燈光指引揀配技術在智能制造中的應用分析

范曉燁 王慶晟

(1.安吉汽車物流(上海)有限公司，上海 200082；2.上汽通用汽車有限公司，上海 200120)

0 前言

隨著汽車工業的發展，為適應市場需求，提高產品質量，加強產品成本控制，大多數汽車制造企業總裝車間的裝配生產線開始采用多車型混線生產模式。由于該生產模式加大了整車裝配難度，增加了揀配人員勞動強度，對工人的專業技術要求更高。為優化裝配工藝，提升裝配效率，對汽車零部件的揀配環節進行全面的數字化改革迫在眉睫。

在傳統的汽車總裝生產線上，零部件的揀配通常采用人工分揀方式進行。隨著現代汽車制造企業車型的增多和產能的擴大，對生產節拍的要求在不斷提升。當車型種類和生產節拍提高到一定程度后，企業的生產就會出現效率瓶頸，對有限的生產線配套物料庫位造成一定壓力；生產線操作人員和物流配送人員的工作量和工作強度增加，會導致相關人員產生疲勞，工作效率下降，容錯率降低，間接增加了企業的生產成本[1]。運用高效的信息處理系統和燈光指引揀配(PTL)技術，能夠對物料的進出、庫存、分揀、配送等環節進行有計劃執行與控制，能夠有效提高物料的識別效率。

1 概念

1.1 技術原理及操作流程

PTL技術是采用現代先進的嵌入式系統和物聯網通信技術組成的一套電子設備。該設備作為一種生產輔助工具，可安裝在汽車制造企業需要揀配的物料儲位上，配合倉儲管理系統(WMS)和其他物流管理系統，通過軟件控制燈光信號和數字顯示，將揀配物料信息推送到電子設備上，引導揀配人員正確、快速、便捷地完成物料揀配工作，有效提升物料揀配效率，實現企業產能升級。

在汽車裝配過程中，當某臺車輛進入總裝生產線后，PTL系統的后臺業務系統與上位機業務系統將自動獲取該車輛的裝備信息和位置信息，并將生產零部件的物料清單實時發送至物料揀配區域進行備料生產。配料區在接收到配料數據后，將根據生產訂單指示揀配人員進行取料操作。

PTL技術為需要揀選的每種物料配備了1個燈光標簽，當物料開始進入揀配狀態時，生產線旁的控制系統會逐一根據物料清單點亮需要揀選物料的燈光標簽，在完成揀配流程后，通過按下燈光標簽上的按鍵確認取料操作，并繼續下一輪的物料揀取，依次循環操作直至所有物料揀配完畢。通常，揀配方式可分為以下2種：① 摘果式揀配方式。該方式是目前企業使用較為普遍的操作方式。在摘果式揀貨方式中，電子標簽安裝在所有備揀物料的庫位上，系統根據訂單數據發送指令到電子標簽上，揀配人員根據電子標簽亮燈狀態進行摘取式取料，逐一將物料清單所對應的庫位物料取出。② 播種式揀配方式。該方式是一種對相同的物料采取一次多單集合式取料的操作方式。系統將多車型數據進行排序分類后，指引揀配人員到相應的庫位揀取足夠的物料，再多次分發到不同送料車上。

1.2 系統架構

PTL技術是一種分布式的系統應用架構，以生產系統和中央計算機為上位機，通過網絡通信將生產訂單數據分發到零部件所對應的電子標簽上。主系統通過網絡與生產系統進行對接，獲取當前的生產數據，實時生成當前需要生產的訂單，再將訂單信息推送給生產線配套計算機，根據相應的生產節拍開啟揀配任務，達到正確、快速、便捷地完成物料揀配工作。

2 應用特征

2.1 實用性

PTL系統作為WMS和制造執行系統(MES)的延伸系統，主要應用于制造業，尤其是汽車制造行業。PTL技術結合實際業務，可采取雙向配置方式，在不改變傳統業務操作流程的基礎上，根據人機系統簡約的設計原則進行取料和補料等操作，可減少操作的復雜度，降低操作的時間成本。

2.2 穩定性

在PTL系統設計初期，應根據生產線的實際情況搭建硬件設備，由于生產線的長度、操作人員的配置及生產線的生產節拍(JPH)均已被固定，PTL系統生產線上的揀配人員及其生產節拍也較為穩定，具備一定抗波動性。在系統設計上，應充分考慮到各業務層次和各環節數據處理的便利性及可行性，采取總體結構模塊化的技術方案，可有效降低系統故障的處理時間，減少因系統故障造成的生產中斷和生產延時。隨著揀配人員逐漸熟悉PTL系統的性能和操作流程，其工作效率會不斷提高，工作強度也隨之降低，間接減少了因工作強度過大造成的人員流失風險，并降低了人力資源成本。

2.3 經濟性

PTL技術可以提升企業物料庫位的復用率，減少空間資源的浪費。在生產時，庫位設計可以根據車型變化和車型增減隨時進行動態調整，提高物料變更和物料滯留的處理效率。通過硬件介入訪問控制層(MAC)信息，可以通過綁定庫位的方式綁定物料編號，一旦物料出現變更或者被移出，只需在系統中變更庫位與物料編號的綁定關系，就能完成新的物料綁定關系，從而極大提升了庫位的復用率。同時，根據物料滾動計劃表，系統可計算出物料的實時庫存，并根據庫存調整庫位，減少空間資源的浪費。PTL技術對庫位的靈活性應用體現了其在庫位資源利用上的價值。通過提升倉庫庫位的復用率，可以科學地規劃和使用物料庫位，將包裝標準化與立體庫位有效結合，增加庫位的容積率，降低倉庫的運營成本，為企業創造更多的經濟效益。

2.4 多樣性

構建一套分布式系統的目的通常是為了獲得更長遠的業務應用。對汽車企業而言，PTL系統可根據企業的生產狀況及時進行調整，還可演變成接觸式、非接觸式、自動化操作等方式進行生產輔助。該技術不僅與生產線、物流線的操作人員進行交互，也可作為車間物聯網的節點與零部件、設備、物料箱等物件產生交互。

2.5 可擴展性

使用PTL技術的汽車生產線具有一定的擴展性，普通生產線一旦定性，其擴展可能性幾乎為零，采用PTL技術的生產線則具有高度靈活性，可通過對新增的物料清單和實際的場地條件進行評估后進行相應的功能擴展。當PTL系統完成物料揀配后，相應物料將被放置于專用配料小車上，可以針對專用配料小車進行標準化設計，形成標準化的行駛路徑。因此，應用PTL技術的上線方式一般選擇自動導引運輸小車(AGV)自動上線，可減少上線人員的數量。

2.6 先進性

PTL技術具有生產制造的先進性。在生產質量管理方面，該技術不僅可為企業管理層提供生產過程中的數據追溯和管控，還能根據交互數據生成取件用時的優化參數，為優化庫位提供了數據支撐。PTL技術不僅能夠提升配料速度，還能降低配料人員的工作強度。此外，PTL系統積累的數據也是未來企業進行優化生產流程和提升生產效率的重要依據。

3 應用案例

以下通過某汽車制造企業總裝車間的PTL系統應用分析為例，對PTL系統的應用成果進行分析。某汽車制造企業生產的車型主要有運動型多用途汽車(SUV)和轎車，可根據客戶的個人意愿，提供車身顏色、內飾、外飾、電子設備及部分選裝件等全方位的個性化定制服務。由于企業銷售策略的多樣性，在車輛制造過程中，相應的零部件組合方式呈現出復雜化和多樣化的特點。

為提高企業生產效率，總裝車間采用線性生產線，并應用了大量摘果式揀配方式的PTL系統。該總裝車間可同時共線生產4款車型，其生產節拍為每小時下線34臺車，涉及的工位物料總數為4 559件，其中大件物料為1 484件，小件物料為3 075件。目前，已實施PTL系統的物料共有1 824件，實施比例為40%。根據該車間的廠房結構，總裝主線分為8段線體，分裝支線分為門線、發動機線和底盤分裝線3段線體。其中，主線L7段和L8段主要為質檢線和報交線，不涉及零部件的安裝。該PTL系統的物料實施明細見表1。

表1 PTL系統物料實施明細

PTL系統的現場布置應在準備車間內進行，物料存放不占用生產線旁走道。PTL系統區域按照大件物料與小件物料進行區分，大件物料應避免放置在地面上，小件物料應放置在流利式貨架上。各種物料均對應1個燈光標簽，在生產線線體內還應設置分段按燈，并保證每段線體內的揀配節奏高于生產線節奏。每條PTL系統揀配線均應設置1臺工控機、1臺打印機和1臺機箱。工控機通過有線連接該線體上的物料按燈及分段按燈，由 MES系統將車輛經過掃描點后的相關信息發送到PTL系統，由PTL系統篩選相關信息，將其組合成各線體揀配信息，并打印存檔。

4 應用分析

4.1 提高物料識別效率

通過將生產線上每臺車型零部件的揀選工作從生產線旁裝配人員轉移至物流操作人員，可以極大提高對物料的識別效率。傳統生產線的物料尋找和定位，較多依靠揀配人員的目視和記憶，需要對揀配人員進行長時間的培訓。

隨著車型的增加和定制化業務的開展，一些臨時新增的物料無法及時被揀配人員快速、準確地識別，甚至會出現因物料漏揀、錯揀、延時等原因導致生產線停線。通過采用PTL技術，可避免類似現象的發生，減少物料錯揀和漏揀失誤，降低對揀配人員的依賴，節約人力資源。

PTL系統可縮短物料識別時間，主要體現在以下2個方面：① 物流揀選端的優化。采用PTL系統可通過燈光指引直接取料，簡化操作步驟。由于PTL系統的布局是根據揀配人員的行走線路設計的，因此該系統可以極大減少揀配人員的走動距離。② 裝配操作端的優化。由于物料車的放料位置與零部件具有綁定關系，采用PTL系統可直接到固定庫位進行取料，簡化了揀配人員查看物料清單和識別零件號等操作。

上述優化措施是基于采用PTL系統后，在對物料的識別要求大幅降低的基礎上提出的。在實際應用過程中，物料車與生產線隨行，現場揀配人員可直接在產線板鏈上完成取料，其移動距離一般不超過3～4步。

4.2 釋放生產線產能

除了能簡化供應鏈物流揀選端的操作流程外，應用PTL系統還能大幅提升生產線的柔性，提高生產線的效率。當大量車型上線時，極易造成生產線物料庫位嚴重不足，導致物流供貨混亂。

PTL系統的應用，能夠最大程度的釋放生產線旁的物料空間。此外，通過簡化操作人員的工作流程，PTL系統提升了生產線的生產效率，在單位時間內可以保證有更多產品下線。在PTL系統上線后，生產線實際生產工位數量下降了20%，釋放的工位可用于產品質檢、返修、新增機械手等。此外，通過應用PTL系統，揀配人員減少了3.75%，生產節拍由規劃初期的每小時36臺提升至42臺，裝配準確率保持在99.95%以上。

5 結語

PTL技術的應用場景較為廣泛，適用于倉庫式物流分揀、電商行業配貨分揀、生產型送貨配料、裝配與制造等領域，是現代企業在供應鏈環節實施降本增效的重要舉措之一。

隨著PTL技術在智能制造領域中的應用，該技術將衍生出更多的應用場景，促進各個生產環節向信息系統化發展，也是現代物流發展的推進器。