智能物流在离散制造业中的应用和实践

文|沈阳乾有通科技有限公司

王东兵、杨国勇

智能物流在离散智能制造的装配线上应用越来越具有举足轻重的作用。随着仓储物流装备制造业快速的发展,会有更多的软硬件技术应用到智能制造生产中。本文分析了制造行业目前的发展现状及面临的痛点,并以实际应用案例佐证了智能物流在智能制造实现过程中的重要性。最终得出结论:智能物流系统不是简单的设备组合,而是以系统思维的方式对设备功能的充分应用,实现软硬件接口的无缝和快捷,这是一个全局优化的复杂过程。

一、背景

智能物流是智能制造实现的关键一环。对于离散制造业来说,不同企业差别很大,工艺复杂,过程离散,难以形成产品化的解决方案。其数字化、信息化难度很大,真正体现着制造业信息化总体水平。通过仓储软件输入+硬件输出,将货品(原材料、工具、产品)等物料进行自动仓储存取作业,保障生产线工作的不间断,根据生产节拍进行及时准确的生产配送,使企业各生产单位相互之间以及与众多的各类库房之间形成供应关系,通过WMS、WCS、输入输出接口等软件系统,高效、准确地控制货物、货流,清楚反映上下游仓储状况,保证生产作业计划和物品存取的准确性。图1是自动化物流系统的总体工艺设计图。

二、制造业的重要地位和现状

由于生产企业的特性(尤其是大型生产企业),一般没有办法将常规仓库设立在每一个车间旁边,而生产线的生产是一个实时的过程,不允许有任何一点停顿,因此智能物流的主要作用是用来支持生产线的不间断生产,保证其生成速度的迅速,存储空间利用率更高。其特点为:占地面积尽量少,需要尽量多地利用空间存储;存储的内容复杂,包括空托盘、配套任务、半成品、成品;信息流与物流同步;出入库效率要高;供应配送准确率高。

1.行业痛点

标准工艺不易制定,难以掌握,设备、人员、管理等方面状况复杂。在人员对设备不熟悉的前提下,缺少具备现场解决问题的思路。实际生产时造成无法按标准执行工艺,而部分产品由于一些关键工艺受机器等资源的限制,或其他特殊情况导致存在着多种加工工艺流程并存的情况。产品结构及设计变更的管理更为困难,手工作业时面对庞大的材料清单、复杂的生产状况等,常常造成交货延迟,库存积压,加工失误,市场时而供不应求等等问题。由于工程变更缺乏科学规范的管理,也经常造成一些物料的停滞,企业的库存积压。此时,就需要一些人员、设备、管理等方面的升级,并改善资金有限等问题,确保工艺流程快速、有效。制造企业现状图,如图2。

2.应用案例

(1)项目概述

本项目针对某离散制造业特定产品的装配流程和装配工艺,重新设计、布局,建设了一套智能物流生产线(产品装配生产线),本系统按照智能物流和智能管理的需求,以数字化生产线执行管控为目标,改变传统的装配模式,实现了任务下达、仓储齐套、AGV发运、工位装配等整个装配生产过程的信息跟踪与管控,建设批量装配的、符合每个工位装配特点的、高效智能的、相对柔性的智能制造装配生产线。

本智能制造装配产线对应的线边库包括的设备有:托盘库(箱式堆垛机立体库)、物料库(自动化升降库)、齐配套库、AGV、输送线、RFID、LED等。

本制造装配产线对应的线边库包括的软件有:托盘库管理软件、物料库管理软件、齐配套库管理软件、托盘库控制调度软件、物料库控制调度软件、AGV控制调度软件、与ERP接口、与MES接口等等。

(2)项目作业流程

实际生产过程中,往往有很多不确定因素,如产品的重修返工,材料、半成品的报废、工位机器的故障、拿取物料不及时等等,管理人员很难及时掌控现场状况。

图3为项目物流布局图,主要是解决生产企业的特性(尤其是大型生产企业),使其生产线的产生变为一个实时的过程,不停顿、送料及时、排故及时等等。其作业流程为:上层系统通过接口下发指令,AGV接收指令沿输送线前往托盘立体库(图8)、

物料立体货柜取货(图9),

工作人员可在人工齐套工位(图10)对AGV放置的物料进行配套处理。

随后AGV将物料送至检验台,检验完毕后,AGV沿输送线将货物送到工位,货物触发工位自动加工系统,进行货物的生产加工。加工完毕后,AGV将成品送到成品存放区(图11)。实现了智能物流。

(3)物流与信息流

物流和信息流之间的关系是密不可分的。一方面,物流活动产生大量的原材料供应、产成品消费等信息。为提高物流的效率,要求信息流保持畅通,并准确反馈物流各环节运作所需求的信息。另一方面,信息技术的不断进步为信息的及时大规模传递创造了条件,反过来促进物流服务范围的扩大和物流组织管理手段的不断改进,促进物流能力和效率的提高。

图4为物流与信息流图,是针对特定产品的装配流程和装配工艺,自动物料和智能管理的需求,通过与上层接口的对接,配合生产线执行管控,实现工艺(内置,支持VPPC导入)、任务(手工录入,支持VPPC导入)和物料(物料库)的导入、导出,来改变传统的装配模式,建设的一套实现批量装配、符合每个工位装配特点的、高效智能的、相对柔性的数字化装配生产线。

(4)网络结构

物流信息平台是智慧物流高效运转的中枢。信息化平台主要价值在于:信息的高效协同、各环节信息的通畅和透明,可以使供应链的企业高效及时掌握物流信息,通过共享信息支撑行业与市场规范化协同工作机制的建立。

图5为整个智慧物流的强大运转结构图,其通过大数据、人工智能和机器学习、自动驾驶车辆、AGV自动引导车和卡车、物联网传感器、机器人、自组织智能、智能货架、智能集装箱、GPS、射频识别(RFID)、电子数据交换(EDI)、区块链等,实现物流的自动化、可视化、可控化、智能化、网络化,从而提升物流效率,降低成本,推动供应链向更高水平发展。

 (5)业务流程

图6为完整的业务流程图。其主要包括生产任务、生产准备、任务管控、生产执行、生产统计。首先对生产任务进行导入、新建(可随时查询任务的变动日志)。其次进行原材料的领用入库;人员的调配;工位及工装准备;物料库进行齐套配置等等。再次通过查询任务的可执行条件;对任务进行调整、下达;跟踪任务执行进度;导出任务执行质量、进度等数据。其次进行生产工位智能调度的执行。最后通过数据的统计,实现动态数据的实时查看;生产统计、质量统计;事务(排故、维修等)记录。

(6)功能模块

图7为本项目设计的数字化生产线执行管控系统的功能模块图。其主要包括:任务管理、生产执行、生产物流、统计分析、基础数据管理、生产调度、产线数据采集七大功能。实现了装配线及部装线所需物料的暂存、拣选、配料功能,并与AGV 配套实现工位物料自动配送至各个工位。并与AGV 配套实现工位物料自动配送至各个工位。数字化生产线执行管控系统能对物料实现行迹化管理,可实现对物料的自动记录、告警、远程查看、统计和对生产任务、质量、工时的统计等。

3.传统制造到智能制造的升级

上述项目真正解决了传统制造在设备、人员、管理等方面状况复杂的问题。在全自动化的操作下,降低了人工成本,缩短了工艺时间,缩减了工艺流程,降低了人员和工艺流程的费用支出,真正地改变了传统制造业的弊端,实现了传统制造到智能制造的升级,如图12。

三、总结

智能物流系统不是简单的设备组合,而是以系统思维的方式对设备功能的充分应用,实现软硬件接口的无缝和快捷,这是一个全局优化的复杂过程。通过运用系统集成的方法,使各种物料最合理、经济、有效地流动,实现物流的信息化、自动化、智能化、快捷化和合理化,使货物的存储形态从静态存储过渡为动态存储,使货物在仓库内按需要自动存取,使仓库转变为企业生产物流中的一个重要环节;通过短时储存,使外购件和自制生产件在指定的时间自动输出到下一道工序生产,进而形成一个智能化的物流作业流程。智能物流在离散智能制造的装配线上应用越来越具有举足轻重的作用。随着仓储物流装备制造业快速的发展,会有更多的软硬件技术应用到智能制造生产中。