航空制造企業(yè)智慧物流系統(tǒng)的建設

鄒國發(fā)，涂衛(wèi)軍，任衛(wèi)安，萬超，吳靜青，蘇亮，王再玉

(1.中航工業(yè)洪都，江西南昌330024；2.空軍駐江西地區(qū)軍事代表室，江西南昌330024）

航空制造企業(yè)智慧物流系統(tǒng)的建設

鄒國發(fā)1，涂衛(wèi)軍2，任衛(wèi)安1，萬超1，吳靜青1，蘇亮1，王再玉1

(1.中航工業(yè)洪都，江西南昌330024；2.空軍駐江西地區(qū)軍事代表室，江西南昌330024）

隨著計算機技術(shù)與智能技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應用，企業(yè)的信息化和自動化程度已成為影響企業(yè)效益的重要因素，工業(yè)制造也已經(jīng)從2.0經(jīng)歷到3.0，而未來更是要求工業(yè)制造符合個性化服務和柔性化生產(chǎn)，以提高生產(chǎn)效益，達到工業(yè)4.0。本文從企業(yè)實際生產(chǎn)物流現(xiàn)狀出發(fā)，介紹了生產(chǎn)物流規(guī)劃的設計過程，采用先進的生產(chǎn)物流存儲技術(shù)和配送技術(shù)，實現(xiàn)了智慧生產(chǎn)物流。

自動化倉儲；AGV；智慧物流；網(wǎng)絡技術(shù)

0 引言

物流管理是制造型企業(yè)保障生產(chǎn)、提高管理效率的重要環(huán)節(jié)。隨著計算機技術(shù)與智能技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應用，企業(yè)的信息化和自動化程度已成為影響企業(yè)效益的重要因素，由于物流在挖掘企業(yè)利潤空間方面起著日益重要的作用，現(xiàn)代物流已被稱為企業(yè)的“第三利潤源泉”。[1-3]自動化和信息化是現(xiàn)代化物流管理的發(fā)展趨勢，隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，尤其是信息網(wǎng)絡化和智能技術(shù)的應用，各類自動化倉儲和運輸設備應運而生，極大的解放了庫房保管人員和一線技能人員，大大的提高了工作效率；同時，信息化系統(tǒng)能解決手工收集數(shù)據(jù)所帶來的一系列問題，減少了信息采集和錄入人員，提高了信息準確率和時效性。為了保證物流系統(tǒng)的連續(xù)和順暢，需設計出科學合理的自動化物流總體方案。[4-7]

某公司準備建立國內(nèi)一流的復合材料生產(chǎn)中心，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，產(chǎn)品發(fā)展有整體化的趨勢，裝配生產(chǎn)線日漸成熟。為了有效保障該公司的科研生產(chǎn)任務，物資供應的高效、流暢顯得尤為重要。復合材料的生產(chǎn)特點決定了生產(chǎn)中涉及的工裝、工具、原材料、成附件、備件等生產(chǎn)準備物資種類繁多，存儲量巨大。但是，目前倉儲物流管理方式明顯阻礙了生產(chǎn)準備效率的進一步提高。為適應信息時代和現(xiàn)代化管理的需要，提高公司的信息化程度，依據(jù)目前和今后產(chǎn)品發(fā)展的特點以及生產(chǎn)流程為基礎，使用先進的智能化倉儲管理方法與技術(shù)，結(jié)合行業(yè)自身的生產(chǎn)特點，開發(fā)一套全新、高效、安全的“復合材料生產(chǎn)線自動化物流管理系統(tǒng)”，全面提升復合材料生產(chǎn)的物流管理水平，打造行業(yè)內(nèi)一流的生產(chǎn)物流系統(tǒng)。完成輔助決策、全局管控、一體化營運的現(xiàn)代化物流管理的目標。

1 物流現(xiàn)狀及建設目標

1.1 物流現(xiàn)狀分析

目前復合材料生產(chǎn)的倉儲形式為“靜態(tài)存儲”方式，物流管理落后，缺乏科學、系統(tǒng)、集中的倉儲物流管理系統(tǒng)；同時缺乏科學有效的倉儲設施和運輸設備，這也阻礙了生產(chǎn)準備效率的進一步提高。主要存在問題：

1）工裝、備件、原材料、工量器具等物料庫存信息因統(tǒng)計不及時、賬目信息不清楚，庫房無法及時獲得準確庫存信息，造成管理難度大，從而影響生產(chǎn)進度。

2）企業(yè)的物流裝備整體水平低下，主要靠人力來完成各種物流作業(yè)，作業(yè)效率低下、滯后并且出錯率高。

3）企業(yè)物流設施布局規(guī)劃不合理，廠內(nèi)各種作業(yè)相互交叉、遷回運輸、無效搬、倒等不合理的現(xiàn)象較為嚴重。

4）企業(yè)物流信息化程度較低。工裝和物料的領用靠手工記錄，人工錄入的臺賬信息更新不及時，與生產(chǎn)計劃不能完全匹配。所配備的信息系統(tǒng)也僅是針對某一局部功能，現(xiàn)代物流所需要的信息一體化功能，還無法完全實現(xiàn)。

1.2 建設目標

以企業(yè)目前和今后產(chǎn)品發(fā)展的特點及生產(chǎn)流程為基礎，結(jié)合現(xiàn)代企業(yè)物資倉儲、作業(yè)計劃等硬件和軟件系統(tǒng)，采用先進的自動化倉儲物流技術(shù)、配送技術(shù)和集成管理系統(tǒng)，合理規(guī)劃倉庫設施，精心設計出符合生產(chǎn)需要的自動化倉儲物流及配送系統(tǒng)，從而使航空城復合材料生產(chǎn)實現(xiàn)生產(chǎn)準備物資的自動倉儲、自動配送，倉儲信息集中管理和分析，縮短生產(chǎn)準備時間，提高生產(chǎn)效率，推進公司內(nèi)部自動化倉儲物流技術(shù)的發(fā)展，并為復合材料生產(chǎn)的數(shù)字化管理奠定基礎。

為了完成自動化倉儲物流系統(tǒng)建設的目標，需要對目前倉儲管理工裝、工量器具、樣板、標準件、材料等存儲物資，從長度、寬度、高度、重量、數(shù)量、頻次等6個維度進行分析，通過數(shù)據(jù)分析進行歸類，結(jié)合未來對存儲物資的需求預測，規(guī)劃設計出需求的倉庫布局以及配送路線，以達到智能化物流的建設目標。

2 規(guī)劃設計

根據(jù)對存儲物資的數(shù)據(jù)分析以及需求預測得出的存儲單元總體設計，存儲、配送和生產(chǎn)的總體布局如圖1所示。

庫區(qū)設置于廠房中部集中倉儲，物料通過自動化配送方式進行配送。在各工段和凈化間設置現(xiàn)場周轉(zhuǎn)區(qū)，現(xiàn)場周轉(zhuǎn)區(qū)為中轉(zhuǎn)區(qū)，用來儲存進入工段和工段作業(yè)結(jié)束待入庫或操作的貨物；再由現(xiàn)場周轉(zhuǎn)區(qū)配送至加工工位，實現(xiàn)制造工序中物料點單式管理。

圖1 倉儲物流圖

2.1 庫區(qū)設計

整體方案包括冷庫、立體庫區(qū)、大型工裝存儲區(qū)、垂直升降柜區(qū)、橡膠品區(qū)、易燃易爆區(qū)、化學品區(qū)、廢品區(qū)等庫區(qū)。整個物流系統(tǒng)根據(jù)復合材料生產(chǎn)流程的特點，以及產(chǎn)品的特性，采用了立體庫和平庫相結(jié)合的方式，使用堆垛機、AGV、垂直升降柜、懸臂式貨架、隔板式貨架等設備，充分考慮設備的特性來完成設計需要。

立體庫區(qū)：立體庫區(qū)存儲工裝，也存放部分輔助材料，此類輔助材料尺寸較大，不適合存放于升降柜。使用堆垛機進行存取作業(yè)，高架庫區(qū)存放的工裝出庫后采用AGV進行配送工裝到工位。

大型工裝存儲區(qū)：采用就地堆放方式，存放大型工裝，使用行吊和人工進行存取作業(yè)。

臂式貨架區(qū)：靠近立體高架庫區(qū)域采用4層懸臂式貨架放置大型工裝，考慮到橫梁的寬度，存放梁型工裝，使用叉車進行存取作業(yè)。

垂直升降柜庫區(qū)：垂直升降柜采用標準的垂直升降柜設備，內(nèi)放置樣板、工具、輔助材料、設備備件、外來零件和標準件，采用垂直升降柜存儲上述物料。

橡膠成品庫、橡膠品庫、易燃易爆庫、化學品庫、廢品庫分別放置橡膠成品、橡膠品、易燃易爆品、化學品、廢品。采用隔板式貨架和條形碼技術(shù)進行存儲作業(yè)。

自動冷庫區(qū)：在冷庫里建設自動堆垛機，實現(xiàn)原材料存儲的自動化。

2.2 作業(yè)流程

復合材料制造工藝流程如圖2，其中每個工序之間涉及的物資變化均通過“復合材料生產(chǎn)線倉儲物流管理系統(tǒng)”進行管控，保證每一個工序物資需求的及時、準確。同時系統(tǒng)跟蹤生產(chǎn)過程中的物資變化后的信息變化，構(gòu)成一個數(shù)據(jù)庫，通過信息庫中的信息進行產(chǎn)品質(zhì)量管控、生產(chǎn)調(diào)度安排。

1）入庫流程

（1）在WMS系統(tǒng)中人工創(chuàng)建或者從上位導入收貨單，作為入庫業(yè)務的開始；

（2）操作人員手持RF終端，進入收貨作業(yè)模塊，根據(jù)倉儲類型做不同入庫作業(yè)，產(chǎn)生入庫任務；

（3）如果為立體庫區(qū)，則通過WCS調(diào)度輸送機、堆垛機完成入庫作業(yè)，如果為其它平庫區(qū)，則到貨位用手持RF終端掃描貨位條碼，核對入庫信息以后，完成入庫作業(yè)；

（4）整個收貨單據(jù)所有如任務完成以后，完成收貨單，同時上傳上位系統(tǒng)；

（5）入庫數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)報表進行查詢。

2）出庫流程

（1）通過人工創(chuàng)建或者從上位系統(tǒng)導入形成出庫訂單；

（2）WMS根據(jù)出庫物資所屬區(qū)域以及出庫貨位分配算法分配貨位，產(chǎn)生出庫任務；

（3）如果為立庫庫區(qū)，產(chǎn)生的出庫任務由WCS依次調(diào)度堆垛機、輸送機和AGV完成出庫配送任務，如果為平庫區(qū)，則產(chǎn)生的出庫任務由人工手持RF執(zhí)行并完成出庫任務；

（4）對于出庫物資，如果需要揀選，則產(chǎn)生揀選任務，揀選剩余的物資通過余料回庫任務回到倉庫；

（5）出庫訂單所需物資出庫配送完成以后，完成整個訂單。

3）WCS與AGV通信調(diào)度

圖2 制造工藝流程

WCS與AGV通信采用標準以太網(wǎng)接口Socket，AGV主控系統(tǒng)采用NT8000系統(tǒng)?？刂屏鞒倘缦拢?/p>

WMS產(chǎn)生配送任務以后，將任務信息發(fā)送給WCS調(diào)度系統(tǒng)，WCS進行拆分，產(chǎn)生AGV搬運任務，同時，將任務發(fā)送給AGV控制系統(tǒng)NT8000，WCS與NT8000之間的通信協(xié)議采用握手原則，也就是說有發(fā)送，必須要有應答信息。主要過程分為以下幾步：

（1）1NT8000接收到WCS任務后，進入任務隊列，產(chǎn)生任務指令號index，同時反饋給WCS；

（2）NT8000分配空閑小車，反饋指令已經(jīng)開始執(zhí)行；

（3）整個AGV執(zhí)行指令主要包括開始取貨、取貨完成、開始放貨、放貨完成等；

（4）小車在執(zhí)行任務、空閑狀態(tài)或者在充電狀態(tài)下實時反饋小車本體狀態(tài)給WCS/WMS系統(tǒng)。

以上為WCS與AGV的通信控制方式，與堆垛機的控制流程基本類似。

2.3 信息系統(tǒng)設計

信息系統(tǒng)網(wǎng)絡見圖3。

“復合材料生產(chǎn)線倉儲物流管理系統(tǒng)”設計涉及企業(yè)級、工廠級和現(xiàn)場級網(wǎng)絡，MES（生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)）為企業(yè)級；WMS（倉庫管理系統(tǒng)）屬于工廠級，包括雙機熱備和數(shù)據(jù)庫，以及現(xiàn)場級監(jiān)控；WCS/ PLC屬于現(xiàn)場級，包括傳感器、I/O，數(shù)據(jù)采集器（二維碼）、LED、激光導引小車（AGV）、堆垛機等。

ERP管理訂單，根據(jù)訂單產(chǎn)生主生產(chǎn)計劃，MES根據(jù)ERP計劃進行排產(chǎn)，產(chǎn)生明細生產(chǎn)計劃，WMS根據(jù)出庫計劃，通過波次計算，分配倉庫貨位，產(chǎn)生出庫任務發(fā)送給WCS，WCS根據(jù)出庫任務解析成設備語言，調(diào)度出庫物流設備如堆垛機、輸送機和AGV有序執(zhí)行出庫作業(yè)，配送到車間。系統(tǒng)實現(xiàn)物流的運作集成。采用此系統(tǒng)實現(xiàn)貨物的上架、存儲、盤點、物流配送等業(yè)務操作管理。

系統(tǒng)信息流見圖4。

1）質(zhì)檢：用戶可以對庫內(nèi)存儲的物品進行質(zhì)檢操作，系統(tǒng)可以設置物料的初始入庫狀態(tài)（如待檢），系統(tǒng)進行出庫自動分配貨位時，“待檢”狀態(tài)的貨位物料將不會被使用。用戶可以使用系統(tǒng)提供的質(zhì)檢功能，對物品進行質(zhì)檢，并對當前質(zhì)檢的物品作“合格”、“不合格”或“待檢”狀態(tài)處理。只有質(zhì)檢狀態(tài)為“合格”的貨位物料才會被系統(tǒng)分配出庫。

圖3 信息系統(tǒng)網(wǎng)絡

2）上架：收貨人員手持RF終端掃描貨品條碼，倉儲系統(tǒng)進行貨位分配并生成上架任務，由WCS接收并完成，在所有貨物都完成上架后，倉儲系統(tǒng)后臺確認上架完成并增加庫存，同時將庫存上傳給庫存系統(tǒng)。

圖4 系統(tǒng)信息流

3）波次：通過上位系統(tǒng)下達貨位領用計劃，經(jīng)過波次按波次策略（如同一客戶不同訂單跑一個波次）運算，并按波次策略順序產(chǎn)生出庫任務，提交給WCS，調(diào)度相應的設備完成出庫。

4）揀選：指令中包含位置信息和最優(yōu)路徑，根據(jù)貨位布局和確定揀選指導順序，系統(tǒng)自動在RF終端的界面等相關設備中根據(jù)任務所涉及的貨位給出指導性路徑，避免無效穿梭和商品找尋，提高了單位時間內(nèi)的揀選量。

5）庫存：WMS提供強大的庫存管理與查詢功能，用戶不僅可以通過庫存查詢功能方便快捷地獲取物料當前庫存信息，包括貨位上存儲的物料、物料狀態(tài)、貨位狀態(tài)、貨位使用率、托盤號、庫存量、損壞量、已分配量數(shù)據(jù)、庫存報警、保質(zhì)期預警等信息功能。

6）報表：系統(tǒng)默認提供的報表包括：出/入庫統(tǒng)計日報表、月報表、年報表、庫存報表、質(zhì)檢和盤點報表等，系統(tǒng)向用戶提供可自行進行報表的配置和報表格式的設計功能，實現(xiàn)復雜報表的快速制作，導出Excel或PDF等文件格式的報表。

7）日志管理：對關鍵的操作（如刪除、修改貨位信息），WMS系統(tǒng)將完整記錄用戶的操作內(nèi)容、結(jié)果等信息，并提供可視化查詢界面供用戶對日志信息進行查詢，方便用戶排除異常及責任追溯。系統(tǒng)提供了自動備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫日志功能，所有數(shù)據(jù)處理的動作都將通過日志恢復到某個時間點。日志中的警告進行了不同的分類（嚴重、次級、一般等），充分保障系統(tǒng)維護方便、快捷。

8）策略：策略是管理倉庫所有活動的中心，通過策略完成對入庫、出庫、波次等一系列倉庫活動規(guī)則的配置，系統(tǒng)可通過配置的策略經(jīng)過運算后產(chǎn)生相應的任務。策略支持二次開發(fā)。無論是收貨、上架、下架和呼叫出庫，系統(tǒng)對每個環(huán)節(jié)都是采用配置策略的方式實現(xiàn)，用戶可以自由配置策略、業(yè)務流程和輸入標準的SQL語句實現(xiàn)貨位分配規(guī)則撰寫策略，并可通過報表、查詢等功能進行擴展。

9）移庫：WMS移庫功能，提供給用戶在生產(chǎn)空閑時，對庫內(nèi)存儲的物料貨位進行優(yōu)化。如：統(tǒng)計物料在各巷道中的分布情況，并根據(jù)指令執(zhí)行移庫操作使之在各巷道中均衡存儲。

10）任務與異常：任務可以回收、強制完成。WMS任務回收和重分配功能（針對某巷道設備故障或訂單撤銷時作處理），即當任務下達后，如果某巷道設備故障時，使用WMS任務回收功能將該巷道的所有任務回收，并再次分配到其它巷道出庫。

11）盤點管理：對庫區(qū)進行盤點時（用戶可以指定對某一區(qū)域的所有貨位、某個貨位或某種物料進行盤點），對差異數(shù)據(jù)經(jīng)審核、確認后進行盤調(diào)，盤虧產(chǎn)生出庫單，盤贏產(chǎn)生入庫單，以使數(shù)據(jù)平衡。

12）權(quán)限管理：WMS權(quán)限管理功能包括：用戶角色管理、角色權(quán)限管理和用戶密碼管理。用戶使用權(quán)限管理功能，可根據(jù)業(yè)務功能劃分操作用戶的角色并給該角色分配操作權(quán)限。WMS系統(tǒng)根據(jù)用戶設置的權(quán)限，嚴格控制登錄使用者對各項功能的操作權(quán)限。

13）基礎信息：WMS自定義整個系統(tǒng)的管理規(guī)則;出入庫策略定義；外延銜接系統(tǒng)接口設置；用戶操作權(quán)限及口令的設定。物品及倉儲位置的條碼、批次號生成規(guī)則設定和維護;維護和管理物品數(shù)據(jù)、貨位及數(shù)量、貨位編號、單位設置、條碼管理、區(qū)域管理、存儲模板、庫房庫位、供應商數(shù)據(jù)等。

14）幫助功能：用戶選擇幫助功能或按幫助快捷鍵，在進行任何操作時，系統(tǒng)均可提供詳細的簡體中文操作幫助信息，幫助用戶及時解決操作問題。

15）計劃庫存管理：根據(jù)生產(chǎn)BOM和庫內(nèi)物料存儲情況計算BOM的批次庫存。

16）數(shù)據(jù)接口設計：中間數(shù)據(jù)庫交換，此方式采用一臺PC機，安裝數(shù)據(jù)庫。所有需要交互的系統(tǒng)都通過此數(shù)據(jù)庫中的表進行交換。

3 結(jié)語

通過建立自動化智慧生產(chǎn)物流系統(tǒng)，并結(jié)合具體工藝要求，基本可以實現(xiàn)全面、實時、可視化的監(jiān)控管理，優(yōu)化作業(yè)流程，達到柔性化生產(chǎn)，提高作業(yè)效率，降低物流成本，實現(xiàn)數(shù)據(jù)化的監(jiān)督，具體表現(xiàn)如下：

1）通過對現(xiàn)有物資的數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化了倉儲的總體布局，達到現(xiàn)代化庫區(qū)所具備的綠色、高效、安全等要求，滿足重型機械車輛運行與自動化倉儲設施部署要求；

2）通過條形碼以及智能設備AGV的應用，實現(xiàn)物資的智能識別，使物資管理達到國內(nèi)一流水平，為物聯(lián)網(wǎng)的應用建立基礎；

3）通過對物資數(shù)據(jù)分析，建立起自動化倉儲系統(tǒng)，使倉儲管理自動化達到了國內(nèi)領先水平；

4）通過對智能物流設備的集成，系統(tǒng)實施采集物流數(shù)據(jù)以及設備運行數(shù)據(jù)，為公司決策進行大數(shù)據(jù)分析提供了基礎。

5）通過對本項目的實施，可基本實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)作業(yè)，滿足多訂單，多批次的生產(chǎn)管理，實現(xiàn)根據(jù)訂單組織生產(chǎn)的生產(chǎn)模式。

當前，德國提出的工業(yè)4.0發(fā)展戰(zhàn)略，即以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，工業(yè)4.0分為智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流三個主題。而智能物流主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應方的效率，實現(xiàn)需求方快速獲得服務匹配，得到物流支持。本文通過對生產(chǎn)線物流系統(tǒng)的智慧化探索，可為今后企業(yè)最終實現(xiàn)工業(yè)化4.0提供參考。

[1]李磊，趙忠華.我國裝備制造業(yè)物流管理研究[J].商業(yè)研究.2006(11).

[2]馬根萍.制造企業(yè)物流管理模式選擇有關問題研究[J].北京交通大學碩士論文，2007(12).

[3]瞿兆訊.我國制造業(yè)物流管理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2008(10).

[4]黃作維,張喜梅.GIS支持下的物流配送系統(tǒng)研究[J].江西師范大學學報：自然科學版,2009(1).

[5]昌令芝.淺析我國工程機械制造企業(yè)精益物流的實施[J].建設機械技術(shù)與管理，2010(05).

[6]劉萍，莊玉良.我國制造企業(yè)物流管理模式重構(gòu)研究[J].煤炭經(jīng)濟研究，2006(12).

[7]龐然，黃秋菊，張宇.物流中心倉儲貨位信息系統(tǒng)設計研究[J].物流科技，2013(6).

>>>作者簡介

鄒國發(fā)，男，1977年出生，2008年畢業(yè)于西北工業(yè)大學，研究員級高級工程師，主要從事復合材料研究工作。

Construction of Smart Logistics System in Aviation Manufacturing Enterprise

Zou Guofa1,Tu Weijun2,Ren Weian1,Wan Chao1，Wu Jingqing1,Su Liang1,Wang Zaiyu1
(1.AVIC Hongdu Aviation Industry Group,Nanchang,Jiangxi,330024,
2.Military representative office in Jiangxi of Air Force,Nanchang,Jiangxi,330024)

With rapid development and wide application of computer technique and intelligent technology,enterprise informatization and automatization has become important factors influencing the enterprise benefit,the industrial manufacturing has been 3.0 from 2.0,and that in the future,it is required that industrial manufacturing will satisfy individuation service and flexible production to improve production benefit and to be industry 4.0.The paper presents the design process of productive logistics plan starting from the current situation of actual productive logistics in the enterprise,adopting advanced productive logistics and storage technology,as well as distribution technology to realize smart productive logistics.

automatic storage;AGV;smart logistics;network technique

2016-03-05）