梦天集团实木复合门智能生产车间

关键词：柔性生产线，立体仓库，板木材料智能拣选超市，MES车间生产管理系统

引言：2015年，梦天木门嘉善工厂为适应市场需求、提高产能、提高产品质量、机器替换人工（重复枯燥环境恶劣的工位）、提高企业智能制造水平而提出建设智慧车间的需求，并由杭州新松机器人自动化有限公司（以下简称杭州新松）和浙江思锐机器人有限公司（以下简称浙江思锐）共同承接开发、制造、实施该项目。项目经过2年多时间的方案构思、设计制造与安装调试，现已经在梦天木门嘉善工厂投入使用。

相关背景介绍：该案例是梦天木门3#实木复合门智能车间项目，由杭州新松与浙江思锐在2015年开始联合进行项目调研、方案规划、制造执行及交付生产。

1.  制造企业概况及内外部形势分析

1.1制造企业原材料、工艺、产品等现状介绍

1.2制造企业在国内外对标或者竞争企业介绍

梦天自创建以来，已成为越来越多高端家庭的选择，在全国开设1400多家专卖店。梦天不断追求卓越，坚持以质量管理为基础、以品牌建设为核心、以设计研发为先导、以市场拓展为驱动，实现企业的快速发展。为确保高端品质，梦天成立了由中国、意大利、美国设计师组成的国际化设计师团队，并自建了庆元、嘉善两大木门生产基地。与Masonite、Home Depot等国际知名家居建材零售商建立长期合作关系。在中国，恒大、绿城、万达等知名地产商选择梦天作为其精装房的战略伙伴。在首都，梦天木门被人民大会堂选用。同时，梦天联合国家林科院建立了“木质门研发中心”和“林业工程博士后工作站”，是《木门窗》国家标准和《木质门》行业标准的起草单位之一，是国家幕墙、木门窗标准化技术委员会中的木门生产企业委员。2013 年12 月1 日，由梦天参与起草的国标《木门窗：GBT 29498-2013》正式实施。
在室内门领域，有梦天木门，TATA木门，3D木门等品牌商。

1.3制造企业主要需求描述及图文展示

进一步走出国门冲向世界，提升公司制造水平，对标工业4.0成为公司的迫切需求。梦天从对新品开发、新上产线有较高的智能制造能力要求。具体为根据梦天木门的产品和工艺，设计兼容性强的木门自动装配线，并为产线配套设计备料的料塔，对于成品设计建造自动化立体仓库，实现自动出入库等的库存管理，采用智能物流输送及拣选技术，实现原材料自动拣选和智能配送。图1.2 梦天木门产品之一

2.实施项目的工程公司概况

2.1智能制造工程服务公司基本情况介绍

杭州新松机器人自动化有限公司是一家以机器人独有技术为核心，致力于数字化智能高端装备研发制造的国家高新技术企业，系中科院控股的沈阳新松机器人自动化股份有限公司（股票代码：300024，股票名称：机器人）下属全资子公司，新松集团“南方总部”。现有上海新松机器人自动化有限公司、宁波新松机器人科技有限公司2家控股子公司，及武汉分公司、台州中心等分支机构。主要面向智能装备、智能物流、智能工厂、智能交通等，形成八大产业方向，致力于打造数字化物联新模式。

浙江思锐机器人有限公司是一家以行业咨询服务及整体系统解决方案为核心的智能制造集成商，我们也是政府认证的专业第三方服务企业，为企业量身定制智能制造解决方案。与新松机器人建立了深度的战略合作关系，从项目的前端设计到项目实施交付都能无缝衔接，也得到了客户的一致好评。目前为止已在多个行业内合作打造了标杆项目，包括梦天木门，恒逸化纤，TATA木门，王力集团，戴宏机械等。

2.2智能制造工程服务公司已有改造经验介绍

杭州新松机器人自动化有限公司主要产品有：工业机器人、智能移动机器人（AGV）；自动化集成生产线等。项目涉及：汽车及零部件行业、钣金（电梯等）行业、家电（厨电等）行业、高低压电器行业、家居建材（竹工制品）行业等；

开发完成的智能制造装备有：机器人系统集成（如焊接、机床上下料、涂胶、装配、码垛、拆垛等）、自动化装配检测系统、智能物流仓储系统、激光自动化装备（如焊接、切割、打码）等；为客户提供：数字化工厂、MES系统、工厂物联网、车间看板系统、智能物流管理系统等软件服务。

浙江思锐机器人有限公司已有的项目案例包括有梦天木门，TATA木门，恒逸化纤，王力集团，戴宏机械等。为木业，化纤，钣金，汽车零配件领域提供非标自动化工程服务。

3.项目实施

3.1问题提出及本项目要解决的事项

根据梦天木门公司发展提出的需求，提升其制造水平和市场竞争力，看齐工业4.0标准；实施企业需要按智慧车间标准，提供该司实木复合门的智能生产车间。本项目主要解决的问题以及技术路径简述如下：

1）基于工业机器人阿的自动上料装备的开发

复合木门构成材质品种多，尺寸规格多样且跨度大，如何实现原材料自动准确上料是目前急需解决的问题。

A：采用六轴机器人安装自主研发的真空吸合智能抓手与具有预存功能的智能分料装置配合协调工作，通过机器人每次批量抓取及智能分料装置临时储存和单件分料，顺利解决了细长实木料，用料快，单料使用节拍短的高效准确上料。       B:采用六轴机器人安装自主研发的多指智能抓手，通过多指同时伸出每次单张抓取、缩回放料，顺利解决了填充板（桥洞力学板）表面粗糙、强度差、面积大的平稳准确上料。

2）基于智能传感与控制技术的木方双工位无限长拼接及订单式定长切割柔性加工设备的开发。

A:研制双工位平头定长铣齿装置

l  采用木工专用电主轴和设计定制专用的高速加工刀具，组成加工工件的成套主轴组件，

l  实现木方铣齿，使拼接强度更好更牢固。

B:研制智能定长切割装置

l  进行切割下料，兼容360mm~2400mm范围尺寸的订单式下料；

l  并设有粉尘回收装置，可消除加工过程中产生的粉尘；

l  对精密传动机构设有密封防护及自动集中润滑系统，使装备得到更好的保养。

C:研制双工位无限长拼接装置

l  进行木方自动涂胶无限长拼接，使木方利用率更高，近于零废料，拼接效率成倍提高。

l  基于多机械手协同技术工作的订单式木门框架总装柔性组装设备的开发

3）基于多机械手协同工作的订单式木门框架总装柔性组装设备的开发

木门框架共有6大类，26种规格，由上码头组件、下码头组件、边庭组件、横档组件、玻璃盒组件、填充板等组件组合而成，不同木门框架构成组件不同，产品种类规格繁多，构成组件繁杂多样，材质多样：

A: 采用热熔胶代替码钉固定木门框架各部件，工序集中，集成控制，多传感器监测，多机械手协同工作；

B: 可根据生产订单信息，通过MES协同管理和PLC自动控制，自动调整执行件工作位移，实现了全规格系列产品组装兼容。单件组装时间：平板门30s/扇；特殊门45s/扇。

C: 多处同时对称压紧和对称向内挤压组装，使用高精度压力传感器，实时监测和控制木门框架压装力，保证木门框架产品组装过程的可靠性，确保产品质量；

D:具有全规格系列产品组装兼容的高柔性、高效率、高质量等组装优点。

4）基于多轴桁架机械手及多层多方式输送技术的工序间物料智能转运系统的开发

A:解决木方料全规格系列兼容、跨距搬运、位置和空间的难点，实现工件的快速精确转运。

B:采用一套五轴桁架机械手和一套四轴桁架机械手及滚筒输送与皮带输送混合双层输送集成，结构紧凑，桁架采用伺服控制，齿轮齿条传动，运行平稳，定位精度高。

C:机械手端拾器采用分布式吸盘，兼容全规格系列产品的抓取搬运。

D:具有木方料全规格系列兼容、高效、平稳、精准转运的优点。

5）板木材料智能拣选超市开发

A:木门制造企业仓储情况

l  木门制造企业需要解决工厂每天使用成千上万种板木原材料和生产成百上千种成品进行精准物流搬运和仓储的问题，实现高效、低耗、智能化、柔性化的智能物流仓储。

l  家居木门材质品种繁多，外形尺寸复杂各异，为了满足高效大规模定制化柔性生产的需要，必须配置准确快速响应，具有物流仓储自动化和信息化高度融合的智能物流仓储

B:需要解决的难点有：

l  原材料的高效准确自动拣选出库配送；

l  生产线多工位的物料交叉转运；

l  大范围尺寸差异工件通用兼容取料

3.1.1明确改造类别（属于智能工厂、数字车间、智能生产线、智能工段）

该改造项目属于数字车间类别。

3.1.2明确改造中的关键技术

该项目从总体上颠覆性地改变了以往家居木门生产工艺和生产方法，包括：采用基于工业机器人的自动上料装备、木方柔性加工等设备替代人工生产，使生产工序高度集中，并集成智能控制，多机器人和多机械手协同工作，实现自动上料、柔性加工、柔性组装及在线自动监测等；产线料塔为自动化产线提供备料，自动出料；成品立体仓库对整个智慧车间的成品进行自动化出入库管理；采用智能物流输送及拣选技术，实现原材料自动拣选和智能配送。该项目由多条各木门部件自动组装生产线，木门拼装总成工作站，智能立体仓库、AGV智能物流系统及MES车间生产管理系统等组成。

关键技术：

1）采用基于工业机器人的自动上料装备、木方柔性加工设备、木门框架总装柔性组装设备、工序间物料智能转运装备等设备替代人工生产，使生产工序高度集中，并集成智能控制，多机器人和多机械手协同工作，实现自动上料、柔性加工、柔性组装及在线自动监测等。

2）采用智能物流输送及拣选技术，实现原材料自动拣选和智能配送

3.2项目方案拟定以及决策，技术路径的选择、资金筹集及效益分析

这是个由多工序、多工作站、多个子项目集成的智能工厂案例，包含了智能物流和智能仓储组成的一个数字车间项目。可实现生产管理信息化；生产过程自动化；产品信息可追溯；设备状态可监控；智能物流与仓储。具体的技术实现路径如下所述：

生产线由长（短）边无线长工位、单边拼接工位、单边输送系统、框架总装、门扇总装、门扇压合等12个工作站组成，整个产线布局合理，工序高度集中，系统高度集成，全规格系列产品兼容，能有效满足复合木门产品大规模个性化定制需求。

图3.1  木门码架生产全过程自动化

2）工艺流程

图3.2  复合木门生产工艺流程确定

3）产品结构

图3.3  横档类复合木门码架组成

A.   问题解决途径：

l  通过对轻型高速堆垛机、多品种高速托盘输送机的集成应用，多台自主研发牵引式AGV和移载式AGV的协同工作，高参数自动化立体仓库等关键技术的创新应用，研究开发了板木材料智能拣选超市，实现无人化订单式智能物料拣选与输送。

l  板木材料拣选超市系统布局图

图3.4  板木材料拣选超市系统布局图

图3.5  AGV库前发货区布局图

D.   智能物流输送设备的开发

AGV通过传感器、雷达扫描仪、防撞击杆、运动控制芯片、物联网、无线通信、可视性人机交换、信息管理系统、伺服系统、可编程逻辑控制器、高效率、低重量、长期免维护的系列化减速机、导向磁条、升降机构、动力源系统等有机结合，实现了车间运转搬运的智能化物流输送。

图3.6 两种AGV

E.   智能仓储设备的开发

l  木门芯板有复合板和实木之分，实木有数种类型，在订单式生产时，实木芯板出库加工后的剩料还需入库存储。拣选超市堆垛机需集成堆垛和拆垛功能，解决设备加工后不规则剩料的入库堆垛等难点。

l  通过自主研发，在堆垛机上集成一套两轴伺服同步控制升降机构和真空吸附端拾器，堆垛机具备智能拣选三种规格门芯板功能，可实现了库内单张拣选与存取，不同尺寸规格剩料的智能回库堆垛，满足订单的小量多品种规格特性，有效解决了木门行业个性化定制产品生产过程对板材的复杂多变切换需求。

图3.7  产线智能料塔

l  拣选超市与智能柔性生产线进行MES系统通讯，根据订单信息实现原材料无人化订单式智能仓储与配送；

l  覆盖生产全工序和产品全规格系列，全厂物流及仓储状态可视化集中管控，订单无人化智能管理，并可通过APP远程调度管理；

l  使用工量减少80%以上，仓储占地空间小，物流智能有序高效。

图3.8  成品立体仓库

3.3项目实施过程以及问题的解决、合作单位的配合等

项目实施过程中首先熟悉了解现有复合门生产工艺，并对其工艺特征进行梳理分析，然后根据智能制造的生产特点和复合门的产品特征，对现有工艺进行研究、分析、优化和调整，整理出一套适合自动化生产的工艺流程和工艺方法，以保证自动化生产的高效、高质、稳定以及产品信息的可追溯性和生产状态的可监控性，便于生产信息化管理。

项目从总体上颠覆性地改变了以往家居木门生产工艺和生产方法。杭州新松与浙江思锐在项目中达成深度的战略合作，解决客户的各项需求，共同调研，开发，设计制造及实施。

4.项目成效

4.1产品先进性的提高

1）复合木门自动化产线实现了高度柔性化

产线能够兼容长1900~2400mm，宽600~1100mm，厚度35、40、45mm的不同尺寸不同规格复合门的生产，并能实现6种门型的自动切换混线生产。

2）国内复合门行业首条全自动柔性生产线

实现了木方的无限长拼接、零废料利用，高精度切割（误差0.4mm以内），填充板无限长拼接，自动优化排料，利用率最大化；实现了从原材料到整门的全过程生产自动化；订单系统下发指令后，通过MES依次解析成工序任务和加工指令，各单元运行实现智能化；设备生产运行状况自动监控，故障自动报警。

3）拣选超市开创性实现了库内单张拣选与存取

传统自动化立体仓储需要出库后拣选，且只能整托进整托出。本项目通过研制一种特殊的堆垛机技术，实现了库内单张拣选与存取，有效解决了木门行业个性化定制产品生产过程对板材的复杂多变切换需求。

4.2生产效率提高

1）产能提高4倍；平板门960扇/8h；特殊门640扇/8h。

2）加工精度高质量稳定：材料切割精度±0.2mm，门架组装精度±2mm。

4.3质量提高

1）产线减少人工数量：减少75%，只需要原先的1/4人工数量。

2）实现了智能物流与仓储，节约了仓储占用面积。

3）实现了木方无限长拼接和精密切割，使木方近乎零废料利用；填充板无限长拼接，自动优化排料，使填充板利用率最大化；加工粉尘集中收集二次使用。

4）采用集中润滑、相对运动部位设置防尘保护、降低了设备维护付费，提高了设备使用率，延长了设备使用寿命。

4.4节能降耗、降低成本、经济效益提高

对于柔性化生产线，按照原有的生产模式，整个生产线需要11个操作工人，投入使用了该产线后，只需要5个操作工人即可，大大节省了人力成本，同时，采用了该技术提高了每班的生产效率200%左右，原有生产模式生产一扇门的节拍为120秒-180秒，自动化组装线节拍为45秒左右，每班可多生产产品约200扇，产品合格率提升10%以上，每天可多生产产品约1000扇，大大提高了产量和利润，该产线设计产能为30秒一扇门，目前该组装线处于小批量生产阶段，正在进行产能爬坡；同时采用该自动组装线以后，大大提高生产效率，产生了明显的经济效益和社会效益。

立体仓库及智慧物流AGV部分：因为操作模式彻底颠覆原有的模式，暂未对原有仓储人员进行统计分析，从包装设备到立体仓库再到物流车辆整个仓储搬运部分完全实现无人化，每辆车仅需2位搬运工人将门扇等产品从皮带线上搬运到车上。目前装车速度为7秒每件（包括门扇、门套、柜体等产品），立体仓库也分为标准库与非标准库，可同时存放标准门型、门套、柜体以及异型产品。成品立体仓库占地面积长33.2米、宽29.4米、高21.6米。配合产线的料塔梳理规划配料过程，拣选超市科学有序进行整个车间的送料，综合分析下来，明显地替代了人力，提高了效率，增加了产能，提高了送料、发货等的准确率。

由于该项目整体上是颠覆性的生产模式，整体上对比下来，大概每年省400多人的人力，整个项目核算下来3-5年收回成本。除此之外，还有明显的其他效益，提高了产品的品质和合格率，提高企业的品牌价值，自动化的应用提高了企业的管理水平同时 降低企业的管理成本，为上市提供有利的支持和准备等。                          

4.5可推广复制的价值和经验

本项目已在TATA木门、梦天木门等木门制造企业实现应用，已取得较好社会经济效益，并将在木门制造行业进一步推广应用。

结尾：根据此项目采用了先进的MES车间生产信息化管理系统、工艺高度集中和系统高度集成的柔性制造系统，创新性优化了传统的生产工艺。此项目的完成，颠覆了复合木门的传统生产模式，填补了木门行业数字车间生产的空白。通过投入生产验证，大大提高了企业的生产效率和产品质量，降低了生产成本，改善了生产环境，此项目的引进使用大大提升了企业的生产水平、提高了企业的市场竞争力，同时，通过此项目的推广使用将推动同行业的技术转型升级，大大提升行业的生产水平，提升整体产品质量，快速响应市场各种需求，为生产者带来更大效益，使消化者享受到更加优质廉价的产品。也将带动上下游制造业的技术提升，从而提升整个产业链的生产水平。也是浙江智能制造“数字化生产，平台化服务”的一次实践