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【案例】一汽大众佛山工厂的智慧物流系统
发布时间:2020-10-16   查看次数:175

一汽大众佛山工厂生产基地启动智能工厂建设项目,引入移动机器人系统,和智能设备提供商一起联合创新,打造智能高效的内物流系统,即“超市2.0”解决方案,实现从产线到仓库、覆盖全厂的物流自动化搬运,提升了物流效率,降低了用工成本,提高了物流系统的柔性。

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项目位于佛山工厂二期总装车间

近年来,越来越多的制造业企业开始拥抱智能制造,建设智能工厂,推动企业升级发展,一汽大众佛山工厂即是其中之一。2019年11月,一汽大众佛山工厂生产基地智能工厂项目引入移动机器人47台,携手智能设备提供商联合创新,打造了汽车行业首例“超市2.0”解决方案,实现厂级协同的智慧物流系统。日前,本刊记者走访了一汽大众佛山工厂生产基地,充分了解其智慧物流项目的建设背景、解决方案和实施效果,以为广大制造企业智慧物流系统升级提供一定的借鉴。

项目背景及实施过程

据一汽大众汽车有限公司生产管理部部长窦恒言介绍,一汽大众始终致力于客户导向,提供从A0到C级大众和奥迪两大品牌的丰富产品。在产品配置、技术实力、生产制造以及用户体验等方面处于领导地位,佛山工厂是一汽大众最先进的制造工厂之一,同时也将开始新能源汽车的生产。

佛山工厂生产基地于2018年6月全面建成投产,是一汽大众在国内的第四个工厂,占地约166万平方米,预计至2020年底,整体年产能达到60万辆。佛山工厂是一汽大众MQB平台应用的第一个生产线,实现了同一个平台的不同车型混线生产,是目前一汽大众同一条生产线上生产最多车型的基地。主要生产大众、奥迪双品牌车型,近10款不同型号车型。

不同车型混线生产

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不同车型混线生产

窦恒言表示,一汽大众打造这套智慧物流系统,主要由两大因素决定:

一方面,是顺应智能制造发展趋势。在工业4.0时代,客户的个性化需求越来越广泛,要求制造企业内物流管理更加智能化和柔性化。顺应物联网、大数据和移动应用等新一轮信息技术发展,建设“智能工厂”、打造“智慧物流”已是制造企业未来发展的必然趋势。与此同时,我国近年来也出台了一系列旨在促进智能制造发展的文件和措施,为智能制造发展和制造业转型升级创造了良好的政策环境。在数字化和智能制造领域,不断进步的一汽大众佛山工厂处于行业领先水平,甚至能作为大众集团全球工厂中的一个标杆。

另一方面,是满足佛山工厂独特生产模式的客观需求。佛山工厂在高峰时一天要生产2400台汽车,提供给用户选择的零件高达上万种。传统物流拣选超市是工人依据单据在物流超市区域内往复行走进行拣选,面对如此巨大的拣选工作量和拣选复杂度,存在很大的行走浪费,并且拣选极易出错。为此,佛山工厂需要引入柔性、高效的定制化生产系统,来保障整车零件的精准配送和高品质。用工业4.0理念的智慧物流系统,由自动化设备替代人工操作,保证供给生产线的零件是绝对准确可靠。

在这种背景下,有两点值得关注:其一,移动机器人在智慧物流系统中应用得越来越广泛;其二,智慧物流系统作为智能工厂的一个组成部分,与其他智能系统对接,从而形成一体化的解决方案。鉴于此,具有高度智慧化、柔性化的移动机器人系统成为一汽佛山工厂物流自动化升级的首选。

为此,一汽大众于2017年成立了专门的项目小组,并在国内外进行了一系列的考察调研。据项目组介绍,移动机器人近些年来在汽车及零配件制造企业的生产线供线领域有广泛的采用,在3C制造企业的仓储及产线供线环节也有规模化应用,项目小组对这套智慧物流解决方案印象深刻,最终决定采用,携手智能设备提供商海康机器人,共同打造一汽大众佛山智能工厂中的智慧物流系统。2019年11月,项目正式实施,2020年6月交付。

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移动机器人

智慧物流系统构成

一汽大众佛山工厂的智慧物流系统主要集成了移动机器人控制系统RCS和仓储管理系统iWMS(由智能设备供应商提供),一汽大众的FIS系统,以及PLP系统,四者无缝对接,真正做到了生产与物流管理的系统化、一体化、透明化和智能化。

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系统方案架构

PLP系统是一汽大众的物流总控平台,它通过WebService接口,将零件包装信息、零件主数据、超市入库单据等入库相关数据下达至iWMS系统,作业员使用iWMS系统通过REST协议具体的作业任务给RCS系统,RCS系统再向机器人下达搬运动作指令。iWMS可实时反馈执行结果给上层业务系统,保证信息的可视化追踪。

而一汽大众的FIS系统控制工厂所有的车辆生产排程,它根据生产计划,将生产每辆汽车所需的零件清单统计后下发给生产和物流系统,生产和物流系统据此安排产线资源和物流资源,从而保证生产全过程信息的一致性以及生产信息跟踪的及时性,PLP系统同时也下发一份生产计划给iWMS系统,iWMS系统同样据此生成超市的零件拣选出库计划,保证超市零件能按时拣选出库并精准送至产线各个工位。

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RCS 集群调度移动机器人

RCS负责可控制范围内的全部机器人的任务分配、调度及运行维护。RCS可建立机器人的“世界模型”,将厂区、仓储地图转换成机器人能够识别的模型数据,从而实现任务的最优分配、路径的最优规划,使系统能发挥最佳的工作效能。另外,RCS可以监控移动机器人的运行状态,当机器人出现故障,系统将会自动生成信息发送预警通知至运维人员处,并给出相应的处理意见,真正做到智能运维,实时反馈。

FIS系统、PLP系统、iWMS系统、RCS系统组成了整套智慧物流系统,多系统协同联动,数据互通。智慧物流系统的架设,可以对一汽大众佛山工厂生产基地的生产管理流程持续提供重组和优化的数据支撑,为企业提高企业生产管理水平打下坚实基础,使生产管理更加信息化、自动化、数字化和科学化,有利于实现建立“智能工厂”的目标。

“超市2.0”解决方案与作业流程

汽车制造工厂中零部件的存储和拣选仓库被称为“超市”。佛山工厂为全球首例大规模使用二维码导航技术和自动化模式管理的零部件超市,超市面积约3000平方米,使用47台机器人,存储500多箱零件。

在一汽大众佛山工厂项目规划时,经过提炼各种复杂的业务场景,解决6大类、104个系统相关问题后,攻克了项目的三大关键环节:通用件区分、技术更改零件切替、选装零件排序,从生产零件的仓储、拣选、排序、配送,整个作业流程全部由移动机器人系统来完成,实现了零部件的自动化存储和运输,覆盖了佛山工厂生产基地的生产车间和零部件仓库。

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移动机器人与叉车协同补货

以选装零件排序难题为例,由于佛山工厂是混线生产作业模式,奥迪、大众共用同一条生产线,每一台车的配置都不全相同,如果把每个工位所有的零件都摆到生产线,生产线边既没有那么大的位置,生产线工人找到正确的零件也很困难,所以通过超市系统,对生产线车序进行解析,严格按照生产的车序进行排序,生成零件的顺序清单,再使用机器人完成超市零件的顺序调度和工作台顺序拣选。

同时,在佛山工厂中,生产零件的拣选实现了“货到人”物流作业模式。备货员通过工作站目视化拣选,只需要站在原地从器具中拣选所需零件,当某一个零件拣完后,机器人会带着器具自动离开拣选位返回库内,后面排队的机器人自动补充至拣选位置。“货到人”拣选技术的应用与原有人工库“人找货”的作业模式相比,减少了超市作业人员数量,提高了拣选准确率,同时也极大减少了备货员行走找零件的耗时和作业劳动强度。最重要的是超市系统自动排序,无需再费时费力的对生产计划零件进行人工排序。

项目亮点

1.厂内物流模式的创新

佛山工厂是汽车制造行业全球首例大规模使用二维码导航移动机器人的零部件超市。在引入移动机器人系统后,将传统汽车零件超市“人找货”的固有零件存储、分拣、排序的人工模式,转化为高效、便捷、智能的“货到人”的拣选和排序出库模式,不仅解决了传统仓储管理的问题,更实现了对汽车零部件的智能化仓储信息管理、自动化准确排序、人性化拣选出库,明显提高了汽车零件超市的工作效率。

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“货到人”拣选

iWMS系统根据一汽大众生产计划可自动生成零件排序出库工单,智能、准确、高效。排序拣选工作站规划为高效的库区双侧阵列布局,物料存储区采用精益分区智能管理设计。机器人根据先进高效的算法和系统平台准确的调度,实现汽车零部件的精确按序出库。拣选站采用双屏独立显控屏,具备人性化的友好显示界面和多功能显示模块。

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出库运输

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入库运输

2.移动机器人的功能优势

在一汽大众佛山工厂生产基地车间内,移动机器人灵活穿梭于零件超市仓储区、入库区和分拣区之间,井然有序;拣选站,移动机器人按照系统规划路线,准确严格的按零件出库顺序将货架送货到相应拣选站点,到位停稳后,安全指示灯亮起,人工按照工作站显示屏指示信息,从移动机器人货架上的指定位置、指定数量进行零件拣选;然后再按照另一个显示屏的位置指示信息,将拣选出库的汽车零件,按顺序要求放到排序器具上。当前货架拣选完成后,机器人搬运货架离开拣选位,后续移动机器人自动跟上,前移至当前拣选工位,进行下一个工单的排序拣选。当前没有工作任务时,机器人会自动返回至巷道交互区暂驻休眠,等待新的任务指令或者根据自身电量的多少,自动去充电桩充电。

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移动机器人自主充电

据智能设备提供方介绍,移动机器人的优势主要体现在如下几点:

(1)应用行业领先的“视觉导航+惯性导航”技术,机器人定位精度达到毫米级;

(2)两轮差速驱动,运行速度能达到1.0米每秒;

(3)作为行业内一项重要创新,机器人支持自动跟随,柔性运动,使得产线布局更加灵活;

(4)在动力方面,机器人配备大容量磷酸铁锂电池,结合智能能源管理系统,可实现7×24小时连续运行,且电池完全充放电寿命高达1500次;

(5)机器人内置激光、红外避障检测,具有自动障碍避让功能,并能够智能交互指示灯、交通灯、交通道闸等确保运动过程中人、机安全;

(6)机器人采用大平面举升盘,保证了所搬运大尺寸料箱的平稳性,并拥有优秀的抗偏载、防倾斜的安全性和稳定性。

3.对机器人的实时监控

在一汽大众佛山工厂生产基地智慧仓储物流系统的应用过程中,还有一点尤为值得一提,那就是对移动机器人的实时监控,这对能否保障整个系统顺畅运行至关重要。可通过大型拼接屏显示机器人实时运行状态,人工使用配备的Pad也能够完成在线移动监控。管理者可实时了解机器人硬件设备状态与运行效率;与此同时,根据数据报表、热力图分析,可以实时规划机器人的行走路径。Pad实时监控是为项目定制开发的新应用,拥有任务调度、控制干预、告警管理、运维管理、设备查询等多个功能模块,在可控范围内能够对机器人有效监控,实现作战室控制台70%左右的功能。

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Pad 实时监控

项目收益

“超市2.0”解决方案实施后,效果显著,为佛山物流部优化缩减备货和补货人员20%以上,减少7台牵引车设备,缩减原超市管理区域面积20%以上,项目固定资产回收周期小于3年,超市区域出库准确率提升至100%以上,供产线零件及时率100%,上线后产线实现生产0停台。

“超市2.0”解决方案的成效可总结为以下五点:

第一,超市2.0方案的“货到人”模式更人性化,降低了员工工作强度,减少了占总工时30%的无效行走;

第二,超市2.0提高了汽车零件超市整体的工作效率和准确率,后端智能调度系统和图形化拣选指示使得拣选错误率降低为零;

第三,全程无人的标准化补货运输过程,让作业质量大幅度提升;

第四,供应商的RCS、iWMS和一汽大众的FIS、PLP系统协同联动、数据互通,真正做到智能运维、实时反馈,让生产运营管理水平进一步提升。

第五,也是最重要的一点,超市2.0方案相对于传统物流超市具有更高的柔性,新车型并入等前提变化导致的方案调整都可以通过动态库存布置、智能系统负载均衡来轻松应对,节省了大量的重复规划工作。

窦恒言指出,一汽大众倡导“精秩物流理念”,精准的需求预测、单元化的供应组合、透明的供应链管理以及用户交付的秩序是一汽大众物流人的追求,而全过程自动化的智能物流是重要目标之一。在项目规划过程中,项目组开发了一系列的智能运筹算法,用于布局方案、设备调度仿真等规划工作,实现了生产柔性,有助于柔性交付。项目除了本身带来的每年数百万的经济效益以外,还起到了很好的新型数字化、自动化解决方案的探索示范作用,在智能制造方面处于行业领先水平。

本项目的落地,为一汽大众工厂装配总线提供了强有力的物流支持,为一汽大众建设智能工厂、打造智慧物流系统给出了一份各方均满意的答卷。