分類：投稿 作者：佚名 來源：網絡整理 發布時間：2023-01-06
文｜昆船智能技術股份有限公司
虞有海 李永衡 李成友 王化麟 林原 李蜀峰
摘?要：本文以典型的紙類印刷企業智能化物流系統為例，對其建設特點和要點進行分析介紹，以典型紙類印刷類企業生產工藝為基礎，結合智能化控制技術及設備，對其生產物流系統進行了多項創新，為其他紙類印刷企業智能物流系統解決方案提供參考。
關鍵詞：印刷廠、智能物流系統、自動化立體倉庫、機器人、視覺識別、AGV
隨著我國經濟高速發展，消費者對日常生活中所使用的工業產品的功能、外觀、產品迭代周期等都有了更高要求，精致美觀的外觀包裝往往能給人更好的感受，更能吸引住消費者眼球，從而促進消費。包裝需求旺盛極大促進了印刷產業發展，印刷行業正在響應不斷增長的品牌所有者對更短產品生命周期、更高產品印刷質量、更多印刷品規和成本驅動變化的需求，從而導致更多短期定制訂單，需要根據市場變化靈活快速地調整產線和生產工藝，對印刷企業的生產管理、生產物料調度、倉儲等提出了更高要求。
一、某紙類印刷企業生產物流現狀
現狀一：在生產過程中，生產原料、生產輔料、半成品、成品無數字化、信息化的智能管理系統。物資信息采集依靠人工手抄，信息傳遞依靠工藝卡片，數據采集和傳遞容易出錯，無法形成數據鏈條，產品質量無法追溯。
現狀二：車間物流配送采用人工叉車或液壓板車配送，物資存儲貨位無智化能管理系統，需人找貨，配送效率低，勞動強度大，無智能化配送設備。
現狀三：生產原料、生產輔料及成品在生產車間附近采用平庫存儲，出入庫采用人工叉車，賬目管理依靠人工記賬。半成品就近堆放在生產車間機臺旁的空地上，無智能貨位管理系統，物資存儲信息雜亂。
二、某紙類印刷企業智能物流系統規劃
1.規劃概述
針對某紙類印刷企業生產物流現狀與生產工藝需求，對該企業生產過程中涉及的生產原料、半成品、成品和生產輔料的入庫、出庫、存儲、配送、信息采集與管理等進行智能化規劃與設計。具體工作內容如下：
某紙類印刷企業主要功能分區如圖1所示，分為物流廣場、生產原料及成品庫、生產車間1、生產車間2、散味庫、成品包裝區、平衡庫、印輥庫。
為實現某紙類印刷企業生產原料和成品的集中倉儲需求，在工廠左側（詳見圖1）規劃一座堆垛機自動化立體庫，用于集中存儲生產原料及成品，提高廠房土地利用率，縮短各業務環節之間的物流配送動線，提高配送效率。同時，為滿足生產原料存儲環節和生產環節對溫濕度的不同要求，將恒溫恒濕的生產車間和常溫常濕的原料及成品庫分隔開來，降低能耗，節能環保。
如圖1所示，根據生產工藝需要，將平衡庫、散味庫、和印輥庫規劃設計在產線旁，縮短配送距離，優化配送路徑，提高生產配送效率，提高配送AGV的有效利用率，降低配送能耗。
如圖1所示，根據某紙類印刷企業的生產規模及工藝特點，規劃設計復合（生產車間1）和印刷（生產車間2）兩個車間，優化生產過程中生產原料、半成品、成品及生產輔料的配送路徑，縮短配送距離。
如圖2所示，復合車間配送路徑為：生產原料從立庫沿紅色物流路徑通過堆垛機、輸送機、RGV等直接輸送至平衡庫入庫站臺，經過平衡庫內的輸送機、提升機、四向穿梭車將托盤運送至庫內（恒溫恒濕平衡24h）。從平衡庫出來的生產原料經AGV配送至復合機臺復合（紅色物流路徑），經過復合的半成品由AGV轉運至壓紋機壓紋（黃色物流路徑），壓紋后的半成品用AGV轉運至分切機分切（黃色物流路徑），分切后的成品經提升機及輸送線輸送至成品包裝車間組盤包裝（紫色物流路徑），完成包裝的成品托盤經纏膜、貼碼后用AGV自動轉運至立庫北側入庫站臺，經掃碼、稱重、外形檢測合格后自動入庫存儲（紫色物流路徑）。
如圖2所示，印刷車間配送路徑和復合車間類似，車間生產工藝機臺不同。
2.月臺收發貨統設計
某紙類印刷企業日常收發貨的貨車車長為2.4～13.5m，采用側方和后方裝卸車；日峰值裝車耗時為50.75h，月臺每天收發貨時間為7h。
印刷廠對外發貨物資統一堆碼在1.2m×1.2m托盤上，客戶固定且單一、客戶發貨量大。結合該印刷廠發貨特點，針對固定且發貨量大的客戶規劃自動裝車碼頭1個，用自動裝車設備對需要發貨的實托盤成品快速自動裝車，其他客戶成品發貨區規劃后方和側方裝車碼頭各2個印刷包裝綜合，采用人工叉車作業。
印刷廠需要入庫的生產原料主要有卷紙、電化鋁、包裝輔材等，其中卷紙占入庫生產原料的80%以上，如圖3所示。入庫卷紙的直徑、幅寬、卷重等參數不統一，但每卷紙中間都有一個尺寸相同的筒芯。針對印刷廠卷紙入庫的特點及需求，規劃3個自動卸車碼頭，采用坐標機器人將到貨的紙卷物料自動從貨車車廂內抓取并放到入庫站臺上的空托盤上，自動組盤并入庫。針對電化鋁和包裝輔材等入庫物資，因物資入庫量小、品規多、外形包裝等參數變化大的特點，規劃側方和后方卸車碼頭各2個，人工叉車作業，人工組盤并入庫。
分區規劃收貨和發貨碼頭區，讓發貨和收貨物流動線互不干擾；自動裝卸車碼頭和人工裝卸車碼頭相結合，降低碼頭裝卸人員勞動強度，提升碼頭自動化程度，合理利用投資。
3.生產原料庫及成品庫的規劃設計
經過對某印刷企業生產原料日進出庫數據的統計分析，結論如下：生產原料日出庫托盤數為89（整托盤）+
15（散托盤）=104托盤；日入庫托盤數為86（整托盤）+9（散托盤）=95托盤。印刷企業生產原料采購周期為5～10天，經過統計分析，生產原料庫容周期為14天比較合理，生產原料庫貨位數為：104托/天×14天=1456個貨位。
經過對某印刷企業成品日進出庫數據的統計分析，結論如下：成品日出庫托盤數為106（整托盤）+5（散托盤）=111托盤；成品日入庫托盤數為52（整托盤）+13（散托盤）=65托盤。通過對某印刷企業近5年成品收發貨數據統計分析，成品庫容周期為50天比較合理，成品庫貨位數為：65托/天×50天=3250個貨位。
生產原料和成品存儲條件相似，物料載具尺寸相同，貨位額定承載能力要求基本相同，因此將生產原料和成品庫合二為一。綜合考慮印刷企業立庫的長寬高尺寸、出入庫效率要求、物料品規數量要求、存儲周期要求等，采用堆垛機立庫方案。立庫共設計4臺雙深堆垛機，可提供6000多個貨位，滿足印刷企業對生產原料和成品的存儲要求。
立庫出入庫效率和庫容合理規劃設計，滿足印刷企業需要，生產原料、成品對生產車間和物流廣場出入庫物流動線互不交叉干擾。
4.平衡庫的規劃設計
印刷廠對產品品質有嚴格的要求，經過對生產工藝的研究發現，生產原料原紙需要在印刷前進行24h的恒溫恒濕，能使紙張能保持良好的平整度和良好的油墨吸附能力，能提高產品品質。
平衡庫庫容規劃設計為1.5天×B(B為生產峰值時日消耗原紙托盤數），采用密集存儲方案，自動配送至生產車間。
5.印輥庫的規劃設計
如圖4所示，印輥是印刷機的易耗件，印輥是由特種鋼制成的軸類零件，每根印輥壽命大約能印刷20噸紙。一般印刷機印輥參數為：直徑尺寸為φ200mm～φ300mm、長度為φ1100mm～φ1500mm、重量為80kg～100kg，印輥存放在特制鋼制托盤上進行配送和存儲。為提高有限空間內印輥存儲數量，設計采用四向穿梭車+提升機+貨架的密集存儲方案，出入庫揀選采用直角坐標機器人+視覺識別系統在線自動揀選配盤，AGV與印輥庫出入庫站臺自動對接并配送至生產車間。
6.散味庫的規劃設計
由于印刷品油墨特性原因，印刷成品一般來說油墨氣味較重，需進行5～7天的散味處理。散味庫的庫容規劃設計為1.5×B(B為生產峰值時連續7天需要散味的成品托盤數），設計采用四向穿梭車+提升機+貨架的密集存儲作為散味庫的解決方案，采用AGV與散味庫出入庫站臺自動對接和轉運。
7.成品包裝區的規劃設計
印刷企業生產的成品是卷狀物料，如圖5，直徑為φ250mm～500mm之間，幅寬為100mm～200mm之間，卷重為15kg/卷～35kg/卷。
成品包裝區如圖6所示，車間生產完成的成品沿輸送線自動輸送至成品包裝區，經過固定條碼識別設備自動識別粘貼在成品上的條碼，自動分揀機將不同品規的成品自動輸送到對應的分揀口，經自動整形設備整形定位，形成位置固定且準確的一排，直角坐標機器人將分揀站臺上的成品自動堆垛到托盤上，完成堆垛的成品托盤經自動纏膜、自動貼碼后沿輸送線自動輸送成品庫。
成品包裝區需要的托盤等包裝材料，由立庫經輸送線和AGV自動輸送至成品包裝區使用。
通過應用自動輸送線、自動分揀機、直角坐標機器人、自動纏膜機、自動掃碼和自動貼碼等技術，使成品包裝區實現自動化、信息化，提高包裝效率，減少包裝區人工用量，降低包裝區占用車間的場地面積。
三、某紙類印刷企業智能物流系統流程規劃
某紙類印刷企業智能物流系統流程規劃總圖，如圖7所示。
1.生產原料入庫
因印刷企業的生產原料品規多樣、包裝形式多樣，將生產原料分成兩種入庫模式：
其一，對包裝形式統一、入庫需求量大的卷紙生產原料，采用直角坐標機器人+視覺識別系統將貨車上的卷紙生產原料自動抓取并運到入庫站臺上的托盤上，經信息綁定和條碼識別，沿輸送線自動入庫存儲；其二，對其他包裝不一的生產原料，用人工叉車進行卸貨和轉運，人工在地面組盤、信息綁定，再用人工叉車轉運至入庫站臺，最后沿輸送線自動入庫存儲。
對需要入庫的生產原料分析歸類，采用機器人自動入庫+人工叉車入庫的模式，合理規劃，合理控制投資成本，減少人工勞動強度和人工用量，提高生產原料入庫作業流程的自動化和信息化水平。
2.生產原料出庫與配送
MES系統提前24h將生產所需的紙卷物料任務清單下發給WMS系統，WMS系統將任務清單分解成出庫任務下發給WCS系統，WCS系統智能調度堆垛機、直行穿梭車、四向穿梭車等設備，將紙卷物料從生產原料及成品庫自動輸送至平衡庫進行恒溫恒濕存儲。生產車間印刷設備需要卷紙物料時，人工在現場計算機上呼叫要料，WMS系統將現場要料任務下發給WCS系統，WCS系統智能調度平衡庫的四向穿梭車、提升機等設備將物料自動輸送至出庫站臺上，WCS系統智能調度最近的空閑AGV潛入出庫站臺下，頂升起物料托盤并沿調度系統規劃好的路徑自動將物料托盤運送至要料設備旁邊的固定站臺上。
采用自動化立庫技術及設備，使紙卷生產原料的出入庫及存儲實現自動化和信息化。用AGV柔性配送技術，使生產車間的物料需求和立庫有機結合，使生產物料信息采集和管理實現數字化，車間物料配實現送自動化、實時化、精準化和小批量化，同時減少車間物料暫存堆積，提高車間場地利用率，降低人工勞動強度。
3.生產輔料配送
生產車間各機臺需要生產輔料時，機臺操作人員在現場計算機上呼叫要料，WMS系統將現場要料任務下發給WCS系統，WCS系統智能調度生產原料及成品庫的堆垛機、輸送系統等設備將物料自動輸送至出庫站臺上，WCS系統智能調度最近的空閑AGV潛入出庫站臺下，頂升起物料托盤并沿調度系統規劃好的路徑，自動將物料托盤運送至要料機臺旁邊的固定站臺上。
生產輔料從生產原料及成品庫直接出庫，由AGV配送至車間機臺旁的站臺上。生產輔料和卷紙生產原料分別從生產原料及成品庫的兩端出庫，物流動線互不干涉，有效避免物流交通擁堵。采用自動化立庫技術及設備，使生產輔料的出入庫及存儲實現自動化和信息化。用AGV柔性配送技術，使生產車間的生產輔料需求和立庫有機結合，使生產輔料信息采集和管理實現數字化，車間生產輔料配實現送自動化、實時化、精準化和小批量化。
4.空托盤收發
生產車間各機臺需要空托盤時，機臺操作人員在現場計算機上呼叫要空托盤，WMS系統將任務下發給WCS系統，WCS系統智能調度生產原料及成品庫的堆垛機、輸送系統等設備將空托盤組自動輸送至托盤拆分機站臺，拆分好的單個空托盤沿輸送線自動輸送至出庫站臺上，WCS系統智能調度最近的空閑的AGV潛入出庫站臺下，頂升起空托盤并沿調度系統規劃好的路徑自動將空托盤運送至要空托盤機臺旁邊的固定站臺上。
生產車間各機臺有空托盤需要回庫時，機臺操作人員在現場計算機上呼叫空托盤回庫，WMS系統將任務下發給WCS系統， WCS系統智能調度最近的空閑AGV將該機臺旁AGV站臺上的空托盤沿調度系統規劃好的路徑，運送至生產原料及成品庫入庫站臺上。經托盤碼分機自動碼垛，碼垛成型的空托盤組經輸送系統、堆垛機等設備自動運送至WMS分配的貨位內存儲。
采用自動化立庫+AGV配送，使生產車間的托盤配送、存儲實現自動化和信息化。
5.半成品轉運
生產車間各機臺生產的半成品完成組盤后，人工在現場計算機上呼叫半成品轉運，MES系統將該機臺的半成品轉運任務下發給WMS系統，WMS系統將任務下發給WCS系統，WCS系統智能調度最近的空閑AGV將該機臺旁AGV站臺上的需要轉運的半成品托盤沿調度系統規劃好的路徑，運送至下一道生產工序的AGV站臺上。
采用AGV+MES+WMS+WCS系統，使生產車間各機臺之間的半成品轉運，實現自動化、精準化、實時化和信息化。
6.印輥配送
當印刷產線需要換產，MES系統發出換產任務給WMS系統，WMS系統將任務下發給WCS系統，WCS系統根據任務智能調度將換產所需的印輥以機臺為單位在線自動配盤，WCS系統智能調度最近的空閑AGV將印輥庫出庫站臺上配好盤的印輥實托盤按WCS規劃好的路徑，運送至指定機臺旁的固定站臺上。
生產車間印刷設備更換下來的印輥，人工清洗維護好并碼垛到專用托盤上，人工在現場計算機上呼叫印輥回庫，WCS系統智能調度最近的空閑AGV將該印輥托盤自動運送回印輥庫入庫站臺，送回WMS分配的貨位內存儲。
通過運用AGV+四向穿梭車密集庫+
直角坐標機器人+視覺識別技術等，將印刷企業印輥有效管理起來，使印輥的存儲、配送、配盤、生命周期管理等實現自動化和信息化。
7.成品發貨作業流程
成品堆碼在子母托盤上，經纏膜、捆扎、貼碼后輸送入庫生產原料及成品庫存儲。成品發貨時，WMS系將需要發貨的任務下發給WCS系統，WCS系統智能調度堆垛機、輸送系統等將需要出庫的成品托盤一一輸送至成品發貨站臺，由人工叉車叉取子托盤裝車，母托盤自動輸送至托盤碼分機碼垛，碼垛好的空托盤組經輸送系統、堆垛機回到WMS系統分配的貨位內存儲。
四、某紙類印刷企業智能物流系統特點
1.托盤尺寸統一便于自動化物流設備搬運、存儲，減少物流設備的種類，節約投資，也方便后期維護管理。
2.生產原料及成品倉庫合二為一，便于企業管理，節省倉庫管理費用及維護人員，減少物流搬運，節約成本。
3.生產原料及成品庫采用雙深堆垛機立庫方案，高效利用廠房的高度空間，節約車間占地面積，使生產原料及成品的存儲實現自動化和信息化。
4.平衡庫、印輥庫及散味庫采用四向穿梭車密集存儲，降低車間場地占用面積，有效利用車間高度空間，使生產面積最大化，實現節能增效，使半成品、印輥的存儲、出入庫管理實現自動化及信息化。
5.印輥庫出入庫揀選和生產原料及成品庫卷紙入庫采用直角坐標機器人+視覺識別系統，減少工人勞動強度，提高出入庫效率。
6.生產車間使用AGV配送，減少生產車間內的固定物流輸送設備，生產配送柔性強，后期產能拓展空間大且靈活。
7.通過WMS+WCS+MES軟件系統的有機深度融合印刷包裝綜合，使對工廠的生產原料、半成品、輔料、成品、生產設備等生產信息數據的采集、存儲、管理、分析應用實現自動化和智能化，打通整個工廠生產信息管理鏈，對產品、生產原料、設備進行全生命周期管理。
8.通過對某紙類印刷企業智能物流系統進行規劃設計，使該企業物資存儲實現立體化、自動化和智能化，物資配送實現自動化、實時化和柔性化按生產需求配送，物資信息采集、傳輸、管理和應用實現自動化、數字化、網絡化和全生產周期化。
五、結束語
通過對某紙類印刷企業智能物流系統的規劃設計，使該企業的生產原料、輔料、半成品、成品等出入庫、存儲、車間流轉及配送、成品發貨實現自動化和智能化。WMS+WCS+MES軟件系統的有機深度融合，使該企業對產品、生產原料、設備等生產信息采集、處理、分析實現自動化和智能化，進行全生命周期管理。
通過對某紙類印刷企業智能物流系統規劃及實施，幫助該企業對生產原料、生產輔料、成品、半成品管理實現智能配送、智能存儲、數字化管理和質量追溯，成為紙類印刷行業智能物流系統有效解決方案之一，為紙類印刷行業實現智能制造提供了樣板和參考。
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