電動機(jī)驅(qū)使叉子左右伸縮，利用上述三角運(yùn)動可以將特定地點的貨物取出，并將貨物送到特定地點。

圖5 堆垛機(jī)示意圖

控制器安裝在堆垛機(jī)上，重要的電力元儀器包括PLC、變頻器和接觸屏，用于控制整個堆垛機(jī)系統(tǒng)的自動運(yùn)行。堆垛機(jī)的控制方式有聯(lián)機(jī)自動、本機(jī)自動、半自動、手動及維修方式。控制系統(tǒng)正常工作時會采取聯(lián)機(jī)自動方式，堆垛機(jī)利用以太網(wǎng)通訊接受來自主控電腦的操作命令，進(jìn)行相應(yīng)的入出庫作業(yè)，同時，利用光通信向主控電腦反映作業(yè)狀態(tài)信號和故障消息。

行駛、起升和貨叉發(fā)電機(jī)，分別由變頻器的分時控制系統(tǒng)進(jìn)行無級調(diào)速，保證了電力拖動系統(tǒng)的快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確。制動期間的電氣能量釋放通過制動電阻器轉(zhuǎn)換成熱能。堆垛機(jī)具備自動認(rèn)址、貨位虛實互動檢測和其他自動檢測功能（圖6）。

圖6 堆垛機(jī)電氣控制原理

5 安全措施及應(yīng)急保障

沖壓件倉儲系統(tǒng)電控箱放置在方便人員使用的地方，控制面板上設(shè)有接觸屏、鑰匙式啟封開關(guān)、功能和故障類型的說明燈和蜂鳴報警器等，由使用或檢修的專門技術(shù)人員負(fù)責(zé)操縱。它還具備了實用、美觀、直觀，以及操作簡便易懂等優(yōu)點。當(dāng)堆垛機(jī)處于聯(lián)機(jī)全自動控制方式時，可以無須人工干預(yù)而自動按照主控電腦所下達(dá)的命令作業(yè)。同時為了確保安全，還規(guī)劃了以下安全措施：（1）為了確保人、貨物和機(jī)械設(shè)備的安全，所有堆垛機(jī)械都裝有完整的硬件和軟件的安全保護(hù)裝置，并在電氣控制系統(tǒng)上實行了一系列聯(lián)鎖和防護(hù)；（2）設(shè)置了行走端點限位裝置和升降端點限位傳感器；（3）防止堆垛機(jī)運(yùn)行至巷道兩端附近速度過快，設(shè)置行走速度強(qiáng)制切除功能；（4）防止載貨臺運(yùn)行至升降兩端附近運(yùn)行速度過快，設(shè)置了升降速度強(qiáng)制切除功能；（5）為避免空出庫、重疊入倉等特殊現(xiàn)象的產(chǎn)生，設(shè)定了對貨位、進(jìn)出庫輸送機(jī)等商品的虛實檢查傳感器；（6）為防止商品規(guī)格與所入庫貨位的規(guī)格不符，設(shè)置了商品外形尺寸測量傳感器；（7）載貨臺上設(shè)置了貨物坍塌檢測傳感器；（8）過載及松繩的保護(hù)裝置，當(dāng)載貨臺上承受載荷大于1.25 倍的額定載荷或鋼絲繩失去張力時，使起升機(jī)構(gòu)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證設(shè)備的安全；（9）堆垛機(jī)控制盤上及其合適位置設(shè)置緊急停止按鈕，以備在異常情況下切斷電源；（10）設(shè)置有在非正常工作狀態(tài)下的聲光報警設(shè)備；（11）對叉子設(shè)置中位雙保險限位開關(guān)，以避免叉子在碼垛機(jī)械運(yùn)行和升降的過程中出現(xiàn)誤動作，以保證機(jī)械設(shè)備安全工作；（12）各有關(guān)動作及裝置的電氣連鎖；（13）貨叉動作時禁止行走；（14）行走中貨叉禁止動作；（15）貨叉動作中禁止升降；（16）設(shè)有三色指示燈，指示堆垛機(jī)工作狀態(tài)。

由于公司產(chǎn)量高，所以降低故障率，確保不停線是排在第一位的，為此采取了這些措施：整體劃分為2個區(qū)，每個區(qū)域作為相互備份；不同車種貨位設(shè)置按不同巷道排布；搬運(yùn)臺車可快速調(diào)整模式：如出庫搬運(yùn)臺車轉(zhuǎn)換為入庫搬運(yùn)臺車；配置高空作業(yè)防護(hù)措施及高空作業(yè)車，點檢及異常處置確保安全性；托盤位置自動檢測，偏差時準(zhǔn)備專用工具對應(yīng)托盤復(fù)位。后續(xù)計劃將2 區(qū)再分離為兩個區(qū)（即分為2、3 區(qū)），并增加一個備份運(yùn)行區(qū)域，如圖7 所示。

6 結(jié)語

沖壓件立體倉儲自投入以來，成功實現(xiàn)的多車型側(cè)圍沖壓的倉儲自動化，達(dá)成了以下效果：（1）減少人工叉運(yùn)物流，提升物流自動化效率；（2）減少疊放的高層作業(yè)、物流作業(yè)交叉干涉，提升作業(yè)安全性；（3）減少沖壓托盤碰撞導(dǎo)致的形變，確保托盤精度；（4）批量化生產(chǎn)與節(jié)拍化的對接化、后工程近接化；（5）100%先入先出的實現(xiàn)，在庫情況可視化；（6）今后開展AGV 搬運(yùn)及壓力機(jī)自動裝箱實現(xiàn)的可行性提升；（7）提升場地使用效率，物流通道占用面積下降了67%，成品放置占用面積減少了54%，單位面積貨位數(shù)上升了33%，解決場地不足課題。

沖壓件倉儲自動化首次實現(xiàn)了公司沖壓車間的物料自動輸送、立體智能倉儲和出入庫作業(yè)，提高了企業(yè)沖、焊車間之間的物流效率，降低了公司的人力物力消耗，進(jìn)一步提高了公司的物流、倉儲水平，為企業(yè)創(chuàng)造更大價值。倉儲自動化必將是未來發(fā)展應(yīng)用的趨勢，隨著使用的普及、不斷完善，將來發(fā)展一定會越來越好。