关于定制家具企业生产中的智能分拣系统,你了解多少?

在经济不断发展的中国,家具制造业作为传统制造业的一种也在面临不断地革新。对于大规模定制家具企业来说,不仅要做好客户对家具最基本的功能要求和个性化设计的需求,还要提高订单完成效率和板材利用率,以增加企业生产效益。

定制家具企业为满足不同客户群体对于家具的不同需求,家具从材料, 尺寸,结构等方面达到多样化,同一订单中出现不同尺寸,不同颜色的板件要求。

按传统的生产方式,以每个订单为单位逐个进行生产, 不仅加大了车间生产的难度,而且降低了家具生产效率、材料利用率和工厂人员的浪费。

因此,如何正确合理高效的完成分拣作业是当代定制家具企业需要关注的问题。

智能分拣的技术分析结合当前定制家具企业的生产模式和分拣现状,分析用分拣机器人替代分拣工人的优势,为定制家具企业更好地打造智能制造车间,提升企业效益提供新的借鉴。

 

1. 智能分拣的必要性

 

1.1 人工分拣的问题

 

目前定制家具企业揉单生产模式下的分拣工序仍是由人工分拣来完成。揉单即不以客户订单为单位进行生产,而是将各订单中的板 件进行拆分、揉和、归纳,进而进行批量化生产。

人工分拣作为定制家具生产的工序可解释为将多个订单中的板件经过开料、封边、钻孔 等工位统一生产后,由工人将板件按照订单要 求进行分类,一个订单的板件统一放在指定的缓存小车上,最后进行包装出库。在人工分拣的情况下会出现诸多问题。

 

关于定制家具企业生产中的智能分拣系统,你了解多少?

 

 (1)分拣速度慢

分拣工人需要先对板件 进行扫码后才能搬运,对每个板件进行人工扫 码会花费大量时间,且效率不高。 

 

(2)错误率高

工人在扫码中会由于存在 不可控因素,会出现板件“漏扫码,错分拣”的 情况,导致该板件的信息没有上传,PDA机无法显示订单齐套,导致花费时间找板件,或是板件不能正确地对号入座到相应的订单,导致订 单少板或者是多板的情况。 

 

(3)工人体力劳动消耗过大

人工分拣工人需要消耗大量的时间和体力去完成分拣工 作,分拣过程中检查到板件问题还要进行反馈,生产效率低,出错率高。

 

 (4)占用面积大

人工分拣需要的缓存区智能在地面,所以要占用工厂大部分的面积, 对未分拣完成的板件进行缓存,这样会阻碍整 个生产车间的工作效率,提高生产成本。

 

1.2 智能分拣的优点

 

目前,定制家居占据中国家居行业的主要 市场。越来越多的用户选择定制,给定制家具企业带来利益的同时,也带来了一定的挑战。

自德国首次提出“工业4.0”,以及中国政府对智 能制造产业的重视与扶持下,家具制造业也面 临着新的转型机遇,打造“智能制造车间”已成为多数定制家具的发展目标。 

 

关于定制家具企业生产中的智能分拣系统,你了解多少?

 

大多数定制家具生产车间在开料、封边、 钻孔等关键工序以基本实现半自动化。与人工分拣不同,在智能分拣系统和分拣机器人的作用下分拣人员从加工中心,将加工好和敲好胶 粒的板件分堆转移至智能分拣缓存区,并使用 PDA扫描该分堆内的任一块板件,系统记录该 分堆的板件已经全部分拣,按此操作,直至上 分拣系统的板件批次全部齐套。

智能分拣是依靠智能识别技术,优化信息处理技术,是现代 定制家具企业完善工厂的生产秩序,优化产业 配置,走向智能化发展的必经之路。智能分拣系统可以有效解决目前人工分拣的种种问题, 提高工作效率,更有效地完成生产过程中板件搬运、仓库中板件储存的管理问题。

 

关于定制家具企业生产中的智能分拣系统,你了解多少?

 

定制家具企业在利用智能分拣系统后可以降低人工分 拣因失误带来的出错率,减少生产工人的工作强度,更有效的利用劳动力,大大提高工作效 率,缩短企业订单生产周期,减少板件在缓存 区的滞留问题。

 

2. 智能分拣系统的关键技术运用 

 

分拣系统运行需要相应的基础机器设备以及信息采集和处理方面的软件系统的综合 运用,整个分拣过程才可以运行。

智能分拣设备的基础设施也就是一些机械设备包括输送 线设备、分拣设备、立体库货架等。软件系统主要包括WMS系统、ERP系统以及MES系统等。 

 

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2.1 智能分拣系统的基础设备

 

输送线设备是指可以将待分拣的板件 运输至分拣区域的一套设备,一般是由升降平台、滚筒输送线、皮带机、顶升移栽机组成的。

基于板件的重量都比较重,采用升降平台可以较为轻松地将已加工完成的板件放至输送线上开始分拣步骤,再由滚筒输送线将板件运输至分拣机器人处,并由分拣机器人进行抓 取和摆放从而完成整个分拣步骤。

 

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由于滚筒输送线只能作直线运输,所以还需要用皮带机、 顶升移栽机来进行水平和竖直方向的运送过 程,直至将板件送达到相应的位置。 

分拣设备也是分拣系统中的核心部分。它可将同一批次所有板件全部按初始订单分类进行分拣,大大地提高了分拣过程的效率, 降低了人工分拣存在的错误率。分拣设备主要由分拣机器人和机械手臂组成。

由于板件大多是平面板块而且又薄又重,一般不会考虑类似于蜘蛛手的分拣机器人。板式家具分拣过程中 所使用的分拣机器人需要具有较高的承受能力和灵活度,以便抓取板块之后可以自由旋转将板件放置存储区域。所以一般采用六轴机器人 和机械手,钢结构的固定底座保持机器人的稳定性。

 

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六轴关节增加分拣机器人的灵活性,增大了活动范围。机械抓手保障了抓取板件的牢固性,防止搬运过程中的板件的掉落。 

 

2.2 智能分拣系统的软件技术的运用

 

 WMS(Warehouse Management System):仓 库管理系统,是一种综合运用的管理系统,从 计划、设计、生产、检测、包装、出库、售后等一系列过程的管控和检测。

WMS具有数据准确、 定位精准、掌握实时情况、信息记录详细等特 点,在最后的分拣过程中大大地提高了分拣效率,增加了空间利用率,降低失误。

 

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ERP(Enterprise Resource Planning):企业资源计划系统,大多数企业使用的管理信 息系统,位于上层计划管理层。主要是对企业的所有资源进行优化管理使企业可以在激烈 的市场竞争中充分发挥其综合实力,实现经济效益最大化。

管理人员和客户可根据ERP有效地跟踪订单的生产状况,得到准确、实时的生 产信息。提高生产的效率,降低各种原因带来 的不良影响,保证生产排产的可行性。

企业的 数据库具有庞大的资源,拆单小组再将订单进 行拆单的过程中,ERP系统将功能相似、工艺相 似、结构相似的产品进行分类,在根据板件的 加工流程、加工工艺等信息生成二维码,以便后续的板件信息的上传工作和分拣操作。

 

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 MES(Manufacturing Execution System):制造执行管理系统,面向工厂车间管理,侧重于车间的作业情况,计划的执行[8]。是连接上 层计划层和底部控制层的中间执行层,有效地填补了计划层和控制层之间的空隙。

MES通过 对工厂车间生产过程的实时跟踪和分析进行 有效调度,将上层计划层的订单生产计划进行 分析,再进一步分解、细化成加工指令下达到底部控制层,并由控制层来控制机器进行订单的生产。

在整个生产过程中,MES利用数据采集和监控技术,可以实时了解订单生产计划,加 工设备运行以及产品加工状况,并将此类信息 传送至计划层由管理人员检测,管理人员可实 时进行检测,一但发现异常立刻处理。 

 

关于定制家具企业生产中的智能分拣系统,你了解多少?

 

由上层控制层ERP系统利用企业的大数据进行拆单作业,每个拆开的零部件都会在开料时生成独特的二维码,用于记录板件的一些 基本信息。

在生产过程中,二维码被扫描识别由计算机接受信息,WMS系统收到信息进行信 息的识别,通过将信息转换成指令由PLC系统 接受控制智能上料机和分拣机器人进行作业。分拣入库完成之后再由MES系统自动包装数据 进行出库任务。 

 

3. 智能分拣的应用现状 

 

分拣工序作为定制家具生产工序中至关重要的一个环节,分拣的效率将直接影响家具 的生产效率和生产周期。

然而,人工分拣一直存在一定程度的错误率。因此,大多数定制家具企业变革生产模式也最先从分拣工序开始。 

 

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3.1 尚品宅配

 

尚品宅配起源于适用于装修行业的圆方 软件,而后利用自身的软件优势开始进入定制家具行业并迅速抢占市场,成为定制家具行业 一匹黑马。

面对与日俱增的市场需求,尚品宅配再次顺应时代发展的趋势,建设尚品宅配智造基地,依托于机器人技术,转变生产模式, 提升产能,缩短生产周期,实现智能制造。

 通过机器人技术及智能物流系统的建设使尚品宅配单日产能突飞猛进,实现了质的飞 跃,相较于过去有了近十倍的激增。在尚品宅配智造基地中,“互联网+制造”被广泛运用于各个工序。

 

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利用机器人技术,尚品宅配实现了材料利用率由原先的85%左右到现在93%以上的 提升。通过分拣工序中利用机器换人,改变了过往人工分拣有较高错误率的情况,出错率则从原先的30%左右下降到3%。 

原先分拣工序主要依赖于人工分拣,而人工分拣必然存在或多或少不可避免的问题。由于前期揉单生产,工人的错误分拣将直接导致一整个批次的订单停滞,从而间接影响产品的交货周期。

每一个订单至少包含几十块板 件,进而一个批次的订单则至少包含几百块板件。工人的一次的多拣、漏拣最严重可能直接导致整个批次的订单需要重新分拣,同时板件的滞留会导致工厂生产场地紧张,影响后续订单生产极大程度的影响产品的生产效率。 

 

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正是由于分拣的错误率无法避免,而分拣工序又是定制家具企业产品生产工序中至关重要的一个环节,所以利用机器人代替人工分拣是企业降低分拣错误率的有效途径。

尚品宅配选用安川电机机器人代替人工,避免了人工 生产的不确定性,降低订单分拣的错误率,提高了生产效率。

 

3.2 索菲亚

 

在大家居时代,索菲亚率先建造“智能工 厂”,严格依照于德国工业4.0标准建设。作为工业4.0的实践者,索菲亚利用机器人技术转变 生产模式,集成各个生产工序,实现全智能化的生产模式。

无论是从最初的开料还是到最后的打包,索菲亚“智能工厂”实现全程不落地, 使人真正的从原先的生产者变为后来设备监督维护者。同时,智能工厂的落实为索菲亚降低了成本,提升了生产效率,争取了更大的市场份额。 

 

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由智能立体仓库实现智能入库,每一块板材都有一个自己独特的号码,方便进行管 理;再对板材进行智能开料,通过识别板材号码识别加工信息,反馈到开料机器人的控制系统, 由控制系统指挥机器人完成开料;然后开料好 的板材进入协调各个工序生产的缓存区域,通 过生产控制系统协调各个工段进行加工;之后再进入智能分拣系统,利用六轴机器人对板材 进行快速分拣,按照订单要求进行码垛。 

索菲亚的智能分拣系统利用六轴机器人 加上书本架式的储存结构完成不同板件的分 拣。六轴机器人作为智能分拣系统的硬件通过不同板件特点对板件进行分类存储,而书架式的储存结构则作为分拣后板件的缓存单元。

 

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立式的书架式存储单元能同时缓存多个订单,有 效的节约厂房空间,合理利用,协调各个工序, 同时又方便分拣机器人进行存取,协调机器人 作业。 

索菲亚“智能工厂”通过机器人技术,实现将各个工段连成一条产业链,统筹整个生产过程,缩短整个工序的等待时间,实现智能化 生产,大幅度的缩短交货周期,赢得更好的市 场口碑。 

 

3.3 莫干山 

 

莫干山家居作为浙江升华云峰的旗下品 牌,主营板式家具。由于市场需求的持续增加 并仍有递增趋势,市场的倒逼使莫干山迫切需 要提升产能,缩短交货周期;另一方面,人工分拣一直存在较高的错误率,长期在8%左右。因此,莫干山引进智能分拣设备,建设工业4.0 车间,以期提升效率,降低错误率,提升产能 。 

莫干山智能分拣系统由分六轴机器人、书 架式存储单元、拣机器人抓手、库存管理软件、 缓存区、二维码识别系统、顶升移栽机构、分 拣输送线、升降机构、堆垛机、大板垂直库、电 控柜等设备组成。

 

关于定制家具企业生产中的智能分拣系统,你了解多少?

 

通过二维码识别系统识别二 维码,再由WMS软件确定零部件放置的单元格, 再由机器人的分拣控制系统依据信息,将零部 件长短分开放置到相应的存储位置。如遇故 障,部件则放入缓存区。 

莫干山分拣项目通过机器人项目旨在解决定制家具订单70%板件分拣问题。通过WMS软件共享ERP+MES数据,实现智能分拣板件。这些板件在数量上占板件的40%-50%,体积上要占 到70%。通过引进智能分拣设备,莫干山实现降低生产成本,提升生产效率,缩短生产周期。

 

4. 结 语  

 

大规模定制家具的生产中,分拣过程一直以来都是最需要注意的一道工序。定制家具企业的智能分拣多采用六轴机器人与立式书架式存储单元相结合的方式。

通过分拣系统的使 用,定制家具企业在一定程度上降低了人工分拣导致的分拣过程的错误率,如板件摆放错 误,多板少板等情况。

 

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同时利用机器换人提高了订单的生产效率,降低了人工成本,同时缩 短了产品的交货周期,提升了客户满意度。智能分拣系统的提出和使用以及信息化技术的发展突破了传统家具小批量,多品种订单产品只能按照单个订单逐一生产的局限性,为企业带来了更多的订单,更大的利益、更好的发展。

同时机器换人提高了定制家具企业市场的竞争力,走在智能制造发展的前端。复杂的分拣工序得到很好的解决方案,智能分拣代替人工分拣也是不可逆转的趋势。

 

本文供稿:彭文文,熊先青,《定制家具企业生产中智能分拣系统的应用研究》,家具,2020

技术咨询:力维智能装备李功君

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