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今日头条文章:案例 | 中车株机领先的智能生产物流系统

 

 

 

作为中国最大的电力机车研制基地,中车株洲电力机车有限公司于2015年携手法布劳格物流咨询公司开始打造现代化智能物流系统,并选取了以转向架事业部扩建新厂房为示范点。通过对转向架事业部立体自动化仓库系统整体规划、生产车间智能物流规划优化,从而达到率先在该行业实现工业4.0智能生产物流实际运用的目标。

 

中车株洲电力机车有限公司(简称“中车株机”)作为中国中车旗下的核心子公司,是中国最大的电力机车研制基地、湖南千亿轨道交通产业集群的龙头企业,被誉为“中国电力机车之都”。公司主要业务集中在电力机车、城轨车辆、城际动车组领域,同时也在大力开拓维保、总包工程、超级电容、车辆高低压电器、制动系统、磁浮车辆、储能式有轨/无轨电车等新产业领域。

项目背景

随着中车株机业务种类及规模的不断拓展以及《中国制造2025》战略的逐步推进,信息化、自动化、智能化技术的应用不断推动装备制造业升级改造。并且伴随工业 4.0 概念的引进,基于信息化和标准化发展的智能化生产物流系统建设迫在眉睫。

2015年,中车株机携手法布劳格物流咨询公司开始打造现代化智能物流系统,以“建立一套物流作业标准,制定一套物流管理流程,培养一批优秀物流人才”为目标,遵守精益物流思想,结合物联网技术进行整体方案优化,消除浪费的时间和多余的作业步骤,改善物流运作的品质、交货期和成本,实现精益运作及后期的持续改善。

智能物流是利用物联网的信息化集成技术,使物流系统能模仿人的智能,具有思维、感知、学习、推理判断和自行解决物流中某些问题的能力,它是物联网技术的体现。由于中车株机转向架事业部已具备智能物流项目开展的基本条件,因此智能物流系统项目以转向架事业部扩建新厂房为示范点进行打造。

中车株机智能物流系统的建设思路可概括为:生产线每消耗一个产品,该信息立刻传回到库房,信息网络把所有的生产物流和生产能力进行统筹,根据每天的生产计划确定物料需求和物料消耗情况,及生产能力分布情况,对包装物流进行调度,实现零库存以及全过程高度智能化(信息收集智能化、仓储管理智能化、物料配送智能化、计划协同智能化、智能决策等)。

扩建新厂房概况

扩建新厂房整体功能区工艺布局如图1所示。

 

 

 

其中, A栋为车轴加工生产线和车轮油漆生产线,B栋为车轮加工生产线和地铁驱动组装生产线,C栋为机车驱动组装生产线,D栋为构架焊接生产线、C栋南边黄色区域为自动化立体库房。

该自动化立体库主要用于机车轮对驱动装置待组装物料、城轨轴箱组装物料的线边存放、配送及城轨轮对的缓存。

智能物流包装器具方案

物流包装规范化、标准化是实现物流自动化、信息化的基础。根据零部件分类建立标准化的物流包装体系,并与转运工具相配合,为齐套化、节拍化、自动化配送奠定了基础。

中车株机的智能物流整体包装器具规划以“小批量包装,多频次供货,高质量”的精益物流为理念,以标准化的包装体系为基础,为智能物流项目配备或设计合适的标准数量的料箱和器具。基于德国VDA标准将总体物料归入三类:KLT(小件)、GLT(大件)、SLT(特殊件)。参见图23

 

 

 

 

 

料箱及器具设计充分考虑人机工程,要求做到:保证零件质量,使准备时间最少;内部、外部、跨厂区供货的供应商料箱器具标签最少包括零件号、供应商、生产日期、发运日期、数量及库位;全供应链尽可能使用可回兑式(储运一体化)料箱及专用器具,推行免包装,减少供应链包装成本,提高效率;对于正常车型及新车型零部件的运输,要求使用被确认的料箱及器具,仓储操作中要使用指定的料箱及器具。

智能物流信息采集系统

智能物流对实物流与信息流要求高度一致。中车株机通过采用全过程二维码及立体库托盘RFID技术,实现物料流转过程中大量数据的高效实时自动采集与监控,通过手持终端及RFID读写器,获取入库、检验、出库、仓位、包装、装卸搬运、工位配送运输和自制件加工流转各个环节的大量信息,并进行数据捆绑,通过系统能够准确掌握物料、配送工装和仓库的即时信息。

条码及RFID使用范围

由于RFID标签成本高,智能物流信息采集使用“立体库托盘RFID标签,配合物料二维码”的模式,即物料流转全过程使用二维码,从到货入库、质检、存储、配送、交接直至生产线边各工位,配合物料进立体库存储的托盘或直接进立体库存储的器具采用RFID,通过手持和RFID读写器的结合使用,实现物料数据的绑定和数据上传。

RFID读写器与标签布局

RFID技术在立体库及转向架配送库出库待发区使用。在转向架配送库房配备手持终端,出库门安装RFID固定阅读器,在立体库配备手持终端,入库区尺寸检测机构安装固定RFID阅读器,完成物料流转信息的自动采集。参见图45

 

 

 

RFID使用关键环节

手持无线终端在仓储配送库或直流件供应商处对托盘RFID标签号进行读取,并扫描托盘上的物料二维码,进行数据绑定;托盘物料搬运至立体库入库交接区或车间物流门,立体库房RFID读写器或车间物流门RFID读写器读取RFID标签数据,获取托盘物料信息并上传立体库仓库管理系统,进行仓储物料智能管理。参见图6

 

 

 

智能物流IT系统

在智能物流IT系统实施之前,中车株机工厂信息系统使用EAS系统集成各业务的模式进行业务运作,资源共享模块多,速度慢,以结果为导向的EAS系统中的仓储管理模块及生产执行模块已经不能满足物流管理精细化的要求。规划后的智能物流IT系统包括:WMSMESIWMSSRM

WMS系统

仓库管理系统WMS应用于仓储配送库、发运库、备品备件库、成品库及材辅料库的仓储管理作业,根据业务需求定制系统业务支持功能,如质检、出入库、上下架、盘点、报表分析等仓储管理业务。WMS独立于EAS系统运作,并与EAS系统作数据对接,进行库存数据传递;并与MES系统对接,进行生产数据实时交互。

IWMS系统

自动化立体库管理系统IWMS包括立体仓库管理系统、库房控制系统。IWMS与公司WMS系统对接,完成立体库物料需求信息上传,及WMS系统物料配送信息传递;并且IWMS系统与MES系统对接,接收生产实时物料需求信息,同时与库房控制系统对接,对整个库房自动化设备进行组织和调配如堆垛机运作、LED状态显示、立体库库房监控画面、AGV配送等。

MES系统

生产管理系统MESEAS系统对接,完成项目计划接收,生成物料需求计划、生产计划、异常信息的上传;与WMS系统对接,完成物料需求计划、立体库物料配送计划、异常信息等数据的传递;与AGV系统对接,完成配送指令的传递,对AGV进行统一调度与管理,保证产线物料供应;与产线设备对接,完成生产指令及设备状态数据的传递,对整个生产设备进行控制,保证物料需求信息实时传递库房;与叉车终端设备对接,完成搬运、配送指令及设备状态数据的传递,对行车及叉车进行统一调度与管理,保证上线物料及时下料到指定工位。

SRM系统

供应商关系管理系统SRM是面向供应链前端,用来改善主机厂与其上游供应商关系的系统,旨在改变主机厂传统的供应商管理模式,建立双方合作共赢的战略伙伴关系,并通过信息手段控制优化双方之间的信息流、物流和资金流,降低主机厂的采购成本和服务成本,增加客户的价值,提高公司的利润率。

智能仓储与配送系统

中车株机转向架事业部新扩建厂房引入了自动化立体库与AGV系统,实现了智能仓储与配送。

自动化立体库

新厂房中的自动化立体库共6层,4排货架,2个巷道,配备2台堆垛机。货架单元采用3种不同规格混合布局(1300mm2100mm2700mm),两个巷道物料均匀分布。在自动化立体库货架东侧,还设置了6200mm×2500mm空托盘自动化输送线。

自动化立体库中心监控室可实时显示任意一路或多路监控点的影音信息;可对任一路摄像机的显示效果、录像速度进行设置,以达到最佳效果;并且还可对某一路或某几路重要监控点的图像进行多种模式的存储录像以及任意控制前端云台和摄像机镜头,选取最佳角度和距离监测现场情况;同时具有强大完善的报警联动功能。

AGV自动配送系统

叉车型AGV自动配送系统由AGV系统、MES系统、WMS系统控制,能及时响应生产计划及物料库存等因素的变化,自动化程度高,灵活性强。IWMS系统接收MES系统的实时生产需求,由立体库AGV控制系统,组织调度AGV,将组盘后的工位制物料,按时、按量、准确地配送到线边工位。工序间物料转运由MES系统根据工序物料加工状态,调度空闲AGV,完成工序间物料配送。参见图78

 

 

 

AGV负责新建厂房自动化立体库到B栋、C栋和D栋各工位物料的配送,同时将空托盘带回空托盘存储区,并按要求对直流供应商及厂内周转托盘进行分类存放,将工序间周转托盘回运至线边指定位置。AGV在无任务的状态下,自动前往AGV充电区充电待命。AGV路线规划以高效、路线最短、一条流、避免交叉为原则,同时考虑车间人流安全,AGV通道与人流通道必须做到目视化,进行人车分流。

智能物流仿真

物流仿真是针对物流系统进行系统建模,并在电子计算机上编制相应应用程序,模拟实际物流系统运行状况,并统计和分析模拟结果,用以指导实际物流系统的规划设计与运作管理。在中国,物流仿真技术还是个比较新的概念,大多数企业对物流仿真技术应用状况及其意义了解并不多。

物流配送过程仿真

通过模拟仿真物料配送过程,包括外部物料配送过程和车间物料配送过程,设定不同的条件值如生产计划、设备产能、物料及包装信息等,观察不同条件下的物料配送状态,分析线旁工位存放面积需求大小、器具数量、物料供应状态、设备负荷率、物流路径、设备及人员效率和瓶颈等,为决策者提供超前方案优化和决策依据例如物流路径优化、配送设备、人员、瓶颈等。参见图9

 

 

 

自动仓储系统仿真

通过模拟仿真物料在自动化立体库区的自动存取、进出入库、设备运作等,通过设定不同条件如每小时出入库量、物料及息、最大库容量等,观察不同条件下立体库运作状态,分析存储货位利用率、设备运行状态、库存结构、库存周转率、设备瓶颈、库房运作效率,提供超前方案优化和分析的依据如库存结构调整、仓储设备及人员方案等。

良好效果与未来建设规划

该示范项目以高起点、高标准为原则,对转向架事业部新建厂房数字化工厂智能物流项目进行规划和指导。通过对转向架事业部立体自动化仓库系统整体规划、生产车间智能物流规划优化,从而达到率先在该行业实现工业4.0智能生产物流实际运用的目标,取得了良好效果:制定了规范标准的物流操作流程,改变了固有的物流运营理念,完善了现代化生产物流作业体系。

未来,中车株机厂区的智能化物流方案将以“数字化工厂建设信息化需求(工业4.0)”为目标,以“工厂现有 IT 系统运营”为基础,以“建立完善的物流IT 基础支撑平台、确保各业务系统实现高效、持续的运转”为核心,进行分析和规划,主要体现在以下几方面:

仓储区域集中分布:现有仓库分布较为分散,不利于集中管理,配送路径较长,运输成本较高。

智能化仓储管理:通过信息系统(WMSMES 等)与自动化、智能化物流设备协作,减少库内操作人员,实现“无人仓”的目标。

以信息系统平台为依托的项目生产计划协同体系建设:项目从设计、工艺、采购、上线到发运等全流程信息共享、计划协同。

供应链管理:以中车株机工厂为核心,打造一条供应商、承运商、株机工厂、消费者等协同发展的价值链。

 

 

 
     
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