以智能化促進“紅旗小鎮(zhèn)”物流系統(tǒng)升級

文/楊成延

一汽集團工程與生產物流部

一汽紅旗工廠在過去一年多的時間里，通過在總裝車間的物料配送全線導入AGV，開發(fā)物流信息系統(tǒng)，應用物聯(lián)網、仿真技術等方式，精心策劃，密切合作，升級原有的物流體系，提升物流作業(yè)效率，降低物流運營成本，提高作業(yè)的可視化水平。

“紅旗小鎮(zhèn)”效果圖

2017年11月，一汽集團為了實現(xiàn)“新高尚、新精致、新情懷”紅旗品牌全新設計理念及戰(zhàn)略思想，實現(xiàn)把新紅旗打造成為“中國第一、世界著名”的“新高尚品牌”這一戰(zhàn)略目標，決定利用紅旗工廠的現(xiàn)有條件，通過技術升級，打造具有人文特色和“綠色智能”的“紅旗小鎮(zhèn)”，邁出了紅旗復興計劃的第一步。

一汽紅旗工廠的前身是一汽轎車廠，廠房建造于上世紀六七十年代。受當時認知和技術條件的限制，當年的“花園工廠”式布局卻制約了今天的生產物流的發(fā)展：布局分散，面積狹小，標高不一致… …

對物流專業(yè)而言，通過打造智能化的精益物流體系，克服硬件的“先天不足”，支撐高標準的生產制造體系是必然的選擇。在一年多的時間里，通過精心策劃，密切合作，升級了原有的物流體系，提升了物流作業(yè)效率，降低了物流運營成本，提高了作業(yè)的可視化水平。

一、總裝車間的物料配送全線導入AGV，通過SPS（單臺份物料配送）的物流方式，減少物流作業(yè)人員，提升物流作業(yè)效率

紅旗工廠總裝車間采用的是單輛份配送的物流模式。實物流的主要路徑分為兩個循環(huán)：

1. 從物流部品倉庫到總裝車間物流區(qū)的循環(huán)；

從總裝車間物流區(qū)到生產線旁的循環(huán)（見圖1）。

圖1：工廠內的實物流示意圖

圖2：紅旗工廠物流體系信息流示意圖

圖3：訂單/產量分割

圖4：物流仿真動態(tài)模型（局部）

2. 每一個物流循環(huán)都需要在把零部件送達目的地之后再把空器具從目的地返回到出發(fā)點，以便進行下一個物流供給循環(huán)時使用。如果依靠人員對應這種作業(yè)，粗略估算大約需要40人，人工成本是一個可觀的數(shù)字。

為了提高效率，降低物流成本，新的物流系統(tǒng)采用AGV全自動運輸方式用以替代人工駕駛牽引車的運輸作業(yè)。通過物流信息系統(tǒng)提供的作業(yè)指示，完成生產線上車型所需要的零部件的準時、準量的揀選；通過物聯(lián)網，完成物流專用AGV與工藝專用AGV、物流AGV與升降設備之間的協(xié)調，把車輛所需的零部件準時配送到指定的裝配工位。此項改善每年可以大幅度降低人工成本。

二、開發(fā)物流信息系統(tǒng)，實現(xiàn)訂單分割、智能碼放和準時化配送

物流環(huán)節(jié)盡管在生產領域是必不可少的環(huán)節(jié)，但就其屬性而言，它只是消耗和占用資源，并不會創(chuàng)造價值。所以，評價一個物流系統(tǒng)優(yōu)劣最主要的指標就是在完成物流作業(yè)時所占用或消耗資源的多與少。一般說來，物流占用或消耗的資源主要有：存儲空間（庫房面積）、人員、資金、設備、動能等。紅旗工廠的物流體系就是通過構建先進的物流信息系統(tǒng)，實現(xiàn)向零部件供應商精準要貨、精準存儲和精準配送，紅旗工廠物流體系信息流的邏輯模型見圖2所示。

按照普遍采用的“以銷定產”的生產原則，銷售部門的要貨需求決定工廠所生產車型的品種和數(shù)量。每月在進行產銷平衡之后，生產計劃系統(tǒng)會將銷售需求轉化為工廠的（月度）生產作業(yè)計劃，并通過系統(tǒng)形成“虛擬生產線”，以“平準化”（各車型品種按照一定的比例平均排列）原則排列出每一個時間單位總裝生產線上擬生產的車輛品種和順序。生產計劃系統(tǒng)會定時地向“看板（也叫‘箱標簽’，是物料信息載體）發(fā)注系統(tǒng)”釋放車輛生產計劃（月度計劃、周計劃、日計劃），看板發(fā)注系統(tǒng)自動從生產計劃和車型BOM（Bill Of Material，物料清單）中提取數(shù)據(jù)信息，計算出某一時間單位總裝線不同工位生產所需要物料種類和數(shù)量，提前（根據(jù)物流周期確定時間的提前量）將信息發(fā)送給對應的零部件生產廠家，廠家依此計劃組織生產并在要求時間將零部件定時定量地送達指定地點（紅旗工廠或中轉倉庫）。同時，看板發(fā)注系統(tǒng)也會將物料要貨信息發(fā)送給物料倉儲系統(tǒng)，作為庫房核對、接收物料和生產廠家物料送達的依據(jù)（財務對賬和結算）。

當總裝車間按照生產計劃開始組織生產時，生產計劃系統(tǒng)和BOM系統(tǒng)會同時向物料分揀指示系統(tǒng)釋放對應車型的物料需求信息，指示倉庫內的作業(yè)人員揀選與生產車型相對應的零部件，并按照信息系統(tǒng)指示的時間準時送達生產線對應的工位，滿足生產裝配的需要。整個環(huán)節(jié)，在時間點的把握和物料種類、數(shù)量的計算上，信息系統(tǒng)都能做到“精準匹配”，消除了全供應鏈和整個生產環(huán)節(jié)的作業(yè)等待及空間占用方面的浪費，實現(xiàn)了精益物流對資源占用的最小化。

考慮到一些供應商的遠距離運輸和供應零部件貨量比較少的特殊情況，紅旗工廠允許這些供應商以降低物流成本（提升物流卡車積載率）為目標的零部件集中（提前）入庫。為緩解紅旗工廠區(qū)域內面積緊張的局面，在工廠區(qū)域外設置了中轉倉庫。中轉庫主要起到“蓄水”的功能，調節(jié)進入工廠的零部件種類、數(shù)量和時間，實現(xiàn)工廠的物料準時化、準量化進入。具體做法是：

物流部品倉庫和新總裝車間之間的物流通廊

AGV在空中物流通廊中運行，物流通廊可以供4輛AGV并排行走

物流部品倉庫內的升降電梯

1. 根據(jù)生產計劃，把一天的生產量平均成N等分（根據(jù)物流量測算，紅旗工廠采用八等分），每一等分所需的零部件碼放在一起，組成一個鏈（見圖3）。圖3中的8個鏈順序對應紅旗工廠8個時間段的生產所需的零部件，其中的A、B鏈為備用鏈，主要作用是為了在發(fā)生某些異常時，存儲零部件。因為生產計劃系統(tǒng)（高級排程）已經對一定生產周期所生產的車型實現(xiàn)了平準化，所以各鏈內存放的零部件品種和數(shù)量應基本相同。

2. 生產計劃系統(tǒng)和BOM系統(tǒng)會定時指示中轉庫的作業(yè)人員將對應的零部件按照鏈的順序搬入對應的鏈中（成為“入鏈作業(yè)”）。在進行入鏈作業(yè)時，物流信息系統(tǒng)會根據(jù)工廠倉庫各零部件的暫存位置，指示作業(yè)人員將同一暫存區(qū)的零部件碼放在一起（同一托盤），以減少零部件放入工廠暫存區(qū)時的分揀作業(yè)量。這也是紅旗工廠物流信息系統(tǒng)為了減少工廠物流部品倉庫中分揀作業(yè)浪費實現(xiàn)的亮點之一。

3. 生產線的生產進度信息通過物流信息系統(tǒng)向中轉庫同步傳送。在某一個時間段的車輛開始裝配之前，物流指示系統(tǒng)會向中轉倉庫發(fā)出指示，中轉倉庫會按照要求把對應鏈的零部件準時送達工廠倉庫。工廠倉庫在進行對應單輛份零部件分揀之后把零部件送達生產線。這個過程如同一場“接力賽”，“接力棒”就是不同物流車輛上搭載的生產所需的零部件。

總體說來，借助于信息系統(tǒng)，可以最大限度地減少物流環(huán)節(jié)的庫存量，減少資金和倉儲面積的占用。根據(jù)粗略測算，這種模式可以節(jié)約庫房面積30%以上，每年可節(jié)約大量的物流存儲費用，同時還可以降低質量損耗。通過持續(xù)改善，可以逐漸向著零庫存的終極目標邁進。

三、應用物聯(lián)網技術實現(xiàn)升降梯與物流AGV、物流AGV與工藝AGV平穩(wěn)交互作業(yè)

如前文所述，由于原工廠的廠房布局比較分散，不同廠房之間高度也不一致，這就給廠房之間的物料運輸帶來諸多不便。在工廠改造升級過程中把原總裝車間功能轉化成物流部品倉庫，為了不影響現(xiàn)有道路通行能力和防止雨雪天氣因素對物流的影響，實現(xiàn)物料的全天候自動化配送，新的物流方案中在物流部品倉庫和新總裝車間之間規(guī)劃建設了通廊，通廊內有可以供4輛AGV并排行走的4條車道，兩個車道用于配送零部件，兩個車道用于返回空的臺車或器具。

可視化的中控大屏，可以實時監(jiān)控和展示各種數(shù)據(jù)

生產指示屏，可以實時提示生產線車輛的相關信息

在AGV與升降梯之間、不同的AGV之間，就是通過物聯(lián)網技術實現(xiàn)物與物直接“對話”，做到了物料高效運輸和AGV之間的安全避讓。圖4是AGV與升降電梯之間實現(xiàn)互動運輸?shù)奈锪鞣抡鎰討B(tài)模型（局部），其作業(yè)邏輯如下。

1. 物流部品倉庫內的作業(yè)者按照物料分揀系統(tǒng)的信息指示，采取與生產線車型一一對應的原則進行物料分揀作業(yè)，每一臺SPS臺車裝載對應生產線某一個或幾個工位生產（裝配）所需要的零部件。

2. SPS臺車與通廊區(qū)間運行的AGV（暫且稱之為“通廊AGV”）對接后順序進入物流部品倉庫內待發(fā)區(qū)。

3. 物流部品倉庫內的升降電梯到達一層后向通廊AGV發(fā)送信號，通廊AGV根據(jù)信號指示牽引SPS臺車進入升降梯，并升至空中通廊，在通廊內運行約400米后到達總裝車間的升降梯等待區(qū)，然后下降至總裝車間物流臺車交換區(qū)。

4. 通廊AGV和SPS臺車在物流臺車交換區(qū)實現(xiàn)“空滿交換”：滿載零部件的臺車隨“通廊AGV”與從生產線牽引空臺車返回的“供給AGV”進行臺車交換。“通廊AGV”牽引空臺車原路返回零件庫，開始新的物流循環(huán)；“供給AGV” 也將開始新的物料供給循環(huán)，把生產所需的零部件送至對應的生產作業(yè)區(qū)。

5. “供給AGV”到達生產線作業(yè)區(qū)時，前一個作業(yè)周期剛剛結束。供給AGV與“滿”臺車脫離后，載回前一個作業(yè)周期的空臺車，按照規(guī)定路線返回臺車交換區(qū)（出發(fā)點）。

這一系列動作都是在信息系統(tǒng)的指揮調度之下，通過物物對話、智能識別（優(yōu)先通行和避障）而自動實現(xiàn)的。

四、物流可視化

過程可視化是數(shù)字化工廠的又一大特點。在紅旗工廠，可視化的中控大屏可以實時監(jiān)控和展示生產數(shù)據(jù)、有效監(jiān)管和追溯質量缺陷、全面收集設備狀態(tài)信息、系統(tǒng)集成計劃物流管理數(shù)據(jù)等等。物流信息提示板可以實時提示生產線車輛的相關信息，根據(jù)這些指示信息，物流人員和設備都會有條不紊地開展對應的作業(yè)。

零部件物流離不開信息流。無論從零部件生產廠家到中轉庫，還是從中轉庫到工廠物流庫，零部件都需要信息流的載體：箱標簽（也稱之為看板）。以從中轉倉庫到物流部品倉庫所使用的箱標簽為例（見圖5，正在補充和完善信息的試驗版箱標簽），上面的信息包括供應商名稱/代碼、零件名稱/零件號、背番號（方便物流作業(yè)的零件號的縮略碼）、在中轉庫存放的位置（庫位號）、從中轉庫發(fā)出前應進入的分割鏈號、掃描槍讀取的二維碼、包裝箱內零件個數(shù)、物流送貨卡車行走路線等等。

看板中包含了前文提到的堆垛碼信息，它的作用就是，從中轉庫發(fā)出的一個分割鏈中會包含多個貨拖（碼放在一個托盤上的所有零部件組成一個貨拖），每個貨拖在到達紅旗工廠的物流倉庫后，物流作業(yè)人員會將貨拖上的每種零部件放入對應的（絕大多數(shù)是固定的）部品棚上的固定位置。為了減少物流人員投放零部件的行走和節(jié)約投放時間，在中轉庫進行零部件揀選碼放時，就要盡可能把工廠物流部品倉庫中一個小區(qū)域內的零部件碼放在一起。堆垛碼的作用就是指示中轉庫作業(yè)人員進行貨拖碼放作業(yè)。如果說中轉庫內的訂單分割節(jié)約了物流面積的話，那么零部件的集中有序堆垛碼放則減少了物流人員投放部品棚的作業(yè)量和作業(yè)時間。

圖5：箱標簽（看板）

五、應用仿真技術，驗證物流方案和精準投資

對方案進行仿真目前幾乎是大型復雜項目實施前的必由之路。紅旗工廠物流系統(tǒng)自動化程度之高、制約因素之多和預算控制之嚴格都是物流方案規(guī)劃團隊未曾經歷過的：物流路徑從地面到空中，物流區(qū)域不但面積有限而且廠房內的支撐立柱密集，配送車輛全部無人化，物料配送要求幾乎“米秒不差”，挑戰(zhàn)無疑是十分巨大的。經過充分調研和多方論證，形成了初版的物流方案。初版方案對AGV的使用數(shù)量一直難以鎖定。為了驗證方案的可行性（路線是否擁堵，緩存點如何設置、物流AGV相互之間、物流AGV與工藝AGV之間如何避讓等），更是為了測算出AGV的準確需求數(shù)量，防止因AGV采購數(shù)量不準確而影響項目的全局（因為AGV采購周期較長，初期采購不足時會影響項目交付時間，采購過剩時會影響項目整體預算使用，甚至會造成浪費），我們委托了第三方對方案進行仿真。通過仿真，局部修改和優(yōu)化了初版的作業(yè)方案，精準鎖定了AGV的需求數(shù)量。目前，從物流系統(tǒng)聯(lián)合試運行的情況來看，經過仿真的物流規(guī)劃方案基本滿足項目要求。

六、燈光揀選（KITTING）系統(tǒng)

燈光揀選系統(tǒng)原本是在初期規(guī)劃方案中的，后因為多種原因推遲導入（計劃于2019年7月開始導入。燈光揀選系統(tǒng)是根據(jù)生產計劃系統(tǒng)和BOM系統(tǒng)的指示，引導物流作業(yè)人員作業(yè)的操作指示系統(tǒng)，不僅可以提升SPS揀選的工作效率，還可以做到防止錯漏選和錯漏裝，已經在生產物流的配送業(yè)務中得到廣泛的應用。

七、結語

目前，紅旗工廠新總裝車間已經按計劃順利投入使用。作為數(shù)字化工廠的先頭部隊，物流方面已經實現(xiàn)了既定的目標。將來，生產物流作為生產制造的重要保障環(huán)節(jié)，將在新技術的推廣應用方面繼續(xù)探索。現(xiàn)在，高架立體庫自由存儲、“貨到人”揀選方式等先進物流模式已列入推進計劃，不久的將來，紅旗工廠精益、高效物流體系將實現(xiàn)再次升級。