作为“德国工业4.0”和“中国制造2025”的践行示范项目，北京奔驰汽车有限公司已将领先的制造工艺、先进的物流理念、快速的标准引进和可靠的标准审查、以及数字化方法应用到生产制造的各个环节中。其中，发动机自动化立体仓库以完备的功能以及高速的运转，保证了整车生产的排序与节拍。
北京奔驰汽车有限公司成立于2005年8月8日，是北京汽车股份有限公司与戴姆勒股份公司、戴姆勒大中华区投资有限公司共同投资，集研发、发动机与整车生产、销售和售后服务为一体的中德合资企业。作为全球面积最大、综合性最强的梅赛德斯—奔驰乘用车生产制造基地，北京奔驰为了保证生产的顺畅、稳定和高效，也在一直努力打造高水平的供应链管理和物流运营体系。其中，立体仓库在北京奔驰发动机厂的应用尤其具有代表性。
一、背景介绍
目前，发动机立体仓库（又称“自动排序发运库”，Sequenzier-und Versandpuffer）已经广泛应用于戴姆勒海外工厂。由于发动机在组装时，需要满足整车的装配品种、车型等需求排序，所以必须打乱顺序重新调整，按照整车JIS顺序排列出库，这是发动机立体库的主要工作任务。
在北京奔驰发动机厂之前，发动机立体库已在戴姆勒德国工厂（斯图加特、科林达）中得到应用。如今，由于中国汽车市场蓬勃发展，发动机二工厂（2020年投产）也设立了立体仓库。
2016年，在德国慕尼黑举办的“2016年度全球卓越运营最佳工厂”颁奖盛典上，北京奔驰荣膺“最佳大规模制造厂商”奖项，成为首家获此世界制造业顶级奖项的中国整车制造企业。2013年启用的发动机厂，是戴姆勒在德国以外的第一家发动机厂，设计产能为50万台/年。可以说，发动机自动化立体仓库以完备的功能以及高速的运转，保证了整车生产的排序与节拍。
二、项目概述
作为戴姆勒在德国以外的第一家发动机厂，北京奔驰发动机厂坐落在北京市的六环外，与六环内的整车厂遥遥相望，设计产能为50万台/年。发动机厂立体库共分两期建成，由西门子工厂自动化工程有限公司承建。货架部分，长约50米，宽约36米，高约10米，占地面积约1800平方米。库位方面，长52排，高7层，10条巷道（即20排料架），除去厂房立柱所减少的库位，共计6888个库位。库区的发动机存储，由10台巷道堆垛机完成（见图1）。
图1：发动机立体库全貌
目前，设备已经平稳运行4年，主要承担着向整车厂提供排序好的发动机的任务。
三、立体库的构成与作业流程
发动机立体库共有四个组成部分：入库区（Input area）、高位货架（Racks）、排序发运区（Sequencing and Shipping area）和操作点（Action point）。
1.入库区
发动机的入库系统需要完成3个动作：准备料架、更换料架录入信息以及入库。
（1）准备料架
每种发动机的重心、支撑结构不同，所对应的发动机料架也不同，料架从高位货架区到交付区域需要一定的时间，所以发动机的信息要提前告知高位货架。
为了腾出地面空间给发动机生产及线边物流，大部分的立体库传输线都架在二层钢结构上，立体库的入库区也在二层。当发动机进行完质量终检通过电梯到达二层的时候，会根据发动机型号向立体库发送一个信号，高位货架根据WMS系统里登记的料架信息准备一个发动机料架。
在料架准备区，空料架和将要装载的发动机在交付区域两侧成对按序排列，每交付完一台发动机，两侧队列向前移动一位。相匹配的发动机与料架最终在交付区域汇合（如图2）。
图2：料架准备示意图
（2）交付区域
交付区域是一个人工工位（如图3），有工人参与。根据产能，发动机立体库有3个交付工位。主要任务是把发动机从用于装配的小车上拆下来，吊装到立体库专用料架上。然后，专用料架会伴随发动机一直到总装装车之前。
图3：交付区域
在交付工位（如图4），工人需要确保发动机在料架上牢固放置并且锁死，扫描料架和发动机的二维码，将信息录入WMS系统，以便总装厂根据信息安排发动机装车。在这一环节之后，WMS系统会将发动机编号（类型）与发动机料架信息绑定在一起。
图4：交付工位模型
（3）入库
交付区域之后，发动机等待入库Shuttle转运。Shuttle可以一次接4台发动机。
首先Shuttle将3个交付区域的发动机接过来，将其传输到目标巷道之前的传输线上，等待高位货架中的穿梭车将发动机逐一储存到高位货架中。为防止设备故障造成的设备停机，影响发动机排序发运，进而影响总装生产，每条巷道中不同品种的发动机种类比例相同，WMS系统会通知Shuttle将某台发动机送到哪条巷道（如图5）。
图5：WMS系统分配发动机存入不同巷道
2.高位货架
发动机立体库一期二期总共有10个巷道，货架连成一体，内设防火喷淋。每条巷道有一辆堆垛机完成发动机入库与出库，空货架准备与存放，以及整理巷道等5项工作。堆垛机插取和放置的都是专用料架，发动机放在专用料架上（如图6、图7）。
图6：高位货架东侧一层
图7：高位货架西侧二层
高架区的库位，主要用来实现以下功能：
（1）存储2.5天产量的库存。
（2）发动机生产线短时停线不影响整车生产。
（3）立体库某巷道出现短时维修不影响发动机存储及总装生产。
（4）发动机生产换型不影响总装生产。
（5）耦合不同车间生产节拍不同。
值得一提的是，为了防止某条巷道故障而影响生产，WMS系统控制每条巷道存储发动机种类比例相同。如果由于某种原因，某条巷道的发动机种类比例与其他巷道不同（如某条巷道发生故障，品种比例没有跟随后续生产调整），在堆垛机空闲的时候，系统自动调整所有巷道的发动机，使比例达到尽可能的相同。
3.排序发运区
发运区由6组货道（每组两条）和两组空货架回库通道组成，如图8。
图8：从二层看发货区
（1）货道
排序发运区会根据卡车订单，按照先进先出的顺序准备好一车（84台）JIS发动机，每准备一车发动机，需要30分钟。
为了防止工人误操作，发运线末端和卷帘门相连，只有待发运的订单全部准备完毕，卷帘门才会打开，同时卷帘门外的指示灯变绿，叉车工人可以将发动机铲上卡车，如图9。
图9：从卷帘门外看发货区
（2）空货架回库通道
在货道两旁，分别有2组4道空货架回库通道，如图10。
图10：等待回库的空货架
发动机装车运到整车厂装车完毕后，会由来取发动机的“空车”运回发动机厂。在装发动机前，空发动机架会被首先卸下并且存储在高位货架中，等待下一次装发动机。
为了防止发动机料架在运输使用过程中损坏，不能继续承载发动机或者损坏立体库，在空货架回库的传输线上，安排了检查料架的自动工位（如图11、图12）。该工位可检查是否料架有超出边界的情况（会撞坏设备），以及4面的二维码是否清晰可读并正确（有验证位）。
图11：等待回库的空货架
图12：空料架检查工位
4.（质量）操作点
操作点（Action Point），可以理解为“质量抽检返修点”。
发动机立体库有两个操作点，一个在出库端，靠近热试，专门进出需要热试检查的发动机；另一个在入库端钢平台一层，专门进出需要返修或质量抽查的发动机。
在操作点（如图13），工人通过与WMS相连的电脑调出需要热试或返修的发动机，作业完毕之后，再通过操作点将发动机返回高位货架区。
图13：返修质量抽查操作点
四、项目优势及前景展望
在发动机厂，以前也采用过平面存储。相比之下，全自动立体仓库具有诸多优势，如表1。
表1：平面存储与全自动立体库存储功能对比
在发动机一厂立体库建成之后，在发动机二厂项目中也采用了全自动立体库存储与发运发动机。借鉴了一期立体库的成功经验，发动机二厂的立体库增大了国内分包商的比重。相对于一期，对国内市场成熟的模块及零部件，二期优先国内配件；对于WMS系统，为了保证生产系统的稳定性以及与其他厂区的同步，依旧选择项目一期的国外分包商进行设计编程。这样的选择，可最大程度的节省预算。
在结构设计上，借鉴一期的经验，充分考虑瓶颈工位（转台）的备用方案，最大程度的保证设备不间断运行，持续发货。项目一期培养起来的工程技术人员，已经能够判断解决复杂问题。
目前，三期立体库项目正在进行，建成后，整个北京奔驰通过两个发动机立体库向整车厂提供JIS排序发动机，最大程度的减少库存，实现资源的合理化配置，向工业4.0迈出坚实的一步。
