諾力物流系統平臺型“未來工廠”的建設與創新

文/ 本刊記者 王玉

諾力通過物流系統平臺型“未來工廠”建設，實現全流程、全周期的智能化、精細化制造，極大提升了產業供給能力和柔性化制造能力。其中智慧物流項目建設極具亮點，“智能倉儲”、“精準配送”兩大物流場景已經入選工信部發布的“2022年度智能制造優秀場景公示名單”，為制造企業工廠智慧物流建設帶來了成功經驗?！?/p>

諾力智能裝備股份有限公司（原名浙江諾力機械股份有限公司，以下簡稱“諾力”），由成立于2000 年的長興諾力機械有限責任公司整體變更設立，于2015 年在上交所A股主板上市。

20余年以來，諾力通過不斷的技術創新和有計劃的規模擴張，發展成為能夠同時提供物料搬運設備、智能立體倉庫、智能輸送分揀系統、AGV及其系統、供應鏈綜合系統軟件以及智能制造全系統整體解決方案的公司；其裝備制造能力居行業翹楚，輕小型工業車輛更是連續17年市場占有率領跑全球，電動倉儲叉車銷量在國內領先。

面向制造業高質量發展的新需求，諾力打造了物流系統平臺型“未來工廠”（以下簡稱“未來工廠”），其中“智能倉儲”、“精準配送”兩大物流場景已經入選工信部發布的“2022年度智能制造優秀場景公示名單”，為裝備制造企業的數字化、服務化、集成化發展提供了成功經驗。

一、“未來工廠”規劃與布局

諾力“未來工廠”項目位于浙江省湖州市長興縣中央大道1888號，建設時間為2019年1月至2021年12月，總投資2.01億元，其中設備投資（包含軟件）1.61億元，2021年底已全面投產。

諾力物流系統平臺型“未來工廠”，是以物流中心化的規劃設計理念，意在打造“物流搬運設備生產智造鏈”，通過“未來工廠”建設，實現全流程、全周期的智能化、精細化制造，極大提升產業供給能力和柔性化制造能力。項目建設包括了智能金工車間建設、智能焊接車間建設、智能噴涂車間建設、智能總裝車間建設、智能物流與倉儲建設、數字化研發協同平臺建設、智能化生產管控系統建設、供應鏈協同平臺建設、綠色制造與新一代綠色技術建設等九大建設內容，通過軟硬件的集成建設，形成了數字驅動的智能工廠，由3座自動化立體倉庫、38臺物流移動機器人組合而成自主智能物流整體解決方案，八大系統集成（ERP、PLM、MES、WMS、SCADA、CRM、SCM、遠程運維系統）形成“諾力數字大腦”，引入標準流程，從而實現數字化設計、智能化生產、智慧化管理、協同化制造、綠色化制造、安全化管控，具有行業領先的集成化水平。

諾力物流系統平臺型“未來工廠”

自動化立體倉庫

“未來工廠”采用大廠房通體布局設計，針對柔性生產模式建立各生產單元。產線布局隨物料流轉呈S型布局，具體包括板材下料生產線、數控機加生產線、槽鋼下料生產線、門架及車架自動化焊接線、總裝自動化生產線；并建設半成品立體倉庫、外購件立體倉庫、涂裝立體倉庫和成品庫。同時在各主要產線線邊設置物料緩存區，如焊接二次配套區，噴涂上線緩沖區，總裝線邊標準件庫等。從立體倉庫到線邊的物料轉運全部采用AGV小車運送。

此生產工藝布局優化廠內物流走向，在有限空間下最大化縮短物料配送和在制品流轉時間；同時縮短AGV運輸距離，保證效率，避免路徑沖突；原材料入廠口和成品出廠口有效分離，保證運輸效率。

下面將聚焦“未來工廠”中的智慧物流規劃與建設，重點介紹總裝生產線的“精準配送”、工廠的智能倉儲與物流，以及工廠智能物料管理系統、供應鏈協同平臺四大核心內容，以及對項目創新性、關鍵技術突破、應用價值等內容進行總結。

諾力“未來工廠”整體規劃圖

諾力數字大腦整體實施方案

諾力“未來工廠”整體建設方案

二、總裝產線的“精準配送”

總裝自動化生產線主要用于物流搬運設備的裝配，實現了無人化作業（由AGV車輛靈活組合而成，實現工作流自動化）、智能生產管控（與MES系統完美對接，物料精確配送）、智能監控與柔性生產（建立在線檢測設備，機器人輔助裝配）、產品全周期管理（螺栓擰緊數據可保存，可追溯，可傳輸）。

自動化生產線采用背馱式AGV；裝配作業且工位之間通過AGV自動轉運的柔性生產方式；物料自動配送采用AGV+托盤的形式，對裝配工位的物料進行按需、按周期自動配送；裝配工裝（不同的工件都統一配置工裝方便轉運與裝夾，工裝與AGV固定連接）；每個人工裝配工位配置動態電子作業指導、掃描槍；搬運車上件與翻轉工位采用ABB 6關節機器人作業；裝配后需要檢查的質量點都在裝配工位設置激光測距檢查、圖像傳感器（CCD）；在返修區設置緩存工位，當主線有工位不能按節拍要求完成時，需轉運至緩存工位，保證主線的順暢；整車裝配檢測完成后通過人工轉運包裝線，完成整車的包裝。

其中，背馱式AGV可實現向前移動、左右轉向，可沿任意曲線連續運行，全方位高效靈活移動?？蓱獙Ω鞣N復雜路面，室內室外行駛平穩。定位精度可達±10mm；使用壽命長；極具安全性和可靠性；車輪結實耐用，承載能力強，不損傷地面。

AGV可按生產節拍需要設定同步運行和步進運行兩種運行模式，亦可采用全自動/手控的運行控制方式。速度調節范圍為0～10m/min；AGV前端配置進口的紅外防撞傳感器和故障聲光報警裝置，輕觸式機械防碰裝置及進口的行程開關。

三、智能倉儲與物流系統

總裝自動化產線

自主研發的5G+AGV作業場景

AGV在生產線的應用場景

物流搬運設備的智能制造，需要大量的原材料、外購件、生產部件、工藝裝備的存儲。除原材料、焊料、油品采用以上平庫倉儲出庫調度流程外，針對外購件、外協件、組裝部件等建設3座自動化立體倉庫，實現了各類物料自動化倉儲作業，應用自主物料搬運機器人，進行收貨入庫到轉運上架、線端配送到自動化立體倉儲等內部各個環節的物料搬運、轉移等操作。

主要運作流程如下：

1.半成品庫出入庫

機加半成品（或空托盤）需要入庫時，叉車AGV把貨物直接放置在入庫口的輸送機上，外形檢測合格后直接輸送到入庫方向的輸送機上進行入庫，外形檢測不過關的貨物直接退回入庫口進行人工整理再次入庫；當半成品（或空托盤）需要分揀或直接出庫時，堆垛機把貨物直接輸送到出庫口或分揀臺。此時工業車輛根據出庫口的顯示屏的提示，把貨物運送到相應位置。（參照圖1）

圖1 半成品庫布局示意圖

圖2 貨物分揀示意圖

2.外購件庫出入庫

外購件庫的出入庫作業，與半成品庫出入庫作業流程基本相同。（參照圖3）

圖3 外購件庫出入庫示意圖

3.涂裝庫出入庫智能化

當貨物（或空托盤）需要入庫時，叉車把貨物直接放置在入庫口的輸送機上，外形通過檢測合格后直接輸送到入庫輸送線上，經過輸送機到達堆垛機進行入庫，當外形檢測不過關的貨物直接退回入庫口進行人工整理再次入庫。

當半成品（或空托盤）需要出庫或分揀時時，堆垛機把貨物直接輸送到出庫口輸送機上，然后通過穿梭車直接轉運到出庫口的輸送機上，需要直接出庫的貨物，工業車輛根據出庫口的顯示屏的提示把貨物運送到相應位置。（參照圖4）

圖4 涂裝庫出入庫布局

四、工廠物料管理系統與數字化協同平臺

1.智能物料管理系統

“未來工廠”的智能物料管理系統集成應用了MES、ERP、WMS、APS等各類系統軟件，實現了正常物料的精準、高效管理。物料管理流程，如圖5。

圖5 “未來工廠”物料管理流程示意圖

通過MES系統物料管理順暢化完成生產領料、半成品完工入庫環節。

下料、機加生產環節從ERP系統領取物料，生產完工后與WMS系統交互入半成品庫。

焊接所需物料由MES系統負責的焊接二次配套區分揀配送，焊接完成后進行焊接打標標識并對焊后緩沖區物料進行管理，噴涂過程中根據物料上線順序進行編碼綁定，并在噴涂下線后進行重新打碼，入WMS管理的噴涂半成品庫。

部裝生產所有物料實現打碼標記，并入WMS系統管理的外購件庫。

裝配生產環節根據訂單物料齊套狀況由各庫房進行物料配送，同時MES系統負責管理線邊標準件叫料管理，產品裝配完工后下線打碼放置在成品完工區，同時通知ERP入成品庫。

由“鳥翼上系上了黃金，這鳥便永不能再在天上翱翔了?！蓖ㄟ^類比推理的三個過程，得出結論：“人的身心被貪欲所束縛，這個人便永不能在人生的道路上輕裝前行了?！边@個結論也可以擴展為：對財富的貪欲，使人失去了自由。

針對訂單所需庫存物料無法進行物資鎖定，系統規劃訂單物料齊套原則。判讀訂單物料齊套時計算各物料的實際可用量。

高級計劃與排程系統（APS）運行時需首先判讀當前訂單物料是否齊套，即將領用的物料量與實際可用量進行比對，如滿足需求即可將生產計劃排產下達。當訂單物料真實出庫后，同時對現有庫存量和領用量進行變更。此外，當ERP生產計劃變更時，也要同步釋放被占用的庫存。（參照圖6）

圖6 高級計劃與排程系統管理

2.供應鏈協同平臺

為了解決供應商溝通周期長、采購管理滯后、對賬數據更新慢、不能協同管理、數據無法共享等痛點問題，“未來工廠”建設產供銷資源集成平臺，通過云上產業鏈，實現制造資源的動態分析和柔性配置。建立“高質量、高效率、高效益、可持續”供應鏈系統，支撐企業供應鏈業務需求。兼顧整個供應鏈資源整合、優化，可持續降低采購成本，高效處理采購業務，實現降本增效，提升公司管理，提高工作效率，提高工作效益，實現業務和系統的可持續發展。

五、智能物流項目創新與亮點

1.以自主技術為核心解決整體物流智能化需求

諾力根據智能物流裝備制造業的特點，提出全面、完整的工廠整體物流系統解決方案，采用自主研發的智能立體庫，運用自主開發的廠房一體化設計、自動化立體倉儲、基于條碼和RFID識別技術的智能倉儲管理系統WMS，以及自主研發的基于5G通信技術的AGV搬運系統、基于電磁導引和環境導引的搬運機器人/碼垛機器人的智能物流裝備等核心物流裝備及軟件，實現與產線無縫對接下線產品自動打碼掃描入庫，具有靈活自定義配盤規則以提高取料效率，具備物料配送自主決策，并搭載智能運維平臺數據云存儲可追溯。

在整個工廠各個工序環節建設起擁有自主知識產權自動化物流基礎平臺，實現物料管理的集約化、精益化、標準化、現代化，實現生產物流的智能化，形成自主智能物流系統整體解決方案的示范運用。

值一提的是，“未來工廠”項目中諾力自主品牌產品（含裝備、系統、軟件）采購額占比達79.8%，采用的自主品牌工業機器人已通過CR認證，關鍵裝備數控化率達到95%以上、生產數據自動采集率達到95%以上、數據采集分析系統與制造執行系統（MES）之間的數據自動傳輸率達到100%。

2.智能物流裝備關鍵技術取得突破

諾力“未來工廠”建設項目通過自主創新和聯合創新，實現了多項技術創新與突破：

車輛調度系統數字孿生界面

智能倉儲及物流系統通過堆垛機結構優化設計、控制系統研究開發，解決了場地空間集約化利用、輸送運行效率、操作更智能化高速節能、節約人工等方面關鍵問題；開發了現場分散控制驅動系統、伺服定位系統、調度信息系統，并將電氣控制與調度軟件充分結合，確保了系統的穩定高效；同時利用Siemens總線技術和工業以太網Ethernet的TCP/IP 協議搭載硬件設施，以集中管理、分散控制的方式將軟硬件模塊進行組合設計，完整適應立體倉庫系統特點的控制要求。

圍繞“物流機器人的創新與應用”，諾力突破了“機器人多目標協控制技術”、“高精度、高柔性存取技術”等行業共性技術難題：在機器人多目標協控制技術突破基礎上，開發出了自主協同調度系統，解決了調度系統任務與機器人之間多對多匹配問題、最短路徑優化、交通死鎖與解鎖等技術難題，能實現50 臺及以上智能物流機器人的協同高效作業，系統能夠替代進口。高精度柔性對接技術，實現AGV在工位節點上與對接目標的精準定位和銜接，對接定位精度達到±5mm，實現部分AGV技術的進口替代。開發的適用于窄通道的“超小轉彎半徑無人駕駛堆垛車AGL-PS10LMT”最小轉彎半徑1115mm，處于國際領先水平。

3.實現云化AGV、5G+AR的技術驗證和應用示范

諾力通過將AGV調度系統部署在MEC邊緣云平臺上，實現調度系統的云化，多廠區的AGV通過云聯網技術，借助CUII聯通2B骨干網，實現多廠區多AGV集中調度，使得物流效率最大化。在遠程運維方面，研究應用5G+AR技術，實現異地遠程診斷與指導。通過將聯合研發創新成果應用于本項目中，不僅實現技術創新的實地技術驗證，而且通過示范應用與推廣有助于突破新一代信息技術在更多場景中的有效運用，帶動行業發展，助力《中國制造2025》實施建設。

4.充分運用數字孿生技術

“未來工廠”采用虛實結合手段構建產線一體化生產管理模式，建立各產線制造資源虛擬三維靜態模型和運行動態模型。通過與產線MES系統集成，實時獲取車間、產線設備、物料、物流狀態信息及生產訂單執行信息，實現信息數據的鏈接與交互，虛設備可以對實體設備的運行狀態、生產過程進行在線實時動態的反映和控制，實現信息流、物料流和控制流的有序流轉，同時還能預測可能發生的故障，及時作出決策指導，提高生產效率。

六、項目運作效果及價值

“未來工廠”智慧物流項目建設，為工廠物流的增效降本帶來了極大助力，例如智能倉儲與物流系統的建設與應用最大限度地降低了差錯率和運營成本，提高工作效率和產能，實現不同重量和尺寸貨品靈活存儲，達到高效的空間利用率和庫存周轉率?？傃b車間的智能物流建設在助力生產效率提升的同時，有效地降低了人工成本，人員減少39人，減員率平均達到60.25%。

諾力通過物流系統平臺型“未來工廠”建設，實現全流程、全周期的智能化、精細化制造，極大提升產業供給能力和柔性化制造能力，近幾年盡管面臨疫情的嚴峻沖擊，諾力工廠仍然保持高效運轉：與建設前的2018年相比，人均生產效率提高了59.68%，能源利用效率提高了104.69%，研發周期縮短了53.20%，運營成本降低了25.17%，不良率降低了43.52%。在疫情和外貿爭端的雙重壓力下，實現逆勢高速增長，2021年全年產值達到58.87億元，相比2018年提升120%以上，取得了突出的經濟效益。

與此同時，諾力通過“未來工廠”建設，實現了供應鏈企業間協作的便利化，提升服務能力和客戶滿意度，推動企業向服務型制造業轉型，而且帶動上游供應商進行智能化、數字化改造，推動產業鏈智能制造生態的建設。此外，諾力“未來工廠”在技術、管理、環保等方面具有示范價值，樹立了行業標桿，社會效益明顯。