智能仓储在传动制造业中的应用

周世军 宋 玮 闫文猛

河南省特种设备安全检测研究院 北京起重运输机械设计研究院有限公司

1 传动制造业的需求及特点

1.1 传动企业的需求

现如今，传动企业的生产模式已经由传统的连续型生产企业向离散型生产做转变，越来越多的客户提出了定制化需求，面对大批量、时间紧、多样化的生产需求，越来越多的企业向离散型制造转型。离散型制造业摆脱传统单一产线的束缚，可以细分生产工艺，按照模块化生产，可承接多批次小批量的订单，总体生产规模和生产效率得到提高。

1.2 传动企业的特点

传动企业生产加工各个环节需要按照生产工艺紧密连接，且大部分已具备标准化、模块化，具有原材料种类多、多SKU的外购标准件、零部件尺寸及质量各异、生产半成品可由工艺不同组合成不同的产品、中间环节管理困难等特点。面对多样性、更高效的订单，原材料的收/发/存同样面临多样性、响应及时性等问题，如何高效地周转，按照用户订单统一管理，同样成为电机减速器制造行业的核心问题。从销售订单、原材料、半成品、成品的信息流、物料流、人力资源配备、财务信息等面临挑战。

2 整厂物流规划

2.1 存储单元设计

如图1所示，存储单元具体参数：托盘单元尺寸为1 200 mm×1 000 mm×160 m，料箱单元尺寸为600 mm×400 mm×220 mm，货物尺寸为1 200 mm×1 100 mm×1 000 mm/600mm（含托盘高度），存储单元每个托盘质量为1 200 kg。

图1 托盘单元外形尺寸示意图

2.2 各个库区能力规划

从用户实际需求出发，根据生产工艺环节，设有物流天桥库、半成品库、料箱库，对各个库区进行合理规划，以便顺利完成生产工艺环节。各个功能分区基本参数需求规划如表1所示。

表1 各功能分区基本参数需要

2.3 物流工艺流程规划

1）入库流程规划

如图2所示，入库流程包括人工作业、ERP系统扫描生成数据条码、WMS系统扫描获取条码数据生成入库单、WCS系统扫描取得对应数据并发出物流指令。

图2 入库流程图

2）出库流程规划

如图3所示，出库流程同样包括人工作业、ERP系统扫描发出叫料等指令、WMS系统扫描获取叫料信息并生成出库单、WCS系统扫描取得对应数据并向堆垛机发出输送指令，完成出库流程。

图3 出库流程图

通过上述规划设计，实现全流程信息化、智能化，结合三维模型技术实现设备的部件可视化、设备拆装可视化、设备维护文件可视化管理等。在设备三维可视化模型上对立设备故障信息实现可视化展示，可通过故障码的查询和检索获取维修维保步骤和处置方式，同时兼具视觉真实、信息真实、数据真实等要素。

3 核心设备选型

智能仓储囊括众多自动化物流装备与信息系统，其中有轨巷道堆垛机、环形车系统、AGV搬运系统、智能仓储集成管理控制系统（WMS）、核心设备仿真验证等核心装备发挥着重要的作用。

3.1 有轨巷道堆垛机

有轨巷道堆垛机通过在巷道内进行水平往复直线、垂直升降、货叉左右伸缩叉取等一系列协调动作，实现存储单元货物从巷道端口输送机到指定货位的入库作业，或从指定货位到巷道端口输送机的出库作业，从而与巷道端口入出库输送机系统一起实现货物的自动入出库。巷道堆垛机是用于高架库中负荷单元的存取搬运设备，本项目共规划有11个单深巷道堆垛机和2台Minload料箱式堆垛机。

如图4所示，堆垛机由上横梁、立柱、下横梁、载货台、提升机构、运行机构等组成。其技术参数有：运行速度为160 m/min，闭环变频调速；起升速度为40.0 m/min，闭环变频调速；单伸缩叉速度（带载）为20.0 m/min，变频调速；单伸缩叉速度（空载）为40.0 m/min，变频调速；运行加速度为0.4 m/s2；起升加速度为0.4 m/s2；单伸缩叉加速度（带载）为0.4 m/s2；单伸缩叉加速度（空载）为0.8 m/s2。

图4 堆垛机示意图

3.2 环形车系统

环形车灵活性很强，根据能力前期可设置少量小车，后期系统能力拓展可通过增加小车数量解决。其车体与RGV车体类似，通过对客户需求的了解，可由其控制系统（见图5）进行合理调度，实现高效、可靠地货物搬运。

图5 环形车控制系统图

3.3 AGV系统

AGV作为智能制造领域里最灵活的自动化搬运装备，在实现自动化无人化的同时，可以大大增加系统的柔性，是智能制造领域里应用最多的物流装备。AGV一般由车体、导引系统、安全系统、调度系统等组成。按其搬运形式可分为潜入式、接驳式和叉取式；按照导引方式可分为激光导引、磁导引、二维码导引、SLAM等形式。

3.4 智能仓储集成管理控制系统WMS

智能仓储集成管理控制系统（Warehouse Management System，WMS）是整座自动化立体仓库的核心软件。将智能工厂比作人，物流装备是骨架和手脚，WMS系统就是人的大脑，负责指挥调度所有设备的协同作业，实现智能制造的集约化管理。

3.5 核心设备仿真验证

结合方案规划，通过采用FlexSim仿真软件针对核心设备在单机及系统上进行效率仿真测算。

1）堆垛机效率仿真

图6所示为堆垛机效率仿真结果。从图6中可知，单台堆垛机效率平均可达48托盘/h，在本方案中实际应用堆垛机的繁忙程度平均在55%，具有一定的冗余。

图6 堆垛机仿真图

2）环形车效率仿真

图7所示为环形车仿真结果图，由图中仿真结果可知，配置6台环形车时即可满足客户需求的110托盘/h的流量要求。

图7 环形车随数量增加的效率仿真图

3）AGV效率仿真

图8所示为AGV效率仿真结果图，由图中仿真结果可知，在5台AGV的情况下可满足客户所需110托盘/h的流量要求。结合AGV充电所影响的效率损失，在此基础上应额外增加20%的冗余，配置7台可满足实际使用。

图8 AGV效率仿真

4 智能仓储赋能电机减速机行业发展

电动机减速器企业所需的原材料物料有轴料、棒料、锻件、铸件等，由WMS系统进行管理，可通过自动化立体仓库、智能行车、AGV等手段实现物料的信息管理，按需供应。

针对生产的半成品及零部件，通过箱式输送线（轴、轴承等）、托盘输送线（齿轮、箱体、端盖等）、AGV（定子、转子等）、线边物料超市（螺栓螺母等标准件）、垂直回转货柜（工具、零部件等）等自动化设备，根据MES系统的拉动，由WMS系统下发指令实现物料按照订单需求的精准供应。

针对装配好的成品，按照发货频次由输送线、AGV等自动搬运至立体库暂存，进行统一入库存储，其质量状态为待检品。由WMS系统向QA部门下发抽检任务，成品抽检合格后该批次统一调整为合格待发品。

不同的订单会有多样性的包装要求，在发货前由智能仓储系统下发出库任务，根据订单信息配送至制定的包装工位，由人工包装完发运。实现电动机减速器生产全流程可追溯，每个信息节点可进行复核确认，确保产品按时、按需、保质保量的交付给客户。

借助智能仓储的数字孪生技术，可以实现生产前模拟和生产后管理。在打造电动机减速器智能工厂前可借由数字孪生中的虚拟调式技术，对生产工艺、物流供应链等进行模拟，对生产订单进行虚拟排程，从而反馈给销售端，为客户准确地提供工期。生产后通过数字孪生的可视化管理和大数据分析，能够反馈产线能力、储备能力，可对物料、设备进行数据分析，从而反馈给采购端精准的信息，指导其进行原材料的采购等。

该项目建设完成后可节省人工13%，提高产能25%。实现全价值链精益生产包括产品策划、设计验证、加工检测、装配试验、仓储物流、信息系统、销售服务、人力资源、 经营计划、战略规划等全价值链最优方案。集物流、信息流、人流、资金流、价值流等五流合一，可实现智能工厂以订单为源头的信息系统、以产品为中心的精益生产、以装配为平台的精准交货。从智能仓储出发，涵盖整厂工艺流程，多个库区集成管理，多托盘多尺寸精益化管理，物料信息实时跟踪的信息化管理，实现仓储信息系统与企业管理系统、生产系统对接，以及可视化管理。