一汽大眾佛山工廠的智慧物流系統(tǒng)

一汽大眾佛山工廠生產(chǎn)基地啟動智能工廠建設(shè)項目，引入移動機(jī)器人系統(tǒng)，和智能設(shè)備提供商一起聯(lián)合創(chuàng)新，打造智能高效的內(nèi)物流系統(tǒng)，即“超市2.0”解決方案，實現(xiàn)從產(chǎn)線到倉庫、覆蓋全廠的物流自動化搬運，提升了物流效率，降低了用工成本，提高了物流系統(tǒng)的柔性。

近年來，越來越多的制造業(yè)企業(yè)開始擁抱智能制造，建設(shè)智能工廠，推動企業(yè)升級發(fā)展，一汽大眾佛山工廠即是其中之一。2019年11月，一汽大眾佛山工廠生產(chǎn)基地智能工廠項目引入移動機(jī)器人47臺，攜手智能設(shè)備提供商聯(lián)合創(chuàng)新，打造了汽車行業(yè)首例“超市2.0”解決方案，實現(xiàn)廠級協(xié)同的智慧物流系統(tǒng)。日前，本刊記者走訪了一汽大眾佛山工廠生產(chǎn)基地，充分了解其智慧物流項目的建設(shè)背景、解決方案和實施效果，以為廣大制造企業(yè)智慧物流系統(tǒng)升級提供一定的借鑒。

項目背景及實施過程

據(jù)一汽大眾汽車有限公司生產(chǎn)管理部部長竇恒言介紹，一汽大眾始終致力于客戶導(dǎo)向，提供從A0到C級大眾和奧迪兩大品牌的豐富產(chǎn)品。在產(chǎn)品配置、技術(shù)實力、生產(chǎn)制造以及用戶體驗等方面處于領(lǐng)導(dǎo)地位，佛山工廠是一汽大眾最先進(jìn)的制造工廠之一，同時也將開始新能源汽車的生產(chǎn)。

項目位于佛山工廠二期總裝車間

佛山工廠生產(chǎn)基地于2018年6月全面建成投產(chǎn)，是一汽大眾在國內(nèi)的第四個工廠，占地約166萬平方米，預(yù)計至2020年底，整體年產(chǎn)能達(dá)到60萬輛。佛山工廠是一汽大眾MQB平臺應(yīng)用的第一個生產(chǎn)線，實現(xiàn)了同一個平臺的不同車型混線生產(chǎn)，是目前一汽大眾同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)最多車型的基地。主要生產(chǎn)大眾、奧迪雙品牌車型，近10款不同型號車型。

不同車型混線生產(chǎn)

竇恒言表示，一汽大眾打造這套智慧物流系統(tǒng)，主要由兩大因素決定：

一方面，是順應(yīng)智能制造發(fā)展趨勢。在工業(yè)4.0時代，客戶的個性化需求越來越廣泛，要求制造企業(yè)內(nèi)物流管理更加智能化和柔性化。順應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動應(yīng)用等新一輪信息技術(shù)發(fā)展，建設(shè)“智能工廠”、打造“智慧物流”已是制造企業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。與此同時，我國近年來也出臺了一系列旨在促進(jìn)智能制造發(fā)展的文件和措施，為智能制造發(fā)展和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級創(chuàng)造了良好的政策環(huán)境。在數(shù)字化和智能制造領(lǐng)域，不斷進(jìn)步的一汽大眾佛山工廠處于行業(yè)領(lǐng)先水平，甚至能作為大眾集團(tuán)全球工廠中的一個標(biāo)桿。

另一方面，是滿足佛山工廠獨特生產(chǎn)模式的客觀需求。佛山工廠在高峰時一天要生產(chǎn)2400臺汽車，提供給用戶選擇的零件高達(dá)上萬種。傳統(tǒng)物流揀選超市是工人依據(jù)單據(jù)在物流超市區(qū)域內(nèi)往復(fù)行走進(jìn)行揀選，面對如此巨大的揀選工作量和揀選復(fù)雜度，存在很大的行走浪費，并且揀選極易出錯。為此，佛山工廠需要引入柔性、高效的定制化生產(chǎn)系統(tǒng)，來保障整車零件的精準(zhǔn)配送和高品質(zhì)。用工業(yè)4.0理念的智慧物流系統(tǒng)，由自動化設(shè)備替代人工操作，保證供給生產(chǎn)線的零件是絕對準(zhǔn)確可靠。

在這種背景下，有兩點值得關(guān)注：其一，移動機(jī)器人在智慧物流系統(tǒng)中應(yīng)用得越來越廣泛；其二，智慧物流系統(tǒng)作為智能工廠的一個組成部分，與其他智能系統(tǒng)對接，從而形成一體化的解決方案。鑒于此，具有高度智慧化、柔性化的移動機(jī)器人系統(tǒng)成為一汽佛山工廠物流自動化升級的首選。

為此，一汽大眾于2017年成立了專門的項目小組，并在國內(nèi)外進(jìn)行了一系列的考察調(diào)研。據(jù)項目組介紹，移動機(jī)器人近些年來在汽車及零配件制造企業(yè)的生產(chǎn)線供線領(lǐng)域有廣泛的采用,在3C制造企業(yè)的倉儲及產(chǎn)線供線環(huán)節(jié)也有規(guī)模化應(yīng)用，項目小組對這套智慧物流解決方案印象深刻，最終決定采用，攜手智能設(shè)備提供商海康機(jī)器人，共同打造一汽大眾佛山智能工廠中的智慧物流系統(tǒng)。2019年11月，項目正式實施，2020年6月交付。

不同車型混線生產(chǎn)

圖1 系統(tǒng)方案架構(gòu)

移動機(jī)器人

RCS集群調(diào)度移動機(jī)器人

智慧物流系統(tǒng)構(gòu)成

一汽大眾佛山工廠的智慧物流系統(tǒng)主要集成了移動機(jī)器人控制系統(tǒng)RCS和倉儲管理系統(tǒng)iWMS（由智能設(shè)備供應(yīng)商提供），一汽大眾的FIS系統(tǒng)，以及PLP系統(tǒng)，四者無縫對接，真正做到了生產(chǎn)與物流管理的系統(tǒng)化、一體化、透明化和智能化。

PLP系統(tǒng)是一汽大眾的物流總控平臺，它通過WebService接口，將零件包裝信息、零件主數(shù)據(jù)、超市入庫單據(jù)等入庫相關(guān)數(shù)據(jù)下達(dá)至iWMS系統(tǒng)，作業(yè)員使用iWMS系統(tǒng)通過REST協(xié)議具體的作業(yè)任務(wù)給RCS系統(tǒng)，RCS系統(tǒng)再向機(jī)器人下達(dá)搬運動作指令。iWMS可實時反饋執(zhí)行結(jié)果給上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)，保證信息的可視化追蹤。

而一汽大眾的FIS系統(tǒng)控制工廠所有的車輛生產(chǎn)排程，它根據(jù)生產(chǎn)計劃，將生產(chǎn)每輛汽車所需的零件清單統(tǒng)計后下發(fā)給生產(chǎn)和物流系統(tǒng)，生產(chǎn)和物流系統(tǒng)據(jù)此安排產(chǎn)線資源和物流資源，從而保證生產(chǎn)全過程信息的一致性以及生產(chǎn)信息跟蹤的及時性，PLP系統(tǒng)同時也下發(fā)一份生產(chǎn)計劃給iWMS系統(tǒng)，iWMS系統(tǒng)同樣據(jù)此生成超市的零件揀選出庫計劃，保證超市零件能按時揀選出庫并精準(zhǔn)送至產(chǎn)線各個工位。

RCS負(fù)責(zé)可控制范圍內(nèi)的全部機(jī)器人的任務(wù)分配、調(diào)度及運行維護(hù)。RCS可建立機(jī)器人的“世界模型”，將廠區(qū)、倉儲地圖轉(zhuǎn)換成機(jī)器人能夠識別的模型數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)任務(wù)的最優(yōu)分配、路徑的最優(yōu)規(guī)劃，使系統(tǒng)能發(fā)揮最佳的工作效能。另外，RCS可以監(jiān)控移動機(jī)器人的運行狀態(tài)，當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將會自動生成信息發(fā)送預(yù)警通知至運維人員處，并給出相應(yīng)的處理意見，真正做到智能運維，實時反饋。

FIS系統(tǒng)、PLP系統(tǒng)、iWMS系統(tǒng)、RCS系統(tǒng)組成了整套智慧物流系統(tǒng)，多系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動，數(shù)據(jù)互通。智慧物流系統(tǒng)的架設(shè)，可以對一汽大眾佛山工廠生產(chǎn)基地的生產(chǎn)管理流程持續(xù)提供重組和優(yōu)化的數(shù)據(jù)支撐，為企業(yè)提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平打下堅實基礎(chǔ)，使生產(chǎn)管理更加信息化、自動化、數(shù)字化和科學(xué)化，有利于實現(xiàn)建立“智能工廠”的目標(biāo)。

移動機(jī)器人與叉車協(xié)同補(bǔ)貨

出庫運輸

“超市2.0”解決方案與作業(yè)流程

汽車制造工廠中零部件的存儲和揀選倉庫被稱為“超市”。佛山工廠為全球首例大規(guī)模使用二維碼導(dǎo)航技術(shù)和自動化模式管理的零部件超市，超市面積約3000平方米，使用47臺機(jī)器人，存儲500多箱零件。

在一汽大眾佛山工廠項目規(guī)劃時，經(jīng)過提煉各種復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景，解決6大類、104個系統(tǒng)相關(guān)問題后，攻克了項目的三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)：通用件區(qū)分、技術(shù)更改零件切替、選裝零件排序，從生產(chǎn)零件的倉儲、揀選、排序、配送，整個作業(yè)流程全部由移動機(jī)器人系統(tǒng)來完成，實現(xiàn)了零部件的自動化存儲和運輸，覆蓋了佛山工廠生產(chǎn)基地的生產(chǎn)車間和零部件倉庫。

以選裝零件排序難題為例，由于佛山工廠是混線生產(chǎn)作業(yè)模式，奧迪、大眾共用同一條生產(chǎn)線，每一臺車的配置都不全相同，如果把每個工位所有的零件都擺到生產(chǎn)線，生產(chǎn)線邊既沒有那么大的位置，生產(chǎn)線工人找到正確的零件也很困難，所以通過超市系統(tǒng)，對生產(chǎn)線車序進(jìn)行解析，嚴(yán)格按照生產(chǎn)的車序進(jìn)行排序，生成零件的順序清單，再使用機(jī)器人完成超市零件的順序調(diào)度和工作臺順序揀選。

入庫運輸

移動機(jī)器人自主充電

同時，在佛山工廠中，生產(chǎn)零件的揀選實現(xiàn)了“貨到人”物流作業(yè)模式。備貨員通過工作站目視化揀選，只需要站在原地從器具中揀選所需零件，當(dāng)某一個零件揀完后，機(jī)器人會帶著器具自動離開揀選位返回庫內(nèi)，后面排隊的機(jī)器人自動補(bǔ)充至揀選位置。“貨到人”揀選技術(shù)的應(yīng)用與原有人工庫“人找貨”的作業(yè)模式相比，減少了超市作業(yè)人員數(shù)量，提高了揀選準(zhǔn)確率，同時也極大減少了備貨員行走找零件的耗時和作業(yè)勞動強(qiáng)度。最重要的是超市系統(tǒng)自動排序，無需再費時費力的對生產(chǎn)計劃零件進(jìn)行人工排序。

項目亮點

1.廠內(nèi)物流模式的創(chuàng)新

佛山工廠是汽車制造行業(yè)全球首例大規(guī)模使用二維碼導(dǎo)航移動機(jī)器人的零部件超市。在引入移動機(jī)器人系統(tǒng)后，將傳統(tǒng)汽車零件超市“人找貨”的固有零件存儲、分揀、排序的人工模式，轉(zhuǎn)化為高效、便捷、智能的“貨到人”的揀選和排序出庫模式，不僅解決了傳統(tǒng)倉儲管理的問題，更實現(xiàn)了對汽車零部件的智能化倉儲信息管理、自動化準(zhǔn)確排序、人性化揀選出庫，明顯提高了汽車零件超市的工作效率。

iWMS系統(tǒng)根據(jù)一汽大眾生產(chǎn)計劃可自動生成零件排序出庫工單，智能、準(zhǔn)確、高效。排序揀選工作站規(guī)劃為高效的庫區(qū)雙側(cè)陣列布局，物料存儲區(qū)采用精益分區(qū)智能管理設(shè)計。機(jī)器人根據(jù)先進(jìn)高效的算法和系統(tǒng)平臺準(zhǔn)確的調(diào)度，實現(xiàn)汽車零部件的精確按序出庫。揀選站采用雙屏獨立顯控屏，具備人性化的友好顯示界面和多功能顯示模塊。

2.移動機(jī)器人的功能優(yōu)勢

在一汽大眾佛山工廠生產(chǎn)基地車間內(nèi)，移動機(jī)器人靈活穿梭于零件超市倉儲區(qū)、入庫區(qū)和分揀區(qū)之間，井然有序；揀選站，移動機(jī)器人按照系統(tǒng)規(guī)劃路線，準(zhǔn)確嚴(yán)格的按零件出庫順序?qū)⒇浖芩拓浀较鄳?yīng)揀選站點，到位停穩(wěn)后，安全指示燈亮起，人工按照工作站顯示屏指示信息，從移動機(jī)器人貨架上的指定位置、指定數(shù)量進(jìn)行零件揀選；然后再按照另一個顯示屏的位置指示信息，將揀選出庫的汽車零件，按順序要求放到排序器具上。當(dāng)前貨架揀選完成后，機(jī)器人搬運貨架離開揀選位，后續(xù)移動機(jī)器人自動跟上，前移至當(dāng)前揀選工位，進(jìn)行下一個工單的排序揀選。當(dāng)前沒有工作任務(wù)時，機(jī)器人會自動返回至巷道交互區(qū)暫駐休眠，等待新的任務(wù)指令或者根據(jù)自身電量的多少，自動去充電樁充電。

據(jù)智能設(shè)備提供方介紹，移動機(jī)器人的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾點：（1）應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)先的“視覺導(dǎo)航+慣性導(dǎo)航”技術(shù)，機(jī)器人定位精度達(dá)到毫米級；（2）兩輪差速驅(qū)動，運行速度能達(dá)到1.0米每秒；（3）作為行業(yè)內(nèi)一項重要創(chuàng)新，機(jī)器人支持自動跟隨，柔性運動，使得產(chǎn)線布局更加靈活；（4）在動力方面，機(jī)器人配備大容量磷酸鐵鋰電池，結(jié)合智能能源管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)7×24小時連續(xù)運行，且電池完全充放電壽命高達(dá)1500次；（5）機(jī)器人內(nèi)置激光、紅外避障檢測，具有自動障礙避讓功能，并能夠智能交互指示燈、交通燈、交通道閘等確保運動過程中人、機(jī)安全；（6）機(jī)器人采用大平面舉升盤，保證了所搬運大尺寸料箱的平穩(wěn)性，并擁有優(yōu)秀的抗偏載、防傾斜的安全性和穩(wěn)定性。

“貨運人”揀選

Pad實時監(jiān)控

3.對機(jī)器人的實時監(jiān)控

在一汽大眾佛山工廠生產(chǎn)基地智慧倉儲物流系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，還有一點尤為值得一提，那就是對移動機(jī)器人的實時監(jiān)控，這對能否保障整個系統(tǒng)順暢運行至關(guān)重要。可通過大型拼接屏顯示機(jī)器人實時運行狀態(tài)，人工使用配備的Pad也能夠完成在線移動監(jiān)控。管理者可實時了解機(jī)器人硬件設(shè)備狀態(tài)與運行效率；與此同時，根據(jù)數(shù)據(jù)報表、熱力圖分析，可以實時規(guī)劃機(jī)器人的行走路徑。Pad實時監(jiān)控是為項目定制開發(fā)的新應(yīng)用，擁有任務(wù)調(diào)度、控制干預(yù)、告警管理、運維管理、設(shè)備查詢等多個功能模塊，在可控范圍內(nèi)能夠?qū)C(jī)器人有效監(jiān)控，實現(xiàn)作戰(zhàn)室控制臺70%左右的功能。

項目收益

“超市2.0”解決方案實施后，效果顯著，為佛山物流部優(yōu)化縮減備貨和補(bǔ)貨人員20%以上，減少7臺牽引車設(shè)備，縮減原超市管理區(qū)域面積20%以上，項目固定資產(chǎn)回收周期小于3年，超市區(qū)域出庫準(zhǔn)確率提升至100%以上，供產(chǎn)線零件及時率100%，上線后產(chǎn)線實現(xiàn)生產(chǎn)0停臺。

“超市2.0”解決方案的成效可總結(jié)為以下五點：第一，超市2.0方案的“貨到人”模式更人性化，降低了員工工作強(qiáng)度，減少了占總工時30%的無效行走；第二，超市2.0提高了汽車零件超市整體的工作效率和準(zhǔn)確率，后端智能調(diào)度系統(tǒng)和圖形化揀選指示使得揀選錯誤率降低為零；第三，全程無人的標(biāo)準(zhǔn)化補(bǔ)貨運輸過程，讓作業(yè)質(zhì)量大幅度提升；第四，供應(yīng)商的RCS、iWMS和一汽大眾的FIS、PLP系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動、數(shù)據(jù)互通，真正做到智能運維、實時反饋，讓生產(chǎn)運營管理水平進(jìn)一步提升。第五，也是最重要的一點，超市2.0方案相對于傳統(tǒng)物流超市具有更高的柔性，新車型并入等前提變化導(dǎo)致的方案調(diào)整都可以通過動態(tài)庫存布置、智能系統(tǒng)負(fù)載均衡來輕松應(yīng)對，節(jié)省了大量的重復(fù)規(guī)劃工作。

竇恒言指出，一汽大眾倡導(dǎo)“精秩物流理念”，精準(zhǔn)的需求預(yù)測、單元化的供應(yīng)組合、透明的供應(yīng)鏈管理以及用戶交付的秩序是一汽大眾物流人的追求，而全過程自動化的智能物流是重要目標(biāo)之一。在項目規(guī)劃過程中，項目組開發(fā)了一系列的智能運籌算法，用于布局方案、設(shè)備調(diào)度仿真等規(guī)劃工作，實現(xiàn)了生產(chǎn)柔性，有助于柔性交付。項目除了本身帶來的每年數(shù)百萬的經(jīng)濟(jì)效益以外，還起到了很好的新型數(shù)字化、自動化解決方案的探索示范作用，在智能制造方面處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

本項目的落地，為一汽大眾工廠裝配總線提供了強(qiáng)有力的物流支持，為一汽大眾建設(shè)智能工廠、打造智慧物流系統(tǒng)給出了一份各方均滿意的答卷。