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智能工廠的智能物流規劃

  2020年07月28日 本站原創
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智能工廠是實現智能制造的重要載體,智能工廠的建設過程中,智能物流的規劃與設計是核心內容。與傳統的以產品和生產線為中心的工廠規劃理念不同,智能工廠的規劃需要考慮未來大規模客戶定制和物聯網的大背景,以客戶為中心,遵循“大物流、小生產”理念,實現客戶、研發、采購供應、生產、服務等全價值鏈的“精益流動”。智能物流是聯接企業上下游之間、以及企業端到端價值鏈各個環節的集物流、信息流、資金流于一體的重要橋梁,因而智能物流的規劃是智能工廠能否實現智能化精益流動的關鍵所在。

智能工廠的智能物流規劃

一、智能工廠物流規劃的主要內容

智能工廠的物流規劃與生產設備設施布局規劃、以及生產線的精益改進同時進行,相互協調,互為支撐,主要的內容包括:

1.園區的整體物流布局:包括園區外物流與園區內大物流,依據物流與人流的大數據分析,量化生產區、辦公區、生活區的物流關系,設定園區出入口,策劃園區內主次干道及流向,布局物料倉及成品倉區域,特別考慮安全要求高的附屬設施布局需求。

2.車間內部的物流布局:按照物流路線最短、物流強度最低原則,布置生產功能區,以及相應的生產輔助功能區,特別考慮物料中心的配置,以及物料揀配中心的功能需求。

3.生產線物料配送方案:識別每一顆工序物料,以及生產斷點物料(半成品)的物流特征,通過PFEP分析,配合生產線工藝改進選擇物料配送模式,比如單料與多料配送、補貨式與周轉式配送、批次成套與單臺成套配送等。

4.智能倉儲與搬運設計:依據物料配送方案,設計相應的物料揀配方案、物料倉儲方案、以及物料輸送方案,包括物料立體倉儲及卸貨區設計、成品倉儲及出貨碼頭設計、智能物流分揀設備/輸送設備的選用等。

5.基于物流的工序工裝容器設計:依據物料配送方案、揀配方案和輸送方案,設計相應的物料容器、物料車、物料架、掛具等,充分考慮物料工裝的標準化、系列化、規范化,便于信息碼的應用及網絡化集成。

6.物流設施信息網絡化集成:物料信息采集與識別的策劃,智能物流設備的信息聯網,以及與生產計劃調度APS、生產執行MES、采供供應鏈SRM、以及客戶管理CRM等系統的交互集成,確定數據接口標準、交互規則等。

二、智能工廠物流規劃的原則

智能工廠物流規劃是傳統物料搬運設計的升級迭代,結合信息化、網絡化、數字化技術的普及應用,從而實現物流的智能化,主要規劃原則有:

1.物流強度最低原則:綜合平衡各功能區物料/半成品的需求,計算配送距離、配送頻次,使工廠整體物流強度降到最低。

2.物流成本最低原則:物流設備設施的負載及物流速度的選擇以匹配合理為主,兼顧柔性化和投資效益回報率。

3.空間利用率最高原則:充分利用工廠立體空間,布局生產線和物流設施,提高單位面積產出效益。

4.柔性適應生產模式的變化:物流系統要能適應工廠不斷變化的市場客戶需求,包括產品、工藝、產能的變化,以及未來智能化的更高需求。

5.統一的物流工裝容器:簡化物流工裝容器的規格系列,工廠盡可能采用統一的物流工裝容器,減少特殊專用物流工裝。

6.物流信息即時可視化:工廠可視化看板中,物料/半成品的物流信息應當即時顯現,以監控物流現狀和異常,更好地服務于生產。

三、智能工廠物流規劃的方法

智能工廠物流規劃的方法很多,影響因素也很多,比如企業產品工藝特征、生產模式、以及工廠規模定位等都是影響因素。主要的物流規劃方法有:

1.工廠整體物流布局的規劃方法

離散型制造企業整體物流布局是以產品BOM和裝配關系為核心的,而流程型制造企業的物流布局則是要建立在產品材料配方及材料物理化學變化過程基礎上。二者核心基礎差異較大,但是在整體物流布局方面仍然有相同的規律可循。目前國內工廠布局常用的設計方法主要是系統布置設計SLP法,并結合精益思想進行了拓展及延伸。比如設施作業單元相互位置模型、作業單元布置算法、以及并行混合遺傳算法(PHGA)的應用等。對物流布局方案的優化算法有兩大類:1)是逐步推定法,它是按一定選擇原則把工作單元一個接一個置于空的生產面積中去,CORELAP、ALDEP等屬于這類算法;2)迭代改進法,它是在一個初始布局基礎上通過交換工作單元位置來取得更好的目標函數值,CRAFT、MOCRAFT等屬于這類算法。

2.生產線的設計方法

新工廠的設計過程中,首先要對生產線現狀進行系統調研診斷,找出當前存在的問題和不足,結合智能裝備、智能物流的應用,重新規劃設計新的生產線,以實現效率、效益、質量大幅提升的目標。裝配型流水線的改善與設計一般采用“十步漏斗法”,從PQ分析、工藝分析、平衡分析到改善項目挖掘及實施,逐步深入改善流程、工序、工步、動作和動素,改善效果顯著,設計效率高。離散加工型單元線一般采用“之字法”進行設計,與“十步漏斗法”不同的是,需要進行深入的PR分析、設備選型分析以及設備負載分析,然后通過物流強度的測算給出單元線布局方案。兩種方法既可以用于新生產線的設計,也可以用于舊生產線的改善與升級。

3.生產線物料配送方式的選擇

智能工廠物流規劃的核心是生產線物料配送方式的選擇,這決定了物料取用的方式、物料輸送的方式,進而影響到物料存儲的方式以及物料的分揀配送設施的選擇。

對于生產線上的一個工序而言,物料暫存的合理空間是有限的,作業人員的取用空間也是有限的,那么物料的數量和配送頻率就需要進行測算,物料的容器和運輸工具就需要進行規范設計。常見的工序物料配送模式有:

1) 單料配送:一個工序所需要的幾種物料,都單獨配送到工序現場,不需要揀配,但物流配送頻率高,現場占地面積大。

2) 多料集中周轉式配送:一個工序所需要的幾種物料,按配比集中成套配送到工序現場,需要揀配,配送頻率降低,現場占地面積小,可實現自動補給。

3) 多料集中補貨式配送:多料集中配送時,需求量大的物料需要單獨增加配送頻次進行補貨,不易實現物料自動補給。

4) 單套隨行配送SPS:一臺套物料與生產線隨行,節拍一致,揀配工作量大,但配送點和配送頻次大大降低,對產品質量提升亦有很大幫助。

4.智能物流技術的應用設計

傳統的物流設備設施,比如常見的行車、叉車、滾筒線、皮帶線、貨架等,多數不能與信息化系統互聯,已經完全不能適應智能化的要求,因而現代智能化物流設備設施的合理選用與設計也是智能工廠規劃的重要內容。常見的智能化物流技術有:

1) 智能立體倉儲技術:是堆垛技術、控制技術、自動識別技術、數據挖掘技術、人工智能技術、GIS技術等組成的綜合技術。目前經常選用的有巷道式立體倉、垂直升降式立體倉和水平回轉式立體倉,前者適合大物料、棧板托盤物料,后兩者適合小物料,或者有環境特殊要求(溫濕度、耐腐蝕等)的物料存儲,且一般配有自動/半自動揀配功能。立體倉一般有獨立的WMS和WMC控制系統,可以與MES或ERP交互互聯。

2) 智能輸送技術:智能輸送設備由行走機構、傳感系統和控制系統三大部分組成。常見的有機器人、AGV、RGV、積放鏈、摩擦鏈等,目前這類設備技術日臻成熟,應用實踐廣泛,可靠性有大幅提升。

3) 智能揀選技術:常見的智能揀選技術摘果式揀選、播種式揀選、語音揀選、燈光揀選、AR/智能眼鏡揀選等,智能揀選設備有智能揀貨小車、帶式自動分揀機、斜導輪自動分揀機、滑塊式自動分揀機等。

4) 智能識別技術:是以計算機、光、機、電、通信、人工智能等技術的發展為基礎的一種高度自動化的數據采集技術。二維碼、無線掃描儀、PAD終端、RFID電子標簽等應用比較廣泛。

5) 智能物流集成技術:是將智能識別技術、智能輸送技術、智能倉儲技術等進行有機整合,通過統一的標準集成系統軟件與硬件設備。

四、智能工廠物流規劃的效果

以上智能工廠物流規劃的方法,是我們在智能工廠規劃咨詢項目實踐中逐步摸索和優化出來的,同時又指導應用于新智能工廠的規劃,對于智能化物流的建設起到了顯著的推進作用,效果顯著。

智能工廠的智能物流規劃

據不完全統計,智能物流可以降低工廠物流強度60%以上,物流人員減少50%~80%,生產現場在制品數量減少一半以上,生產周期縮短30%以上,產品質量合格率增加20%-40%,綜合生產成本降低20%以上。

 

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