电能计量中心自动化物流系统建设

来源:用户上传      作者: 常　涛　侯兴哲

　　“重庆电能计量中心自动化物流系统由自动化立体仓库、AGV系统、条码系统、输送系统等组成，在WMS系统的指挥协调下，完成计量器具入库、存储、送检、回库、配送出库等流程。这一完整的解决方案为国内电能计量中心的建设提供了参考借鉴。”
　　
　　电能计量中心是电力行业的电能计量检测机构，承担着辖区内电能计量器具全生命周期管理的职能。包括采购、仓储、检测、配送、安装、运行监测等各个环节。以重庆电能计量中心为例，2007年电能计量器具表计计划为150万只，配送范围辐射全重庆市辖区，配送对象为12个供电局、23个供电公司。最远的配送点距离电能计量中心为600多公里。
　　电能计量中心是计量器具集约化管理的核心，在物流环节中发挥了中枢作用。因此，如何提高计量中心厂房物流效率，从而缩短采购、检定周期，成为影响计量中心高效运作、集约化管理的关键因素。
　　
　　传统物流模式面临挑战
　　
　　传统的电能计量资产管理，普遍采用周转箱或原包装存储，在库房地面、货架上堆叠存放，占地面积大，存储效率低；同时，自动化水平低，存取不便，劳动强度大；由于信息化水平较低，无法及时了解资产管理相关信息。原有管理模式在很大程度上反映出传统管理思想的局限性：重修校、轻物流，重质量管理、轻资产管理。
　　电能计量中心对表计集中管理后，电能资产管理体现出如下特征：
　　1．电能计量资产种类多、数量大；
　　2．价值较高，占用资金量大：
　　3．分布广，资产归属多样；
　　4．全生命周期管理，流程复杂。
　　电能计量中心集中管理模式增大了表计管理工作的复杂程度，如果缺乏现代物流手段，必然造成库存积压、资金占用、表计周转缓慢等情况，资产管理水平很难提高。因此，表计管理工作面临新的要求：采用全生命周期管理技术，提高资产周转效率和管理精细度，优化工作流程，提高劳动生产率，降低管理成本。
　　为此，国内电能计量中心开始逐步尝试运用现代物流技术和装备进行资产管理。例如，南京供电局计量中心表库采用了自动化立体库进行仓储管理。天津电能计量中心采用营销信息化系统提高电能计量器具全生命周期资产管理水平，并采用重力式货架加强库房仓储管理，都取得了一定成效。在此介绍重庆电能计量中心物流系统建设取得的经验。
　　
　　重庆电能计量中心物流系统规划
　　
　　1 项目背景
　　重庆电能计量中心成立于2004年，首先建成过渡方案并已运行3年，实现了对市公司系统直属供电局电能计量的集约化管理。过渡方案采用传统物流模式，即以轮式手推车为转运设备，依靠人力进行转运。目前国内绝大多数电能计量中心均采用这种方法进行表计转运。该模式灵活简便、适应性强，但劳动量大，生产效率低，生产管理自动化、信息化水平低。
　　新基地选址于重庆北部新区，检定厂房与自动化立体库规划为一体，占地6000平方米。物流系统主要分为厂内物流和配送运输两部分。厂内物流主要完成电能计量器具收货入库、检定前仓储、检定过程转运、检定后包装、入库待配等工作，是项目的主要构成部分。电能计量中心的自动化物流系统由沈阳新松机器人自动化股份有限公司提供的自动化立体仓库、AGV系统、条码系统、输送系统等组成，在WMS系统的指挥协调下，完成计量器具入库、存储、送检、回库、配送出库等流程。
　　
　　2 物流系统设计与选型原则
　　在系统设计中，在充分满足计量中心生产系统功能需求前提下，遵循系统完整、安全可靠、规范标准的原则进行系统设计和设备选型，并充分考虑了先进性、实用性和经济性相结合。
　　安全可靠性：系统能够在多个层次上实现安全控制，包括硬件设备的可靠性和软件系统的容错性。主要设备部件和关键部件选用国内外知名的、标准、成熟、可靠的产品。必须采用非标设备的，经过严格测试后才能投入使用。工具软件选用成熟的优秀平台和工具软件，采用模块化设计，具有安全管理的策略和功能，并尽可能优化系统。
　　模块化和开放性：模块化设计便于系统集成和维护、流程修改及业务变更，具有良好的可扩展性和互操作性。采用统一标准的系统接口、通信协议，使系统能兼容不同厂家的同类设备，同时又能适应未来新技术的发展。在系统设计中尽可能选用符合国际或国内标准的通用设备，为系统升级、扩展留有余地。
　　易维护性：采用集中式的控制管理与分布式的具体应用相结合的模式。应用系统应具备较好的自适应能力，关键硬件设备模块化结构，具有热插拔功能，易于维护并降低维护成本。
　　
　　3 系统组成
　　自动化物流系统采用了国际先进的软硬件设备，主要包括：托盘立体仓库、周转箱立体仓库、AGV系统(包含6台AGV小车)及其他输送设备。
　　
　　物流系统关键设备
　　
　　1 自动化立体库
　　重庆电能计量中心自动化立体仓库分为托盘立体仓库和周转箱立体仓库。
　　(1)托盘立体仓库
　　托盘立体库主要用于存放新表和待配送表。货架采用组合横梁式货架，储位576个，仓储容量约5万只。托盘采用川字型木制托盘，电表以纸箱或周转箱方式码放在托盘上。库端采用链条输送机运送托盘。
　　基本参数如下：
　　货架区占地面积：76.32m×3.9m 　货架高度：7.9m 　货位数量：2排×36(×2)列×4层=576 　单元尺寸：900×1300×1455mm 　单元重量：最大750kg 　堆垛机是库内运行频率最高的设备，直接关系到整座仓库的可靠性和安全性，因此应将可靠性和安全性放在设计的第一位来考虑。托盘立体库堆垛机采用双方管立柱结构，刚性好；采用链条传动，运转稳定，定位准确；采用机械和电气双重保险装置，保证人身及设备安全。堆垛机平均复合作业循环时间为54托盘／小时。 　(2)周转箱立体仓库 　主要用于存放待检表、合格表和不合格表，同时作为检定过程中的暂存库。货架采用组合牛腿式货架，电表以周转箱方式直接放置在货架上。共有储位6000个，仓储容量约5万只。与托盘立体仓库连为一体，之间采用物理隔断。在仓库的中间、端部及端部的空中分别设有四、二、二处出入库口，出入口处的输送均采用辊道输送机。其中4个出入库口与检定区相连，与AGV系统完成表箱自动交接。 　基本参数如下： 　货架区占地面积：62m×2.67m 　货架高度：8.38m 　货位数量：2排×100(×2)列×15(×2)层=6000
　　单元尺寸：460×760×155(×2)mm
　　单元重量：最大30(×2)kg
　　周转箱立体仓库堆垛机立柱及框架采用方管形的铝型材立柱，刚性好，设备自重较轻，运行速度快。堆垛机平均复合

作业循环时间为105托盘／小时。
　　
　　2 AGV系统
　　AGV自动输送系统与自动化立体库共同构成了物流系统的核心，支撑计量中心生产工艺流程的有效运作。6台AGV小车作为立库出入库端到检定区和走字耐压工作区的输送工具，完成表计检定流程中的物料自动搬运。
　　(1)AGV系统构成
　　AGV自动输送系统由6台带推挽式移载机构的AGV车、地面导航系统、在线自动充电系统、AGV控制台和通讯系统等构成。
　　AGV车：完成周转箱从立库的出入库端到检定区和走字耐压工作区的输送。
　　地面导航系统：采用基于地图的磁带导航方法，导航轨迹由磁性橡胶铺设而成。
　　在线自动充电系统：为了保证AGV 24小时内连续运行和使用的可靠性，采用大电流快速充电方法为AGV自动补充能量。AGV的充电过程在控制台的监控下自动进行。
　　AGV控制台：是AGV系统的调度管理中心，负责与立体仓库管理计算机交换信息，根据所要输送周转箱的信息生成AGV的运行任务，同时解决运行中多AGV之间的避碰问题。AGV控制台在调度管理过程中将AGV系统的状态反馈给仓库的中心控制管理系统。
　　通讯系统：由AGV控制台和各AGV之间组成无线局域网，AGV与控制台之间采用无线局域网进行信息交换。通过多个无线接入点的组合，覆盖AGV运行的区域，使AGV在跨越不同区域时实现自动漫游和无缝连接。AGV控制台与立体仓库管理系统通过TCP／IP协议交换数据。
　　(2)AGV主要技术指标
　　控制方式：全自动／半自动／手动
　　通讯方式：无线局域网，跳频扩展频谱
　　导航方式：磁D导航
　　结构方式：双轮差动形式，推挽式结构
　　负载能力：>120 kg
　　最大速度：直线60m／min
　　导航精度：±5mm
　　停车位置精度：±5mm
　　最小转弯半径：0.5m
　　连续工作时间：1小时
　　安全设施：前方激光防护及防撞机构
　　
　　3 其他设备
　　其他关键设备还包括链条输送机、移载机、升降台、辊道输送机、皮带输送机、连续提升机、电动托盘堆垛车、纸箱包装流水线等。
　　
　　计算机管理信息系统
　　
　　物流信息管理系统采用三层结构：任务和数据管理(库存管理层)、集中监控和设备控制(设备调度层)、多种任务执行设备(设备控制层)，实现了集成管理、协调和调度作业过程中的各种物流活动，并能及时与计量管理系统交换信息，根据计量管理系统下达的物料需求计划和物料采购计划等，自动制定出入库计划及分解为可执行的出入库任务，对任务的执行全过程进行管理监控，将执行结果及时反馈。该系统既可作为计量管理系统的一个组成部分，也可独立自运行。
　　系统软件由管理系统、监控系统和出入库终端系统组成，分别运行在管理工作站、监控工作站和出入库终端上。
　　
　　1 管理系统功能
　　立库管理系统负责上层数据管理和信息处理，应用于管理终端上。包括库存管理模块、盘库管理模块、人员管理模块、货位管理模块、信息查询、统计报表、库存分析、故障处理等。能根据现场的实际情况合理分配货位，如均匀存放、先进先出、按批发货等。
　　
　　2 监控系统功能
　　接受管理机或用户终端指令，将任务分解后。把作业命令传达给下层设备，并适时监控反馈信息，其中主要设备的运行位置、作业状态、运行故障等信息以动画的方式仿真显示。监控系统是保证整个物流系统正常运行的核心软件。
　　
　　3 终端系统功能
　　现场用户终端系统功能包括验收及入库终端、出库及验证终端、拆包入库终端、包装入库终端、质检台终端和工作台终端。其中，验收及入库终端功能包括入出库作业计划编制、出库及验证。
　　
　　物流系统工作流程
　　
　　物流系统主要工作流程参见图8。
　　
　　1 托盘库出入库
　　入托盘库时，库管员操作物流控制管理系统下达出入库指令，自动分配库位，叉车将托盘从暂存区运至立库出入库输送机受货台，输送机自动扫描托盘条码并进行重量、尺寸检测，堆垛机自动从出入库输送机取托盘并移载至指定货位。出库操作与入库类似，仅省去了条码扫描和重量、尺寸检测环节。
　　
　　2 拆包、入转箱库
　　表计在封闭的拆包区拆包后，经风淋除尘，由皮带输送至周转箱入库端，装入周转箱，库管员操作物流控制管理系统下达出入库指令，自动分配库位，周转箱经条码扫描后由输送带、提升机等输送系统送至入库口，再由堆垛机自动移载至货位。
　　
　　3 检定过程中的转运
　　物流控制管理系统根据检测区的需求对立体仓库下达出库指令，通过堆垛机将需要进行检测的电表周转箱由立体仓库中取出，放到出入库输送机上，同时管理监控系统向AGV调度管理系统下达电表周转箱输送信息；AGV调度系统优化调度空闲AGV自动将周转箱移载到工位前的受货台上，完成电表周转箱的输送。
　　当电表在完成误差检定后，由操作人员在操作终端确认，周转箱输送信息由操作台计算机通过网络传送到物流控制管理系统；管理系统将通知AGV调度管理系统，调度空闲AGV到误差校验台自动移载并运送到走字耐压台检测区。如由于校验台节拍不匹配、不合格品或耐压台的缓存已满，误差校验后的电表可直接输送到立体仓库暂存。
　　当电表在走字耐压台检测结束后，由操作人员在操作终端确认，周转箱输送信息由操作台计算机通过网络传送到物流控制管理系统，管理系统通知AGV调度管理系统，调度空闲AGV到走字耐压台，将检测后的电表自动送回立体仓库储存。
　　
　　4 检定质量抽检、封印、装箱组盘
　　电能表检定及走字耐压后，对于需要编程的电能表进入编程工序，完成编程工序后再进入检定质量抽检工序，抽检工序完成后再次进入编程工序，最后进入铅封工序。不需要编程的电能表检定及走字耐压后，直接进入检定质量抽检工序，抽检工序完成后进入铅封工序。
　　铅封线采用皮带传送带传送表计，铅封人员在传送带两边流水线作业。
　　装箱线设有自动打包机和封装机，可适应周转箱和纸箱两种包装方式，分别对应城网和农网表计对包装的不同需求。表计装箱时，通过逐只条码扫描，建立表计与周转箱、周转箱与托盘之间的对应关系。
　　
　　 5 配送出库
　　物流管理系统自动接收计量管理信息系统下达的配送计划，生成出库任务，分配出库货位，向调度系统下达出库搬运任务。立库自动出货，扫描托盘条码完成确认，由叉车运至暂存区或装卸平台。搬运工装车，库管员在配送单上签字，完成配送出库。
　　
　　系统应用效果　
　　
　　电能计量中心作为需求导向型企业，主要工作任务是满足电能表计的出装需求。自动化物流系统的投运，将提高计量中心厂房物流效率，缩短采购、检定周期，实现高效运作。应用效果主要表现在以下方面：
　　1．通过仓储管理信息系统，实现了精确货位管理，表计做到百分之百的先进先出，存储期限得到有效控制；存储区域明确区分，有效隔离不合格物料；实现了与计量管理信息系统的对接，可实时自动生成、运行库存和配送报表，并实现了全流程资产管理。
　　2．采用自动化物流设备实现表计的自动存取、输送，大幅提高了作业效率，同时大大降低人为操作产生的差错率，有利于保证库存管理准确率。
　　3．自动化立体库节省仓库占地面积，一体化的库存检定车间规划方案能最大限度地避免无效的物流环节，提高企业整体作业效率。
　　4．表计资产安全得到可靠保障。
　　5．信息化水平的提高有助于供应链的整体优化。
　　重庆电能计量中心自动化物流系统规划方案为国内电能计量中心的建设提供了完整的解决方案，将大大提升物流管理水平和运作效率。

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