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(chǎn)物流模型

1. 精益物流

以汽車產(chǎn)業(yè)為例，隨著市場的成熟以及競爭的激烈，汽車制造企業(yè)面臨的一個主要挑戰(zhàn)是如何降低生產(chǎn)成本。降低采購成本是汽車制造企業(yè)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(yè)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(yè)之間存在巨大差別。有數(shù)據(jù)顯示，歐美汽車制造企業(yè)的物流成本占銷售額的比例是8%左右，日本汽車制造企業(yè)甚至可以達到5%，而我國汽車制造企業(yè)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(yè)在物流管理方面的粗放經(jīng)營，同時也說明物流是汽車制造企業(yè)真正的第三利潤源。

精益物流是以精益生產(chǎn)思想為指導，通過實現(xiàn)物流活動的精益全方位運作，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。精益生產(chǎn)的核心是追求零庫存，并圍繞此目標發(fā)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(chǎn)經(jīng)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(chǎn)節(jié)拍保證生產(chǎn)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(chǎn)，生產(chǎn)過程中的計劃調度實質上是由各個生產(chǎn)單元間進行制訂與協(xié)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(tǒng)等先進的物聯(lián)網(wǎng)技術，通過信息處理和網(wǎng)絡通信技術平臺，將貨物運輸、倉儲、配送、包裝、裝卸等傳統(tǒng)物流活動與智能化系統(tǒng)運作管理相結合，實現(xiàn)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(shù)據(jù)智慧化、網(wǎng)絡協(xié)同化和決策智慧化。智能物流在功能上需要實現(xiàn)貨物、數(shù)量、地點、質量、時間、價格上的六個正確，在技術上要實現(xiàn)物品識別、地點跟蹤、物品溯源、物品監(jiān)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(tǒng)是一個實時更新的系統(tǒng)。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(huán)節(jié)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(shù)據(jù)共享功能

將物流過程中采集得到的信息通過網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，利用數(shù)據(jù)庫技術和數(shù)據(jù)關聯(lián)分析技術進行數(shù)據(jù)歸檔，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標準化與結構化。在此基礎上，智能物流可以實現(xiàn)物流各個環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系與數(shù)據(jù)共享。

（3）分析決策功能

針對具體物流問題和物流數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)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(yè)活動中的要素能力、資源配置、瓶頸環(huán)節(jié)進行優(yōu)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(tǒng)和物流新技術，圍繞制造企業(yè)的投入、轉換、產(chǎn)出等主要物流環(huán)節(jié)，構建跨時空、跨地域、信息集成、物物相連的智能物流系統(tǒng)，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)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(yè)內部生產(chǎn)材料、零部件、在制品、成品等的物流配送；產(chǎn)出是指整車物流和售后服務物流，以及產(chǎn)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(chǎn)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(yè)、零部件供應商、物流裝備企業(yè)、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(yè)供應鏈導入無線傳感網(wǎng)絡及射頻技術、智能物流設備及系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)及云計算等智能感知、監(jiān)控與決策分析技術，實現(xiàn)信息融合和深度挖掘分析。

（3）管理模式創(chuàng)新

實現(xiàn)制造企業(yè)供應鏈零部件、產(chǎn)品及服務的存儲、配送、回收的物流一體化運作，并覆蓋生產(chǎn)制造、使用和運維全過程，有效提升產(chǎn)品交付水平和持續(xù)優(yōu)化運營成本。

1.1.2 精益智能物流的組成

工業(yè)4.0的核心內容是智能制造，而實現(xiàn)智能制造要從產(chǎn)品的全生命周期考慮。以生產(chǎn)制造的全方位自動化為基礎，實現(xiàn)產(chǎn)品的設計、仿真、生產(chǎn)、物流、倉儲、銷售、管理的全過程數(shù)字化，集成融合企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、物資需求計劃（Material Requirement Planning，MRP）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）、倉庫管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS）、客戶關系管理（Customer Relationship Management，CRM）、物流管理系統(tǒng)、知識管理系統(tǒng)等系統(tǒng)，協(xié)同射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術、數(shù)據(jù)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(xiàn)產(chǎn)品集成、制造過程集成、制造體系集成。

智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)是保證智能制造運作暢通的核心部分。根據(jù)智能制造的特點，智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型如圖1-2所示。系統(tǒng)整體結構由采集數(shù)據(jù)的智能對象層，數(shù)據(jù)傳輸與處理的網(wǎng)關層和服務層，以及執(zhí)行控制的應用層組成。利用以太網(wǎng)結構和通信接口，將讀寫器、RFID中間件、數(shù)據(jù)庫服務器、企業(yè)管理系統(tǒng)以及其他模塊和終端連接起來。

根據(jù)智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)的模型，采用一個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能管理系統(tǒng)平臺來對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行管理控制。智能生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)主要包括智能生產(chǎn)管理、緩存管理、智能配送、倉儲管理和數(shù)據(jù)采集五個子系統(tǒng)，如圖1-3所示。系統(tǒng)向上與企業(yè)ERP系統(tǒng)相集成，獲取產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)訂單等基礎信息；向下與不同設備、工具、區(qū)域相連，通過無線射頻等技術，對物流活動信息進行數(shù)據(jù)采集，有效管控生產(chǎn)與物流。

1. 采購供應物流

對于用戶定制生產(chǎn)，用戶需求信息直接傳遞至工廠，進行個性化產(chǎn)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(chǎn)工藝相關信息、成品需求數(shù)量、日期及收貨人詳細信息；半成品與原材料的需求數(shù)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(jù)需求時間組織備料生產(chǎn)和物料供應。物料嵌入智能標簽。根據(jù)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(chǎn)品生產(chǎn)所需原輔材料、外購件、外協(xié)件等物資及時、準確送達企業(yè)。

企業(yè)物流中心是銜接采購供應物流與生產(chǎn)物流的重要核心節(jié)點。以汽車行業(yè)為例，物流中心負責所有生產(chǎn)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(jù)生產(chǎn)計劃進度順序直送生產(chǎn)線邊。

2. 倉儲配送

在智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)中，智能配送是連接線上生產(chǎn)與線下物流的重要紐帶，是保證生產(chǎn)系統(tǒng)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(yōu)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(tǒng)進行運作管理。以汽車行業(yè)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(tǒng)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(tǒng)是為制造商或供貨商提供用戶物資服務策略的信息系統(tǒng)。根據(jù)電子數(shù)據(jù)交換（Electronic Data Interchange，EDI）系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)供應的同時，以較為準確的信息指導供應商生產(chǎn)，及時補充庫存，減少需求波動對供應商生產(chǎn)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(huán)取貨（Milk Run）

對位于制造企業(yè)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(yè)，確保生產(chǎn)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(shù)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(tǒng)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(tǒng)集成等核心內容，可實現(xiàn)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(chǎn)服務型企業(yè)得到廣泛應用。通過WMS與ERP系統(tǒng)有效集成，確保庫存信息準確、有效。

3. 生產(chǎn)物流

在智能生產(chǎn)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(huán)境等信息，主動輔助制造和物流過程。

此外，制造企業(yè)在工廠規(guī)劃設計中，需要采用精益智能物流的原則規(guī)劃生產(chǎn)物流布局，從源頭上消除物流環(huán)節(jié)的各種浪費。生產(chǎn)物流包括從物流中心發(fā)出的零部件上線物流和內部生產(chǎn)工序間的轉運物流。拉動式生產(chǎn)物流的關鍵在于信息傳遞環(huán)節(jié)，而MES是此環(huán)節(jié)的關鍵。工序、車間和工廠等各級生產(chǎn)計劃指令信息通過MES實時傳遞至WMS和ERP系統(tǒng)，指示零部件供應商和在制品工序進行準時制生產(chǎn)（Just In Time，JIT）和準時制順序供應（Just In Sequence，JIS）。同時，在生產(chǎn)完成后及時報工，實現(xiàn)生產(chǎn)過程信息、物資信息、質量信息與產(chǎn)成品的綁定，用于后續(xù)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(lián)動，可以實現(xiàn)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(yè)，其揀選效率、正確率均高于傳統(tǒng)拆零揀選作業(yè)方式。又如，采用AGV自動完成生產(chǎn)線的零部件供應和工序間的在制品轉運，提高生產(chǎn)效率。

4. 銷售物流

制造企業(yè)必須按照客戶要求的時間，提供準時、準確、高質量的產(chǎn)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(fā)運地點遍布各地，制造企業(yè)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(yè)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(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，基于物流集約化原則，制造企業(yè)或第三方物流企業(yè)一般會選擇區(qū)域建立物流集配中心，對產(chǎn)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(yè)一般采用運輸管理系統(tǒng)（Transportation Management System，TMS），通過與CRM系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)（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(tǒng)計與分析等工作。

當產(chǎn)品在智能工廠完成生產(chǎn)后，TMS可自動生成運輸指令。根據(jù)產(chǎn)品智能標簽內所包含的產(chǎn)品訂單信息自動生成運輸訂單，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)發(fā)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(jù)運輸訂單所包含產(chǎn)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(jù)系統(tǒng)設定的車輛裝載方案進行裝車，并根據(jù)系統(tǒng)規(guī)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(tài)（如冷藏車的溫度）、道路狀態(tài)（如是否擁堵）等信息，并通過TMS進行物流路線的系統(tǒng)優(yōu)化調整。同時，TMS實現(xiàn)物流承包商、企業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)ERP、MES、WMS、SRM[1]、CRM與TMS等多種信息系統(tǒng)的深度應用集成，實現(xiàn)物流環(huán)節(jié)的智能物流標簽、智能感知物流設備、智能監(jiān)控物流過程和智能精益物流規(guī)劃與調度。

智能精益物流規(guī)劃與調度包括但不限于以下三個方面：

①在采購與生產(chǎn)供應物流端，將需要數(shù)量的零部件在需要的時間，送至需要的地點。根據(jù)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，實現(xiàn)零部件的動態(tài)智能組合與配送。

②在銷售與逆向物流端，動態(tài)進行配送調度、排程和路徑導航，實現(xiàn)產(chǎn)成品、備件與服務的合理組合、集中配送，準時、經(jīng)濟地交付至客戶。

③在全產(chǎn)業(yè)鏈端，綜合考慮供應商、各生產(chǎn)園區(qū)、經(jīng)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(xiàn)庫存共享、調撥、協(xié)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(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，制造業(yè)和生產(chǎn)服務業(yè)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(fā)展的新動力。

1. 工業(yè)機器人

工業(yè)機器人作為智能物流的核心裝備，能夠體現(xiàn)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(chǎn)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(tǒng)、機器人智能協(xié)同系統(tǒng)、基于工業(yè)總線技術的PLC系統(tǒng)、智能切換定位裝置和閉環(huán)伺服位置傳感裝置等組成，在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)無人化搬運。搬運機器人的發(fā)展方向是AGV，其特點如下：

（1）無人化

AGV采用自動導向系統(tǒng)，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(xiàn)物料裝卸和搬運全過程的自動化，高效、準確地完成生產(chǎn)線上的物料搬運任務。

（3）柔性化

AGV的物流路徑可以根據(jù)倉儲庫位、生產(chǎn)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(tǒng)，從而有助于實現(xiàn)混線生產(chǎn)。與傳統(tǒng)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(chǎn)的柔性和企業(yè)的競爭力。

（4）綠色化

AGV具有清潔生產(chǎn)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(huán)境要求清潔的生產(chǎn)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(chǎn)平臺，滿足制造、物流、檢測和生產(chǎn)信息傳遞等生產(chǎn)業(yè)務功能，促進柔性生產(chǎn)方式的未來變革。

隨著AGV技術的不斷發(fā)展和企業(yè)生產(chǎn)自動化的開展，AGV在整車廠生產(chǎn)和零部件物流中得到廣泛應用。整車廠生產(chǎn)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(guī)模成本優(yōu)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(fā)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(jīng)開始采用AGV，實現(xiàn)模塊化、可變式的柔性生產(chǎn)線。根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)量的變動，這種AGV生產(chǎn)線可以靈活調整生產(chǎn)線工站組成、工位數(shù)量和生產(chǎn)線長度，實現(xiàn)多品種、變批量生產(chǎn)的快速切換。目前，這種新的AGV柔性生產(chǎn)線已在焊裝的最終裝配檢修線、總裝儀表分裝線、總裝發(fā)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(tǒng)。自動化立體倉庫是一個復雜的綜合自動化系統(tǒng)，主要采用高層立體貨架（托盤系統(tǒng)）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(yè)的倉庫。其業(yè)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(chǎn)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(huán)節(jié)。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(yōu)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(huán)境下的智能實時物流技術，將極大提高生產(chǎn)物流的效率和可靠性。例如，無線揀選系統(tǒng)可以提高小批量配送的效率和準確性；實時追溯系統(tǒng)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(tǒng)，物流柔性系統(tǒng)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(chǎn)設備工位間工件傳輸。這種物流系統(tǒng)需要通過數(shù)據(jù)采集、智能分析和控制，實現(xiàn)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(tǒng)

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

①通過物流節(jié)點標注，將物流節(jié)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(qū)劃分，從地理空間的角度進行大數(shù)據(jù)管理，為物流業(yè)務系統(tǒng)提供業(yè)務區(qū)劃管理基礎服務，并與物流節(jié)點進行關聯(lián)。

③采用GIS地址匹配技術，搜索定位區(qū)劃單元。根據(jù)物流區(qū)劃單元的屬性，將物流任務快速分派到區(qū)域和物流節(jié)點，實現(xiàn)快速分單。

④車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)從貨物出庫到到達客戶手中進行全程物流監(jiān)控，保證產(chǎn)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(xiàn)物流配送智能規(guī)劃。對運輸貨物、物流車輛、物流路線進行合理規(guī)劃，保證貨物準時到達，并降低物流成本。

⑥通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，將物流相關的數(shù)據(jù)信息可視化。通過科學的業(yè)務模型、GIS專業(yè)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(yè)的各種商業(yè)行為，如制訂市場營銷策略、規(guī)劃物流路線、合理選址分析、分析預測發(fā)展趨勢等構建良好的基礎，使企業(yè)管理決策系統(tǒng)更加智能和精準。