以立体库为物料中心的钣金柔性加工系统

陈康龙

（天水长城开关厂有限公司，天水 741018）

0 引言

随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。为了提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短生产周期，降低成本，使中小批量生产与大批量生产抗衡，柔性制造系统便应运而生。随着市场竞争的日趋激烈,企业都在想方设法适应瞬息万变的市场需求,而制造手段的落后往往是阻碍企业发展的主要瓶颈。在改造传统生产模式的过程中,人们已经认识到采用柔性制造系统是一种缩短产品研制周期、提高产品市场竞争力的行之有效的办法。

目前，没有任何一种复杂的生产模式能够整合所有的先进生产模式，因为所处行业的不同，从而会选择不同种类的组合，从而达到本领域生产的最优模式，以满足本行业生产，这种组合方式当然也可以从某个概念出发，而产生一些组合的生产模式。本文描述了一个在网络环境下，以立体库为物料中心，以柔性制造单元为加工中心，以入出库台车为搬运中心组成的一个钣金柔性加工系统，它不仅能够存储原材料，还能够存储半成品、成品，并且缩短了物料搬运行程，提高了加工能力，缩短了产品生产周期。系统不仅适合多品种，小批量生产模式，由于其具备高效存储能力，因此也能适应单一品种的大批量生产模式。

1 钣金柔性加工系统的组成

设备层主要由立体库、冲剪加工中心、冲压加工中心、机器人折弯加工中心、手动折弯和入出库台车组成，相互之间的关系如图1所示。

图1 钣金柔性加工系统平面布置图

控制层主要由立体库控制系统、冲压中心控制系统、冲剪中心控制系统、机器人折弯中心控制系统、入出库台车控制系统组成。

网络层主要由MES制造执行系统、WMS库存管理系统、WCS仓库控制系统组成，其结构如图2所示。

2 立体库系统

该系统根据WCS下达的作业，完成对以托盘为单位的板料、半成品、成品的入出库及储存，系统主要由立体货架、堆垛机、入出库台车以及专用托盘组成。

图2 系统网络结构示意图

货架为组合式货架，采用双排对称结构，总的存储货位数量为82个，单个货位承重不小于3000kg。每排货架共有10列，每列分为5层，近地面三层为原材料货位，其余两层为成品货位，一层20个货位中入出库台车占用9个货位，余下11个货位再分成三层，共22个货位存放板材，二三层共计40个货位存放半成品及成品，如图3 所示。

图3 货架系统结构图

堆垛机系统采用双立柱、三组货叉结构，水平行走、垂直升降或货叉伸缩采用变频调速，水平激光认址，无线以太网、PLC控制，最大承载3000KG。

系统采用4种托盘分为板料托盘、半成品托盘、成品托盘及网箱托盘，通过叉车、入出库台车来完成原料、半成品、成品入出库作业。

入出库台车采用PLC控制、变频调速，往来于立体库和各加工中心之间物料搬运，1、2号台车为原材料入库，3、5号台车为板料出库，4、6号台车为半成品入库，7、1号台车为成品入库，8、9号台车为半成品出库。

3 钣金柔性加工系统流程的描述

整个系统在ERP和MES的驱动下通过9台入出库台车和一台堆垛机来完成物料的入出库，如图4所示。

图4 钣金柔性加工系统入出库台车平面布置图

系统流程可分为入库流程和出库流程。

入库流程可分为：

原材料入库，操作员通过无线手持终端获取ERP采购计划，对入库原材料进行检验、录入，并通过1号和2号台车及堆垛机完成其原材料托盘入库作业，堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。

半成品入库，立体库根据MES下达的半成品入库指令，检测4号或6号台车是否到位，到位后控制堆垛机完成其半成品托盘入库，堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。

成品入库，操作员通过无线手持终端对成品进行检验、录入，并通过7号和1号台车及堆垛机完成其成品托盘入库作业，堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。

出库可分为：

原材料出库，MES根据生产计划向冲压、冲剪加工中心和立体库下达加工作业和原材料托盘出库作业，立体库将其原材料托盘通过堆垛机、入出库台车3号和5号送到冲压、冲剪加工中心工作位，冲压、冲剪加工中心加工完后，剩余原材料托盘再经过台车、堆垛机返回到库中，堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。

半成品出库，MES根据生产计划向机器人中心和手动折弯中心和立体库下达加工作业和半成品托盘出库作业，立体库将其半成品托盘通过堆垛机、入出库台车8号和9号送到机器人中心和手动折弯中心工位，机器人中心和手动折弯中心加工完后，剩余半成品托盘再经过台车、堆垛机返回到库中，堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。

成品出库，MES根据生产计划向立体库下达成品托盘出库作业，立体库将其成品托盘通过堆垛机、入出库台车7号和2号完成成品托盘的出库，出库完的空托盘再经过台车、堆垛机返回到库中，堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。

WMS将每次作业的结果通过以太网实时上报MES，MES随时根据原材料的供应、加工效率和供货需求来调整计划，使其达到最优。

4 结束语

在钣金柔性加工系统中，立体库的作用非常重要，其不仅完成钣金原材料、半成品及成品的出入库，还负责冲剪加工中心、冲压加工中心、人工折弯设备、机器人折弯加工中心及入出库台车的上下料输送及调度，为各加工中心及时提供

材料，并将加工后的半成品及成品送回立体仓库，立体仓库是钣金柔性加工系统的物流枢纽。由此可见，立体库在钣金柔性加工系统中起到了一个物料配送中心的作用，储存、缓冲原材料、半成品、成品是为了更好的协调各加工中心，使各加工中心发挥出最大的生产效率。

[1] 张根保.自动化制造系统(第2版)[M].北京:机械工业出版社.2005.

[2] 刘延林.柔性制造自动化概论[M].武汉:华中科技大学出版社.2001.

[3] 俞新陆.板件柔性制造系统[M].北京:机械工业出版社.2007.