第1章 汽車精益智能物流

1.1 精益智能物流

1.1.1 精益智能生產物流模型

1. 精益物流

以汽車產業為例，隨著市場的成熟以及競爭的激烈，汽車制造企業面臨的一個主要挑戰是如何降低生產成本。降低采購成本是汽車制造企業首先考慮的手段。這種方式屬于從供應鏈下游向上游的成本轉移，供應鏈的總成本本質上并未明顯下降。同時，采購成本受到眾多不確定性因素的影響，剛性會越來越強。因此，在眾多的降本增效途徑中，降低物流成本日益受到企業的青睞。

從物流成本在汽車總成本中所占的比例來講，國內外汽車制造企業之間存在巨大差別。有數據顯示，歐美汽車制造企業的物流成本占銷售額的比例是8%左右，日本汽車制造企業甚至可以達到5%，而我國汽車制造企業普遍在15%以上。物流成本的巨大差異，反映了國內汽車制造企業在物流管理方面的粗放經營，同時也說明物流是汽車制造企業真正的第三利潤源。

精益物流是以精益生產思想為指導，通過實現物流活動的精益全方位運作，提高生產效率，降低生產成本。精益生產的核心是追求零庫存，并圍繞此目標發展了一系列具體的管理技術，逐漸形成一套獨具特色的生產經營管理及物流體系。其核心思想包括：

①強調物流的平準化和同步化，追求零庫存，要求上一道工序加工完的零件可以立即進入下一道工序。

②使用看板進行物料供給的指示，由看板傳遞下工序向上工序的零件需求信息。看板的形式多樣，關鍵在于能夠傳遞信息。

③生產節拍保證生產中的物流平準。即對每一道工序來說，保證對后一道工序零件供應的準時化。

④由于采用拉動式生產，生產過程中的計劃調度實質上是由各個生產單元間進行制訂與協調，在形式上不采用集中計劃。

2. 智能物流

智能物流是利用條形碼、射頻識別技術、傳感器、全球定位系統等先進的物聯網技術，通過信息處理和網絡通信技術平臺，將貨物運輸、倉儲、配送、包裝、裝卸等傳統物流活動與智能化系統運作管理相結合，實現一種自動化、信息化、智能化、透明化的物流運作模式。智能物流強調物流過程的數據智慧化、網絡協同化和決策智慧化。智能物流在功能上需要實現貨物、數量、地點、質量、時間、價格上的六個正確，在技術上要實現物品識別、地點跟蹤、物品溯源、物品監控、實時響應等。

智能物流的主要功能包括：

（1）實時感知功能

物流系統是一個實時更新的系統。運用各種先進技術獲取運輸、倉儲、包裝、裝卸搬運、流通加工、配送、信息服務等物流環節的各種物流信息，使各方能準確掌握和感知貨物、車輛和倉庫等信息。

（2）數據共享功能

將物流過程中采集得到的信息通過網絡傳輸到數據中心，利用數據庫技術和數據關聯分析技術進行數據歸檔，實現數據的標準化與結構化。在此基礎上，智能物流可以實現物流各個環節的相互聯系與數據共享。

（3）分析決策功能

針對具體物流問題和物流數據，建立數據分析模型，模型的迭代分析具有自我完善能力。通過對物流作業活動中的要素能力、資源配置、瓶頸環節進行優化分析，提出最合理有效的解決方案。同時，可以對物流活動中的潛在風險與問題進行預測分析，使決策更加準確、科學。

3. 精益智能物流

精益智能物流模式強調以智能化、精益化管理為核心，結合各類信息系統和物流新技術，圍繞制造企業的投入、轉換、產出等主要物流環節，構建跨時空、跨地域、信息集成、物物相連的智能物流系統，實現全產業鏈、產品全生命周期的存儲、配送、回收的物流一體化運作。精益智能物流模式如圖1-1所示。

其中，投入是指零部件的采購供應物流；轉換是指企業內部生產材料、零部件、在制品、成品等的物流配送；產出是指整車物流和售后服務物流，以及產品召回、廢棄物回收等逆向物流。因此，該模式集成采購供應物流、生產物流、成品及備件銷售物流、逆向回收物流等，其特點如下：

（1）對象范圍

物流合作參與方包括制造企業、零部件供應商、物流裝備企業、第三方物流、智能技術服務商提供方等多種角色。

（2）新技術應用

在制造企業供應鏈導入無線傳感網絡及射頻技術、智能物流設備及系統、大數據及云計算等智能感知、監控與決策分析技術，實現信息融合和深度挖掘分析。

（3）管理模式創新

實現制造企業供應鏈零部件、產品及服務的存儲、配送、回收的物流一體化運作，并覆蓋生產制造、使用和運維全過程，有效提升產品交付水平和持續優化運營成本。

1.1.2 精益智能物流的組成

工業4.0的核心內容是智能制造，而實現智能制造要從產品的全生命周期考慮。以生產制造的全方位自動化為基礎，實現產品的設計、仿真、生產、物流、倉儲、銷售、管理的全過程數字化，集成融合企業資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、物資需求計劃（Material Requirement Planning，MRP）、生產執行系統（Manufacturing Execution System，MES）、倉庫管理系統（Warehouse Management System，WMS）、客戶關系管理（Customer Relationship Management，CRM）、物流管理系統、知識管理系統等系統，協同射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術、數據挖掘技術、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術、圖像識別技術、傳感器技術、云制造等先進技術，實現產品集成、制造過程集成、制造體系集成。

智能生產物流系統是保證智能制造運作暢通的核心部分。根據智能制造的特點，智能生產物流系統模型如圖1-2所示。系統整體結構由采集數據的智能對象層，數據傳輸與處理的網關層和服務層，以及執行控制的應用層組成。利用以太網結構和通信接口，將讀寫器、RFID中間件、數據庫服務器、企業管理系統以及其他模塊和終端連接起來。

根據智能生產物流系統的模型，采用一個基于物聯網的智能管理系統平臺來對生產物流系統進行管理控制。智能生產物流管理系統主要包括智能生產管理、緩存管理、智能配送、倉儲管理和數據采集五個子系統，如圖1-3所示。系統向上與企業ERP系統相集成，獲取產品、工藝、生產訂單等基礎信息；向下與不同設備、工具、區域相連，通過無線射頻等技術，對物流活動信息進行數據采集，有效管控生產與物流。

1. 采購供應物流

對于用戶定制生產，用戶需求信息直接傳遞至工廠，進行個性化產品設計。設計過程中可與用戶溝通，確定最終定制方案。定制方案確認后即可生成物料清單，主要包括生產工藝相關信息、成品需求數量、日期及收貨人詳細信息；半成品與原材料的需求數量、時間和工序相關信息等。物料清單與相關供應商和需求客戶進行共享，供應商根據需求時間組織備料生產和物料供應。物料嵌入智能標簽。根據標簽中的需求信息進行物料備貨和供貨，國內外供應商通過第三方物流或自行完成物流運輸，確保產品生產所需原輔材料、外購件、外協件等物資及時、準確送達企業。

企業物流中心是銜接采購供應物流與生產物流的重要核心節點。以汽車行業為例，物流中心負責所有生產所需零部件供應管理，來自供應商的中小零部件按照到貨計劃準時送達物流中心，大型零部件通常根據生產計劃進度順序直送生產線邊。

2. 倉儲配送

在智能生產物流系統中，智能配送是連接線上生產與線下物流的重要紐帶，是保證生產系統高效運作的核心。智能配送要求以配送時間、配送距離、運輸成本、用戶滿意度等方面作為最優目標，分派配送任務，制訂出零部件配送清單、裝貨順序、送貨順序、任務完成時間表，并通過智能配送系統進行運作管理。以汽車行業為例，智能精益物流通過采集車身RFID標簽信息，由整車廠MES系統指示零部件供應商進行同步配送。目前，倉儲配送的主要先進模式包括：

（1）供應商管理庫存（Vendor Managed Inventory，VMI）

VMI系統是為制造商或供貨商提供用戶物資服務策略的信息系統。根據電子數據交換（Electronic Data Interchange，EDI）系統通過互聯網提供的信息，部分物資通過與供應商共享庫存信息，在有效保證生產供應的同時，以較為準確的信息指導供應商生產，及時補充庫存，減少需求波動對供應商生產的影響，有效控制供應鏈的整體零部件庫存，把銷售點的存貨維持在適當水平，達到降低物流與庫存成本，提高用戶服務質量的目的。

（2）循環取貨（Milk Run）

對位于制造企業周邊的供應商，通過第三方物流去各供應商處取貨，集中送至制造企業，確保生產所需零部件，逐步替代供應商自行配送，降低采購和供應物流成本。

（3）準時化配送

結合精益管理思想，將正確的零部件物資，以正確的數量、正確的時間送到正確的地點，消除物流過程浪費、提高物流配送效率。

此外，自動化立體倉庫、RFID等先進技術、設備和系統應同步導入其中，保證零部件物資庫存信息齊全、可追溯。例如，自動化立體倉庫包括智能物流成套設備、WMS、系統集成等核心內容，可實現零部件物資在物流中心的自動入庫、出庫、貨位分配、分揀提示等，目前在生產服務型企業得到廣泛應用。通過WMS與ERP系統有效集成，確保庫存信息準確、有效。

3. 生產物流

在智能生產中，人員、機器和資源相互之間進行即時通信，智能物料能夠感應制造和物流的對象、任務、環境等信息，主動輔助制造和物流過程。

此外，制造企業在工廠規劃設計中，需要采用精益智能物流的原則規劃生產物流布局，從源頭上消除物流環節的各種浪費。生產物流包括從物流中心發出的零部件上線物流和內部生產工序間的轉運物流。拉動式生產物流的關鍵在于信息傳遞環節，而MES是此環節的關鍵。工序、車間和工廠等各級生產計劃指令信息通過MES實時傳遞至WMS和ERP系統，指示零部件供應商和在制品工序進行準時制生產（Just In Time，JIT）和準時制順序供應（Just In Sequence，JIS）。同時，在生產完成后及時報工，實現生產過程信息、物資信息、質量信息與產成品的綁定，用于后續的成品庫管理和追蹤追溯管理。

通過智能自動化立體倉庫、自動導引運輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）、WMS與MES聯動，可以實現零部件的智能揀選與廠內準時制配送。例如，采用“貨到人”技術進行零部件揀選，即采用貨動人不動的方式對零部件進行揀選作業，其揀選效率、正確率均高于傳統拆零揀選作業方式。又如，采用AGV自動完成生產線的零部件供應和工序間的在制品轉運，提高生產效率。

4. 銷售物流

制造企業必須按照客戶要求的時間，提供準時、準確、高質量的產品交付服務。銷售物流主要包括成品物流、零擔/專車物流、備配件物流3種類型。銷售物流的波動性大，銷售發運地點遍布各地，制造企業自建成品物流和零擔/專車物流的物流成本高，且物流效率低。成品物流和零擔/專車物流目前逐步轉向由專業的第三方物流公司完成。備配件物流由于任務零散、臨時、交期極短，一般委托快遞公司或第三方物流公司完成。此外，隨著用戶市場和企業生產規模的擴大，基于物流集約化原則，制造企業或第三方物流企業一般會選擇區域建立物流集配中心，對產品進行集貨配送，以此進一步提高物流效率，降低物流成本。

制造企業一般采用運輸管理系統（Transportation Management System，TMS），通過與CRM系統、ERP系統、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）相連，進行運輸訂單安排、車輛調度、運輸過程跟蹤、物流績效管理、成本統計與分析等工作。

當產品在智能工廠完成生產后，TMS可自動生成運輸指令。根據產品智能標簽內所包含的產品訂單信息自動生成運輸訂單，經由互聯網發送至TMS的訂單處理中心，訂單處理中心獲取運輸訂單信息。根據運輸訂單所包含產品的特性、目的地、重量、體積及到貨時間等進行智能配貨，結合車輛信息完成車輛裝載方案并對車輛下達運輸指令。車輛收到運輸指令后，在指定時間到達指定出貨地點，根據系統設定的車輛裝載方案進行裝車，并根據系統規劃的物流路線進行運輸。

在車輛運輸過程中，TMS可實時獲取車輛狀態（如冷藏車的溫度）、道路狀態（如是否擁堵）等信息，并通過TMS進行物流路線的系統優化調整。同時，TMS實現物流承包商、企業生產計劃部門和銷售部門的車輛物流信息共享，以便最大程度提高物流效率，保證按時交付。

綜上所述，在精益智能物流中，需要實現ERP、MES、WMS、SRM[1]、CRM與TMS等多種信息系統的深度應用集成，實現物流環節的智能物流標簽、智能感知物流設備、智能監控物流過程和智能精益物流規劃與調度。

智能精益物流規劃與調度包括但不限于以下三個方面：

①在采購與生產供應物流端，將需要數量的零部件在需要的時間，送至需要的地點。根據不同產品的生產需求，實現零部件的動態智能組合與配送。

②在銷售與逆向物流端，動態進行配送調度、排程和路徑導航，實現產成品、備件與服務的合理組合、集中配送，準時、經濟地交付至客戶。

③在全產業鏈端，綜合考慮供應商、各生產園區、經銷商、客戶各處倉庫的零部件及備件的庫存信息。通過集中調度，實現庫存共享、調撥、協同和快速補貨，降低供應鏈庫存成本和運輸成本。

1.1.3 精益智能物流技術與設備

自動化、信息化物流技術裝備的應用優勢逐漸顯現，制造業和生產服務業對自動化、信息化物流技術裝備需求十分迫切，是物流一體化發展的新動力。

1. 工業機器人

工業機器人作為智能物流的核心裝備，能夠體現智能制造高端、智能的特點。搬運機器人目前廣泛應用于生產線的物流自動搬運，如AGV、無人叉車等。搬運機器人主要由智能視覺/檢測識別系統、機器人智能協同系統、基于工業總線技術的PLC系統、智能切換定位裝置和閉環伺服位置傳感裝置等組成，在生產過程中實現無人化搬運。搬運機器人的發展方向是AGV，其特點如下：

（1）無人化

AGV采用自動導向系統，保證在不需要人工引航的情況下就能夠沿預定的路線自動行駛，將貨物或物料自動從起始點運送到目的地。

（2）自動化

AGV自動化程度高，一般配備自動裝卸機構，可以與其他物流設備自動串接，實現物料裝卸和搬運全過程的自動化，高效、準確地完成生產線上的物料搬運任務。

（3）柔性化

AGV的物流路徑可以根據倉儲庫位、生產工藝流程的變化進行靈活調整，還可以由多臺AGV組成柔性的物流搬運系統，從而有助于實現混線生產。與傳統的輸送帶和剛性的傳送線相比，運行路徑改變的費用非常低廉，可以提高生產的柔性和企業的競爭力。

（4）綠色化

AGV具有清潔生產的特點。AGV由自身的電池提供動力，運行過程中無噪聲、無污染，可應用在對工作環境要求清潔的生產車間。

（5）一體化

AGV采用功能集成的理念，能夠形成一體化的智能生產平臺，滿足制造、物流、檢測和生產信息傳遞等生產業務功能，促進柔性生產方式的未來變革。

隨著AGV技術的不斷發展和企業生產自動化的開展，AGV在整車廠生產和零部件物流中得到廣泛應用。整車廠生產車間的面積較大，物料從車間倉庫到線邊需要遠距離搬運。采用AGV代替叉車和拖車搬運物料，具有批量替代的規模成本優勢。對于汽車零部件物流，AGV與無人化叉車主要應用于廠內零部件物流搬運，如整車廠的發動機、后橋、變速器、底盤等部件的自動化柔性裝配，以及零部件的上線喂料等。

此外，先進的整車廠已經開始采用AGV，實現模塊化、可變式的柔性生產線。根據產品規格和產量的變動，這種AGV生產線可以靈活調整生產線工站組成、工位數量和生產線長度，實現多品種、變批量生產的快速切換。目前，這種新的AGV柔性生產線已在焊裝的最終裝配檢修線、總裝儀表分裝線、總裝發動機變速器結合線得到初步應用。

2. 自動化立體倉庫

自動化立體倉庫又被稱為立庫、高層貨架倉庫、自動倉儲系統。自動化立體倉庫是一個復雜的綜合自動化系統，主要采用高層立體貨架（托盤系統）存儲物資，運用計算機管理與控制，自動導引運輸車和自動堆垛機進行存取作業的倉庫。其業務功能主要包括物資的接收、分類、存儲、分揀、包裝、配送和信息管理等。自動化立體倉庫能夠最大限度利用空間，減輕工人勞動強度，提高倉庫存儲效率，提升倉庫管理水平，更好滿足生產需求。

近年來，自動化立體倉庫在汽車零部件倉庫得到逐步應用，目前主要應用于部分零部件的倉儲與排序環節。通過采用輸送、分揀等自動化設備，減少人力，降低倉儲面積。相比平庫，自動化立體倉庫更具效率和成本優勢。

3. 智能車間物流信息技術

以條碼、RFID為代表的普適計算環境下的智能實時物流技術，將極大提高生產物流的效率和可靠性。例如，無線揀選系統可以提高小批量配送的效率和準確性；實時追溯系統可以精確追溯人和物，為零庫存提供可能。對于柔性制造單元與柔性制造系統，物流柔性系統主要完成物料自動存儲、自動上下料（含機械手、機器人）和生產設備工位間工件傳輸。這種物流系統需要通過數據采集、智能分析和控制，實現物料存儲與傳送過程中的智能計劃調度和設備控制集成。

4. 地理信息系統

地理信息系統（Geographic Information Systems，GIS）是智能物流的關鍵技術與工具之一。GIS可以實現基于地圖的物流活動服務。通過GIS可以將訂單信息、物流節點信息、送貨信息、車輛信息、客戶信息等數據進行統籌管理，實現快速智能分單、物流節點合理布局、送貨路線合理規劃、物流實時監控與管理。

①通過物流節點標注，將物流節點信息（如地址、電話、提送貨等信息）標注在地圖上，便于快速、實時查詢物流進度。

②通過片區劃分，從地理空間的角度進行大數據管理，為物流業務系統提供業務區劃管理基礎服務，并與物流節點進行關聯。

③采用GIS地址匹配技術，搜索定位區劃單元。根據物流區劃單元的屬性，將物流任務快速分派到區域和物流節點，實現快速分單。

④車輛監控管理系統從貨物出庫到到達客戶手中進行全程物流監控，保證產品與物流安全。通過車輛合理調度，提高車輛利用率和物流效率。

⑤實現物流配送智能規劃。對運輸貨物、物流車輛、物流路線進行合理規劃，保證貨物準時到達，并降低物流成本。

⑥通過數據統計與分析，將物流相關的數據信息可視化。通過科學的業務模型、GIS專業算法和空間挖掘分析，了解物流趨勢和內在關系，從而為企業的各種商業行為，如制訂市場營銷策略、規劃物流路線、合理選址分析、分析預測發展趨勢等構建良好的基礎，使企業管理決策系統更加智能和精準。