一汽大眾佛山工廠生產基地啟動智能工廠建設項目，引入移動機器人系統，和智能設備提供商一起聯合創新，打造智能高效的內物流系統，即“超市2.0”解決方案，實現從產線到倉庫、覆蓋全廠的物流自動化搬運，提升了物流效率，降低了用工成本，提高了物流系統的柔性。
項目位於佛山工廠二期總裝車間
近年來，越來越多的製造業企業開始擁抱智能製造，建設智能工廠，推動企業升級發展，一汽大眾佛山工廠即是其中之一。2019年11月，一汽大眾佛山工廠生產基地智能工廠項目引入移動機器人47臺，攜手智能設備提供商聯合創新，打造了汽車行業首例“超市2.0”解決方案，實現廠級協同的智慧物流系統。日前，本刊記者走訪了一汽大眾佛山工廠生產基地，充分了解其智慧物流項目的建設背景、解決方案和實施效果，以為廣大製造企業智慧物流系統升級提供一定的借鑑。
項目背景及實施過程
據一汽大眾汽車有限公司生產管理部部長竇恆言介紹，一汽大眾始終致力於客戶導向，提供從A0到C級大眾和奧迪兩大品牌的豐富產品。在產品配置、技術實力、生產製造以及用戶體驗等方面處於領導地位，佛山工廠是一汽大眾最先進的製造工廠之一，同時也將開始新能源汽車的生產。
佛山工廠生產基地於2018年6月全面建成投產，是一汽大眾在國內的第四個工廠，佔地約166萬平方米，預計至2020年底，整體年產能達到60萬輛。佛山工廠是一汽大眾MQB平臺應用的第一個生產線，實現了同一個平臺的不同車型混線生產，是目前一汽大眾同一條生產線上生產最多車型的基地。主要生產大眾、奧迪雙品牌車型，近10款不同型號車型。
不同車型混線生產
不同車型混線生產
竇恆言表示，一汽大眾打造這套智慧物流系統，主要由兩大因素決定：
一方面，是順應智能製造發展趨勢。在工業4.0時代，客戶的個性化需求越來越廣泛，要求製造企業內物流管理更加智能化和柔性化。順應物聯網、大數據和移動應用等新一輪信息技術發展，建設“智能工廠”、打造“智慧物流”已是製造企業未來發展的必然趨勢。與此同時，我國近年來也出臺了一系列旨在促進智能製造發展的文件和措施，為智能製造發展和製造業轉型升級創造了良好的政策環境。在數字化和智能製造領域，不斷進步的一汽大眾佛山工廠處於行業領先水平，甚至能作為大眾集團全球工廠中的一個標杆。
另一方面，是滿足佛山工廠獨特生產模式的客觀需求。佛山工廠在高峰時一天要生產2400臺汽車，提供給用戶選擇的零件高達上萬種。傳統物流揀選超市是工人依據單據在物流超市區域內往復行走進行揀選，面對如此巨大的揀選工作量和揀選複雜度，存在很大的行走浪費，並且揀選極易出錯。為此，佛山工廠需要引入柔性、高效的定製化生產系統，來保障整車零件的精準配送和高品質。
用工業4.0理念的智慧物流系統，由自動化設備替代人工操作，保證供給生產線的零件是絕對準確可靠。在這種背景下，有兩點值得關注：其一，移動機器人在智慧物流系統中應用得越來越廣泛；其二，智慧物流系統作為智能工廠的一個組成部分，與其他智能系統對接，從而形成一體化的解決方案。鑑於此，具有高度智慧化、柔性化的移動機器人系統成為一汽佛山工廠物流自動化升級的首選。
為此，一汽大眾於2017年成立了專門的項目小組，並在國內外進行了一系列的考察調研。據項目組介紹，移動機器人近些年來在汽車及零配件製造企業的生產線供線領域有廣泛的採用,在3C製造企業的倉儲及產線供線環節也有規模化應用，項目小組對這套智慧物流解決方案印象深刻，最終決定採用，攜手智能設備提供商海康機器人，共同打造一汽大眾佛山智能工廠中的智慧物流系統。2019年11月，項目正式實施，2020年6月交付。
移動機器人
智慧物流系統構成
一汽大眾佛山工廠的智慧物流系統主要集成了移動機器人控制系統RCS和倉儲管理系統iWMS（由智能設備供應商提供），一汽大眾的FIS系統，以及PLP系統，四者無縫對接，真正做到了生產與物流管理的系統化、一體化、透明化和智能化。
系統方案架構
PLP系統是一汽大眾的物流總控平臺，它通過WebService接口，將零件包裝信息、零件主數據、超市入庫單據等入庫相關數據下達至iWMS系統，作業員使用iWMS系統通過REST協議具體的作業任務給RCS系統，RCS系統再向機器人下達搬運動作指令。iWMS可實時反饋執行結果給上層業務系統，保證信息的可視化追蹤。
而一汽大眾的FIS系統控制工廠所有的車輛生產排程，它根據生產計劃，將生產每輛汽車所需的零件清單統計後下發給生產和物流系統，生產和物流系統據此安排產線資源和物流資源，從而保證生產全過程信息的一致性以及生產信息跟蹤的及時性，PLP系統同時也下發一份生產計劃給iWMS系統，iWMS系統同樣據此生成超市的零件揀選出庫計劃，保證超市零件能按時揀選出庫並精準送至產線各個工位。
RCS 集群調度移動機器人
RCS負責可控制範圍內的全部機器人的任務分配、調度及運行維護。RCS可建立機器人的“世界模型”，將廠區、倉儲地圖轉換成機器人能夠識別的模型數據，從而實現任務的最優分配、路徑的最優規劃，使系統能發揮最佳的工作效能。另外，RCS可以監控移動機器人的運行狀態，當機器人出現故障，系統將會自動生成信息發送預警通知至運維人員處，並給出相應的處理意見，真正做到智能運維，實時反饋。
FIS系統、PLP系統、iWMS系統、RCS系統組成了整套智慧物流系統，多系統協同聯動，數據互通。智慧物流系統的架設，可以對一汽大眾佛山工廠生產基地的生產管理流程持續提供重組和優化的數據支撐，為企業提高企業生產管理水平打下堅實基礎，使生產管理更加信息化、自動化、數字化和科學化，有利於實現建立“智能工廠”的目標。
“超市2.0”解決方案與作業流程
汽車製造工廠中零部件的存儲和揀選倉庫被稱為“超市”。佛山工廠為全球首例大規模使用二維碼導航技術和自動化模式管理的零部件超市，超市面積約3000平方米，使用47臺機器人，存儲500多箱零件。
在一汽大眾佛山工廠項目規劃時，經過提煉各種複雜的業務場景，解決6大類、104個系統相關問題後，攻克了項目的三大關鍵環節：通用件區分、技術更改零件切替、選裝零件排序，從生產零件的倉儲、揀選、排序、配送，整個作業流程全部由移動機器人系統來完成，實現了零部件的自動化存儲和運輸，覆蓋了佛山工廠生產基地的生產車間和零部件倉庫。
移動機器人與叉車協同補貨
以選裝零件排序難題為例，由於佛山工廠是混線生產作業模式，奧迪、大眾共用同一條生產線，每一臺車的配置都不全相同，如果把每個工位所有的零件都擺到生產線，生產線邊既沒有那麼大的位置，生產線工人找到正確的零件也很困難，所以通過超市系統，對生產線車序進行解析，嚴格按照生產的車序進行排序，生成零件的順序清單，再使用機器人完成超市零件的順序調度和工作臺順序揀選。
同時，在佛山工廠中，生產零件的揀選實現了“貨到人”物流作業模式。備貨員通過工作站目視化揀選，只需要站在原地從器具中揀選所需零件，當某一個零件揀完後，機器人會帶著器具自動離開揀選位返回庫內，後面排隊的機器人自動補充至揀選位置。“貨到人”揀選技術的應用與原有人工庫“人找貨”的作業模式相比，減少了超市作業人員數量，提高了揀選準確率，同時也極大減少了備貨員行走找零件的耗時和作業勞動強度。最重要的是超市系統自動排序，無需再費時費力的對生產計劃零件進行人工排序。
項目亮點
1.廠內物流模式的創新
佛山工廠是汽車製造行業全球首例大規模使用二維碼導航移動機器人的零部件超市。在引入移動機器人系統後，將傳統汽車零件超市“人找貨”的固有零件存儲、分揀、排序的人工模式，轉化為高效、便捷、智能的“貨到人”的揀選和排序出庫模式，不僅解決了傳統倉儲管理的問題，更實現了對汽車零部件的智能化倉儲信息管理、自動化準確排序、人性化揀選出庫，明顯提高了汽車零件超市的工作效率。
“貨到人”揀選
iWMS系統根據一汽大眾生產計劃可自動生成零件排序出庫工單，智能、準確、高效。排序揀選工作站規劃為高效的庫區雙側陣列布局，物料存儲區採用精益分區智能管理設計。機器人根據先進高效的算法和系統平臺準確的調度，實現汽車零部件的精確按序出庫。揀選站採用雙屏獨立顯控屏，具備人性化的友好顯示界面和多功能顯示模塊。
出庫運輸
入庫運輸
2.移動機器人的功能優勢
在一汽大眾佛山工廠生產基地車間內，移動機器人靈活穿梭於零件超市倉儲區、入庫區和分揀區之間，井然有序；揀選站，移動機器人按照系統規劃路線，準確嚴格的按零件出庫順序將貨架送貨到相應揀選站點，到位停穩後，安全指示燈亮起，人工按照工作站顯示屏指示信息，從移動機器人貨架上的指定位置、指定數量進行零件揀選；然後再按照另一個顯示屏的位置指示信息，將揀選出庫的汽車零件，按順序要求放到排序器具上。當前貨架揀選完成後，機器人搬運貨架離開揀選位，後續移動機器人自動跟上，前移至當前揀選工位，進行下一個工單的排序揀選。當前沒有工作任務時，機器人會自動返回至巷道交互區暫駐休眠，等待新的任務指令或者根據自身電量的多少，自動去充電樁充電。
移動機器人自主充電
據智能設備提供方介紹，移動機器人的優勢主要體現在如下幾點：
（1）應用行業領先的“視覺導航+慣性導航”技術，機器人定位精度達到毫米級；
（2）兩輪差速驅動，運行速度能達到1.0米每秒；
（3）作為行業內一項重要創新，機器人支持自動跟隨，柔性運動，使得產線佈局更加靈活；
（4）在動力方面，機器人配備大容量磷酸鐵鋰電池，結合智能能源管理系統，可實現7×24小時連續運行，且電池完全充放電壽命高達1500次；
（5）機器人內置激光、紅外避障檢測，具有自動障礙避讓功能，並能夠智能交互指示燈、交通燈、交通道閘等確保運動過程中人、機安全；
（6）機器人採用大平面舉升盤，保證了所搬運大尺寸料箱的平穩性，並擁有優秀的抗偏載、防傾斜的安全性和穩定性。
3.對機器人的實時監控
在一汽大眾佛山工廠生產基地智慧倉儲物流系統的應用過程中，還有一點尤為值得一提，那就是對移動機器人的實時監控，這對能否保障整個系統順暢運行至關重要。可通過大型拼接屏顯示機器人實時運行狀態，人工使用配備的Pad也能夠完成在線移動監控。管理者可實時瞭解機器人硬件設備狀態與運行效率；與此同時，根據數據報表、熱力圖分析，可以實時規劃機器人的行走路徑。Pad實時監控是為項目定製開發的新應用，擁有任務調度、控制干預、告警管理、運維管理、設備查詢等多個功能模塊，在可控範圍內能夠對機器人有效監控，實現作戰室控制檯70%左右的功能。
Pad 實時監控
項目收益
“超市2.0”解決方案實施後，效果顯著，為佛山物流部優化縮減備貨和補貨人員20%以上，減少7臺牽引車設備，縮減原超市管理區域面積20%以上，項目固定資產回收週期小於3年，超市區域出庫準確率提升至100%以上，供產線零件及時率100%，上線後產線實現生產0停臺。
“超市2.0”解決方案的成效可總結為以下五點：
第一，超市2.0方案的“貨到人”模式更人性化，降低了員工工作強度，減少了佔總工時30%的無效行走；
第二，超市2.0提高了汽車零件超市整體的工作效率和準確率，後端智能調度系統和圖形化揀選指示使得揀選錯誤率降低為零；
第三，全程無人的標準化補貨運輸過程，讓作業質量大幅度提升；
第四，供應商的RCS、iWMS和一汽大眾的FIS、PLP系統協同聯動、數據互通，真正做到智能運維、實時反饋，讓生產運營管理水平進一步提升。
第五，也是最重要的一點，超市2.0方案相對於傳統物流超市具有更高的柔性，新車型併入等前提變化導致的方案調整都可以通過動態庫存佈置、智能系統負載均衡來輕鬆應對，節省了大量的重複規劃工作。
竇恆言指出，一汽大眾倡導“精秩物流理念”，精準的需求預測、單元化的供應組合、透明的供應鏈管理以及用戶交付的秩序是一汽大眾物流人的追求，而全過程自動化的智能物流是重要目標之一。在項目規劃過程中，項目組開發了一系列的智能運籌算法，用於佈局方案、設備調度仿真等規劃工作，實現了生產柔性，有助於柔性交付。項目除了本身帶來的每年數百萬的經濟效益以外，還起到了很好的新型數字化、自動化解決方案的探索示範作用，在智能製造方面處於行業領先水平。
本項目的落地，為一汽大眾工廠裝配總線提供了強有力的物流支持，為一汽大眾建設智能工廠、打造智慧物流系統給出了一份各方均滿意的答卷。
