以智能化促进“红旗小镇”物流系统升级

文/杨成延

一汽集团工程与生产物流部

一汽红旗工厂在过去一年多的时间里，通过在总装车间的物料配送全线导入AGV，开发物流信息系统，应用物联网、仿真技术等方式，精心策划，密切合作，升级原有的物流体系，提升物流作业效率，降低物流运营成本，提高作业的可视化水平。

“红旗小镇”效果图

2017年11月，一汽集团为了实现“新高尚、新精致、新情怀”红旗品牌全新设计理念及战略思想，实现把新红旗打造成为“中国第一、世界著名”的“新高尚品牌”这一战略目标，决定利用红旗工厂的现有条件，通过技术升级，打造具有人文特色和“绿色智能”的“红旗小镇”，迈出了红旗复兴计划的第一步。

一汽红旗工厂的前身是一汽轿车厂，厂房建造于上世纪六七十年代。受当时认知和技术条件的限制，当年的“花园工厂”式布局却制约了今天的生产物流的发展：布局分散，面积狭小，标高不一致… …

对物流专业而言，通过打造智能化的精益物流体系，克服硬件的“先天不足”，支撑高标准的生产制造体系是必然的选择。在一年多的时间里，通过精心策划，密切合作，升级了原有的物流体系，提升了物流作业效率，降低了物流运营成本，提高了作业的可视化水平。

一、总装车间的物料配送全线导入AGV，通过SPS（单台份物料配送）的物流方式，减少物流作业人员，提升物流作业效率

红旗工厂总装车间采用的是单辆份配送的物流模式。实物流的主要路径分为两个循环：

1. 从物流部品仓库到总装车间物流区的循环；

从总装车间物流区到生产线旁的循环（见图1）。

图1：工厂内的实物流示意图

图2：红旗工厂物流体系信息流示意图

图3：订单/产量分割

图4：物流仿真动态模型（局部）

2. 每一个物流循环都需要在把零部件送达目的地之后再把空器具从目的地返回到出发点，以便进行下一个物流供给循环时使用。如果依靠人员对应这种作业，粗略估算大约需要40人，人工成本是一个可观的数字。

为了提高效率，降低物流成本，新的物流系统采用AGV全自动运输方式用以替代人工驾驶牵引车的运输作业。通过物流信息系统提供的作业指示，完成生产线上车型所需要的零部件的准时、准量的拣选；通过物联网，完成物流专用AGV与工艺专用AGV、物流AGV与升降设备之间的协调，把车辆所需的零部件准时配送到指定的装配工位。此项改善每年可以大幅度降低人工成本。

二、开发物流信息系统，实现订单分割、智能码放和准时化配送

物流环节尽管在生产领域是必不可少的环节，但就其属性而言，它只是消耗和占用资源，并不会创造价值。所以，评价一个物流系统优劣最主要的指标就是在完成物流作业时所占用或消耗资源的多与少。一般说来，物流占用或消耗的资源主要有：存储空间（库房面积）、人员、资金、设备、动能等。红旗工厂的物流体系就是通过构建先进的物流信息系统，实现向零部件供应商精准要货、精准存储和精准配送，红旗工厂物流体系信息流的逻辑模型见图2所示。

按照普遍采用的“以销定产”的生产原则，销售部门的要货需求决定工厂所生产车型的品种和数量。每月在进行产销平衡之后，生产计划系统会将销售需求转化为工厂的（月度）生产作业计划，并通过系统形成“虚拟生产线”，以“平准化”（各车型品种按照一定的比例平均排列）原则排列出每一个时间单位总装生产线上拟生产的车辆品种和顺序。生产计划系统会定时地向“看板（也叫‘箱标签’，是物料信息载体）发注系统”释放车辆生产计划（月度计划、周计划、日计划），看板发注系统自动从生产计划和车型BOM（Bill Of Material，物料清单）中提取数据信息，计算出某一时间单位总装线不同工位生产所需要物料种类和数量，提前（根据物流周期确定时间的提前量）将信息发送给对应的零部件生产厂家，厂家依此计划组织生产并在要求时间将零部件定时定量地送达指定地点（红旗工厂或中转仓库）。同时，看板发注系统也会将物料要货信息发送给物料仓储系统，作为库房核对、接收物料和生产厂家物料送达的依据（财务对账和结算）。

当总装车间按照生产计划开始组织生产时，生产计划系统和BOM系统会同时向物料分拣指示系统释放对应车型的物料需求信息，指示仓库内的作业人员拣选与生产车型相对应的零部件，并按照信息系统指示的时间准时送达生产线对应的工位，满足生产装配的需要。整个环节，在时间点的把握和物料种类、数量的计算上，信息系统都能做到“精准匹配”，消除了全供应链和整个生产环节的作业等待及空间占用方面的浪费，实现了精益物流对资源占用的最小化。

考虑到一些供应商的远距离运输和供应零部件货量比较少的特殊情况，红旗工厂允许这些供应商以降低物流成本（提升物流卡车积载率）为目标的零部件集中（提前）入库。为缓解红旗工厂区域内面积紧张的局面，在工厂区域外设置了中转仓库。中转库主要起到“蓄水”的功能，调节进入工厂的零部件种类、数量和时间，实现工厂的物料准时化、准量化进入。具体做法是：

物流部品仓库和新总装车间之间的物流通廊

AGV在空中物流通廊中运行，物流通廊可以供4辆AGV并排行走

物流部品仓库内的升降电梯

1. 根据生产计划，把一天的生产量平均成N等分（根据物流量测算，红旗工厂采用八等分），每一等分所需的零部件码放在一起，组成一个链（见图3）。图3中的8个链顺序对应红旗工厂8个时间段的生产所需的零部件，其中的A、B链为备用链，主要作用是为了在发生某些异常时，存储零部件。因为生产计划系统（高级排程）已经对一定生产周期所生产的车型实现了平准化，所以各链内存放的零部件品种和数量应基本相同。

2. 生产计划系统和BOM系统会定时指示中转库的作业人员将对应的零部件按照链的顺序搬入对应的链中（成为“入链作业”）。在进行入链作业时，物流信息系统会根据工厂仓库各零部件的暂存位置，指示作业人员将同一暂存区的零部件码放在一起（同一托盘），以减少零部件放入工厂暂存区时的分拣作业量。这也是红旗工厂物流信息系统为了减少工厂物流部品仓库中分拣作业浪费实现的亮点之一。

3. 生产线的生产进度信息通过物流信息系统向中转库同步传送。在某一个时间段的车辆开始装配之前，物流指示系统会向中转仓库发出指示，中转仓库会按照要求把对应链的零部件准时送达工厂仓库。工厂仓库在进行对应单辆份零部件分拣之后把零部件送达生产线。这个过程如同一场“接力赛”，“接力棒”就是不同物流车辆上搭载的生产所需的零部件。

总体说来，借助于信息系统，可以最大限度地减少物流环节的库存量，减少资金和仓储面积的占用。根据粗略测算，这种模式可以节约库房面积30%以上，每年可节约大量的物流存储费用，同时还可以降低质量损耗。通过持续改善，可以逐渐向着零库存的终极目标迈进。

三、应用物联网技术实现升降梯与物流AGV、物流AGV与工艺AGV平稳交互作业

如前文所述，由于原工厂的厂房布局比较分散，不同厂房之间高度也不一致，这就给厂房之间的物料运输带来诸多不便。在工厂改造升级过程中把原总装车间功能转化成物流部品仓库，为了不影响现有道路通行能力和防止雨雪天气因素对物流的影响，实现物料的全天候自动化配送，新的物流方案中在物流部品仓库和新总装车间之间规划建设了通廊，通廊内有可以供4辆AGV并排行走的4条车道，两个车道用于配送零部件，两个车道用于返回空的台车或器具。

可视化的中控大屏，可以实时监控和展示各种数据

生产指示屏，可以实时提示生产线车辆的相关信息

在AGV与升降梯之间、不同的AGV之间，就是通过物联网技术实现物与物直接“对话”，做到了物料高效运输和AGV之间的安全避让。图4是AGV与升降电梯之间实现互动运输的物流仿真动态模型（局部），其作业逻辑如下。

1. 物流部品仓库内的作业者按照物料分拣系统的信息指示，采取与生产线车型一一对应的原则进行物料分拣作业，每一台SPS台车装载对应生产线某一个或几个工位生产（装配）所需要的零部件。

2. SPS台车与通廊区间运行的AGV（暂且称之为“通廊AGV”）对接后顺序进入物流部品仓库内待发区。

3. 物流部品仓库内的升降电梯到达一层后向通廊AGV发送信号，通廊AGV根据信号指示牵引SPS台车进入升降梯，并升至空中通廊，在通廊内运行约400米后到达总装车间的升降梯等待区，然后下降至总装车间物流台车交换区。

4. 通廊AGV和SPS台车在物流台车交换区实现“空满交换”：满载零部件的台车随“通廊AGV”与从生产线牵引空台车返回的“供给AGV”进行台车交换。“通廊AGV”牵引空台车原路返回零件库，开始新的物流循环；“供给AGV” 也将开始新的物料供给循环，把生产所需的零部件送至对应的生产作业区。

5. “供给AGV”到达生产线作业区时，前一个作业周期刚刚结束。供给AGV与“满”台车脱离后，载回前一个作业周期的空台车，按照规定路线返回台车交换区（出发点）。

这一系列动作都是在信息系统的指挥调度之下，通过物物对话、智能识别（优先通行和避障）而自动实现的。

四、物流可视化

过程可视化是数字化工厂的又一大特点。在红旗工厂，可视化的中控大屏可以实时监控和展示生产数据、有效监管和追溯质量缺陷、全面收集设备状态信息、系统集成计划物流管理数据等等。物流信息提示板可以实时提示生产线车辆的相关信息，根据这些指示信息，物流人员和设备都会有条不紊地开展对应的作业。

零部件物流离不开信息流。无论从零部件生产厂家到中转库，还是从中转库到工厂物流库，零部件都需要信息流的载体：箱标签（也称之为看板）。以从中转仓库到物流部品仓库所使用的箱标签为例（见图5，正在补充和完善信息的试验版箱标签），上面的信息包括供应商名称/代码、零件名称/零件号、背番号（方便物流作业的零件号的缩略码）、在中转库存放的位置（库位号）、从中转库发出前应进入的分割链号、扫描枪读取的二维码、包装箱内零件个数、物流送货卡车行走路线等等。

看板中包含了前文提到的堆垛码信息，它的作用就是，从中转库发出的一个分割链中会包含多个货拖（码放在一个托盘上的所有零部件组成一个货拖），每个货拖在到达红旗工厂的物流仓库后，物流作业人员会将货拖上的每种零部件放入对应的（绝大多数是固定的）部品棚上的固定位置。为了减少物流人员投放零部件的行走和节约投放时间，在中转库进行零部件拣选码放时，就要尽可能把工厂物流部品仓库中一个小区域内的零部件码放在一起。堆垛码的作用就是指示中转库作业人员进行货拖码放作业。如果说中转库内的订单分割节约了物流面积的话，那么零部件的集中有序堆垛码放则减少了物流人员投放部品棚的作业量和作业时间。

图5：箱标签（看板）

五、应用仿真技术，验证物流方案和精准投资

对方案进行仿真目前几乎是大型复杂项目实施前的必由之路。红旗工厂物流系统自动化程度之高、制约因素之多和预算控制之严格都是物流方案规划团队未曾经历过的：物流路径从地面到空中，物流区域不但面积有限而且厂房内的支撑立柱密集，配送车辆全部无人化，物料配送要求几乎“米秒不差”，挑战无疑是十分巨大的。经过充分调研和多方论证，形成了初版的物流方案。初版方案对AGV的使用数量一直难以锁定。为了验证方案的可行性（路线是否拥堵，缓存点如何设置、物流AGV相互之间、物流AGV与工艺AGV之间如何避让等），更是为了测算出AGV的准确需求数量，防止因AGV采购数量不准确而影响项目的全局（因为AGV采购周期较长，初期采购不足时会影响项目交付时间，采购过剩时会影响项目整体预算使用，甚至会造成浪费），我们委托了第三方对方案进行仿真。通过仿真，局部修改和优化了初版的作业方案，精准锁定了AGV的需求数量。目前，从物流系统联合试运行的情况来看，经过仿真的物流规划方案基本满足项目要求。

六、灯光拣选（KITTING）系统

灯光拣选系统原本是在初期规划方案中的，后因为多种原因推迟导入（计划于2019年7月开始导入。灯光拣选系统是根据生产计划系统和BOM系统的指示，引导物流作业人员作业的操作指示系统，不仅可以提升SPS拣选的工作效率，还可以做到防止错漏选和错漏装，已经在生产物流的配送业务中得到广泛的应用。

七、结语

目前，红旗工厂新总装车间已经按计划顺利投入使用。作为数字化工厂的先头部队，物流方面已经实现了既定的目标。将来，生产物流作为生产制造的重要保障环节，将在新技术的推广应用方面继续探索。现在，高架立体库自由存储、“货到人”拣选方式等先进物流模式已列入推进计划，不久的将来，红旗工厂精益、高效物流体系将实现再次升级。