新能源电池数字化工厂库房建设案例解析
2023-08-09 来源：汽车制造业
近年来，随着数字化工厂的技术积累与建设发展，生产设备维修备件的库房管理流程数字化研究引起了制造业领域的广泛关注。由于维修备件库房管理业务流程繁琐、环节众多，在实际库房管理过程中普遍存在效率低下、流程缺失和管理逻辑不合理等问题。因此，一汽 - 大众基于数字化前沿技术，搭建了数字化工厂库房，对维修备件的全生命周期管理流程进行了全方位的变革优化。除此之外，由于当下企业管理模式日益完善和竞争压力日益增大，对库房的存货金额及备件周转率要求也越来越高，所以开发一套控制精确的库房存货指标监控系统，在备件全生命周期管理中也是十分必要的。
一、研究背景与现状
备件库房管理是实际生产制造中对生产设备维修备件的管理。传统制造业在库房管理中经常遇到两大难题：
一是业务流程不健全、管理混乱。传统的库房管理模式存在诸多弊端，如入库信息不完整、货品随意摆放、备件错领以及备件遗失等问题层出不穷。流程上的不健全不仅会直接对设备维修效率和车间整体管理造成不利影响，还会给电池工厂和企业资产损失带来不确定风险。
二是备件存货量过大，远远大于实际生产需求。过去庞大的库房存货虽然可以缓解生产维修压力，也在一定程度上象征着企业的发展程度，但在目前激烈的制造业竞争环境下，这无疑会大大加剧企业的运营负担。传统制造业的备件存货量往往会达到生产线投资总额的 5%，而新能源电池工厂依靠数字化工厂库房的建设，可以将备件存货和产线投资的占比控制到了 0.3%。
二、数字化工厂库房应用技术
一套成熟先进的现代化库房管理体系离不开智能化的硬件系统和功能强大的软件系统。下面将对新能源电池数字化工厂库房的硬件系统和软件系统分别进行介绍。
1. 硬件
新能源电池数字化工厂库房硬件系统方面主要包含立体货柜、线边库、RFID 基站、全景摄像头以及人脸识别系统等，涉及的数字化技术包括RFID 技术、二维码技术以及人脸识别技术等。
（1）立体货柜
工厂采用 Kardex 立体货柜（图 1），该货柜存储容量大、升降速度快、载重能力强且安全性高，可以实现快速入库、自动寻物领料、自动盘点等功能。
图 1 Kardex 立体货柜
（2）线边库
工厂根据实际生产备件的需求和场地情况，定制了新能源电池工厂专属线边库（图 2）。该柜体设计符合人体工程学要求，操作便捷，安全性高。
图 2 线边库
（3） RFID 基站
通过 Zebra FX9600 RFID 读取器，工厂能够实时掌握每日库房备件进出情况。FX9600 读取器使用以太网供电方式，密封等级高达 IP53，且配备多达 8 个RF 端口，这使得无源 UHF 资产追踪和库存管理的成本效益提升到全新水平，且性能不受影响。该产品还具有极佳的读取速度，极大地提升了库房业务流程的效率。
（4）全景摄像头
工厂采用海康威视 200 万像素全景摄像头（图 3），3 个全景镜头支持独立上下左右滑动，全景红外照射半径 30 m，同时支持报警联动功能，员工可以随时随地掌握库房内部是否存在异常情况。
图 3 全景摄像头
（5）人脸识别系统
工厂采用海康威视人脸识别一体机，支持 5000 人脸库，人脸比对时间仅需 0.2 s，验证准确率高达 99%。该设备识别速度快，准确率高，同时支持刷卡、指纹、人脸等多种认证方式，保障库房负责人、工程师、领料人以及库管员的各级合规使用。
2. 硬件技术
在硬件技术方面，建设数字化工厂库房管理系统，结合RFID 技术和二维码技术对库房进行数字化管理，优化库房管理流程，提升库房管理效率，降低库房管理成本。通过 RFID 技术和二维码技术实现基于每个独立备件个体 ID 号的全生命周期的数字化流程管理。
二维码技术通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读实现信息自动处理。该技术具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。该技术同时还具有对不同行的信息自动识别功能及处理图形旋转变化点。
RFID 的技术原理为阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信，达到识别目标的目的。RFID 的应用非常广泛，典型应用有门禁管制、停车场管制、生产线自动化及物料管理等。
3. 软件技术
在软件技术方面，工厂库房管理系统基于 JAVA 语言，采用了微服务技术架构；数据管理采用了关系型数据库 Oracle 和非关系型数据库 Redis 并用方式，管理前端采用了 H5 和 Electron技术。
三、备件全生命周期流程解析
针对传统库房管理模式的弊端，基于数字化工厂库房系统，新能源电池工厂完成了设备维修备件从备件订货、验收入库、备件储存、领料出库、备件调拨、修复入库以及备件报废的全生命周期流程梳理。
1. 问题描述
1）传统库房管理模式下，全部依靠人员手工操作备件出入库，工作量大且繁杂，工作效率低下，存在人工误操作的风险，无法满足当下库房数字化管理和精益管理的需求。
2）备件信息链可追溯性差，备件信息、库存位置以及生产线工位设备信息之间未能建立信息匹配链路，导致备件领料、备件储存、备件出库、备件修复及备件报废等环节缺乏关联性。
3）备件出库领料查找困难，由于库房内没有数字化系统及设备的提示和指引，库管员面对陈列的大面积备件料架，往往无法快速找到备件位置，导致出库时间过长，影响设备维修和检修的效率。
4）传统的库房管理模式成本较高，特别是在人员方面，需要多人对库房的业务流程进行管理和监控。同时，传统的库房管理模式需要消耗大量的纸张，环保性差。
5）传统的库房管理模式在合规性方面存在一定的风险。库房所有文件记录均为手工帐，缺乏严谨性、准确性和实效性。
2. 原因分析
1）从管理模式上来看，传统的库房管理模式过于依靠员工的重复性工作和员工的职业操守，造成资源浪费、工作效率低下，并存在合规风险等问题。
2）从业务流程上来看，库房管理的每个流程都独立存在，无法实现实物流与信息流有效衔接。
3. 解决方法
从管理模式方面，通过安装 RFID 货架、摄像头、扫描枪、条码打印机、全景摄像机以及人脸识别系统等数字化硬件设施，保证了数字化工厂库房的可靠运行；在业务流程方面，通过业务的梳理、流程的建立、规范的制定，来完善数字化工厂库房业务体系；通过 IT 系统与车间库房管理业务现状结合来达到用信息化手段促进备件全生命周期管理提升（图 4），实现数字化的目的。
图 4 备件全生命周期管理流程图
（1）备件入库
备件到货后，通过手持 PDA进行入库操作，将备件编码、批次号、类别和照片等备件信息绑定到二维码和 RFID 标签，并用条码打印机打印粘贴到备件上；所有备件需要在系统中预设上架位置，实际上架过程中也需要按照预设的位置进行摆放。
（2）备件储存
为了保证库房备件的领用安全、领取的合规性、便于在出现异常情况下的问题分析及追溯，库房实现了视频监控备件库房全覆盖，系统发现异常时会进行声光报警。
（3）备件盘点
首先通过库房管理系统形成备件盘点清单，然后将清单同步至手持 PDA ；随后系统通过RFID 进行所有货物的自动盘点；最终盘点结束后，系统可自动生成盘点报告，盘盈及盘亏均在库房管理系统内自动进行记录存档。
4. 备件出库
领料人在系统中提交领料申请审批后通过门禁和人脸识别系统进入库房，系统自动查找备件位置并为领料人提供灯光指引，领料人领料后系统会对实际领取备件的种类与数量进行核对。
5. 应用效果及推广
（1）成本优化
提高库房管理效率，减少申领等候时间，实现无纸化办公，降低服务成本；2021 年全年累计节约工时 7826 人 · 时，节约文件打印费用 2000 余元。
（2）安全性提升
进出库房通过“刷卡 + 刷脸”的方式，备件均绑定 RFID 标签，实现出库数量及种类的自动检测。库房处于24 h摄像监控状态，安全性显著提升。
四、低代码编程应用实例
1. 问题描述
库房的存货金额大小会直接影响一个企业的利润情况以及资金周转能力。过高的库存金额不仅直接加剧公司的财务支出，更会一定程度地阻碍工厂维修团队自身技术能力的提升和进步。除此之外，过高的库存金额也会给工厂带来大量的不必要的维修备件管理工作。
2. 原因分析
1）工厂缺乏对于存货金额、备件高低储以及备件库龄等重要指标的实时监控手段和工具。
2）实际生产过程中受芯片短缺以及营销政策的影响，导致在设备维修备件的采购过程中存在过量采购的问题。
3. 解决方法
低代码开发技术具有易上手、编程门槛低、输出效率高等优势，车间维修团队利用宜搭低代码开发平台，针对存货金额、备件高低储以及备件库龄等库房重要指标，开发了一套库房存货指标监控系统（图 5、图 6）。通过这套存货指标监控系统，库房管理人员可以随时随地通过移动端实时查看当前车间各区域的库存状态，第一时间就能了解到维修备件的相关存货指标。
图 5 移动端存货指标监控界面
图 6 移动端备件库龄监控界面
除此之外，该监控系统通过和库房系统的数据交互，实现了设备备件历史消耗量查询功能（图 7）。只需要用户输入备件编码，即可看到过去三年此备件的消耗数量，从而指导订货人合理订货。
图 7 移动端备件历史消耗量查询界面
4. 应用效果及推广
通过工厂存货指标监控系统的开发，实现了库房存货指标监控和科学订货，使得工厂在保证生产线稳定有序生产的基础上，优化库房整体存货金额 35%，将备件存货和产线投资的占比控制到了 0.3%，大大降低了工厂维修备件费用消耗。
五、结论与展望
通过本文的实践案例，可以看出，基于备件全生命周期管理的数字化工厂库房既满足了备件管理的全流程系统化，也保障了备件管理的合规化与智能化，实现了库房成本优化和各类备件的信息追踪。相信将来会有更多的工厂及企业突破传统的库房管理模式，转向数字化管理，实现备件全生命周期管理。
未来新能源电池工厂的库房建设管理是基于更深层次的数字化管理，依托强大的数据分析与高阶智能决策功能，实现信息资源的充分利用与共享，从而降低生产经营成本，为一汽 - 大众创造核心竞争优势。
原文刊载于《汽车制造业》2023年第4期 作者：一汽大众汽车有限公司 陈文 李崑鹏 苏帅 林志怡
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