江西景旺電子智慧工廠的自動化物流系統創新

文/陳鵬州

景旺電子吉安工廠外景圖

項目將工廠一期與二期的生產物流系統進行統一規劃，針對老廠房的現實條件，并兼顧成本因素，研發了堆垛式AGV等創新產品，以先進的解決方案滿足了制造企業提高物流自動化、信息化水平的需求，具有行業示范意義。

景旺電子(深圳)有限公司是一家實力雄厚、知名度高的大型企業，在印制電路行業全國排名第23位，國際排名第66位，是深圳線路板行業最具成長性的龍頭企業。江西景旺精密電路有限公司（簡稱“景旺電子吉安工廠”）是景旺電子(深圳)有限公司在吉水縣投資設立的全資子公司，專業生產高密度、多層、柔性及金屬基電路板，廣泛用于航空航天、電子設備、家電產品等多種領域，總投資30億元人民幣，是江西省電路板行業投資規模最大的項目。該項目于2012年4月動工建設，占地600畝，總建筑面積25萬平方米，建成后年產量220萬平方米，年產值48億元，年創稅收1.1億元。

景旺電子吉安工廠二期新建廠房項目始于2017年，在2018年5月正式投產運行。其中一個重要工程是工廠物流自動化改造項目，由山西東杰智能物流裝備股份有限公司負責設計與實施。該項目將工廠一期與二期的生產物流系統進行統一規劃，針對老廠房的現實條件，并兼顧成本因素，研發了堆垛式AGV等創新產品，以先進的解決方案滿足了制造企業提高物流自動化、信息化水平的需求，具有行業示范意義。

一、項目背景及概況

電路板制作領域的板料倉、WIP中轉倉、成品倉、干膜倉、測試架及輔料倉的存儲運作一直以來都是采用人工叉車作業方式，自動化和信息化程度低，人工叉車在車間穿梭對企業倉儲作業安全及環境衛生都存在隱患，同時生產效率較低，因此景旺電子吉安工廠亟需對原有的搬運方式進行改進。

東杰智能和景旺電子共同研討，創新性地制定了可引領行業發展的自動化物流系統方案。此方案在兼顧倉庫存儲的高度靈活性與簡化存儲流程的情況下，實現了板料、WIP料及成品的自動入庫與工序間物料轉運的自動銜接；同時使切割板料、車間要料及成品呼叫托盤的自動搬運順利完成，達到了節約人力資源、提高生產效率、提升企業形象、減少生產區域人員流動、提高衛生要求的目的。方案所用的AGV采用多重保護方式，保證了搬運過程中人員及設備的安全。

該自動化物流系統主要組成部分包括：

（1）板料倉，2臺載重4 噸堆垛式AGV 以及相應配套 的貨架、輸送機；

（2）WIP倉，2臺載重300kg堆垛式AGV以及相應配套的貨架、提升機、輸送機、鋼平臺；

（3）成品倉，2臺載重800kg托盤式AGV以及相應的貨架；

（4）干膜倉，在線緩存輸送機及提升機1臺；

（5）測試架及輔料倉，四向穿梭車+提升機，配合貨架，組成箱式自動化存取系統；

（6）線邊包材倉WMS系統。

此外，還有配套的倉儲管理系統WMS、倉庫控制系統WCS和 AGV 調度管理系統。

二、項目難點與解決方案

這是一個電子行業生產企業的物流改善項目，此前在廠內物流方面的問題與難點如下：受廠房結構、生產工藝要求及生產線布置的影響，倉庫存儲空間利用率低；上下道工序間物料搬運不便，對人工的依賴程度高；輔料SKU較多，人工揀選作業效率低。經過分析不同區域的倉儲作業難點與景旺電子吉安工廠的實際需求，東杰智能創新性地制定并建成了適合該企業的物流解決方案。

1.板料倉

項目難點：

(1)廠房屬于舊廠房改造，廠房有效利用高度不足4.6米，存儲空間極其有限；

(2)板料單元尺寸為2200×1300×

780mm，重量達到4000kg；

圖1：承載4000kg的AGV

圖2：承載300kg的AGV

(3)生產需求節拍23托盤/小時，庫存必須滿足1300托盤的存儲量。

解決方案：靈感來源于窄巷道叉車的作業模式。東杰智能定制研發了可左右伸叉的堆垛式AGV（激光導航），使其在托盤橫梁式貨架內作業。在貨架通道內AGV無需旋轉貨叉，也無需掉頭，可以直接從兩側的貨架叉取貨物，提高了存取作業效率；同時，堆垛式AGV獨特的結構使貨架底層貨物距地面高度降到了0.5米，頂層貨物距庫房頂部縮小到0.2米，巷道寬度也減小到1.8米。這使廠房（現高度4.5米）貨物可存儲層數由3層增加到5層，貨架排數增加20%以上，極大地提高了空間利用率。方案在滿足存儲量的同時，實現了庫內的無人化作業。

2.WIP中轉倉

項目難點：

(1)廠房有效利用高度不足4.6米，平面尺寸30×6.6平方米，存儲空間有限；

(2)開料單元尺寸800×800×500mm，重量300 kg；

（3）生產需求物料出入庫節拍達到22托盤/小時，庫存能滿足至少400托盤的存儲量；

（4）與上下道工序間物料的流轉需要人工搬運。

解決方案：庫內采用橫梁式托盤貨架，布置5層，2個巷道，巷道寬度1.5米，配置2臺輕型堆垛式AGV（激光導航），可在狹窄空間內四向平移，滿足庫內無人化高效作業要求。相比傳統AGV，該項目所用AGV 可24小時不間斷作業，移動靈活，占用空間通道小，庫內空間存儲率高。庫外通過輸送機、提升機及小型頂升AGV等輸送設備，實現物料在開料線、中轉庫、制料工序間的自動流轉。

3.輔料+測試架倉

項目難點：

(1)輔料SKU種類多，人工揀選配送效率低；

(2)存儲管理困難；

(3)存儲空間利用率低。

圖3：四向穿梭車存儲系統

圖4：頂升機器人

解決方案：結合貨到工位的配送方式及配套的四向穿梭車密集存取系統（見圖4），采用標準周轉箱作為存儲、配送容器，有效的解決了SKU種類多、人工揀選、人工配送的問題，提升了工作效率。此系統存儲量大，存儲靈活，也能適應變化多樣的訂單結構，以合理的投資達到最高的回報率。此模塊化的解決方案恰當的配置在可以使用自動化設備的區域，得到了客戶的贊同與認可。

4.其它工序配送

項目難點：

（1）廠區大，物料在工序間長距離周轉，周轉效率低；

（2）配送工位零散、不集中；

（3）叉車交叉作業，存在安全隱患；

（4）廠房內潔凈度差。

解決方案：適度的在工位處采用自動化輸送設備，盡可能將人工解放，工位間的長距離輸送全部通過 “頂升機器人”自動配送（見圖5），整個配送線路無人化，也無需單獨鋪設軌道，低成本、高效率解決了交叉作業帶來的安全隱患，提高了周轉效率。

5.板料倉、中轉倉、成品倉、干膜倉、輔梁倉及線邊包材倉的數據信息管理分散，自動化、信息化程度低

解決方案：整合各倉數據信息，利用WMS系統進行統一管理，并對接MES、OA、EBS及頂升AGV 4個系統，實現了景旺電子生產叫料、物料配送、周轉與成品出入庫的無縫對接。

三、技術突破與應用創新

為了實現景旺吉安工廠提高產能、降低成本、減少損耗、精確管理的整體規劃目標，東杰智能積極實施改進解決方案，為其提供了高效化、節能化、智能化、人性化控制管理系統。在整個項目的調研、規劃、設計過程中，東杰智能對設備的選型、結構、性能進行了全新研發與優化，多項技術及應用取得重大突破創新，達到國內乃至國際領先水平。

1.堆垛式AGV的突破與創新

堆垛式AGV雙向伸叉，四向平移，有效減小了通道寬度； AGV工作時，庫區外使用蓄電池供電，庫區內采用在線取電、充電方式，改變了傳統AGV的充電作業模式，有效解決了大噸位AGV的續航問題，可實現全天24小時無間斷作業；同時，在承載4000kg的情況下，提升高度仍可達到4.5米，使庫區存儲能力總體提高50%以上。

該系列AGV可廣泛用在低矮廠房內，能幫助客戶實現自動存取貨物、自動化、無人化管理、并大幅提高存儲能力、節約存儲空間的目標，有效解決行業內老倉庫自動化程度低、廠房利用率低、改造成本高的行業痛點，屬于國內首創。

2.貨到工位的揀選配送方式與四向穿梭車密集式倉庫存儲的結合應用

輔料+測試架倉使用先進的貨到工位揀選配送方式，使員工的工作條件得到了極大改善。貨到工位模式在最大限度節省人力的情況下高效處理訂單。四向穿梭車密集存儲系統采用標準化、模塊化設計，方便未來業務擴展，能夠高效地存取、配送，讓存儲更方便快捷，倉庫管理更加可靠。在控制系統不變的情況下，還可適當增加穿梭車數量，提升存儲能力和吞吐能力，靈活適應各類作業流程以及業務變化。

圖5：自動化立體倉庫上位系統結構圖

3.WMS系統與WCS系統的完美結合

WMS系統與WCS系統是景旺電子吉安工廠自動化立體倉庫項目的靈魂，其設計與開發直接關系到整個項目的成敗，系統不但要能夠完成出、入庫操作管理，還要能夠對庫存數據進行分類查詢以及報表生成及匯總，同時要與其它系統對接。

該方案中WMS與WCS系統，采用信息管理級—過程監控級—實時控制級三級聯網的在線聯機方式，通過過程監控級實現了各級間的通信傳輸及信息交換，確保了系統的可靠性和實用性。

該系統主要由數據庫服務器、管理計算機、監控計算機、無線基站AP、無線手持終端以及各客戶端與網絡交換設備等組成（系統拓撲結構圖如圖6所示）。系統支持網絡管理及無線手持終端（Hand Terminal）的移動數據采集模式，解決了因貨物放置分散而引發的數據采集困難等問題，使管理人員對貨物的存放位置能夠靈活掌握，解決了入庫、出庫、查找、盤點等操作中可能出現的困難，提高倉庫管理人員的工作效率，減少庫存資金占用，提高貨物利用率，降低庫存損耗。

四、效果分析

采用先進的系統集成方案和物流設備后，景旺電子吉安工廠提升了貨物存儲能力和運輸能力，減少了人員的交叉作業，基本實現了智能化、信息化、網絡化、無人化的物流管理。這一周密的解決方案能夠為該工廠全年提供不間斷的高效服務，為未來的發展奠定了堅實的物流設施基礎。此項目解決方案之所以能夠圓滿完成，源于東杰智能與景旺電子的密切合作。該解決方案使景旺電子在應對新產品變化方面更加靈活、快速，同時極大提高了產品供應速度。

目前國內很多制造企業亟需進行技術升級，提高自動化程度，但局限于廠房高度（多為6米）、改造成本高、投資回報率低、廠建缺資等因素，面對巨大的市場潛力，卻只能望洋興嘆。本案例中堆垛式AGV的創新突破，以及自動化存儲、輸送設備與生產線的融合等技術的創新應用，具有布局靈活、空間利用率高、不間斷作業、可按需配置設備數量等優點，使其可以滿足絕大多數的應用場景，正好解決了行業痛點，填補了國內市場空白，為國內電路板行業智慧工廠的發展做出了新的探索，樹立了行業新標桿。該項目對于推動國內電路板行業的自動化升級具有重大意義，也為其它各行業的改造與創新提供了創新思路和發展方向。