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上汽通用:入厂&现场物流全数据化管理的感知技术应用研究

2016/12/12 14:01:41来源:中国物流产品网作者:

  注:本文为中国配送管理与技术创新优秀案例之一,作者为上汽通用汽车有限公司,中国物流产品网编辑整理发布,转载请注明出处!

  为了实现SGM数字化工厂的长远目标,设想针对入厂&现场物流运作过程中的设备操作人员、物流移动设备(叉车/拖车)、生产零件,引入感知技术,实现数据信息关联互动,建立物联网。

  物联网(IoT/ Internet of things)是新一代信息技术重要的组成部分,其基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络,物联客户端可延伸扩展到任何实物与实物之间,进行信息交互和通信。其核心内容是通过智能感知技术与普适计算等通信感知技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息,广泛应用于大数据网络的交互与融合中。其目的就是实现物与物、人与物,所有的实物与网络的连接,便于识别、管理和控制,从而大大节约成本,提高经济效益,被称为“下一个推动世界高速发展的重要生产力。”SGM作为国内领先、国际有竞争力的汽车企业,旨在创建属于自己的物联网络,屹立于工业4.0的浪潮之上。

  SGM工厂生产零件品种多,一般一个整车工厂的一级零件数量超过5000种,且包装形式复杂,有包装数量上千的小件包装,也存在包装数量为个位数的大件包装类型,部分零件较重,如发动机、变速箱,整包装总量超过1吨。在物流模式方面,排序、KIT、SPS、大小件等共存,须满足高频次的零件消耗拉动。此外,物流人员设备分布广也是一大特点,以金桥凯迪拉克新工厂为例,总装&车身车间总面积达到133137平方米,其中共用93台移动设备(拖车46台,叉车47台),零件配送任务接收为抢答模式,实时运作中,物流移动设备分散于工厂的各个区域,因此对于设备人员的及时有效管控十分重要。针对如此高负荷、多样化、广区域的生产状态,建立物联网,通过系统智能管控,价值巨大,但与此同时,引入最为适用的感知技术,是关键所在,也是一项巨大的挑战。

  项目初期方向,旨在基于CPS(信息物理系统),对厂内全物流过程进行检测和控制,实现随时、即时采集物体动态,获取海量运作基础信息,建立物联网感知层。通过通讯网络技术,将感知的信息准确、即时、可靠地传递,基于存储、处理底层数据,形成数据库,创建物联网络层。最后,在感知层与网络层的基础上,创建智能调度模型,建立物联网应用层,实现厂内生产零件入库、配送的智能调度,最终通过客户终端,实现可视化并发布系统指令,系统管控、指导现场运作,提升运作效率,优化安全管理。

  当前SGM工厂中对于生产零件拉动、配送调度主要是由Melos系统发布任务,设备操作员工基于经验作为选择运作方案的辅助判断,人工的主观意念判断往往耗时且常常不是最佳的选择,可能会存在线旁断料、等待浪费、抛停物料等问题,影响效率及安全。本课题所研究的感知技术,是建立智能调度模型的基础所在,是实现系统指导运作,消除效率浪费与安全隐患的必要条件。

  想要实现入厂&现场物流全数据化管理,需要完成人员、设备、零件的数据互通对接。经研究,人、机、料一体化的核心感知技术有三大点:人机绑定技术、设备运作状态感知技术、设备轨迹定位技术,决定了创新项目的成败。

  人机绑定技术,通过IP卡片(例如人员工作胸卡)的设置,实现扫卡启动物流移动设备,替代原始钥匙,并且实现操作人员信息状态与物流移动设备的实时绑定。此技术当前正处于测试阶段,试点选择于金桥凯迪拉克新工厂总装车间及相关LOC区域。硬件方面,基于试点移动设备的构造特性评估分析,完成车载显示终端主机的设计与样机调试;软件方面,基于工厂运作特性及业务实际需求,订制开发,测试上线。目前,前期的软、硬件开发准备工作均已完成,正处于工厂运作测试中,人机刷卡绑定基本实现,信息数据的准确即时交互,有待进一步验证改进。

  设备运作状态感知,是通过传感器实时监听移动设备的底层电学/机械信号,收集于车载信号收集模块中,换算分析获取车辆的行驶、铲运等各种运作状态。

  针对不同设备的构造特点及操作动作,选择合适的传感器及合理的安装方案是关键所在。诸如,在先前的测试过程中,用于辅助记录叉车门架上下位移的位置传感器,使用不到一周时间内多次失效,分析发现由于叉车运作过程中不可避免的叉齿与料箱碰撞,导致传感器松动甚至损坏。通过重新评估,优化传感器的安装方案,改善了此问题。目前,对于设备运作状态的感知,仍处于运作测试过程,旨在通过长期的跟踪分析,明确实施方案的有效及可行性。

  室内定位技术,是指在室内环境中实现位置定位,主要采用无线通讯、基站定位、惯性定位等多种技术集成形成一套室内定位体系,从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。此项目中,旨在调研并引入最合适的室内定位感知技术,实现对工厂内部物流移动设备(叉车/拖车)的运动轨迹实施定位的目的。首先,基于SGM工厂的实际状况及物流运作业务模式,已确立定位精度需求。通过与定位技术领域领先企业(ZEBRA/斑马定位解决方案公司)及高校(上海交通大学北斗导航与位置服务重点实验室)的调研讨论,初步确立可选择定位技术范围。第一轮筛选中,蓝牙技术(BLE/蓝牙低能耗技术)、RFID技术(有源标签技术)、UWB/超宽带无载波通信技术、光学定位技术、地磁定位技术、惯性定位进入到研究范围。通过工厂环境的实地勘察,以及SGM IT项目小组的技术评估,进一步明确蓝牙技术、RFID、UWB的有效可行性。后续计划协同IT项目小组,制定详细测试方案,结合成本分析,选定测试技术并推进实施。

  在实施过程中,存在诸多创新挑战,需要一一排除,确保项目成功落地。

  多品牌设备的运作状态感知:由于业务模式的多样性,SGM内部物流移动设备存在多种品牌及类型(吨位、功能),诸如叉车存在海斯特、林德、科朗、比亚迪不同品牌的平衡重叉车与前移式高位叉车。因此,需要基于不同设备的机能特性,充分评估分析,制定底层机械/电学信号的监听方案。通过当前评估及测试发现,针对不同设备,制定不同的监听方案设计传感器,基本可以实现且达到信息收集效果。但是多种特殊定制传感器的价格较高,且不利于后续维护管理,考虑到后续技术成熟后,需满足在SGM四地工厂乃至业内的大范围全面推广,如何设计一种通用型的传感设备是最佳的选择,此目标已列如改进计划,有待下一步开展工作。

  室内轨迹定位技术在厂内物流运作的应用:当前室外露天GPS定位已相当成熟,但针对诸如工厂内部的室内环境,由于卫星信号不能穿透建筑物,无法使用卫星定位时,考虑引入室内定位技术。室内定位受天气、温度影响相对较小,定位设备与传感器稳定度高,但针对工厂内部物流移动设备的高频次移动运转,需要实现较高精度要求的实时定位,当前尚无在汽车或者相似业务模式工厂物流运作中,实现车间内部物流移动设备轨迹定位的成熟案例。目前通过前期的调研及实地工厂勘测,并协同IT项目小组技术评估,已基本确立适用定位技术范围。后续计划结合成本分析及具体方案,推动测试,跟踪实施,锁定最优技术。

  感知技术的成功应用,是达到人、机、料全数据一体化的先决条件。结合智能调度模型的建立,旨在实现厂内物流运作全区域智能调度。当前对于物料配送人员运作效率优化评估,物料上线人员效率预期提高3-5%。除了人员效率的提高之外,还能够实现车队状态信息的实时监控,同时优化安全管理、人员管理、车队资产管理,为实现数字化工厂打下扎实基础。

  数字化工厂是工业4.0潮流的必然趋势,而感知技术的成熟应用是实现数字化无人工厂的必要基础。入厂&现场物流全过程智能化调度理念处于业内领先位置,其普及和推广必然是发展的潮流。本课题的实现作为智能化调度前期准备中的难点,在行业内具有极其重要的指导作用和推广意义。



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