文/張偉 王威 王羚薇

（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 吉林省長(zhǎng)春市 130033）

智能制造是指將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)融合，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過(guò)程、系統(tǒng)與模式的總稱，具備以智能工廠為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)、以網(wǎng)通互聯(lián)為支撐的四大特征，可有效縮短產(chǎn)品研制周期、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗，對(duì)推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。

智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)是為了建設(shè)一個(gè)符合工廠實(shí)際業(yè)務(wù)流程、操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、系統(tǒng)功能完善的倉(cāng)儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)，與工廠各業(yè)務(wù)系統(tǒng)全面集成，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公，存儲(chǔ)、配送物料全流程追溯，倉(cāng)儲(chǔ)物流的柔性化快速響應(yīng)，提升物料管理的信息化、可視化，提升庫(kù)房管理的效率，是智能工廠建設(shè)的基礎(chǔ)條件之一。

1 科研單位物料管控的特點(diǎn)

物料管理作為制造過(guò)程中的核心要素之一，是產(chǎn)品精益制造和質(zhì)量保障的重要內(nèi)容，智能物料管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的基本前提。由于單位性質(zhì)和歷史原因，目前大多數(shù)科研單位制造過(guò)程中的物料管理尚不夠完善，與自動(dòng)化、信息化和智能化水平差距較遠(yuǎn)。以電裝生產(chǎn)相關(guān)物料管理為例，主要不足體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1）庫(kù)房規(guī)模小、地點(diǎn)分散，有單位級(jí)庫(kù)房和部門級(jí)（項(xiàng)目組）自有庫(kù)房之分。前者在硬件條件、管理制度方面較為正規(guī)，但后者一般管理較為隨意，大部分不能滿足質(zhì)量管理體系要求。

（2）兩種庫(kù)房都存在物料存儲(chǔ)類型單一的情況，基本以電子元器件為主，一般都未規(guī)劃主輔材料、機(jī)械件及技術(shù)圖紙等存儲(chǔ)區(qū)域。科研單位生產(chǎn)過(guò)程中的常見(jiàn)物料及存儲(chǔ)狀況如表1 所示。

（3）無(wú)論是單位級(jí)庫(kù)房還是部門自有庫(kù)房，都缺乏先進(jìn)的軟件管理系統(tǒng)，不具備智能倉(cāng)儲(chǔ)的基本特征，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化和智能化的管理。經(jīng)調(diào)研：項(xiàng)目組自有庫(kù)房大部分僅限于存放功能，沒(méi)有軟件系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范管理，單位級(jí)庫(kù)房雖有出入庫(kù)管理軟件，大部分無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)與ERP、MES 的互聯(lián)。

總之，這種原始的物料管理形式，存在場(chǎng)地、人員投入的重復(fù)和資源浪費(fèi)，在管理效率方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)今先進(jìn)的物料倉(cāng)儲(chǔ)與管理系統(tǒng)。

2 智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)將覆蓋產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中所涉及的各種定額物料，包括電子元器件、PCB 板、鋼網(wǎng)/治具、導(dǎo)線、熱控多層材料、裝機(jī)用零部組件、結(jié)構(gòu)件、半成品以及構(gòu)成產(chǎn)品的關(guān)鍵輔料等的自動(dòng)入庫(kù)、存儲(chǔ)、出庫(kù)單自動(dòng)匹配、自動(dòng)出庫(kù)、物料轉(zhuǎn)運(yùn)、智能分揀等業(yè)務(wù)流程環(huán)節(jié)。通過(guò)借助智能二維碼系統(tǒng)、智能倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備、無(wú)人轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備（AGV小車）、機(jī)械臂、視覺(jué)系統(tǒng)等先進(jìn)倉(cāng)儲(chǔ)物流裝置及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：

（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化、智能化管理，打通物料的各個(gè)流通環(huán)節(jié)信息，確保物料全壽命周期內(nèi)的可追溯性，滿足產(chǎn)品質(zhì)量管控要求。

（2）通過(guò)物流執(zhí)行過(guò)程的軟硬件集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物料從出庫(kù)到配送至生產(chǎn)線的全過(guò)程信息化管理。

（3）通過(guò)和AGV 小車、視覺(jué)系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)模型等自動(dòng)化物流硬件和軟件的集成，實(shí)現(xiàn)物料分揀出庫(kù)、配送、轉(zhuǎn)序調(diào)度的自動(dòng)化控制，減少生產(chǎn)過(guò)程中的物料配送取用時(shí)間，確保準(zhǔn)確率并提高生產(chǎn)效率。

圖1：物料的全過(guò)程精益管理

圖2：數(shù)據(jù)信息的全過(guò)程追溯管理

圖3：WES 系統(tǒng)與ERP、MES 系統(tǒng)的集成和信息互通

（4）通過(guò)將WES 軟件（物料執(zhí)行系統(tǒng)）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、企業(yè)ERP 平臺(tái)等信息系統(tǒng)的深度集成，對(duì)接智能倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)、SMT產(chǎn)線的云料倉(cāng)數(shù)據(jù)、鋼網(wǎng)的智能貨架數(shù)據(jù)，將來(lái)可能實(shí)現(xiàn)的線束加工數(shù)據(jù)（線束全自動(dòng)加工流水線），實(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)流程的無(wú)紙化和自動(dòng)化。

上述內(nèi)容如圖1 ～圖3 所示。

3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程規(guī)劃

3.1 庫(kù)房布局設(shè)計(jì)

本文以筆者所在單位某庫(kù)房建設(shè)（改造）為例進(jìn)行介紹，僅供參考，庫(kù)房布局如圖4 所示。

布局及功能說(shuō)明：

3.1.1 多功能的存儲(chǔ)區(qū)域，充足的庫(kù)容能力

（1）散料存儲(chǔ)：提供3 個(gè)尺寸約為L(zhǎng)9m*W2.5m*H3m 的智能散料立體庫(kù)，單個(gè)立體庫(kù)規(guī)劃儲(chǔ)位24000 個(gè)（共72000 個(gè)），可滿足300 個(gè)以上項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目近200 種元器件的存儲(chǔ)。

表1：科研單位生產(chǎn)過(guò)程常見(jiàn)物料及存儲(chǔ)狀況統(tǒng)計(jì)表（電裝生產(chǎn)類）

表2：智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)核心設(shè)備配置清單

（2）盤料存儲(chǔ)：提供1 個(gè)尺寸為L(zhǎng)9m*W2m*H3m 的智能盤料立體庫(kù)，單個(gè)立體庫(kù)規(guī)劃儲(chǔ)位10000 個(gè)（儲(chǔ)位載具所占空間較用于散料存儲(chǔ)的防靜電箱更?。?，可滿足今后日益普及的盤帶料存儲(chǔ)和其它標(biāo)準(zhǔn)包裝料的存儲(chǔ)。

（3）文件存儲(chǔ)：提供6 個(gè)尺寸為L(zhǎng)1.4m*W1m*H3m 的垂直循環(huán)貨柜，單個(gè)貨柜規(guī)劃儲(chǔ)位（標(biāo)準(zhǔn)文件夾）1000 個(gè)，可滿足6000份文件的存儲(chǔ)。

（4）特殊元器件存儲(chǔ)：提供9 個(gè)尺寸為L(zhǎng)1.2m*W0.7m*H2m的氮?dú)飧稍锕?，?chǔ)位若干，可用于對(duì)溫濕度、靜電特別敏感的和CMOS 等特殊/關(guān)鍵/貴重元器件的存儲(chǔ)。

（5）鋼網(wǎng)存儲(chǔ)：提供7 個(gè)尺寸為L(zhǎng)2.12m*W0.78m*H2.6m 的鋼網(wǎng)專用貨架，可存儲(chǔ)693 塊型號(hào)為736mm*736mm 的鋼網(wǎng)板。

（6）電子輔料等儲(chǔ)存：提供規(guī)格為L(zhǎng)2m*W1m*2.6m（寬*高，雙排）的智能貨架3 排(每排9m 長(zhǎng))，規(guī)劃儲(chǔ)位若干，用于生產(chǎn)裝機(jī)用電裝主輔材料的存儲(chǔ)。

（7）大件及臨時(shí)存儲(chǔ)：提供規(guī)格為L(zhǎng)2m*W？m*2.6m 的智能貨架2 排（厚度定制,單排總長(zhǎng)度9m），規(guī)劃存儲(chǔ)位若干，用于大型件和臨時(shí)物料的存儲(chǔ)。

3.1.2 自動(dòng)化、智能化對(duì)空間布局的需求設(shè)計(jì)

（1）自動(dòng)、智能轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)：利用AGV 機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)物料，設(shè)置物料接駁存區(qū)，用于物料的緩存。

圖4：智能倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房整體布局

（2）物料處理區(qū)：“交接窗口”和“備料臺(tái)”，用于物料的交接、拆包、打包、綁定等。

（3）宣傳與展示：“內(nèi)外展示窗戶”、“風(fēng)淋門”、“看板”，其中，看板可實(shí)時(shí)展示“智能立體庫(kù)內(nèi)部運(yùn)行情況”、“物料的庫(kù)存情況”和“WES 軟件的操作界面”等。

3.2 系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)模式

根據(jù)單位科研生產(chǎn)特點(diǎn)，總結(jié)出智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程圖，如圖5 所示。

圖5：智能物料管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

圖6：智能散料立體庫(kù)外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.2.1 物料入庫(kù)

（1）來(lái)料識(shí)別：通過(guò)MES 在系統(tǒng)內(nèi)形成物料唯一追溯碼,打印粘貼在對(duì)應(yīng)物料最小包裝上，MES 系統(tǒng)內(nèi)記錄物料包括SAP 碼、物料描述、供應(yīng)商、包裝方式等來(lái)料基本信息，WES 可以通過(guò)物料追溯碼獲取對(duì)應(yīng)信息。

（2）清點(diǎn)入庫(kù)：物料檢驗(yàn)合格后，傳至倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)入口，系統(tǒng)完成清點(diǎn)入庫(kù)。

（3）智能貨位管理：自動(dòng)掃碼、存入設(shè)備，動(dòng)態(tài)定義地址；可實(shí)現(xiàn)物料與貨位進(jìn)行雙向關(guān)聯(lián)。在物料入庫(kù)時(shí)，只需要掃描物料條碼，系統(tǒng)即可自動(dòng)分配貨位，并自動(dòng)完成入庫(kù)。

（4）物料數(shù)據(jù)信息同步更新：將物料入庫(kù)/退庫(kù)信息同步傳遞給MES 系統(tǒng)。

3.2.2 物料出庫(kù)

（1）按出庫(kù)單配料：通過(guò)MES 系統(tǒng)的指令，依據(jù)出庫(kù)單中的物料信息、需求數(shù)量，與WES 中物料庫(kù)位信息結(jié)合，生成按批次配料單，完成相應(yīng)出庫(kù)單物料的分揀。

（2）物料出庫(kù)：以出庫(kù)單為單位完成所有物料的分揀和出庫(kù)，多個(gè)出庫(kù)單順序配料時(shí)，避免同一物料在不同出庫(kù)單配料過(guò)程中多次出庫(kù)和入庫(kù)操作；同一庫(kù)位多種物料同時(shí)需求時(shí)，系統(tǒng)一次性出庫(kù)。

（3）退料管理：針對(duì)產(chǎn)線退料，依據(jù)不同形式的退料原因，形成對(duì)應(yīng)的“入庫(kù)單”，例如：工序停產(chǎn)、出庫(kù)單退料、產(chǎn)線不良退料。

（4）數(shù)據(jù)信息同步更新：物料庫(kù)存數(shù)量變化、出庫(kù)單物料配料數(shù)據(jù)，在WES 中實(shí)時(shí)更新并同步到MES 系統(tǒng)中，根據(jù)物料信息與出庫(kù)單信息的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)物料在產(chǎn)品生命周期的追溯。

3.2.3 庫(kù)內(nèi)管理

庫(kù)內(nèi)管理主要包括以下內(nèi)容（篇幅原因，不展開介紹）：

（1）庫(kù)位補(bǔ)料：支持總倉(cāng)到分倉(cāng)的管理模式，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置調(diào)撥預(yù)警，人工觸發(fā)移庫(kù)業(yè)務(wù)和手工觸發(fā)移庫(kù)。

（2）出入庫(kù)物料信息復(fù)核：系統(tǒng)具備對(duì)出入庫(kù)物料的準(zhǔn)確性和數(shù)量的復(fù)核機(jī)制?？勺詣?dòng)核對(duì)當(dāng)前庫(kù)內(nèi)物料，輸出欠料信息。退庫(kù)操作時(shí)，實(shí)物可不退回倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)，倉(cāng)儲(chǔ)賬目可更新（免退料管理）。

圖7：立柜式盤料庫(kù)

圖8：料塔式盤料庫(kù)

圖9：幾種形式的垂直循環(huán)立柜

圖10：幾種不同形式的智能貨架

（3）循環(huán)盤點(diǎn)：可預(yù)設(shè)各類物料的盤點(diǎn)周期，以物料或庫(kù)位為單位并依據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)，循環(huán)完成庫(kù)內(nèi)物料盤點(diǎn)，盤點(diǎn)內(nèi)容包含：物料信息和數(shù)量、存儲(chǔ)庫(kù)位、各存儲(chǔ)區(qū)域空間等，盤點(diǎn)結(jié)果實(shí)時(shí)傳遞MES 系統(tǒng)。

其它功能還包括容差調(diào)整、物料預(yù)警、物料凍結(jié)/解凍、物料車間壽命管理、預(yù)約管理和遠(yuǎn)程管理等。

3.2.4 查詢

（1）物料信息查詢：對(duì)庫(kù)存物料除基本信息（品名、規(guī)格、品牌、供貨廠家、產(chǎn)品批號(hào)、生產(chǎn)日期、有效期和包裝方式）以外，可查詢信息包含：倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域、庫(kù)位、物料狀態(tài)（是否凍結(jié)、替代物料信息）、分倉(cāng)和總倉(cāng)的實(shí)際數(shù)量。

（2）任務(wù)綜合查詢：以出庫(kù)單或物料為單位，WES 執(zhí)行的出入庫(kù)任務(wù)及任務(wù)詳情查詢；循環(huán)盤點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢；物料庫(kù)內(nèi)移動(dòng)數(shù)據(jù)（物料信息、移動(dòng)數(shù)量、移動(dòng)位置）；線邊存儲(chǔ)物料信息查詢（物料信息、各型號(hào)在庫(kù)數(shù)量、各型號(hào)報(bào)廢數(shù)量和時(shí)間）。

（3）庫(kù)內(nèi)狀態(tài)查詢：倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)各存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)庫(kù)位狀態(tài)使用數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

（4）設(shè)備運(yùn)行參數(shù)查詢:倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)各存儲(chǔ)區(qū)域環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度值），倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)、保養(yǎng)及維修記錄查詢。

（5）日志查詢：系統(tǒng)操作有記錄、可查詢。

3.2.5 統(tǒng)計(jì)信息

（1）物料信息統(tǒng)計(jì)：設(shè)定時(shí)間段內(nèi)各物料進(jìn)出庫(kù)數(shù)量、退貨數(shù)量；預(yù)警次數(shù)及預(yù)警原因。

（2）進(jìn)出庫(kù)位頻率統(tǒng)計(jì)：?jiǎn)挝粫r(shí)間段存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)各庫(kù)位進(jìn)出物料次數(shù)。

（3）報(bào)表信息管理：可自定義系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)信息，以報(bào)表形式顯示。

4 系統(tǒng)核心設(shè)備配置

智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)主要包括以下核心設(shè)備（如表2 所示）。

主要設(shè)備如圖6 ～圖10 所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本智能倉(cāng)儲(chǔ)方案方案符合科研單位產(chǎn)品制造實(shí)際業(yè)務(wù)流程和操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃，系統(tǒng)功能完善?？蓾M足科研單位的物料存儲(chǔ)要求，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能作業(yè)，同時(shí)在管理上與產(chǎn)品制造各業(yè)務(wù)系統(tǒng)全面集成，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公，存儲(chǔ)、配送物料全流程追溯，提升物料管理的信息化、可視化，提升庫(kù)房管理的效率，滿足科研單位產(chǎn)品制造過(guò)程中的質(zhì)量管控要求，可供相關(guān)單位借鑒。