铝板带生产企业物流智能化改造浅析

张建辉

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

1 铝板带加工企业实现物流智能化的目的和意义

目前，在我国工业企业逐步向智能化生产模式转变的大趋势下，现有铝板带加工企业开展技术创新、进行智能化探索势在必行，以逐步实现加工生产物流、装备、控制及维保智能化，逐步实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化，全方位提高企业管理水平、生产效率和生产效益[1]。

物流智能化在铝板带加工企业智能工厂中占据十分重要的位置，实现物流智能化意义重大。铝板带产品的物流状况和生产衔接顺畅程度、生产效率以及全流程信息管控等直接相关。除此之外，合理的物流智能化方案，还可以大大降低企业生产环节的物流成本，减少工人的劳动强度。本研究结合笔者的实际工作，从改造的角度对铝板带加工工厂物流智能化设计方案进行分析、对比和研究,希望为我国铝板带行业智能转型升级提供参考。

2 我国铝板带生产企业智能化物流发展现状

目前，国内大多数铝板带生产企业的物流智能化发展滞后，仅有少量企业通过自动化集成，明显缩短车间各工序周转时间，减少操作工人数量，显著提高生产的安全性和可靠性。另外通过一些管理系统的引入，实现物料的追踪和库存的智能管理，将人从体力劳动中解放出来。主要技术应用是采用各种自动化机械设备和自动化生产线大批量替换生产线上的工人，这表明铝板带生产企业设置智能物流是一个有潜力、有优势、可长期不断深入的过程。

笔者曾经对国内多家铝板带生产企业进行调研走访。少数几家企业采用了高架仓库或平面智能库，再辅以AGV或ACT运输车进行物流智能化管理，多数企业没有建设智能化物流系统，其设备布置、物流、厂房、管理等未经统一规划, 主要体现在其物流比较分散，物流管理仍处于人工管理模式，如车间内部或两个车间之间的铝卷运输采用大卡车、大吨位叉车或平板车、天车等实现，车间组织生产需要设专门的车间调度人员。车间调度人员需要通过生产工艺卡片和管理经验进行产品生产调度，原料、在制品和成品当前位置和状态等信息需要根据预估工序经历时间进行人工现场跟踪。车间调度人员依据现场跟踪情况决定是否调整计划；车间生产操作人员需按照工艺卡片进行生产, 本工序完成后,操作人员手工增加该工序的生产信息，然后进入下道工序，每道工序都会重复一遍，直至成品库出库。人工管理物流方式的生产效率和物料周转效率低下，且错误频出。

3 铝板带加工企业物流智能化改造方案研究

3.1 物流智能化改造主要内容

铝板带生产企业根据目标产品和细分市场的不同，需要选择不同的生产工艺。目前主要的生产工艺有三种[2],分别为：(1)原料-立式半连续铸造-热轧-冷轧-精整及热处理-板带产品；(2)原料-铸轧-冷轧-精整及热处理-板带产品；(3)原料-双带式连铸连轧-冷轧-精整及热处理-板带产品。

无论采用哪一种供坯方式，都需要设置原料库、在制品库和成品库，这些库房和生产设备之间、库房相互之间都需要通过运输系统进行关联，原料库、在制品库、成品库和运输系统是物流的核心组成元素，对这些库房管理和运输系统的智能化升级改造是物流智能化改造的主要内容，并形成一个有机的整体。

需要说明的是，在制品库需要和生产设备、原料库、成品库及运输系统发生关联，物流关系非常复杂，进行智能化物流改造时考虑的因素也最多。因此，本文以在制品库改造为例，对智能化物流改造方案进行研究。

3.2 在制品库物流智能化改造方案研究

前些年，笔者有幸参与了某铝板带加工企业的设计工作。该企业热轧开坯的产品生产规模为15万t/a，采用的生产工艺为原料-立式半连续铸造-热轧-冷轧-精整及热处理-板带产品，主要生产设施有熔铸车间(含1个原料库，为其中的1跨)和板带车间(含2个在制品库和1个成品库，均各占1跨)组成，其中，在制品库Ⅰ为热轧卷库，在制品Ⅱ为冷轧卷库，原料库、在制品库及成品库均未设置智能天车。

经过近两年的生产实践，其在制品库的库房管理痛点比较突出，主要表现在以下几个方面：铝卷堆放杂乱无章，人工找卷困难，出库、盘库工作效率低，现场操作工人劳动强度大；现场操作工人工作随意性较大，同时也存在一定的安全隐患；曾经出现过生产系统上的库卷信息和实际库房盘点信息不符，给库房管理工作带来一定的困难。

为了解决这些痛点，需要对在制品库房进行智能化改造。虽然高架仓库和平面智能库两种形式都可以考虑，但采用高架仓库存在投资大、受厂房高度限制等诸多因素影响，与之相比，对现有库房进行智能化改造是比较务实的做法。因此本文重点推荐库房智能化改造，其主要内容是为其库房设智能天车(实现智能物流的载体)和增加智能库管系统。下面以在制品库Ⅰ为例说明改造方案。

3.2.1 在制品库Ⅰ设智能天车方案

在制品库Ⅰ为热轧卷库，此库房原有两台A5工作制的普通天车。热轧卷库设智能天车有两种方案，一是新增智能天车，二是改造普通天车为智能天车。经过询价，新增一台智能天车和改造两台普通天车为智能天车的花费相当。究竟采取哪种方案，需要进行计算分析，按照计算分析的结果进行选择。需要指出的是，在制品库Ⅰ所在的厂房是按照天车A5工作制设计的，若新增智能天车，其工作级别需要和厂房相适应，即其工作级别不能高于A5工作制。

新增智能天车工作级别的确定。天车的工作级别是根据天车的利用等级和荷重状态查表确定。天车的利用等级是用设计寿命期内总的循环次数查表得知。按照既定的产品方案，全年生产热轧卷共计13850个卷，需要完成进库(从热轧机上卸下来的热轧卷进入本库)和出库(在本库冷却完成的热轧卷运送至冷轧机)两次工作循环(不考虑中间倒卷)，所以天车设计寿命期(20年)内总的循环次数为，CT=13850×2×20=0.55×106次。根据GB/T 3811-2008起重机设计规范中起重机的使用等级，得知天车的利用等级为U6等级。

天车的荷重状态是用荷重谱系数查表得知。该天车整机的荷重谱系数为，

(1)

根据企业生产产品信息，产品1每卷重量14.3t(P1),工作循环次数4475(C1)；产品2每卷重量14.5t(P2),工作循环次数1566(C2)；产品3每卷重量11.2t(P3),工作循环次数7809(C3)；天车的安全工作荷重Pmax为20t,代入式(1)计算得出，天车荷重谱系数Kp=0.261。

根据GB/T 3811-2008起重机设计规范中起重机的荷重状态及荷重谱系数，得知天车的荷重状态为Q3。

按照天车利用等级U6和荷重状态Q3，根据GB/T 3811-2008起重机设计规范中起重机整机工作级别，得知天车工作级别选择A7工作制。

从上述计算结果得知，采用新增智能天车方案，在制品库Ⅰ所在的厂房需要改造设计，需要重新报批报建，停工建设，因此不建议采用该方案。建议将原来的普通天车改造成智能天车(不改变其工作级别，无需改造厂房)。

3.2.2 在制品库Ⅰ智能天车改造方案

普通天车改造成智能天车，其核心是三维精准定位，库房管理系统可以根据天车在库房内的网格定位位置吊取卷材，实现卷材放在系统指定位置和从指定位置取卷，从而实现进库和出库的智能控制。

天车智能化改造进行三维精准定位，可采用激光导航技术、二维码技术和编码电缆技术，这三种技术各有优缺点，本文以编码电缆技术为例阐述实现天车的大车运行方向和小车运行方向上的精准定位。

编码电缆内部有若干对导线，按照特定的格雷码规则编制，各对线在不同的位置交叉，将各对线重叠在一起压制的护套内。编码电缆和天线箱之间是通过电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到天线箱在编码电缆的具体位置。编码电缆安装在机车轨道旁，长度覆盖移动机车的行走工作区域，即实现了大车方向(定义为X方向)和小车方向(定义成Y方向)的定位。

天车吊钩在Z方向上的定位，采用常规的旋转编码器技术，即在钢丝绳卷筒的连接轴上安装旋转编码器，检测钢丝绳的收放长度，进而实现吊钩在Z方向的定位。

3.2.3 增加智能库管系统

智能天车改造完成后，需要考虑增加智能库管系统，该系统也是智能化物流改造的一部分。智能库管是智能天车的“大脑”，负责发出和接收出入库计划，并将计划分解成具体的工单，高效管理库区、调度库区内各种转运设备协调作业，其主要功能模块有，PDA移动办公功能、数据的自动交换功能、自动配卷功能、智能调度功能、库房智能化提示功能、射频识别功能、库房规划功能。

3.3 原料库智能化改造方案

铝板带加工企业的主要原料为重熔铸锭、铝液及中间合金等，其中运来的铝液需要尽快倒入炉内，不考虑存储，原料库的存储主要考虑重熔铸锭和中间合金。原料库可以考虑新建高架仓库，也可以考虑采用平面智能库，建议在现有原料库的基础上进行智能化改造。由于重熔铸锭和中间合金均是小体积物料，建议采用标准料框将重熔铸锭和中间合金集中后放入原料库，对料框进行编号后参与物流系统。其他改造内容和在制品库房相似，不再赘述。

3.4 成品库智能化改造方案

成品库同样可以考虑新建高架仓库，也可以考虑采用平面智能库，同样建议在现有成品库的基础上进行智能化改造。铝板带加工企业的成品规格较多，建议分类后按照客户和规格进行分类装箱，然后将装成品的箱子放在托盘上，对托盘进行编号后参与物流系统。其他改造内容和在制品库房相似，不再赘述。

3.5 运输系统智能化改造方案

根据多数铝板带加工企业的现有情况，绝大多数企业采用平板车、汽车和天车作为不同跨间、设备之间的物料流转。因此，本次研究主要考虑有轨平板车智能化改造和新增智能运输车。

(1)过跨车智能化改造。有轨平板车主要用于库与库之间、跨与跨之间转运物料，通过对过跨车的改造，实现自动转运，其智能化改造可以采用编码电缆技术，当然也可以采取激光导航、磁钉导航、磁条导航等，此技术相对比较成熟，这里不再赘述。改造后的过跨车服从智能库管系统的调度和管理。

(2)新增智能运输车(AGV)。目前已用的智能运输车是插杆式的，生产设备的开卷和卷取满足要求的企业可以采用这种智能运输车。有些企业生产设备的开卷和卷取均无法用插杆的智能运输车上料、卸料，需考虑采用无人驾驶的无轨平车实现铝卷的转运，再借助智能天车吊装实现上料、卸料。

4 物流智能化改造完成后的效果

物流智能化改造完成后，全厂的物流系统形成一个有机的整体，可以达到以下效果：

(1)提高生产效率。传统的生产企业物流的各个环节，均采用人工，生产效率低。最直接反应生产效率的指标是产品的平均交货期，正常情况下，物流智能化改造完成后，产品的交货期可以缩短至3d～5d。

(2)减少操作人员。物流智能化改造完成后，在库房管理、天车驾驶和料卷运输等方面均可以减少操作人员，按照15万t热轧开坯的铝板带加工企业考虑，可以减少操作人员30人左右。

(3)可以提高生产的安全性、可靠性。传统的物料周转时，操作人员操作时必须小心谨慎，防止意外事故发生。物流智能化改造完成后，可以减少人工操作，智能化物流系统指挥物流设备完成程序化操作，生产的安全性、可靠性得以提高。

(4)可以实现快速的数据收集与反馈。智能物流

系统可实现对订单信息、产品信息、工艺参数、车辆信息、装车信息的收集，通过与车间的生产管理系统对接，将数据反馈到车间的整体信息采集与监控中。

5 结论

综上所述，铝板带加工企业进行物流智能化改造是企业应尽快策划和组织实施的课题，也是行业发展的需要，大势所趋。高效、智能化的物流管理系统可提高企业物料周转效率，可大幅降低企业物流成本,降低人工成本。但需要特别指出的是，目前，库房管理系统虽然设置了数据的自动交换功能，但以国产设备为主的铝板带生产企业，配置二级系统的不多，有的甚至连基本的数据记录系统和数据传送系统都未配置，设备电气系统需要先行改造，实现铝板带加工企业的物流智能化仍然任重而道远。