灯光指引拣配技术在智能制造中的应用分析

范晓烨 王庆晟

(1.安吉汽车物流(上海)有限公司，上海 200082；2.上汽通用汽车有限公司，上海 200120)

0 前言

随着汽车工业的发展，为适应市场需求，提高产品质量，加强产品成本控制，大多数汽车制造企业总装车间的装配生产线开始采用多车型混线生产模式。由于该生产模式加大了整车装配难度，增加了拣配人员劳动强度，对工人的专业技术要求更高。为优化装配工艺，提升装配效率，对汽车零部件的拣配环节进行全面的数字化改革迫在眉睫。

在传统的汽车总装生产线上，零部件的拣配通常采用人工分拣方式进行。随着现代汽车制造企业车型的增多和产能的扩大，对生产节拍的要求在不断提升。当车型种类和生产节拍提高到一定程度后，企业的生产就会出现效率瓶颈，对有限的生产线配套物料库位造成一定压力；生产线操作人员和物流配送人员的工作量和工作强度增加，会导致相关人员产生疲劳，工作效率下降，容错率降低，间接增加了企业的生产成本[1]。运用高效的信息处理系统和灯光指引拣配(PTL)技术，能够对物料的进出、库存、分拣、配送等环节进行有计划执行与控制，能够有效提高物料的识别效率。

1 概念

1.1 技术原理及操作流程

PTL技术是采用现代先进的嵌入式系统和物联网通信技术组成的一套电子设备。该设备作为一种生产辅助工具，可安装在汽车制造企业需要拣配的物料储位上，配合仓储管理系统(WMS)和其他物流管理系统，通过软件控制灯光信号和数字显示，将拣配物料信息推送到电子设备上，引导拣配人员正确、快速、便捷地完成物料拣配工作，有效提升物料拣配效率，实现企业产能升级。

在汽车装配过程中，当某台车辆进入总装生产线后，PTL系统的后台业务系统与上位机业务系统将自动获取该车辆的装备信息和位置信息，并将生产零部件的物料清单实时发送至物料拣配区域进行备料生产。配料区在接收到配料数据后，将根据生产订单指示拣配人员进行取料操作。

PTL技术为需要拣选的每种物料配备了1个灯光标签，当物料开始进入拣配状态时，生产线旁的控制系统会逐一根据物料清单点亮需要拣选物料的灯光标签，在完成拣配流程后，通过按下灯光标签上的按键确认取料操作，并继续下一轮的物料拣取，依次循环操作直至所有物料拣配完毕。通常，拣配方式可分为以下2种：① 摘果式拣配方式。该方式是目前企业使用较为普遍的操作方式。在摘果式拣货方式中，电子标签安装在所有备拣物料的库位上，系统根据订单数据发送指令到电子标签上，拣配人员根据电子标签亮灯状态进行摘取式取料，逐一将物料清单所对应的库位物料取出。② 播种式拣配方式。该方式是一种对相同的物料采取一次多单集合式取料的操作方式。系统将多车型数据进行排序分类后，指引拣配人员到相应的库位拣取足够的物料，再多次分发到不同送料车上。

1.2 系统架构

PTL技术是一种分布式的系统应用架构，以生产系统和中央计算机为上位机，通过网络通信将生产订单数据分发到零部件所对应的电子标签上。主系统通过网络与生产系统进行对接，获取当前的生产数据，实时生成当前需要生产的订单，再将订单信息推送给生产线配套计算机，根据相应的生产节拍开启拣配任务，达到正确、快速、便捷地完成物料拣配工作。

2 应用特征

2.1 实用性

PTL系统作为WMS和制造执行系统(MES)的延伸系统，主要应用于制造业，尤其是汽车制造行业。PTL技术结合实际业务，可采取双向配置方式，在不改变传统业务操作流程的基础上，根据人机系统简约的设计原则进行取料和补料等操作，可减少操作的复杂度，降低操作的时间成本。

2.2 稳定性

在PTL系统设计初期，应根据生产线的实际情况搭建硬件设备，由于生产线的长度、操作人员的配置及生产线的生产节拍(JPH)均已被固定，PTL系统生产线上的拣配人员及其生产节拍也较为稳定，具备一定抗波动性。在系统设计上，应充分考虑到各业务层次和各环节数据处理的便利性及可行性，采取总体结构模块化的技术方案，可有效降低系统故障的处理时间，减少因系统故障造成的生产中断和生产延时。随着拣配人员逐渐熟悉PTL系统的性能和操作流程，其工作效率会不断提高，工作强度也随之降低，间接减少了因工作强度过大造成的人员流失风险，并降低了人力资源成本。

2.3 经济性

PTL技术可以提升企业物料库位的复用率，减少空间资源的浪费。在生产时，库位设计可以根据车型变化和车型增减随时进行动态调整，提高物料变更和物料滞留的处理效率。通过硬件介入访问控制层(MAC)信息，可以通过绑定库位的方式绑定物料编号，一旦物料出现变更或者被移出，只需在系统中变更库位与物料编号的绑定关系，就能完成新的物料绑定关系，从而极大提升了库位的复用率。同时，根据物料滚动计划表，系统可计算出物料的实时库存，并根据库存调整库位，减少空间资源的浪费。PTL技术对库位的灵活性应用体现了其在库位资源利用上的价值。通过提升仓库库位的复用率，可以科学地规划和使用物料库位，将包装标准化与立体库位有效结合，增加库位的容积率，降低仓库的运营成本，为企业创造更多的经济效益。

2.4 多样性

构建一套分布式系统的目的通常是为了获得更长远的业务应用。对汽车企业而言，PTL系统可根据企业的生产状况及时进行调整，还可演变成接触式、非接触式、自动化操作等方式进行生产辅助。该技术不仅与生产线、物流线的操作人员进行交互，也可作为车间物联网的节点与零部件、设备、物料箱等物件产生交互。

2.5 可扩展性

使用PTL技术的汽车生产线具有一定的扩展性，普通生产线一旦定性，其扩展可能性几乎为零，采用PTL技术的生产线则具有高度灵活性，可通过对新增的物料清单和实际的场地条件进行评估后进行相应的功能扩展。当PTL系统完成物料拣配后，相应物料将被放置于专用配料小车上，可以针对专用配料小车进行标准化设计，形成标准化的行驶路径。因此，应用PTL技术的上线方式一般选择自动导引运输小车(AGV)自动上线，可减少上线人员的数量。

2.6 先进性

PTL技术具有生产制造的先进性。在生产质量管理方面，该技术不仅可为企业管理层提供生产过程中的数据追溯和管控，还能根据交互数据生成取件用时的优化参数，为优化库位提供了数据支撑。PTL技术不仅能够提升配料速度，还能降低配料人员的工作强度。此外，PTL系统积累的数据也是未来企业进行优化生产流程和提升生产效率的重要依据。

3 应用案例

以下通过某汽车制造企业总装车间的PTL系统应用分析为例，对PTL系统的应用成果进行分析。某汽车制造企业生产的车型主要有运动型多用途汽车(SUV)和轿车，可根据客户的个人意愿，提供车身颜色、内饰、外饰、电子设备及部分选装件等全方位的个性化定制服务。由于企业销售策略的多样性，在车辆制造过程中，相应的零部件组合方式呈现出复杂化和多样化的特点。

为提高企业生产效率，总装车间采用线性生产线，并应用了大量摘果式拣配方式的PTL系统。该总装车间可同时共线生产4款车型，其生产节拍为每小时下线34台车，涉及的工位物料总数为4 559件，其中大件物料为1 484件，小件物料为3 075件。目前，已实施PTL系统的物料共有1 824件，实施比例为40%。根据该车间的厂房结构，总装主线分为8段线体，分装支线分为门线、发动机线和底盘分装线3段线体。其中，主线L7段和L8段主要为质检线和报交线，不涉及零部件的安装。该PTL系统的物料实施明细见表1。

表1 PTL系统物料实施明细

PTL系统的现场布置应在准备车间内进行，物料存放不占用生产线旁走道。PTL系统区域按照大件物料与小件物料进行区分，大件物料应避免放置在地面上，小件物料应放置在流利式货架上。各种物料均对应1个灯光标签，在生产线线体内还应设置分段按灯，并保证每段线体内的拣配节奏高于生产线节奏。每条PTL系统拣配线均应设置1台工控机、1台打印机和1台机箱。工控机通过有线连接该线体上的物料按灯及分段按灯，由 MES系统将车辆经过扫描点后的相关信息发送到PTL系统，由PTL系统筛选相关信息，将其组合成各线体拣配信息，并打印存档。

4 应用分析

4.1 提高物料识别效率

通过将生产线上每台车型零部件的拣选工作从生产线旁装配人员转移至物流操作人员，可以极大提高对物料的识别效率。传统生产线的物料寻找和定位，较多依靠拣配人员的目视和记忆，需要对拣配人员进行长时间的培训。

随着车型的增加和定制化业务的开展，一些临时新增的物料无法及时被拣配人员快速、准确地识别，甚至会出现因物料漏拣、错拣、延时等原因导致生产线停线。通过采用PTL技术，可避免类似现象的发生，减少物料错拣和漏拣失误，降低对拣配人员的依赖，节约人力资源。

PTL系统可缩短物料识别时间，主要体现在以下2个方面：① 物流拣选端的优化。采用PTL系统可通过灯光指引直接取料，简化操作步骤。由于PTL系统的布局是根据拣配人员的行走线路设计的，因此该系统可以极大减少拣配人员的走动距离。② 装配操作端的优化。由于物料车的放料位置与零部件具有绑定关系，采用PTL系统可直接到固定库位进行取料，简化了拣配人员查看物料清单和识别零件号等操作。

上述优化措施是基于采用PTL系统后，在对物料的识别要求大幅降低的基础上提出的。在实际应用过程中，物料车与生产线随行，现场拣配人员可直接在产线板链上完成取料，其移动距离一般不超过3～4步。

4.2 释放生产线产能

除了能简化供应链物流拣选端的操作流程外，应用PTL系统还能大幅提升生产线的柔性，提高生产线的效率。当大量车型上线时，极易造成生产线物料库位严重不足，导致物流供货混乱。

PTL系统的应用，能够最大程度的释放生产线旁的物料空间。此外，通过简化操作人员的工作流程，PTL系统提升了生产线的生产效率，在单位时间内可以保证有更多产品下线。在PTL系统上线后，生产线实际生产工位数量下降了20%，释放的工位可用于产品质检、返修、新增机械手等。此外，通过应用PTL系统，拣配人员减少了3.75%，生产节拍由规划初期的每小时36台提升至42台，装配准确率保持在99.95%以上。

5 结语

PTL技术的应用场景较为广泛，适用于仓库式物流分拣、电商行业配货分拣、生产型送货配料、装配与制造等领域，是现代企业在供应链环节实施降本增效的重要举措之一。

随着PTL技术在智能制造领域中的应用，该技术将衍生出更多的应用场景，促进各个生产环节向信息系统化发展，也是现代物流发展的推进器。