摘要：为提高柴油发动机气缸盖生产线物流自动化及智能化水平，以某气缸盖机加工生产线为例，应用机器人、AGV等自动化技术，自动识别技术，数据库及人工智能技术等，从物流规划、实物流管理、信息流管理等方面，提出生产线智能物流解决方案，提高生产线智能化、数字化管理水平。
关键词：智能物流、物流规划、生产线物流
引言
随着工业技术的不断发展，现代化加工生产线对加工生产线的物流需求不断提升，从毛坯来料接收、上线、加工、入库等，需要实现全自动运行，同时生产数据自动采集、自动计算、自动执行生产计划，形成闭环管理系统。某发动机气缸盖加工生产线物流自动化规划不足，大量使用人工上下料及叉车转运，在制品存放区域受限，大量在制品线边存放。同时生产线信息化建设不完善，在制品盘点主要依靠人工清点，在制品透明化及先进先出难以执行。
本文主要以柴油发动机气缸盖生产线物流智能化改造为切入点，从物流规划、生产线实物流管理、生产线信息流管理等方面进行设计开发，建立一套自决策、自执行的物流模式，实现生产线物流的智能化管理。
一 生产线物流规划
某气缸盖加工生产线生产节拍240s/台，两班制单件流生产，从工序外协半成品开始加工，加工内容包括打标记、加工导管座圈孔、喷油器孔等机加工工序，装配碗形塞、气门导管、气门座圈、喷油器衬套等外协零部件，最终清洗，入库，加工完成后通过辊道入总装车间装机。该气缸盖生产线对应总装车间生产节拍120s/台，单班制生产。由于加工生产线节拍与总装生产线节拍不匹配，造成加工生产线排产较为复杂，人工干预较多。针对上述情况，本文制定加工生产线多品种共线生产的物流智能化改造方案，加强过程管理，提高生产效率。
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1.来料接收
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设置外协半成品及外协零部件缓存库，按照外协半成品及外协零部件固定投料间隔时间，单台缸盖装机数量、零件包装规格及尺寸，合理制定各种物料的库位大小及每批次投料明细。同时，设置紧急要料端口，应对生产线计划临时调整导致的物料需求变化。
外协半成品及外协零部件到货后，人工叉车放置于卸货货架，货架配置RFID读写装置，自动读取托盘RFID标签，快速获取物料件号、供方、批次号及数量等物料信息，上传生产线物料管理系统。AGV从卸货货架接料，自动转入缓存库存放，记录存放库位，缓存库布置如图1所示。
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2.工件上线、打标记❖
生产线自动上料设备根据加工生产线MES计划，自动发出物料需求信号至AGV调度系统，AGV调度系统控制AGV小车至外协半成品及外协零部件缓存库对应库位，自动接料并转运至自动上料设备。
自动上料设备自动获取MES计划及该工位物料BOM，通过读码器扫描外协件二维码信息与物料BOM对比，件号一致则自动上料，若件号错误则自动剔料至不合格剔料托盘。根据MES计划，打刻工件二维码及明码标记，二维码及明码标记作为气缸盖的唯一身份信息，加工生产线所有加工、质量及生产信息均和二维码关联、绑定。气缸盖二维码信息包括工件件号、生产线代码、流水号及特殊代号，流水号信息不允许重复。
各工序外协半成品及外协零部件上料完成后，剩余空托盘通过机械手或输送辊道转移至集中位置，由自动堆垛机构自动堆垛存放。空托盘堆垛完毕后，自动触发信号至AGV调度系统，AGV调度系统控制AGV小车将空托盘拉走，返回缓存库。
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3.工件加工
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每个工位前配置二维码读码器，工件到位后，接近开关触发PLC信号至读码器，自动扫描该工件二维码，记录该工件在本工位的到位时间、离开时间，并将信息上传至MES系统。针对在线测量设备，将在线检测结果与工件二维码信息关联绑定，在本地数据库存储，同时上传MES系统，生产线质量管理人员可登陆MES系统，从MES系统内查询在线检测结果，用于质量信息的采集及追溯。针对装配碗形塞、气门导管、气门座圈等装配工位，操作者使用扫描枪把外协零部件的件号、生产厂家及批次号信息，记录于MES系统，同时MES系统自动建立每个缸盖的装机档案，记录各个子零件的件号、生产厂家、批次号及扫描时间等信息，用于生产过程数据管控。
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4.工件入库，转总装
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入库工序配置自动上下料系统，利用机器人、AGV等设备，实现工件的全自动下料、存储、排序及总装投料。
（1）工艺流程
前工序单件来料，通过机动辊道进行输送，在扫码工位自动扫描工件二维码信息，在下料工位机器人抓取缸盖全部下料至A/B托盘，A/B托盘料满后由AGV转运至缓存库进行存储，同时下料缸盖信息写入托盘RFID电子标签，系统自动记录该托盘缸盖件号、数量及存储库位信息。总装车间需求缸盖，由机器人从C/D托盘抓取缸盖至上料工位，入总装车间，上线顺序为总装车间装机计划，从MES系统获取。
（2）物流控制逻辑
自动上下料系统内部物流采用背负式AGV输送，实现缓存库与机器人拆码垛区域的工件转运。机器人拆码垛区域拆码垛逻辑，以极限情况举例：前工序缸盖不是总装车间当前装机件号，由机器人从下料工位下料并在A托盘码垛，B托盘作为备用托盘，当A托盘料满后由AGV转运至缓存库，转运过程中机器人将缸盖下料至B托盘；总装车间需求缸盖从C托盘拆垛后放置于上料工位，D托盘作为备用托盘，当C托盘料空后由AGV转运至缓存库，转运过程中机器人从D托盘上料。
（3）缸盖存放托盘设计方案
为实现缸盖的自动下料及码垛，需对下料托盘进行专门设计，本次设计下料托盘采用注塑川字底托+吸塑隔板，底托与吸塑隔板之间采用螺栓固定，缸盖双层摆放，每层4台，顶部无需盖板，总高900mm左右。底托带RFID电子标签，电子标签信息包含缸盖件号、生产线、流水号及数量等信息，可利用RFID读写头自动读取相关信息。托盘结构如图3所示。
（4）缸盖缓存库缺料或料满时解决方案
当总装生产线故障停机时，加工生产线缓存库会出现库存满料，生产线入库的工件无法及时下线存放。为解决该问题，自动上下料系统配置外部AGV/叉车接驳位，缓存库满料时，有AGV把缸盖转运至AGV接驳位，人工叉车把缸盖转走，实现该缓存库与外部库存间的物料流转。
二 实物流管理
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1.虚拟库管理
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根据生产线物料管理需求，在ERP系统设置半成品库、材料库、返修库及成品库共4个虚拟库，用于生产线物料信息管理，虚拟库信息包括物料件号、数量、出入库时间等信息。各虚拟库之间，以MES系统作为数据采集入口，实现物料的相互流转、对冲。ERP系统设置的4种虚拟库功能如表1所示。
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2.物料出入库流程
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通过扫描物料批次码，自动获取物料信息，实现物料信息扫描入库、出库；以工艺路线为支撑，根据各工序装配BOM，自动冲减材料库库存明细，最终进入成品库。各虚拟库物料相互冲减，形成透明化管理，各虚拟库之间物料转移流程如图4所示。
三 信息流管理
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1.生产计划
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生产计划生成：以第2天的总装车间装机需求为主，综合考虑加工废品率及成品在制数量，自动生成当天气缸盖生产计划，生产计划信息包含缸盖件号、工艺路线、替代项、上线日期。加工车间生产计划生成规则举例如下：
第二天总装车间装机需求A件号缸盖30台，B件号缸盖20台，C件号缸盖40台，D件号缸盖60台，加工车间成品在制为A件号缸盖10台，B件号缸盖0台，C件号缸盖20台，D件号缸盖5台，则当天加工车间生产计划A件号30-10=20台，B件号缸盖20-0=20台，C件号缸盖40-20=20台，D件号缸盖60-5=55台。
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2.工艺质量信息
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生产线以生产计划为主线，工艺+质量检验为支撑，实现工艺文件、质量信息的实时查询及记录。所有质量检验记录依托缸盖二维码信息进行存储，便于后续质量问题追溯。
四 总结
通过实施上述气缸盖生产线物流智能化改造，气缸盖生产线从来料接收、上线、打标记、加工、入库、转总装等流程全部自动化运行，取消了人工上下料及人工叉车，减少操作人员3人/班次，生产效率提升了20%以上。通过建立半成品库、材料库、返修库和成品库等虚拟库存，并与生产线自动化设备集成，实现生产线库存信息与实物的实时更新，在制品信息准确率达到100%，解决人工盘点效率低、准确性差等问题。同时气缸盖在各个工序的流转时间、装配零件信息、质量检测结果，都与缸盖二维码信息关联绑定和存储，极大方便了信息的追溯。
