江西景旺电子智慧工厂的自动化物流系统创新

 行业新闻         |    2018-12-13 18:47

文|山西东杰智能物流装备股份有限公司

陈鹏州

项目将工厂一期与二期的生产物流系统进行统一规划,针对老厂房的现实条件,并兼顾成本因素,研发了堆垛式AGV等创新产品,以先进的解决方案满足了制造企业提高物流自动化、信息化水平的需求,具有行业示范意义。

景旺电子(深圳)有限公司是一家实力雄厚、知名度高的大型企业,在印制电路行业全国排名第23位,国际排名第66位,是深圳线路板行业最具成长性的龙头企业。江西景旺精密电路有限公司(简称“景旺电子吉安工厂”)是景旺电子(深圳)有限公司在吉水县投资设立的全资子公司,专业生产高密度、多层、柔性及金属基电路板,广泛用于航空航天、电子设备、家电产品等多种领域,总投资30亿元人民币,是江西省电路板行业投资规模最大的项目。该项目于2012年4月动工建设,占地600亩,总建筑面积25万平方米,建成后年产量220万平方米,年产值48亿元,年创税收1.1亿元。

景旺电子吉安工厂外景图

景旺电子吉安工厂二期新建厂房项目始于2017年,在2018年5月正式投产运行。其中一个重要工程是工厂物流自动化改造项目,由山西东杰智能物流装备股份有限公司负责设计与实施。该项目将工厂一期与二期的生产物流系统进行统一规划,针对老厂房的现实条件,并兼顾成本因素,研发了堆垛式AGV等创新产品,以先进的解决方案满足了制造企业提高物流自动化、信息化水平的需求,具有行业示范意义。

一、项目背景及概况

电路板制作领域的板料仓、WIP中转仓、成品仓、干膜仓、测试架及辅料仓的存储运作一直以来都是采用人工叉车作业方式,自动化和信息化程度低,人工叉车在车间穿梭对企业仓储作业安全及环境卫生都存在隐患,同时生产效率较低,因此景旺电子吉安工厂亟需对原有的搬运方式进行改进。

东杰智能和景旺电子共同研讨,创新性地制定了可引领行业发展的自动化物流系统方案。此方案在兼顾仓库存储的高度灵活性与简化存储流程的情况下,实现了板料、WIP料及成品的自动入库与工序间物料转运的自动衔接;同时使切割板料、车间要料及成品呼叫托盘的自动搬运顺利完成,达到了节约人力资源、提高生产效率、提升企业形象、减少生产区域人员流动、提高卫生要求的目的。方案所用的AGV采用多重保护方式,保证了搬运过程中人员及设备的安全。

该自动化物流系统主要组成部分包括:

(1)板料仓,2台载重4 吨堆垛式AGV 以及相应配套 的货架、输送机;

图1:承载4000kg的AGV

(2)WIP仓,2台载重300kg堆垛式AGV以及相应配套的货架、提升机、 输送机、钢平台;

图2:承载300kg的AGV

(3)成品仓,2台载重800kg托盘式AGV以及相应的货架;

(4)干膜仓,在线缓存输送机及提升机1台;

(5)测试架及辅料仓,四向穿梭车+提升机,配合货架,组成箱式自动化存取系统;

图3:四向穿梭车存储系统

(6)线边包材仓WMS系统。

此外,还有配套的仓储管理系统WMS、仓库控制系统WCS和 AGV 调度管理系统。

二、项目难点与解决方案

这是一个电子行业生产企业的物流改善项目,此前在厂内物流方面的问题与难点如下:受厂房结构、生产工艺要求及生产线布置的影响,仓库存储空间利用率低;上下道工序间物料搬运不便,对人工的依赖程度高;辅料SKU较多,人工拣选作业效率低。经过分析不同区域的仓储作业难点与景旺电子吉安工厂的实际需求,东杰智能创新性地制定并建成了适合该企业的物流解决方案。

1.板料仓

项目难点:

(1)厂房属于旧厂房改造,厂房有效利用高度不足4.6米,存储空间极其有限;

(2)板料单元尺寸为2200×1300×780mm,重量达到4000kg;

(3)生产需求节拍23托盘/小时,库存必须满足1300托盘的存储量。

解决方案:灵感来源于窄巷道叉车的作业模式。东杰智能定制研发了可左右伸叉的堆垛式AGV(激光导航),使其在托盘横梁式货架内作业。在货架通道内AGV无需旋转货叉,也无需掉头,可以直接从两侧的货架叉取货物,提高了存取作业效率;同时,堆垛式AGV独特的结构使货架底层货物距地面高度降到了0.5米,顶层货物距库房顶部缩小到0.2米,巷道宽度也减小到1.8米。这使厂房(现高度4.5米)货物可存储层数由3层增加到5层,货架排数增加20%以上,极大地提高了空间利用率。方案在满足存储量的同时,实现了库内的无人化作业。

2.WIP中转仓

项目难点:

(1)厂房有效利用高度不足4.6米,平面尺寸30×6.6平方米,存储空间有限;

(2)开料单元尺寸800×800×500mm,重量300 kg;

(3)生产需求物料出入库节拍达到22托盘/小时,库存能满足至少400托盘的存储量;

(4)与上下道工序间物料的流转需要人工搬运。

解决方案:库内采用横梁式托盘货架,布置5层,2个巷道,巷道宽度1.5米,配置2台轻型堆垛式AGV(激光导航),可在狭窄空间内四向平移,满足库内无人化高效作业要求。相比传统AGV,该项目所用AGV 可24小时不间断作业,移动灵活,占用空间通道小,库内空间存储率高。库外通过输送机、提升机及小型顶升AGV等输送设备,实现物料在开料线、中转库、制料工序间的自动流转。

3.辅料+测试架仓

项目难点:

(1)辅料SKU种类多,人工拣选配送效率低;

(2)存储管理困难;

(3)存储空间利用率低。

解决方案:结合货到工位的配送方式及配套的四向穿梭车密集存取系统(见图4),采用标准周转箱作为存储、配送容器,有效的解决了SKU种类多、人工拣选、人工配送的问题,提升了工作效率。

图4:顶升机器人

此系统存储量大,存储灵活,也能适应变化多样的订单结构,以合理的投资达到最高的回报率。此模块化的解决方案恰当的配置在可以使用自动化设备的区域,得到了客户的赞同与认可。

4.其它工序配送

项目难点:

(1)厂区大,物料在工序间长距离周转,周转效率低;

(2)配送工位零散、不集中;

(3)叉车交叉作业,存在安全隐患;

(4)厂房内洁净度差。

解决方案:适度的在工位处采用自动化输送设备,尽可能将人工解放,工位间的长距离输送全部通过 “顶升机器人”自动配送(见图5),整个配送线路无人化,也无需单独铺设轨道,低成本、高效率解决了交叉作业带来的安全隐患,提高了周转效率。

图5:自动化立体仓库上位系统结构图

5.板料仓、中转仓、成品仓、干膜仓、辅梁仓及线边包材仓的数据信息管理分散,自动化、信息化程度低

解决方案:整合各仓数据信息,利用WMS系统进行统一管理,并对接MES、OA、EBS及顶升AGV 4个系统,实现了景旺电子生产叫料、物料配送、周转与成品出入库的无缝对接。 

三、技术突破与应用创新

为了实现景旺吉安工厂提高产能、降低成本、减少损耗、精确管理的整体规划目标,东杰智能积极实施改进解决方案,为其提供了高效化、节能化、智能化、人性化控制管理系统。在整个项目的调研、规划、设计过程中,东杰智能对设备的选型、结构、性能进行了全新研发与优化,多项技术及应用取得重大突破创新,达到国内乃至国际领先水平。

1.堆垛式AGV的突破与创新

堆垛式AGV双向伸叉,四向平移,有效减小了通道宽度; AGV工作时,库区外使用蓄电池供电,库区内采用在线取电、充电方式,改变了传统AGV的充电作业模式,有效解决了大吨位AGV的续航问题,可实现全天24小时无间断作业;同时,在承载4000kg的情况下,提升高度仍可达到4.5米,使库区存储能力总体提高50%以上。

该系列AGV可广泛用在低矮厂房内,能帮助客户实现自动存取货物、自动化、无人化管理、并大幅提高存储能力、节约存储空间的目标,有效解决行业内老仓库自动化程度低、厂房利用率低、改造成本高的行业痛点,属于国内首创。

2.货到工位的拣选配送方式与四向穿梭车密集式仓库存储的结合应用

辅料+测试架仓使用先进的货到工位拣选配送方式,使员工的工作条件得到了极大改善。货到工位模式在最大限度节省人力的情况下高效处理订单。四向穿梭车密集存储系统采用标准化、模块化设计,方便未来业务扩展,能够高效地存取、配送,让存储更方便快捷,仓库管理更加可靠。在控制系统不变的情况下,还可适当增加穿梭车数量,提升存储能力和吞吐能力,灵活适应各类作业流程以及业务变化。

3.WMS系统与WCS系统的完美结合

WMS系统与WCS系统是景旺电子吉安工厂自动化立体仓库项目的灵魂,其设计与开发直接关系到整个项目的成败,系统不但要能够完成出、入库操作管理,还要能够对库存数据进行分类查询以及报表生成及汇总,同时要与其它系统对接。

该方案中WMS与WCS系统,采用信息管理级——过程监控级——实时控制级三级联网的在线联机方式,通过过程监控级实现了各级间的通信传输及信息交换,确保了系统的可靠性和实用性。

该系统主要由数据库服务器、管理计算机、监控计算机、无线基站AP、无线手持终端以及各客户端与网络交换设备等组成(系统拓扑结构图如图6所示)。系统支持网络管理及无线手持终端(Hand Terminal)的移动数据采集模式,解决了因货物放置分散而引发的数据采集困难等问题,使管理人员对货物的存放位置能够灵活掌握,解决了入库、出库、查找、盘点等操作中可能出现的困难,提高仓库管理人员的工作效率,减少库存资金占用,提高货物利用率,降低库存损耗。

四、效果分析 

采用先进的系统集成方案和物流设备后,景旺电子吉安工厂提升了货物存储能力和运输能力,减少了人员的交叉作业,基本实现了智能化、信息化、网络化、无人化的物流管理。这一周密的解决方案能够为该工厂全年提供不间断的高效服务,为未来的发展奠定了坚实的物流设施基础。此项目解决方案之所以能够圆满完成,源于东杰智能与景旺电子的密切合作。该解决方案使景旺电子在应对新产品变化方面更加灵活、快速,同时极大提高了产品供应速度。

目前国内很多制造企业亟需进行技术升级,提高自动化程度,但局限于厂房高度(多为6米)、改造成本高、投资回报率低、厂建缺资等因素,面对巨大的市场潜力,却只能望洋兴叹。本案例中堆垛式AGV的创新突破,以及自动化存储、输送设备与生产线的融合等技术的创新应用,具有布局灵活、空间利用率高、不间断作业、可按需配置设备数量等优点,使其可以满足绝大多数的应用场景,正好解决了行业痛点,填补了国内市场空白,为国内电路板行业智慧工厂的发展做出了新的探索,树立了行业新标杆。该项目对于推动国内电路板行业的自动化升级具有重大意义,也为其它各行业的改造与创新提供了创新思路和发展方向。