周世軍 宋 瑋 閆文猛

河南省特種設(shè)備安全檢測(cè)研究院 北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 傳動(dòng)制造業(yè)的需求及特點(diǎn)

1.1 傳動(dòng)企業(yè)的需求

現(xiàn)如今，傳動(dòng)企業(yè)的生產(chǎn)模式已經(jīng)由傳統(tǒng)的連續(xù)型生產(chǎn)企業(yè)向離散型生產(chǎn)做轉(zhuǎn)變，越來(lái)越多的客戶(hù)提出了定制化需求，面對(duì)大批量、時(shí)間緊、多樣化的生產(chǎn)需求，越來(lái)越多的企業(yè)向離散型制造轉(zhuǎn)型。離散型制造業(yè)擺脫傳統(tǒng)單一產(chǎn)線(xiàn)的束縛，可以細(xì)分生產(chǎn)工藝，按照模塊化生產(chǎn)，可承接多批次小批量的訂單，總體生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率得到提高。

1.2 傳動(dòng)企業(yè)的特點(diǎn)

傳動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)加工各個(gè)環(huán)節(jié)需要按照生產(chǎn)工藝緊密連接，且大部分已具備標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，具有原材料種類(lèi)多、多SKU的外購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件、零部件尺寸及質(zhì)量各異、生產(chǎn)半成品可由工藝不同組合成不同的產(chǎn)品、中間環(huán)節(jié)管理困難等特點(diǎn)。面對(duì)多樣性、更高效的訂單，原材料的收/發(fā)/存同樣面臨多樣性、響應(yīng)及時(shí)性等問(wèn)題，如何高效地周轉(zhuǎn)，按照用戶(hù)訂單統(tǒng)一管理，同樣成為電機(jī)減速器制造行業(yè)的核心問(wèn)題。從銷(xiāo)售訂單、原材料、半成品、成品的信息流、物料流、人力資源配備、財(cái)務(wù)信息等面臨挑戰(zhàn)。

2 整廠(chǎng)物流規(guī)劃

2.1 存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)

如圖1所示，存儲(chǔ)單元具體參數(shù)：托盤(pán)單元尺寸為1 200 mm×1 000 mm×160 m，料箱單元尺寸為600 mm×400 mm×220 mm，貨物尺寸為1 200 mm×1 100 mm×1 000 mm/600mm（含托盤(pán)高度），存儲(chǔ)單元每個(gè)托盤(pán)質(zhì)量為1 200 kg。

圖1 托盤(pán)單元外形尺寸示意圖

2.2 各個(gè)庫(kù)區(qū)能力規(guī)劃

從用戶(hù)實(shí)際需求出發(fā)，根據(jù)生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，設(shè)有物流天橋庫(kù)、半成品庫(kù)、料箱庫(kù)，對(duì)各個(gè)庫(kù)區(qū)進(jìn)行合理規(guī)劃，以便順利完成生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)。各個(gè)功能分區(qū)基本參數(shù)需求規(guī)劃如表1所示。

表1 各功能分區(qū)基本參數(shù)需要

2.3 物流工藝流程規(guī)劃

1）入庫(kù)流程規(guī)劃

如圖2所示，入庫(kù)流程包括人工作業(yè)、ERP系統(tǒng)掃描生成數(shù)據(jù)條碼、WMS系統(tǒng)掃描獲取條碼數(shù)據(jù)生成入庫(kù)單、WCS系統(tǒng)掃描取得對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)并發(fā)出物流指令。

圖2 入庫(kù)流程圖

2）出庫(kù)流程規(guī)劃

如圖3所示，出庫(kù)流程同樣包括人工作業(yè)、ERP系統(tǒng)掃描發(fā)出叫料等指令、WMS系統(tǒng)掃描獲取叫料信息并生成出庫(kù)單、WCS系統(tǒng)掃描取得對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)并向堆垛機(jī)發(fā)出輸送指令，完成出庫(kù)流程。

圖3 出庫(kù)流程圖

通過(guò)上述規(guī)劃設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全流程信息化、智能化，結(jié)合三維模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的部件可視化、設(shè)備拆裝可視化、設(shè)備維護(hù)文件可視化管理等。在設(shè)備三維可視化模型上對(duì)立設(shè)備故障信息實(shí)現(xiàn)可視化展示，可通過(guò)故障碼的查詢(xún)和檢索獲取維修維保步驟和處置方式，同時(shí)兼具視覺(jué)真實(shí)、信息真實(shí)、數(shù)據(jù)真實(shí)等要素。

3 核心設(shè)備選型

智能倉(cāng)儲(chǔ)囊括眾多自動(dòng)化物流裝備與信息系統(tǒng)，其中有軌巷道堆垛機(jī)、環(huán)形車(chē)系統(tǒng)、AGV搬運(yùn)系統(tǒng)、智能倉(cāng)儲(chǔ)集成管理控制系統(tǒng)（WMS）、核心設(shè)備仿真驗(yàn)證等核心裝備發(fā)揮著重要的作用。

3.1 有軌巷道堆垛機(jī)

有軌巷道堆垛機(jī)通過(guò)在巷道內(nèi)進(jìn)行水平往復(fù)直線(xiàn)、垂直升降、貨叉左右伸縮叉取等一系列協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元貨物從巷道端口輸送機(jī)到指定貨位的入庫(kù)作業(yè)，或從指定貨位到巷道端口輸送機(jī)的出庫(kù)作業(yè)，從而與巷道端口入出庫(kù)輸送機(jī)系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)入出庫(kù)。巷道堆垛機(jī)是用于高架庫(kù)中負(fù)荷單元的存取搬運(yùn)設(shè)備，本項(xiàng)目共規(guī)劃有11個(gè)單深巷道堆垛機(jī)和2臺(tái)Minload料箱式堆垛機(jī)。

如圖4所示，堆垛機(jī)由上橫梁、立柱、下橫梁、載貨臺(tái)、提升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)等組成。其技術(shù)參數(shù)有：運(yùn)行速度為160 m/min，閉環(huán)變頻調(diào)速；起升速度為40.0 m/min，閉環(huán)變頻調(diào)速；單伸縮叉速度（帶載）為20.0 m/min，變頻調(diào)速；單伸縮叉速度（空載）為40.0 m/min，變頻調(diào)速；運(yùn)行加速度為0.4 m/s2；起升加速度為0.4 m/s2；單伸縮叉加速度（帶載）為0.4 m/s2；單伸縮叉加速度（空載）為0.8 m/s2。

圖4 堆垛機(jī)示意圖

3.2 環(huán)形車(chē)系統(tǒng)

環(huán)形車(chē)靈活性很強(qiáng)，根據(jù)能力前期可設(shè)置少量小車(chē)，后期系統(tǒng)能力拓展可通過(guò)增加小車(chē)數(shù)量解決。其車(chē)體與RGV車(chē)體類(lèi)似，通過(guò)對(duì)客戶(hù)需求的了解，可由其控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖5）進(jìn)行合理調(diào)度，實(shí)現(xiàn)高效、可靠地貨物搬運(yùn)。

圖5 環(huán)形車(chē)控制系統(tǒng)圖

3.3 AGV系統(tǒng)

AGV作為智能制造領(lǐng)域里最靈活的自動(dòng)化搬運(yùn)裝備，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無(wú)人化的同時(shí)，可以大大增加系統(tǒng)的柔性，是智能制造領(lǐng)域里應(yīng)用最多的物流裝備。AGV一般由車(chē)體、導(dǎo)引系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)等組成。按其搬運(yùn)形式可分為潛入式、接駁式和叉取式；按照導(dǎo)引方式可分為激光導(dǎo)引、磁導(dǎo)引、二維碼導(dǎo)引、SLAM等形式。

3.4 智能倉(cāng)儲(chǔ)集成管理控制系統(tǒng)WMS

智能倉(cāng)儲(chǔ)集成管理控制系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS）是整座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心軟件。將智能工廠(chǎng)比作人，物流裝備是骨架和手腳，WMS系統(tǒng)就是人的大腦，負(fù)責(zé)指揮調(diào)度所有設(shè)備的協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)智能制造的集約化管理。

3.5 核心設(shè)備仿真驗(yàn)證

結(jié)合方案規(guī)劃，通過(guò)采用FlexSim仿真軟件針對(duì)核心設(shè)備在單機(jī)及系統(tǒng)上進(jìn)行效率仿真測(cè)算。

1）堆垛機(jī)效率仿真

圖6所示為堆垛機(jī)效率仿真結(jié)果。從圖6中可知，單臺(tái)堆垛機(jī)效率平均可達(dá)48托盤(pán)/h，在本方案中實(shí)際應(yīng)用堆垛機(jī)的繁忙程度平均在55%，具有一定的冗余。

圖6 堆垛機(jī)仿真圖

2）環(huán)形車(chē)效率仿真

圖7所示為環(huán)形車(chē)仿真結(jié)果圖，由圖中仿真結(jié)果可知，配置6臺(tái)環(huán)形車(chē)時(shí)即可滿(mǎn)足客戶(hù)需求的110托盤(pán)/h的流量要求。

圖7 環(huán)形車(chē)隨數(shù)量增加的效率仿真圖

3）AGV效率仿真

圖8所示為AGV效率仿真結(jié)果圖，由圖中仿真結(jié)果可知，在5臺(tái)AGV的情況下可滿(mǎn)足客戶(hù)所需110托盤(pán)/h的流量要求。結(jié)合AGV充電所影響的效率損失，在此基礎(chǔ)上應(yīng)額外增加20%的冗余，配置7臺(tái)可滿(mǎn)足實(shí)際使用。

圖8 AGV效率仿真

4 智能倉(cāng)儲(chǔ)賦能電機(jī)減速機(jī)行業(yè)發(fā)展

電動(dòng)機(jī)減速器企業(yè)所需的原材料物料有軸料、棒料、鍛件、鑄件等，由WMS系統(tǒng)進(jìn)行管理，可通過(guò)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、智能行車(chē)、AGV等手段實(shí)現(xiàn)物料的信息管理，按需供應(yīng)。

針對(duì)生產(chǎn)的半成品及零部件，通過(guò)箱式輸送線(xiàn)（軸、軸承等）、托盤(pán)輸送線(xiàn)（齒輪、箱體、端蓋等）、AGV（定子、轉(zhuǎn)子等）、線(xiàn)邊物料超市（螺栓螺母等標(biāo)準(zhǔn)件）、垂直回轉(zhuǎn)貨柜（工具、零部件等）等自動(dòng)化設(shè)備，根據(jù)MES系統(tǒng)的拉動(dòng)，由WMS系統(tǒng)下發(fā)指令實(shí)現(xiàn)物料按照訂單需求的精準(zhǔn)供應(yīng)。

針對(duì)裝配好的成品，按照發(fā)貨頻次由輸送線(xiàn)、AGV等自動(dòng)搬運(yùn)至立體庫(kù)暫存，進(jìn)行統(tǒng)一入庫(kù)存儲(chǔ)，其質(zhì)量狀態(tài)為待檢品。由WMS系統(tǒng)向QA部門(mén)下發(fā)抽檢任務(wù)，成品抽檢合格后該批次統(tǒng)一調(diào)整為合格待發(fā)品。

不同的訂單會(huì)有多樣性的包裝要求，在發(fā)貨前由智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)下發(fā)出庫(kù)任務(wù)，根據(jù)訂單信息配送至制定的包裝工位，由人工包裝完發(fā)運(yùn)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)減速器生產(chǎn)全流程可追溯，每個(gè)信息節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)，確保產(chǎn)品按時(shí)、按需、保質(zhì)保量的交付給客戶(hù)。

借助智能倉(cāng)儲(chǔ)的數(shù)字孿生技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)前模擬和生產(chǎn)后管理。在打造電動(dòng)機(jī)減速器智能工廠(chǎng)前可借由數(shù)字孿生中的虛擬調(diào)式技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)工藝、物流供應(yīng)鏈等進(jìn)行模擬，對(duì)生產(chǎn)訂單進(jìn)行虛擬排程，從而反饋給銷(xiāo)售端，為客戶(hù)準(zhǔn)確地提供工期。生產(chǎn)后通過(guò)數(shù)字孿生的可視化管理和大數(shù)據(jù)分析，能夠反饋產(chǎn)線(xiàn)能力、儲(chǔ)備能力，可對(duì)物料、設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而反饋給采購(gòu)端精準(zhǔn)的信息，指導(dǎo)其進(jìn)行原材料的采購(gòu)等。

該項(xiàng)目建設(shè)完成后可節(jié)省人工13%，提高產(chǎn)能25%。實(shí)現(xiàn)全價(jià)值鏈精益生產(chǎn)包括產(chǎn)品策劃、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、加工檢測(cè)、裝配試驗(yàn)、倉(cāng)儲(chǔ)物流、信息系統(tǒng)、銷(xiāo)售服務(wù)、人力資源、 經(jīng)營(yíng)計(jì)劃、戰(zhàn)略規(guī)劃等全價(jià)值鏈最優(yōu)方案。集物流、信息流、人流、資金流、價(jià)值流等五流合一，可實(shí)現(xiàn)智能工廠(chǎng)以訂單為源頭的信息系統(tǒng)、以產(chǎn)品為中心的精益生產(chǎn)、以裝配為平臺(tái)的精準(zhǔn)交貨。從智能倉(cāng)儲(chǔ)出發(fā)，涵蓋整廠(chǎng)工藝流程，多個(gè)庫(kù)區(qū)集成管理，多托盤(pán)多尺寸精益化管理，物料信息實(shí)時(shí)跟蹤的信息化管理，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)信息系統(tǒng)與企業(yè)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)接，以及可視化管理。