行业现状

按照《有色金属行业智能加工工厂建设指南（试行）》要求，逐步“建成集柔性化组织生产、产品质量全生命周期管控、供应链协同优化运营等于一体的质量稳定、协同高效、响应快捷的有色金属智能加工工厂，促进企业转型升级、高质量发展，全面提升企业的综合竞争力和可持续发展能力。”

企业需求

该项目为新建项目，要求新投产的挤压、时效、表处、包装、深加工的物流一并考虑；按照智能化流程及柔性生产要求，尽量做到满足生产、实现智能化生产。

在价值链运营环境下，物流已经成为智能工厂的核心要素，工厂规划和运营管理必须要具备“流动思维”和“供应链交付思维”。

智能工厂物流系统能够将物流整体流程效率化、智能化、自动化，实现各个生产环节的物料自动化运输，保证整条生产线以较高的效率运行，有效提高企业的整体效益。降低物流成本、提高服务、实现快速响应。

项目概况

本项目包括半成品、成品、辅材智能立体库系统、挤压物流输送系统、表面处理物流输送系统等。“旨在实现铝型材从挤压自动装框→时效炉表面处理车间上排的全程自动输送、调运、缓存等的智能化技术提升”。满足各工序的节拍要求；满足物流顺畅、维修便利、运行稳定要求；与ERP系统、MES系统对接良好；操作人员的安全防护性良好。实现降低人力成本、提高生产效率的目的。

图：浙江某工厂全厂布局图

解决方案

一、物流智能化工艺方案

在充分考察甲方现场生产状况以及生产工艺流程，充分了解甲方要求的基础上；根据甲方工厂的现有条件及空间有效利用率；结合未来的规划；本着“整体规划，分步实施；问题导向，持续优化；创新引领，数据驱动；因地制宜，效能优先”的原则。采用国内外先进物流技术，按首先实现“智能生产”提出设计方案。技术措施包括：

1、 开发新设备，生产下线后的自动装框

2、由于用户要求和工艺情况不同，除挤压成型外，几乎每道工序都存在选择性（生产需柔性组织），因此物流线路应根据工艺要求留出足够的通过和缓存路径；

3、表处前工序、输送线、缓存线、缓存库、中间库、成品库与表处缺少周转、衔接环节，为此需要建立贯通生产线上下游方向的大通道，布置穿梭车，负责各区块挤压、时效、喷砂工序与表处、中间立库、缓存立库、成品库的柔性化衔接与调度；建立大通道后，大通道处于物流调度中心位置，可解决表处与前面工序的入出库、周转与缓存；

图：正在施工的立体库

4、 根据产品、材料、工序特点在生产线周边建立输送线，完成进出料输送、缓存任务；

5、 根据节拍、效率和场地状况，在大通道两侧，生产线首（末）端新建（利用原有）满足柔性生产要求的缓存位；

6、 满足工序自动线上下线需要，根据具体生产线位置、节拍，在工序上下线端设置输送线、智能行车、摆渡车、旋转输送机等必要中转设备（见平面布置图）；

7、 开发层间提升、工序间转运（兼有堆、拆垛功能）等智能化设备；

8、 开发自动化、智能化管理、监控、调度系统软件；开发与工厂ERP、MES系统的接口程序。

图：WMS界面截图

图：触摸屏截图

图：系统框架

主要设备

本次项目涉及的自动化硬件设备主要有：提升机、拆码垛机、叠框/拆框穿梭车、单工位穿梭车、双工位穿梭车、摆渡车、智能行车、辊式输送机、链式输送机、横移链式升降输送机、旋转输送机和自动化成品立体仓库，自动化辅材立体仓库等。

为了实现实现全厂的自动化智能化需求，本次全厂自动化物流输送调度系统应用了很多关键技术，其中主要包括生产调度方法、路径规划算法、堆垛机/穿梭车/输送设备调度方法、缓存区动态构建方法、故障重调度方法、批次约束满足算法、手动规划自适应等关键技术。

生产调度方法

基于约束理论和拉式生产等生产调度思想，考虑各个工序生产所需时间等因素，提出适合智能车间的生产调度方法。采用动态实时调度方法和动态重调度方法，结合动态规划模型，针对智能车间生产调度需求，进行生产任务最优指派。

输送机调度方法

针对输送机的运输场景，为提高运输系统的灵活性，采用基于单节输送机的控制方法，即每个运输任务通过路径规划和指令解析模块，给出其所有指令序列，交由PLC执行模块执行，且与上层避免路劲冲突。该方法可以灵活实现各种调度以及运输要求。

穿梭车调度方法

对于直线往复式的多台RGV，为提高RGV利用率，提升运输效率，根据生产设备的位置，以及RGV的实际位置动态计算安全区间，确保多台RGV在各自的区域内各自装载、卸载，最大化RGV运输能力。

图：正在施工的多工位拆叠垛RGV

图：正在施工的多工位拆叠垛RGV

缓存区动态构建方法

针对需要料框的生产设备，动态建立和维护料框的缓存区，任意状态和任意时刻，均能实现料框合理、及时供给，确保不断供、不拥堵。

设备重调度方法

设备故障时，对相关货物进行重调度；同时增加系统的适应能力，允许设备下线、脱离系统自行维修；设备上线时，系统自动接纳设备进入。

手动规划自适应技术

针对用户人工干预，增加系统适应能力，允许在系统自动-运行过程中，人工进行生产任务指派、路径规划等，并自动规避路径冲突，实现负载均衡。

智能工厂信息系统/软件的研发及应用

将不同类型的生产工位分为各个节点，依照生产流程串联构成物流路径。在重要节点(例如挤压机装框、分料装框附近)配置条码/二维码信息采集传感器，采集到框号之后通过与ERP数据库料框信息中的框号信息进行比对，获取料框物料信息。调度系统依照划分的物流路径下发运输任务到PLC执行层，将料框从当处节点运至下一节点，同时调度系统将流转信息反馈至上层ERP当中。在挤压下线装框至分料区，以及分料区装框至成品仓的物流路径上，料框物料信息均时刻伴随料框的流转，以便对物流过程中的料框信息进行查询。智能工厂物流调度系统与传统制造车间的生产和物流相比，主要创新点包括以下几点:

1、缓存区动态调度：为避免料框断供，在各节点的中间环节上均建立有缓存区，确保料框及时供应和均衡分配。在物流设备出现异常的情况下，缓存区可为各工序提供生产作业的缓冲空间，避免因设备问题造成生产不畅。

2、 路径冲突重调度：当料框在路径上产生路径冲突时，可对相关料框进行重调度，以消解冲突，避免路劲拥堵。

3、设备故障自适应：需要料框的设备故障后，不再对其供应料框。其它生产设备故障后，输送线上运往该生产设备的料框重调度到其它可用的并行生产设备。

4、设备上线/下线自适应：生产设备下线后，输送线上运往该生产设备的料框重调度到其它可用的并行生产设备。

5、手动规划自适应：可接受手动调度目标点，并自动消解路径冲突。

6、 电子地图：以“电子地图”呈现整个车间状态，对生产设备上线状态、重要交互信号以及所有设备重要参数和报警信息进行实时动态显示;基于条码/二维码的信息追溯：通过条码/二维码，记录每个料框经过的生产设备编号、进入时间、离开时间等，实现全流程追溯。

ERP功能

ERP是一个企业的灵魂，我们开发集成了订单管理、生产管理、委外管理、精益生产、模具管理、质量管理、仓储管理、材料管理、废料管理、应收应付管理、成本管理、人力资源等众多功能，使得数据运行合理高效。

图：坯料管理界面