无纸化拣料防错系统的设计与开发

张叶　李虎　刘洋

摘要：近年来，随着汽车行业的飞速发展，汽车品牌与汽车型号都迎来较大增长，这就给汽车生产过程增加了很大的复杂性，给汽车总装车间物料拣配增加了难度并且加大了出错率，为了应对这种情况，文章设计的无纸化拣料防错系统不仅很大程度降低拣配过程的出错率及漏拣率、提高了拣配效率，而且降低了拣配过程中的成本，针对内饰线体零件拣配进行了优化，提升了总装车间内饰线体的装配效率。在汽车总装车间应用无纸化拣料防错系统具有重大意义及经济价值。

关键词：无纸化；拣料防错；总装车间

中图分类号：TN206      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）34-0091-03

1 引言

近年来，汽车行业发展迅速，市场中涌现出越来越多的汽车品牌，特别在新能源发展如此迅速的环境下，竞争也随之加剧。在这种背景下，汽车工业生产中的生产效率需要不断提高，而作为汽车生产过程中至关重要的一环，在汽车装配过程中，物料的及时准确供应尤为重要，否则一旦有零部件错拣或漏拣，就会导致生产线上的错装和漏装，轻则引起生产线停线，重则影响到产品的最终质量和性能，给工厂带来重大经济损失[1]。

针对汽车零部件的物料拣选，目前国内外学者已经从多个方面开展了研究，陈正丰等通过平准化拣配作业研究，提出了基于工作量均衡的物料换装作业人员分配及提升车辆装载率的汽车零部件拣配作业方案，提升了拣配作业效率，提高了配送车辆装载率，减少了紧急拉动订单数[2]；孙林辉等对总装厂线边分拣标准化作业进行研究，通过在改善货架、SPS小车、操作流程基础上，运用模特排时法制定出流程优化后的标准时间，极大提高了工作效率和装配线柔性[3]；赵文朋等针对汽车零部件首批仓库的业务特点，设计了语音拣选系统来替代人工扫描拣选，提高了首批仓库内作业人员的拣选效率并降低了设备成本[4]；刘韩影设计了基于汽车标准件装配指示装置，当防错系统收到订单任务后会找到对应的料架并使其亮灯，能够满足防错要求[5]；董洪鹏等设计了拣料防错系统通过扫描拣料单，然后以指示灯亮灯的形式指导拣料工人准确拣料，极大减少了出错率和漏拣率，提高了生产效率[1]。本文设计的无纸化拣料防错系统参考了以上研究中的设计理念及方案，并进行了优化，使其不仅在拣料效率及生产效率上有了很大提升，同时实践了可持续发展的绿色低碳理念，采用无纸化方案极大地降低了生产成本。

2 总体设计结构

如图1所示为无纸化拣料防错系统总体设计方案架构，LES物流执行系统主要负责汽车生产过程中的物料调配与物流管理，工作人员会每日维护汽车生产计划到LES系统中，在生产过程中，LES物流执行系统会按照汽车生产计划将每台车的订单BOM（Bill of Material）数据通过接口传输给PTL（Pick To Light）系统，PTL系统中记录了汽车生产中每个零件所在的位置以及每个位置上指示灯的号码，PTL系统会自动生成拣料单并将拣料计划（每台车所需零件对应的灯号）通过OPC（OLE for Process Control）服务下发给PLC（Programmable Logic Controller），PLC会将这些灯号信息存储在缓存区中，当拣料工准备拣料时，会扫描用来装载汽车零部件的料车上的唯一的二维码，扫描后系统会自动根据生产顺序与拣料单进行绑定并向通过OPC向PLC发送该拣料单的亮灯指令，指示灯亮灯后，拣料工开始拣料，拣料完成后，拣料工会按动完成按钮，PTL系统会再通过接口将拣料完成信息回传给LES系统，以便LES系统对物料进行扣减以及及时补充。

3 系统流程设计

系统流程如图2所示，主要分为以下几个环节：

1） LES会根据生产计划将每台车的生产BOM数据通过接口传到PTL系统，PTL系统收到BOM数据后会根据拣料区（一般每个拣料区对应一条装配线，如门线、内饰线、发动机线等，各个车企根据自身条件略有差异）为各个拣料区自动生成拣料单，并且根据拣料单上的零件信息将零件对应的指示灯号通过OPC服务下发到PLC。

2） 拣料工需要在各个拣料区的上位机（如图3所示）上登录PTL系统拣料页面，每个拣料区都会分配特定用户以用于区分各用户操作。

3） 登录成功后，弃用常用的纸质拣料单，拣料工只需使用扫码枪扫描agv小车所拉的四台料车上的唯一条形码，扫描完成后，系统会自动将四个料车码依照生产顺序与四台车的拣料单绑定在一起，并且通过OPC服务发送请求到PLC。

4） PLC接收到请求后，会在内存中找到第一步中已经下载到PLC的对应拣料单的指示灯号的信息，并依据灯号数据来亮灯。

5） 拣料指示灯亮后（拣料指示灯默认会显示四个红色的0，PLC发送请求后会显示四个绿色的数字），拣料工根据指示灯及灯上的显示数量来拣料，如图3所示，指示灯上四个数字分别代表4个料车上应该放置的零件数。

6） 当拣料工根据指示灯将物料放到料车上后，拣料工需要拨动指示灯下的开关将灯复位表示该零件已拣料，当所有零件都已完成拣料，拣料工需要按一个该工位上的按钮，PTL就可以收到拣料完成的信息并做记录，也会将拣料完成信息回传给LES系统。

7） 拣料完成后，装载物料的料车就由agv小车沿指定路线拉到装配线上。

8） agv小车将物料拉到装配线上后，装配线工人从料车上取物料开始装配汽车。

9） 当装配完成后，agv小车会拉着空料车回到拣料区等待拣料。

4 系统功能

本文设计的无纸化拣料防错系统分为系统管理、基础数据管理、接口处理、生产管理、系统监控、追溯管理6大功能模块，图4为系统各功能模块的分解视图。

各系統功能模块分解视图的概述如下：

1） 系统管理：用于维护系统登录用户及相应权限相关信息，包括用户管理、用户组管理、权限管理、密码修改、操作日志记录查询，其中操作日志记录查询可以查看每个用户对数据的操作记录。

2） 基础数据管理：此模块主要功能为对基础数据进行维护，包括区域基础数据维护、工位基础数据维护、料架基础数据维护、库位基础数据维护以及零件基础数据维护，每个区域上都有多个料架，料架上有多个库位，每个库位用于放置零件，每个工位负责多个料架上的零件。

3） 接口处理：此模块功能主要负责与LES系统交互，BOM数据接收接口用于接收LES下发的BOM订单数据，而拣料数据回传接口负责给LES回传拣料结果。

4） 生产管理：用于查询生产数据以及进行扫码拣料功能，包括生产序列、物料明细以及扫码拣料，其中生产序列功能可以查询出所有在生产计划中的车辆信息，物料明细功能可以查询出LES传过来的每台车所需物料的明细数据，而扫码拣料页面是供拣料区的拣料工拣料所使用的功能。

5） 系统监控：由于PTL系统需要PLC交互，所以提供此功能来监控系统与PLC的连接状态。

6） 追溯管理：此模块功能主要负责对拣料过程的数据提供监控及查询功能，包括拣料过程查询、拣料零件信息查询以及拣料异常信息查询，如果在装配线工人装配汽车时发现料车上的零件缺少或者型号不对等问题，可以通过查询拣料单信息来定位问题。

5 内饰线体特别处理

在汽车总装车间内，内饰装配线是装配速率最慢的线体，如果能够提升该线体的装配效率，就能够极大提升总装车间整体的生产效率，所以对内饰装配线装配流程进行研究具有重要意义及经济价值，如图5所示为内饰装配线装配示意图，在流程优化前，装载物料的料车会从拣料区由agv小车拉到装配线上，料车会如图中所示摆放在装配车的前面，装配工人会从料车上取料装配到车辆上，由于一个料车对应一台车，装配工人需要频繁在料车与车辆之间走动，而在装配车辆后半部分的零件时，装配工与料车之间的距离将达到将近一台车长度的距离，效率比较低下而且频繁地走动会使装配工产生疲劳，所以优化此流程对该线体乃至总装车间来说是非常有意义与价值的。

经过充分实地调研与研究，本文提出一个可行的方案并已付诸实践，本文针对内饰线体，在PTL接收到LES传过来BOM数据后，生成拣料单时，会进行拼单处理，将一台车的后半部分与后一台车的前半部分拼成一个拣料单，在拣料完成后，相应料车上放置的就是当前车后半部分的零件与后一台车前半部分的零件，例如：如图5所示，以2号料车为例，2号料车上放置的就是1号车后半部分的零件与2号车前半部分的零件，以此类推，这样在装配工装配2号车前半部分时，该装配工只需到2号料车上取2号车前半部分需要的零件，装配2号车后半部分时，到3号料车上取2号车后半部分所需的零件。通过实地测试，该方案能够极大提升该线体的生产效率，同时为装配工提供了便利，减轻了他们的疲劳感。

6 结束语

进入21世纪以来，我国的汽车产业发展非常迅速，尤其在新能源车领域，形成了种类齐全、配套完整的产业体系。同时，我国的汽车行业竞争也在随之加大，涌现出越来越多的造车新势力，由此，提升汽车生产效率显得尤为重要，本文设计的无纸化拣料防错系统通过提高总装车间拣料过程中的效率，降低错拣率、漏拣率，对内饰线体进行优化来提高其效率，极大地提升了汽车的生产效率，在此基础上，该系统弃用了传统的纸质拣料单，为车间节省了生产成本，同时响应了国家的可持续发展战略。

参考文献：

[1] 董洪鹏，魏磊.拣料防错系统在汽车总装车间的应用[J].沈阳理工大学学报，2018，37（4）：27-31.

[2] 陈正丰，董宝力.汽车零部件平准化拣配作业优化研究[J].成组技术与生产现代化，2017，34（3）：47-53.

[3] 孙林辉，章艺蒙，陈钢，等.汽车总装厂线边零部件分拣标准化作业研究[J].人类工效学，2016，22（5）：25-31.

[4] 赵文朋，吴姚平，甘鸣驹.语音拣选系统在汽车零部件首批仓库拣选业务中的应用[J].物流技术，2017，36（1）：129-134，175.

[5] 刘韩影.基于汽车标准件装配防错指示装置的设计与开发[J].电子世界，2019（22）：190-191.

【通聯编辑：谢媛媛】