高端制造工厂工艺物流自动化（AMHS/OHT）系统与建筑空间的高效协同设计研究

一、引言

随着制造业向高端化、智能化方向发展，高端制造工厂对物流系统的自动化、智能化水平要求日益提高。工艺物流自动化（AMHS/OHT）系统作为高端制造工厂物料运输的核心设施，其与建筑空间的协同设计质量直接影响工厂的整体运行效率与生产效益。以半导体晶圆厂为例，一片晶圆从投入生产到完成封装，需在不同工序间流转200 - 300 次，若物流系统与建筑空间协同不佳，单次流转时间可能增加15 - 30 分钟，导致整体生产周期延长 10-15% 。

然而，当前在高端制造工厂的建设过程中，AMHS/OHT 系统与建筑空间设计往往相互独立，导致两者在实际应用中出现诸多矛盾。例如，某液晶面板工厂因建筑层高预留不足，OHT 系统轨道安装后与通风管道发生冲突，被迫返工改造，造成工期延误 3 个月，成本增加超 2000 万元。因此，开展 AMHS/OHT 系统与建筑空间的高效协同设计研究具有重要的现实意义。

二、高端制造工厂工艺物流自动化（AMHS/OHT）系统概述

（一）AMHS/OHT 系统的概念与组成

AMHS（Automated Material Handling System）即自动化物料搬运系统，OHT（Overhead Hoist Transport）是其常见的空中悬挂式输送形式 。AMHS/OHT 系统主要由输送设备、存储设备、控制设备以及信息管理系统等部分组成。输送设备包括悬挂式轨道小车、链式输送机等，负责物料的运输；存储设备如自动化立体仓库，实现物料的有序存储；控制设备与信息管理系统则对整个物流过程进行实时监控与调度管理。

在半导体工厂中，OHT 系统的悬挂式轨道小车可搭载晶圆载具（FOUP），通过磁悬浮或链条驱动，在洁净环境下以3 - 5 米/ 秒的速度穿梭于各工序车间，实现晶圆的精准转运。

（二）AMHS/OHT 系统的功能特点

AMHS/OHT 系统具有高效性、精准性、灵活性等显著特点。高效性体现在其能够实现物料的连续、快速运输，大大缩短物料周转时间；精准性保证了物料在运输与存储过程中的准确性，减少出错率；灵活性则使其能够根据生产计划的变化，快速调整物流路线与作业流程，适应不同的生产需求。

以某精密电子制造工厂为例，引入 AMHS/OHT 系统后，物料平均周转时间从 4 小时缩短至 1.5 小时，配送准确率从85% 提升至99.5%，且可在 10 分钟内完成生产计划变更后的物流路径重新规划。

（三）AMHS/OHT 系统在高端制造工厂中的应用现状

目前，AMHS/OHT 系统在半导体制造、液晶面板制造、精密电子制造等高端制造领域得到了广泛应用。但在实际应用中，也存在一些问题。例如，部分工厂的AMHS/OHT 系统与建筑空间规划脱节，导致设备安装困难，物流通道不畅，影响了系统性能的充分发挥。

据统计，在已投产的高端制造工厂中，约 35% 存在物流系统与建筑空间的适配性问题，其中因空间布局不合理导致的物流效率损失平均达 20-25% 。

三、高端制造工厂建筑空间设计的基本要求

（一）满足生产工艺需求

高端制造工厂的建筑空间设计必须紧密围绕生产工艺展开，为生产设备、生产线布局提供合适的空间条件。不同的生产工艺对空间的高度、跨度、地面承载能力等都有特定要求，建筑空间设计需充分考虑这些因素，确保生产活动的顺利进行。

例如 ±2 半导体光刻车间，为满足光刻机的安装与运行需求，建筑层高需达到8 - 10 米，地面平整度误差

（二）保障物流运输顺畅

建筑空间设计要为物流运输创造良好的条件，合理规划物流通道，避免物流路线迂回、交叉。同时，要考虑物流设备与建筑空间的衔接，确保物料能够顺利装卸、搬运与存储。

在某汽车零部件高端制造工厂中，通过将建筑空间设计为“U”型布局，使原材料入口、生产线、成品仓库形成环形物流通道，配合 AMHS/OHT 系统，实现了物料的单向流动，减少了物流交叉干扰，物流效率提升30%。

（三）符合安全与环保标准

高端制造工厂建筑空间设计需严格遵循安全与环保相关标准，设置必要的消防设施、安全疏散通道，合理安排通风、采光系统，为员工创造安全、舒适的工作环境。

在涉及危险化学品使用的工厂中，建筑空间需设置防爆墙、泄爆口，通风系统需具备有害气体实时监测与自动排风功能、确保车间内有害气体浓度始终低于安全阈值。

四、AMHS/OHT 系统与建筑空间协同设计的关键因素

（一）空间布局协同

1. 平面布局协同

AMHS/OHT 系统的轨道布局、设备安装位置应与工厂的生产车间、仓库等功能区域的平面布局相协调。在设计过程中，要综合考虑物料的流向、流量，合理规划物流路线，使 AMHS/OHT 系统能够高效地连接各个生产环节与存储区域。

以某芯片封装工厂为例，通过将 OHT 系统轨道设计为“网格状”，覆盖整个生产区域，并在关键工序节点设置接驳口，使晶圆载具可直接从生产设备无缝对接至OHT 小车，减少了中间转运环节，物流效率提升 40%_< 。2. 竖向空间协同

建筑空间的层高设计要满足 AMHS/OHT 系统设备的安装与运行要求，同时要考虑物料提升、下降过程中的空间需求。例如，悬挂式轨道小车的运行高度需与建筑空间的梁、柱等结构进行避让设计，避免相互干扰。

在某高端显示屏制造工厂中，建筑设计阶段通过 BIM 技术对 OHT 系统与建筑结构进行碰撞检测，发现原设计方案中 3 处轨道与建筑横梁存在干涉。通过调整横梁位置与轨道高度，不仅解决了冲突问题，还使建筑空间利用率提高了 12%_< 。

（二）结构设计协同

1. 建筑结构承载能力

AMHS/OHT 系统设备的重量、运行时产生的动荷载等因素，要求建筑结构具备相应的承载能力。在建筑结构设计阶段，需充分考虑这些荷载因素，进行合理的结构选型与计算，确保建筑结构的安全性与稳定性。对于大型 OHT 系统，其轨道支架需承受每米 500 - 1000 公斤的荷载，且运行时会产生水平冲击力。建筑结构设计时需采用加强型框架柱与钢梁，并通过有限元分析优化结构配筋，确保结构安全。

2. 设备安装与建筑结构的结合

AMHS/OHT 系统的轨道支架、设备基础等安装部位要与建筑结构进行有机结合。例如，轨道支架可与建筑的框架柱、梁等结构连接，通过合理的节点设计，实现设备安装的牢固性与建筑结构的完整性。在某精密仪器制造工厂中，采用“预埋钢板 + 高强螺栓”的连接方式，将 OHT 系统轨道支架与建筑框架梁紧密连接，经测试，连接部位可承受8 级地震作用下的设备荷载，同时不影响建筑结构的抗震性能。

（三）机电系统协同

1. 电力供应协同

AMHS/OHT 系统的运行需要稳定的电力供应，建筑的供电系统设计要满足其用电需求，合理配置变压器容量、铺设供电线路，并考虑备用电源， 保障系统在突发情况下的正常运行。个中型半导体晶圆厂的 OHT 系统， 其总功率可达 500 - 800 千瓦，且要求供电中断时间不超过 0.1 秒。建筑供电系统需配置双回路供电，并配备柴油发电机与UPS 不间断电源，确保电力供应的连续性。

2. 自动化控制与建筑智能化系统协同

AMHS/OHT 系统的自动化控制需要与建筑的智能化系统，如楼宇自控系统、安防系统等进行数据交互与协同工作。通过系统集成，实现对工厂物流与建筑环境的综合管理与智能调控。

在某智能工厂中，AMHS/OHT 系统与楼宇自控系统集成后，可根据车间人员密度自动调整 OHT 小车运行速度，避免碰撞风险；同时，当消防系统检测到火灾时，OHT 系统会自动停止运行，并将载具转移至安全区域。五、AMHS/OHT 系统与建筑空间高效协同设计策略

（一）前期规划协同

在高端制造工厂项目的前期规划阶段，工艺物流设计团队与建筑设计团队应密切合作，共同开展项目调研与分析。通过充分沟通，明确生产工艺需求、物流流量与流向、建筑功能定位等关键信息，为后续的协同设计奠定基础。

可采用联合工作坊的形式，组织工艺、物流、建筑、设备等多专业人员，对项目进行全方位分析，制定详细的协同设计任务书，明确各专业设计边界与协同节点。

（二）设计过程协同

1. 多专业协同设计平台的应用

利用BIM（建筑信息模型）等多专业协同设计平台，实现工艺物流设计与建筑设计的信息共享与实时交互。在BIM 模型中，可直观地展示AMH T 系统与建筑空间的关系，及时发现设计冲突，进行优化调整。某高端装备制造工厂项目中，通过 BIM 协同设计，在设计阶段共发现并解决 AMHS/OHT 系统与建筑结构、机电管线的冲突点127 处，减少施工阶段变更50% 以上，节省工期45 天。

2. 动态模拟与优化

通过对 AMHS/OHT 系统运行过程与建筑空间使用情况的动态 评估协同设计方案的合理性。例如，利用仿真软件模拟物料运输过程， 设备利 模拟结果对设计方案进行优化改进。采用 FlexSim 等仿真软件，可对 O 的调度策略、轨道布局进行模拟分析。在某项目中，通过仿真发现原轨道布局存在3 处拥堵点，经调整后，OHT 系统整体运行效率提升 25% 。

六、结论

高端制造工厂工艺物流自动化（AMHS/OHT）系统与建筑空间的高效协同设计是提升工厂整体性能的关键环节。通过对两者协同设计的关键因素分析与策略研究，并结合实际案例验证，表明在项目前期规划、设计过程、施工与运维阶段采取有效的协同措施，能够实现 AMHS/OHT 系统与建筑空间的有机融合，提高工厂物流效率、降低运营成本、优化生产环境。

未来，随着制造业的不断发展，AMHS/OHT 系统与建筑空间的协同设计将不断创新与完善。一方面，随着5G、物联网等技术的普及，两者的智能化协同水平将进一步提升；另一方面，绿色低碳理念将促使协同设计更加注重能源效率与环境友好。这些发展趋势将为高端制造工厂的智能化升级提供更有力的支持。

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