宝通科技鸿山基地的智能化物流系统建设

2021-02-17

物流技术与应用 2021年12期

文/本刊记者任芳

2019年5月，无锡宝通科技股份有限公司、无锡百年通工业输送有限公司——现代工业散货物料绿色输送智能产业集群鸿山基地奠基。新生产基地通过引进华晟智能提供的智能物流系统设备，自2021年4月起，陆续投用半成品胶片立体库、原材料立体库、胶卷立体库，实现输送带制造过程的信息化和智能化，为行业升级发展提供了参考借鉴。

无锡宝通科技股份有限公司（以下简称“宝通科技”）自2000年成立以来，一直致力于成为智能输送服务的提供者、智能输送技术的输出者、智能输送模式的创新者，并向着成为全球领先的智能输送服务商的目标迈进。目前，宝通科技围绕矿产开采、港口码头、钢铁冶炼、火力发电、建材水泥五大领域提供高强力节能阻燃芳纶带、高强力高耐磨阻燃钢丝带、织物叠层阻燃输送带、低滚阻节能输送带、耐寒织物芯输送带、耐高温输送带六大系列产品，为客户提供智能输送系统总包等服务。

随着数字商业时代的到来，宝通科技也在不断探索数字化转型与智能化升级，打造数字化输送带产品和智能化输送服务，最终推动整体行业产品的性能提升和智能物流输送产业的绿色升级。通过引进华晟智能提供的物流解决方案，宝通科技提升了输送带制造过程的信息化和智能化水平。

一、打造数字化工厂标杆

作为宝通科技的子公司，无锡百年通工业输送有限公司承担着生产各类输送带的重要工作，目前拥有张公、梅育、鸿山三大生产基地，占地约160,000平方米，具备年产3,000万平方米高强力新型复合橡胶输送带的研发生产能力。其中，鸿山基地作为新的生产基地，位于无锡市新吴区，总占地面积约8.3万平方米，总建筑面积约12万平方米。

“在鸿山基地项目规划时，我们的目标就是要打造行业标杆。”无锡百年通工业输送有限公司设备部部长孙永中强调，据他介绍，早在2009年宝通科技上市时，公司便开始大力投入创新研发以及包括自动化、智能化设备在内的基础设施升级。随着鸿山基地的投建，打造标杆项目和标杆企业的目标更加明确。据此，他进一步分享了鸿山基地的数字化转型与智能化升级背景。

首先，从产品品质角度，由于输送带产品类别丰富，宝通科技始终立足于差异化的生产工艺，追求特色与品质，自动化、智能化设备毫无疑问更加有助于管理生产流程，提高产品品质。

其次，从用工角度，“用工难”有目共睹，特别是“长三角”用工紧张已经成为行业面临的共同难题。

第三，从响应国家智能制造的号召角度，国家正鼓励企业革新升级，引进智能生产物流系统、智能仓储系统，建立数字化工厂已经成为企业发展的必然选择。

正是基于此，鸿山基地全面考虑了从MES管理系统到执行系统，涵盖智能生产物流系统、智能仓储系统在内的现代化工业智能系统设备，以及包括数据采集、自动化设备智能监控、能源分析、问题预警等功能在内的数据云中心，打造数字化工厂标杆。

二、独具特色的物流需求

据孙永中部长介绍，输送带产品非常特殊，具有很强的定制化特性，在生产物流管理和运作过程中也面临诸多特殊性，具体来看主要表现在以下三点。

一是原材料、半成品的品种较多，由于每种物料的形状、状态（如粉末状、液态、固态）、重量（从几公斤到几百公斤不等）均不一样，因此如何设计合适的工装器具，以及立库区域的划分等成为首要挑战。

二是对仓储管理系统（WMS）的挑战较大，具体表现为：一方面物料在仓储环节通常按照重量计算，而生产环节则按照长度计算，对仓储管理系统中数据的准确交换无疑提出了挑战；另一方面，在自动化立体库中，如何对多种物料进行区域划分并实现动态调整平衡，显然也对仓储管理系统提出了更高的要求。

三是物流动线的设计。存储在自动化立体库中的原材料、半成品如何以最佳的路线被送至不同楼层的生产工位，如何实现垂直、水平距离的高效转运也是需要重点考虑的问题。

基于鸿山基地的规划目标以及在物流环节面临的诸多问题和挑战，项目团队广泛考察、调研了传送带行业的相关项目以及物流系统集成商，最终携手在该领域有着丰富经验的华晟智能。据介绍，早在2014年宝通科技便与华晟智能便展开了项目合作，几年时间来一直运行稳定，华晟智能对于宝通科技的业务也有了更加深刻的理解，这也成为华晟智能能够根据鸿山基地项目需求给出更适合方案的原因。

项目整体布局图

三、解决方案

具体来看，由华晟智能设计并实施的物流解决方案分为智能装备和智能软件系统两大部分。

1.智能装备

（1）智能生产物流系统

覆盖从原材料收入、存储、出库，以及向生产线发运，生产各工序间物流流转，半成品存储，成品运输至成品库，成品存储以及成品发货的全厂物流流程所使用的智能物流装备和工装器具，转运装备包括原材料AGV转运、半成品AGV转运、成品AGV转运系统（见表1）。

表1 鸿山项目AGV相关情况

原材料AGV转运系统的主要功能为：二层AGV转运系统负责将原材料从密炼车间2楼出库端，及从烘胶房输送设备站点将原材料转运至密炼机台待料处；三层/四层AGV转运系统负责将原材料从密炼车间3楼/4楼出库端送至需求工位。

胶片AGV转运系统的主要功能为：分别负责实现密炼车间2楼母炼胶及空托盘垛、1楼终炼胶片及空托盘垛从出入库站台至密炼机台待料处的自动输送；以及实现压延挤出车间胶片出入站台至挤出机供料位胶片自动转运。

（2）智能仓储系统

主要包括原材料立体库、半成品胶片立体库、半成品胶卷立体库，实现原材料、半成品胶片、半成品胶卷的智能出入库，空托盘出入库，先入先出管理、库位智能优化，自动库存分析报表、仓库可视化展示等内容。

原材料立体库一层左右两侧各设计一组智能出入库系统，半成品胶片立体库一层二层分别设计智能出入库输送对接系统，可同时满足物料和空托盘的自动出入库功能。原材料和半成品入库时，绑定物料条码；出库时，根据对接的MES系统下发的任务自动出库。

总的来看，大致流程为：原材料立体库根据生产节拍需求自动出库所需原材料，由AGV送至密炼车间不同的楼层，密炼车间生产出混凝胶，并将其冷却制成半成品胶片，之后由AGV转运至半成品胶片立体库，并根据生产计划送至压延挤出车间，制成半成品胶卷并入立体库储存，以待后续工序使用。

2.智能软件系统

（1）WMS系统和WCS系统

通过在项目中部署WMS库存管理系统，负责物流仓库的资源管理以及对物流操作流程的管理；主要功能包括基础数据模块、入库管理、出库管理、库存管理、软件接口、指令管理、统计查询报表模块。

流程为：WCS接到WMS的订单任务后，根据物流配送需求，将任务拆分成若干部分，分别控制输送机、堆垛机、AGV、RGV等物流设备，以完成物流控制操作。WCS通过内建的仓库物流过程平面图，系统能够实时抓取当前所控制装备的运行状态，如发生异常，WCS系统会在界面上对应的设备上以红色进行显示，并产出警报，通知仓库管理人员当前发生的故障信息，以便排除故障，避免影响系统的正常运行。

（2）对接ERP和MES

由系统服务器提供数据库服务，通过局域网与管理层进行货物信息的数据交互与处理，实现与内部MES和ERP等信息系统的集成和资源共享，主要信息交换的内容包括出入库订单数据、物料信息、入库绑定数据等。

四、技术亮点

1. AGV路径自动优化

AGV调度系统是生产物流环节的重要组成部分，其任务分配、车队管理、避让决策等功能模块的综合性能直接影响实际生产效率。

本项目中，任务分配模块结合实际生产需求，通过构造车辆/任务时间预测数学模型，作为任务分配方案的评价指标，进而结合遗传算法在海量分配方案中快速收敛迭代得到动态最优解。同时，系统采由多线程并发方式处理遗传算法迭代逻辑，加快决策过程，提升系统的实时性，在已搭建地图中对其他AGV已规划路径但未走过的路径点标记为不可通行，然后通过算法根据出发点及目的地进行AGV路径优化，比传统的遗传算法效率更高，且对遗传算法中结果出现“走回头路”这一现象进行了优化。

建设中的自动化立体库

图1 WMS系统界面

车队管理、避让决策模块，将任务路径长度、任务延迟时间、优先级、车辆电量、车辆空间位置、区域拥堵状态等诸多状态作为特征，结合实际生产工艺需求，将各类限制要求抽象为控制指标。在此前提下，通过前期仿真，后期生产现场相结合的方式收集海量特征数据，应用AI随机森林模型对系统进行离线训练，并线上部署执行实时决策，实现AI智能AGV调度系统。

通过在AGV路径优化上的创新，使AGV在确保运行安全的前提下运行效率提升26%。

2. 边缘智能控制器和边缘计算

边缘计算作为云计算的一项重要补充，在构建互联工厂中的作用正越来越受到重视，是时下构建智能化工厂过程中必须优先考虑的内容之一。

本项目通过天枢边缘智能控制器和边缘计算，采集处理物料数据、出入库数据、智能物流装备实时运行数据等，有效解决了现场的数据延迟、带宽和带宽成本问题、传统系统连接问题、物联网安全问题，为智能物流装备和系统管理提供了必要的数据输入来源，为建立可视化、精细化控制或优化资产运营的数字孪生，物联网资产服务化、数字化转型打好数据基础。

3.基于大数据和AI技术实现出入库效率优化

为了提升厂内仓储物流的出入库效率，降低成本，华晟智能在智能装备和系统中应用了一系列的大数据和AI技术，对内部和外部变化做出响应以及预测，人和机器人之间的协作更加安全、高效、低成本。

基于大数据和AI技术的应用主要集中在货位分配优化，拣选作业路径优化，出入库调度优化等问题的优化上。在不增加仓库设备和投资的前提下，立足立体库现有的设备资源、仓库进行任务作业的能力和待进行作业任务的特点，合理优化调度出入库任务的作业顺序，合理为货品分配入库货位和选择出库货位，从而减少出入库作业时间，提高立体仓库出入库作业的效率，增加经济效益。经过优化上述三项内容，提升厂内仓储物流出入库效率20%以上。

华晟智能AGV用于原材料、半成品及成品转运

五、项目效果

今年4月，半成品胶片立体库率先上线，随后，原材料立体库、半成品胶卷库也相继投用。智能生产物流系统、智能仓储系统为鸿山基地的数字化转型和智能化升级提供了全面的助力。例如，实现多品种小批量的柔性制造；实现精准匹配精准输送；通过预测性维护实现维护成本降低20%；通过路径优化共实现AGV效率提升26%；实现生产效率提升37.5%；综合合格率提升至99.9%。

对于目前项目取得的效果，孙永中部长给予了充分的肯定，并从五个方面总结了项目的效果。

第一，提高空间利用率，提升现场管理能力。引入自动化立体库之后，所有的物料实现了立体存储，车间更加整洁有序，有利于车间5S管理及后期现场管理。

第二，精简仓储人员，优化人员配置。目前来看，项目省略了全部叉车使用维护人员，部分仓储物流人员等。值得一提的是，随着燃油叉车的节省，也减少了环境污染，更加绿色环保。

第三，管理透明可视。通过系统，管理人员可以实时、方便快捷地查看物料信息及状态，实现精准的库位管理，同时实现无纸化办公。

第四，产品质量追溯性更强。同样基于系统，可以准确快速地查找生产、物流等相关信息，实现产品质量的追溯管理。

第五，整个生产过程更具节奏，更加可控。由于全部实现了自动化，生产不受人的因素影响，可以形成固定的生产节拍，对生产效率、可靠性、可控性均有提升。

孙永中部长表示，未来鸿山基地还将持续优化物流系统，进一步提升数字化、智能化水平。例如，在入库环节，将进一步引进自动扫码堆垛系统，实现自动入库；在生产环节，不断优化生产工艺，提高自动化能力，如引入机器人实现自动上料等，同时做好精益化、精细化生产。此外，还将在数据采集、分析和管理方面进一步细化。“总之，让整个生产流程更精益、数据更精确更完善，整个生产执行系统更高效，更具有柔性化。”他强调。