中車(chē)株機(jī)領(lǐng)先的智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)

供稿/法布勞格物流咨詢（北京）有限公司

作為中國(guó)最大的電力機(jī)車(chē)研制基地，中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司于2015年攜手法布勞格物流咨詢公司開(kāi)始打造現(xiàn)代化智能物流系統(tǒng)，并選取了以轉(zhuǎn)向架事業(yè)部擴(kuò)建新廠房為示范點(diǎn)。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向架事業(yè)部立體自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)整體規(guī)劃、生產(chǎn)車(chē)間智能物流規(guī)劃優(yōu)化，從而達(dá)到率先在該行業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0智能生產(chǎn)物流實(shí)際運(yùn)用的目標(biāo)。

中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“中車(chē)株機(jī)”）作為中國(guó)中車(chē)旗下的核心子公司，是中國(guó)最大的電力機(jī)車(chē)研制基地、湖南千億軌道交通產(chǎn)業(yè)集群的龍頭企業(yè)，被譽(yù)為“中國(guó)電力機(jī)車(chē)之都”。 公司主要業(yè)務(wù)集中在電力機(jī)車(chē)、城軌車(chē)輛、城際動(dòng)車(chē)組領(lǐng)域，同時(shí)也在大力開(kāi)拓維保、總包工程、超級(jí)電容、車(chē)輛高低壓電器、制動(dòng)系統(tǒng)、磁浮車(chē)輛、儲(chǔ)能式有軌/無(wú)軌電車(chē)等新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

項(xiàng)目背景

隨著中車(chē)株機(jī)業(yè)務(wù)種類(lèi)及規(guī)模的不斷拓展以及《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)，信息化、自動(dòng)化、智能化技術(shù)的應(yīng)用不斷推動(dòng)裝備制造業(yè)升級(jí)改造。并且伴隨工業(yè) 4.0 概念的引進(jìn)，基于信息化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的智能化生產(chǎn)物流系統(tǒng)建設(shè)迫在眉睫。

2015年，中車(chē)株機(jī)攜手法布勞格物流咨詢公司開(kāi)始打造現(xiàn)代化智能物流系統(tǒng)，以“建立一套物流作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定一套物流管理流程，培養(yǎng)一批優(yōu)秀物流人才”為目標(biāo)，遵守精益物流思想，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行整體方案優(yōu)化，消除浪費(fèi)的時(shí)間和多余的作業(yè)步驟，改善物流運(yùn)作的品質(zhì)、交貨期和成本，實(shí)現(xiàn)精益運(yùn)作及后期的持續(xù)改善。

智能物流是利用物聯(lián)網(wǎng)的信息化集成技術(shù)，使物流系統(tǒng)能模仿人的智能，具有思維、感知、學(xué)習(xí)、推理判斷和自行解決物流中某些問(wèn)題的能力，它是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體現(xiàn)。由于中車(chē)株機(jī)轉(zhuǎn)向架事業(yè)部已具備智能物流項(xiàng)目開(kāi)展的基本條件，因此智能物流系統(tǒng)項(xiàng)目以轉(zhuǎn)向架事業(yè)部擴(kuò)建新廠房為示范點(diǎn)進(jìn)行打造。

中車(chē)株機(jī)智能物流系統(tǒng)的建設(shè)思路可概括為：生產(chǎn)線每消耗一個(gè)產(chǎn)品，該信息立刻傳回到庫(kù)房，信息網(wǎng)絡(luò)把所有的生產(chǎn)物流和生產(chǎn)能力進(jìn)行統(tǒng)籌，根據(jù)每天的生產(chǎn)計(jì)劃確定物料需求和物料消耗情況，及生產(chǎn)能力分布情況，對(duì)包裝物流進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)零庫(kù)存以及全過(guò)程高度智能化（信息收集智能化、倉(cāng)儲(chǔ)管理智能化、物料配送智能化、計(jì)劃協(xié)同智能化、智能決策等）。

擴(kuò)建新廠房概況

擴(kuò)建新廠房整體功能區(qū)工藝布局如圖1所示。其中， A棟為車(chē)軸加工生產(chǎn)線和車(chē)輪油漆生產(chǎn)線，B棟為車(chē)輪加工生產(chǎn)線和地鐵驅(qū)動(dòng)組裝生產(chǎn)線，C棟為機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)組裝生產(chǎn)線，D棟為構(gòu)架焊接生產(chǎn)線、C棟南邊黃色區(qū)域?yàn)樽詣?dòng)化立體庫(kù)房。

該自動(dòng)化立體庫(kù)主要用于機(jī)車(chē)輪對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置待組裝物料、城軌軸箱組裝物料的線邊存放、配送及城軌輪對(duì)的緩存。

智能物流包裝器具方案

圖1：擴(kuò)建新廠房布局示意圖

圖2：物流包裝器具

圖3：根據(jù)零部件包裝屬性對(duì)部件包裝器具選型

物流包裝規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)物流自動(dòng)化、信息化的基礎(chǔ)。根據(jù)零部件分類(lèi)建立標(biāo)準(zhǔn)化的物流包裝體系，并與轉(zhuǎn)運(yùn)工具相配合，為齊套化、節(jié)拍化、自動(dòng)化配送奠定了基礎(chǔ)。

中車(chē)株機(jī)的智能物流整體包裝器具規(guī)劃以“小批量包裝，多頻次供貨，高質(zhì)量”的精益物流為理念，以標(biāo)準(zhǔn)化的包裝體系為基礎(chǔ)，為智能物流項(xiàng)目配備或設(shè)計(jì)合適的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的料箱和器具?；诘聡?guó)VDA標(biāo)準(zhǔn)將總體物料歸入三類(lèi)：KLT（小件）、GLT（大件）、SLT（特殊件）。參見(jiàn)圖2、3。

料箱及器具設(shè)計(jì)充分考慮人機(jī)工程，要求做到：保證零件質(zhì)量，使準(zhǔn)備時(shí)間最少；內(nèi)部、外部、跨廠區(qū)供貨的供應(yīng)商料箱器具標(biāo)簽最少包括零件號(hào)、供應(yīng)商、生產(chǎn)日期、發(fā)運(yùn)日期、數(shù)量及庫(kù)位；全供應(yīng)鏈盡可能使用可回兌式（儲(chǔ)運(yùn)一體化）料箱及專(zhuān)用器具，推行免包裝，減少供應(yīng)鏈包裝成本，提高效率；對(duì)于正常車(chē)型及新車(chē)型零部件的運(yùn)輸，要求使用被確認(rèn)的料箱及器具，倉(cāng)儲(chǔ)操作中要使用指定的料箱及器具。

智能物流信息采集系統(tǒng)

智能物流對(duì)實(shí)物流與信息流要求高度一致。中車(chē)株機(jī)通過(guò)采用全過(guò)程二維碼及立體庫(kù)托盤(pán)RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物料流轉(zhuǎn)過(guò)程中大量數(shù)據(jù)的高效實(shí)時(shí)自動(dòng)采集與監(jiān)控，通過(guò)手持終端及RFID讀寫(xiě)器，獲取入庫(kù)、檢驗(yàn)、出庫(kù)、倉(cāng)位、包裝、裝卸搬運(yùn)、工位配送運(yùn)輸和自制件加工流轉(zhuǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的大量信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)捆綁，通過(guò)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確掌握物料、配送工裝和倉(cāng)庫(kù)的即時(shí)信息。

條碼及RFID使用范圍

由于RFID標(biāo)簽成本高，智能物流信息采集使用“立體庫(kù)托盤(pán)RFID標(biāo)簽，配合物料二維碼”的模式，即物料流轉(zhuǎn)全過(guò)程使用二維碼，從到貨入庫(kù)、質(zhì)檢、存儲(chǔ)、配送、交接直至生產(chǎn)線邊各工位，配合物料進(jìn)立體庫(kù)存儲(chǔ)的托盤(pán)或直接進(jìn)立體庫(kù)存儲(chǔ)的器具采用RFID，通過(guò)手持和RFID讀寫(xiě)器的結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)物料數(shù)據(jù)的綁定和數(shù)據(jù)上傳。

RFID讀寫(xiě)器與標(biāo)簽布局

RFID技術(shù)在立體庫(kù)及轉(zhuǎn)向架配送庫(kù)出庫(kù)待發(fā)區(qū)使用。在轉(zhuǎn)向架配送庫(kù)房配備手持終端，出庫(kù)門(mén)安裝RFID固定閱讀器，在立體庫(kù)配備手持終端，入庫(kù)區(qū)尺寸檢測(cè)機(jī)構(gòu)安裝固定RFID閱讀器,完成物料流轉(zhuǎn)信息的自動(dòng)采集。參見(jiàn)圖4和5。

RFID使用關(guān)鍵環(huán)節(jié)

手持無(wú)線終端在倉(cāng)儲(chǔ)配送庫(kù)或直流件供應(yīng)商處對(duì)托盤(pán)RFID標(biāo)簽號(hào)進(jìn)行讀取，并掃描托盤(pán)上的物料二維碼，進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定；托盤(pán)物料搬運(yùn)至立體庫(kù)入庫(kù)交接區(qū)或車(chē)間物流門(mén)，立體庫(kù)房RFID讀寫(xiě)器或車(chē)間物流門(mén)RFID讀寫(xiě)器讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)，獲取托盤(pán)物料信息并上傳立體庫(kù)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)物料智能管理。參見(jiàn)圖6。

智能物流IT系統(tǒng)

在智能物流IT系統(tǒng)實(shí)施之前，中車(chē)株機(jī)工廠信息系統(tǒng)使用EAS系統(tǒng)集成各業(yè)務(wù)的模式進(jìn)行業(yè)務(wù)運(yùn)作，資源共享模塊多，速度慢，以結(jié)果為導(dǎo)向的EAS系統(tǒng)中的倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊及生產(chǎn)執(zhí)行模塊已經(jīng)不能滿足物流管理精細(xì)化的要求。規(guī)劃后的智能物流IT系統(tǒng)包括：WMS、MES、IWMS和SRM。

WMS系統(tǒng)

倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)WMS應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)配送庫(kù)、發(fā)運(yùn)庫(kù)、備品備件庫(kù)、成品庫(kù)及材輔料庫(kù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理作業(yè)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制系統(tǒng)業(yè)務(wù)支持功能，如質(zhì)檢、出入庫(kù)、上下架、盤(pán)點(diǎn)、報(bào)表分析等倉(cāng)儲(chǔ)管理業(yè)務(wù)。WMS獨(dú)立于EAS系統(tǒng)運(yùn)作，并與EAS系統(tǒng)作數(shù)據(jù)對(duì)接，進(jìn)行庫(kù)存數(shù)據(jù)傳遞；并與MES系統(tǒng)對(duì)接，進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互。

IWMS系統(tǒng)

自動(dòng)化立體庫(kù)管理系統(tǒng)IWMS包括立體倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、庫(kù)房控制系統(tǒng)。IWMS與公司W(wǎng)MS系統(tǒng)對(duì)接，完成立體庫(kù)物料需求信息上傳，及WMS系統(tǒng)物料配送信息傳遞；并且IWMS系統(tǒng)與MES系統(tǒng)對(duì)接，接收生產(chǎn)實(shí)時(shí)物料需求信息，同時(shí)與庫(kù)房控制系統(tǒng)對(duì)接，對(duì)整個(gè)庫(kù)房自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行組織和調(diào)配如堆垛機(jī)運(yùn)作、LED狀態(tài)顯示、立體庫(kù)庫(kù)房監(jiān)控畫(huà)面、AGV配送等。

圖4：RFID讀寫(xiě)器布局

圖5：RFID標(biāo)簽布局

圖6：RFID使用關(guān)鍵流程

MES系統(tǒng)

生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES與EAS系統(tǒng)對(duì)接，完成項(xiàng)目計(jì)劃接收，生成物料需求計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、異常信息的上傳；與WMS系統(tǒng)對(duì)接，完成物料需求計(jì)劃、立體庫(kù)物料配送計(jì)劃、異常信息等數(shù)據(jù)的傳遞；與AGV系統(tǒng)對(duì)接，完成配送指令的傳遞，對(duì)AGV進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度與管理，保證產(chǎn)線物料供應(yīng)；與產(chǎn)線設(shè)備對(duì)接，完成生產(chǎn)指令及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳遞，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制，保證物料需求信息實(shí)時(shí)傳遞庫(kù)房；與叉車(chē)終端設(shè)備對(duì)接，完成搬運(yùn)、配送指令及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳遞，對(duì)行車(chē)及叉車(chē)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度與管理，保證上線物料及時(shí)下料到指定工位。

SRM系統(tǒng)

供應(yīng)商關(guān)系管理系統(tǒng)SRM是面向供應(yīng)鏈前端，用來(lái)改善主機(jī)廠與其上游供應(yīng)商關(guān)系的系統(tǒng)，旨在改變主機(jī)廠傳統(tǒng)的供應(yīng)商管理模式，建立雙方合作共贏的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，并通過(guò)信息手段控制優(yōu)化雙方之間的信息流、物流和資金流，降低主機(jī)廠的采購(gòu)成本和服務(wù)成本，增加客戶的價(jià)值，提高公司的利潤(rùn)率。

智能倉(cāng)儲(chǔ)與配送系統(tǒng)

中車(chē)株機(jī)轉(zhuǎn)向架事業(yè)部新擴(kuò)建廠房引入了自動(dòng)化立體庫(kù)與AGV系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能倉(cāng)儲(chǔ)與配送。

自動(dòng)化立體庫(kù)

新廠房中的自動(dòng)化立體庫(kù)共6層，4排貨架，2個(gè)巷道，配備2臺(tái)堆垛機(jī)。貨架單元采用3種不同規(guī)格混合布局（1300mm、2100mm、2700mm），兩個(gè)巷道物料均勻分布。在自動(dòng)化立體庫(kù)貨架東側(cè)，還設(shè)置了6200mm×2500mm空托盤(pán)自動(dòng)化輸送線。

自動(dòng)化立體庫(kù)中心監(jiān)控室可實(shí)時(shí)顯示任意一路或多路監(jiān)控點(diǎn)的影音信息；可對(duì)任一路攝像機(jī)的顯示效果、錄像速度進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到最佳效果；并且還可對(duì)某一路或某幾路重要監(jiān)控點(diǎn)的圖像進(jìn)行多種模式的存儲(chǔ)錄像以及任意控制前端云臺(tái)和攝像機(jī)鏡頭，選取最佳角度和距離監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況；同時(shí)具有強(qiáng)大完善的報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能。

AGV自動(dòng)配送系統(tǒng)

叉車(chē)型AGV自動(dòng)配送系統(tǒng)由AGV系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)控制,能及時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)計(jì)劃及物料庫(kù)存等因素的變化，自動(dòng)化程度高,靈活性強(qiáng)。IWMS系統(tǒng)接收MES系統(tǒng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)需求，由立體庫(kù)AGV控制系統(tǒng)，組織調(diào)度AGV，將組盤(pán)后的工位制物料，按時(shí)、按量、準(zhǔn)確地配送到線邊工位。工序間物料轉(zhuǎn)運(yùn)由MES系統(tǒng)根據(jù)工序物料加工狀態(tài)，調(diào)度空閑AGV，完成工序間物料配送。參見(jiàn)圖7、8。

AGV負(fù)責(zé)新建廠房自動(dòng)化立體庫(kù)到B棟、C棟和D棟各工位物料的配送，同時(shí)將空托盤(pán)帶回空托盤(pán)存儲(chǔ)區(qū)，并按要求對(duì)直流供應(yīng)商及廠內(nèi)周轉(zhuǎn)托盤(pán)進(jìn)行分類(lèi)存放，將工序間周轉(zhuǎn)托盤(pán)回運(yùn)至線邊指定位置。AGV在無(wú)任務(wù)的狀態(tài)下，自動(dòng)前往AGV充電區(qū)充電待命。AGV路線規(guī)劃以高效、路線最短、一條流、避免交叉為原則，同時(shí)考慮車(chē)間人流安全，AGV通道與人流通道必須做到目視化，進(jìn)行人車(chē)分流。

智能物流仿真

圖7：叉車(chē)型AGV

圖8：AGV線體布局

圖9：物流仿真示例

物流仿真是針對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模，并在電子計(jì)算機(jī)上編制相應(yīng)應(yīng)用程序，模擬實(shí)際物流系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并統(tǒng)計(jì)和分析模擬結(jié)果，用以指導(dǎo)實(shí)際物流系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)作管理。在中國(guó)，物流仿真技術(shù)還是個(gè)比較新的概念，大多數(shù)企業(yè)對(duì)物流仿真技術(shù)應(yīng)用狀況及其意義了解并不多。

物流配送過(guò)程仿真

通過(guò)模擬仿真物料配送過(guò)程,包括外部物料配送過(guò)程和車(chē)間物料配送過(guò)程,設(shè)定不同的條件值如生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備產(chǎn)能、物料及包裝信息等,觀察不同條件下的物料配送狀態(tài),分析線旁工位存放面積需求大小、器具數(shù)量、物料供應(yīng)狀態(tài)、設(shè)備負(fù)荷率、物流路徑、設(shè)備及人員效率和瓶頸等，為決策者提供超前方案優(yōu)化和決策依據(jù)例如物流路徑優(yōu)化、配送設(shè)備、人員、瓶頸等。參見(jiàn)圖9。

自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)仿真

通過(guò)模擬仿真物料在自動(dòng)化立體庫(kù)區(qū)的自動(dòng)存取、進(jìn)出入庫(kù)、設(shè)備運(yùn)作等，通過(guò)設(shè)定不同條件如每小時(shí)出入庫(kù)量、物料及息、最大庫(kù)容量等，觀察不同條件下立體庫(kù)運(yùn)作狀態(tài)，分析存儲(chǔ)貨位利用率、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、庫(kù)存結(jié)構(gòu)、庫(kù)存周轉(zhuǎn)率、設(shè)備瓶頸、庫(kù)房運(yùn)作效率，提供超前方案優(yōu)化和分析的依據(jù)如庫(kù)存結(jié)構(gòu)調(diào)整、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備及人員方案等。

良好效果與未來(lái)建設(shè)規(guī)劃

該示范項(xiàng)目以高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)為原則，對(duì)轉(zhuǎn)向架事業(yè)部新建廠房數(shù)字化工廠智能物流項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃和指導(dǎo)。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向架事業(yè)部立體自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)整體規(guī)劃、生產(chǎn)車(chē)間智能物流規(guī)劃優(yōu)化，從而達(dá)到率先在該行業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0智能生產(chǎn)物流實(shí)際運(yùn)用的目標(biāo)，取得了良好效果：制定了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的物流操作流程，改變了固有的物流運(yùn)營(yíng)理念，完善了現(xiàn)代化生產(chǎn)物流作業(yè)體系。

未來(lái)，中車(chē)株機(jī)廠區(qū)的智能化物流方案將以“數(shù)字化工廠建設(shè)信息化需求(工業(yè)4.0)”為目標(biāo),以“工廠現(xiàn)有 IT 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)”為基礎(chǔ)，以“建立完善的物流IT 基礎(chǔ)支撐平臺(tái)、確保各業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效、持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)”為核心，進(jìn)行分析和規(guī)劃，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

●倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域集中分布：現(xiàn)有倉(cāng)庫(kù)分布較為分散，不利于集中管理，配送路徑較長(zhǎng)，運(yùn)輸成本較高。

●智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理：通過(guò)信息系統(tǒng)（WMS、MES 等）與自動(dòng)化、智能化物流設(shè)備協(xié)作，減少庫(kù)內(nèi)操作人員，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人倉(cāng)”的目標(biāo)。

●以信息系統(tǒng)平臺(tái)為依托的項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)同體系建設(shè)：項(xiàng)目從設(shè)計(jì)、工藝、采購(gòu)、上線到發(fā)運(yùn)等全流程信息共享、計(jì)劃協(xié)同。

●供應(yīng)鏈管理：以中車(chē)株機(jī)工廠為核心，打造一條供應(yīng)商、承運(yùn)商、株機(jī)工廠、消費(fèi)者等協(xié)同發(fā)展的價(jià)值鏈。