戴 博，楊根科

（上海交通大學(xué) 自動(dòng)化系 系統(tǒng)控制與信息處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240）

面向高端裝備制造企業(yè)的智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

戴 博，楊根科

（上海交通大學(xué) 自動(dòng)化系 系統(tǒng)控制與信息處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240）

為滿足高端裝備制造企業(yè)個(gè)性化、定制化、品種多、批量小的生產(chǎn)特性，設(shè)計(jì)了集成信息流和物流的智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)。系統(tǒng)打造了精益化、信息化、敏捷化、拉動(dòng)式的生產(chǎn)物流管控模式。系統(tǒng)融合了企業(yè)資源規(guī)劃ERP、制造執(zhí)行MES、倉儲(chǔ)信息管理WMS等信息化系統(tǒng)，采用了自動(dòng)化立體倉庫、自動(dòng)導(dǎo)引車AGV、無線射頻RFID等先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)。該系統(tǒng)能使得高端裝備制造企業(yè)生產(chǎn)物流運(yùn)作效率大幅提升，在行業(yè)內(nèi)具有良好的示范意義。

高端裝備企業(yè)；生產(chǎn)物流系統(tǒng)；ERP；WMS；MES

0 引言

企業(yè)生產(chǎn)物流[1]是指企業(yè)內(nèi)部為確保生產(chǎn)需要而產(chǎn)生的物流活動(dòng)，一般包括從企業(yè)倉庫發(fā)往生產(chǎn)線的物流、原材料加工后的在制品和半成品物流。高端裝備制造企業(yè)[2]由于產(chǎn)品定制化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其生產(chǎn)通常具有多品種、小批量、定制化、離散化、變更多、工藝復(fù)雜等特性，導(dǎo)致其生產(chǎn)物流存在物資品種多、批量小、尺寸差異大、頻次高等特性，相比一般的制造型企業(yè)更加復(fù)雜。近年來，隨著中國制造2025、工業(yè)4.0等戰(zhàn)略與技術(shù)的逐步深入應(yīng)用，智能化思想在生產(chǎn)物流系統(tǒng)中獲得廣泛關(guān)注。

因此，本文針對(duì)高端裝備制造企業(yè)的特性生產(chǎn)制造模式，設(shè)計(jì)了智能物流生產(chǎn)系統(tǒng)，可作為智能物流管理模式的重要組成部分[3]，在滿足個(gè)性化物流需求的同時(shí)，能有效提升生產(chǎn)物流運(yùn)作效率，研究成果已在國內(nèi)某世界五百強(qiáng)高端裝備企業(yè)得以良好應(yīng)用。

1 系統(tǒng)主體框架

在高端裝備制造企業(yè)，智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)是銜接采購供應(yīng)與生產(chǎn)制造兩大供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的最重要系統(tǒng)，其中的主要業(yè)務(wù)場景如圖1所示。一般來說，生產(chǎn)所需物資有三個(gè)來源：第一是來自制造企業(yè)內(nèi)部倉庫，主要為來自供應(yīng)商的中小零部件；第二是來自供應(yīng)商的大型零部件；第三是來自企業(yè)內(nèi)部單位的自制件、在制品與半成品。

圖1 智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)場景示意圖

在智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)中，企業(yè)資源規(guī)劃ERP、制造執(zhí)行MES、倉儲(chǔ)信息管理WMS、產(chǎn)品全生命周期管理PLM等多個(gè)系統(tǒng)集成應(yīng)用，具體如圖2所示。

圖2 智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)信息系統(tǒng)集成示意圖

在智能生產(chǎn)物流業(yè)務(wù)管理中，MES是信息流傳遞的核心控制系統(tǒng)，是所有圍繞生產(chǎn)層面的計(jì)劃、采購、物資、配送、質(zhì)量、工藝等信息的集中調(diào)度指揮中心。其中，計(jì)劃、采購、質(zhì)量信息在MES系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)間傳遞，物資、配送信息在MES系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)間傳遞，工藝信息在MES系統(tǒng)和PLM系統(tǒng)間傳遞。

通過多個(gè)信息系統(tǒng)的集成控制，智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的企業(yè)級(jí)生產(chǎn)管控，為生產(chǎn)經(jīng)營提供可行、智能的決策分析支持。

2 系統(tǒng)流程關(guān)鍵內(nèi)容

在智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)中，根據(jù)各環(huán)節(jié)先后順序，可分為采購收貨、入庫、分揀、出庫、配送和現(xiàn)場收貨等業(yè)務(wù)流程。

采購收貨是指生產(chǎn)所需物資由供應(yīng)商處運(yùn)送至制造企業(yè)倉庫時(shí)所產(chǎn)生的作業(yè)。收貨作業(yè)中，倉庫庫管員需根據(jù)采購計(jì)劃訂單對(duì)到貨物資進(jìn)行清點(diǎn)、查收，確認(rèn)到貨數(shù)量、物資包裝完好性、條碼可識(shí)別性。該作業(yè)主要發(fā)生于倉庫收貨區(qū)，其流程設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)采購物資包裝一體化、點(diǎn)收信息化。因此，系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化單元包裝、條碼技術(shù)、無線射頻RFID[4]技術(shù)，并結(jié)合ERP系統(tǒng)。

物資收貨后，質(zhì)檢員負(fù)責(zé)對(duì)到貨物資進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，倉庫庫管員針對(duì)檢驗(yàn)合格物資辦理入庫。入庫需將物資送入至倉庫內(nèi)指定庫位，經(jīng)確認(rèn)無誤后將辦理入賬手續(xù)。該作業(yè)主要發(fā)生于倉庫存儲(chǔ)區(qū)，其流程設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)物資入庫自動(dòng)化、高效化。因此，系統(tǒng)采用智能自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)[5,6]，并同步導(dǎo)入倉儲(chǔ)信息管理系統(tǒng)WMS[7]、倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)WCS。

當(dāng)物資需要出庫前，庫管員需根據(jù)出庫訂單將待出庫物資從存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)揀選至出庫區(qū)。在分揀作業(yè)中，存在出庫訂單的合并與拆分過程，一般有摘果式和播種式兩種揀選方式。其流程設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)物資分揀智能化、高效化。因此，系統(tǒng)采用智能自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)和“貨到人”揀選技術(shù)[8,9]。

物資在出庫區(qū)完成確認(rèn)后，將辦理出賬手續(xù)，同時(shí)物資將送入配送區(qū)。其流程設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于如何確保出庫物資齊套性、標(biāo)識(shí)可識(shí)別性，為配送作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

生產(chǎn)所需物資在配送區(qū)按照具體配送目的地進(jìn)行集中，并根據(jù)各條生產(chǎn)線的節(jié)拍進(jìn)行配送作業(yè)。其流程設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)同一目的地的物資集中、臺(tái)套、拉動(dòng)式配送。因此，系統(tǒng)采用電子看板、無人牽引小車AGV[10]、配送臺(tái)車等工具。

當(dāng)倉庫物資、供應(yīng)商直送物資、工位間轉(zhuǎn)移物資送至生產(chǎn)現(xiàn)場后，將觸發(fā)現(xiàn)場收貨作業(yè)，它是生產(chǎn)物流的完結(jié)點(diǎn)。其流程設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于如何根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，確保送貨物資準(zhǔn)確性、及時(shí)性，同時(shí)不產(chǎn)生物資積壓。因此，系統(tǒng)采用牽引車、配送臺(tái)車等工具，導(dǎo)入制造執(zhí)行MES系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)勢

智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)通過集成先進(jìn)系統(tǒng)及工具，將體現(xiàn)生產(chǎn)物流精益化、信息化、敏捷化、拉動(dòng)式特點(diǎn)。

首先，精益生產(chǎn)思想在智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。比如準(zhǔn)時(shí)化配送JIT（Just In Time[11]）和順序化配送JIS（Just In Sequence[12]），即將正確的生產(chǎn)所需物資、以正確的數(shù)量、正確的質(zhì)量、按正確的時(shí)間、送到正確的生產(chǎn)地點(diǎn)。又如借助看板技術(shù)和條碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流全程可視化。

第二，ERP、MES、WMS、PLM等各類信息系統(tǒng)在智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)集成應(yīng)用，大大提高了生產(chǎn)物流環(huán)節(jié)的信息化能力水平。

第三，高端裝備制造企業(yè)的供應(yīng)鏈一般采用敏捷模式，要求生產(chǎn)物資能夠敏捷化供應(yīng)。由于大量先進(jìn)裝備、技術(shù)、系統(tǒng)的導(dǎo)入，智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)對(duì)于人員的依賴較低，從而能在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)物資、人員的快速配置，及時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)變化和需要。

最后，智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)應(yīng)用了拉動(dòng)式信息傳遞機(jī)制，即由下一道工序拉動(dòng)上一道工序的物資供應(yīng)，并根據(jù)實(shí)時(shí)生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)異常情況而靈活調(diào)整、快速反應(yīng)。

4 系統(tǒng)預(yù)期效果及展望

智能生產(chǎn)物流系統(tǒng)按以上方式設(shè)計(jì)并實(shí)施后，以國內(nèi)某世界五百強(qiáng)高端裝備制造企業(yè)為例，將從有形和無形兩個(gè)方面給企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營帶來如下預(yù)期效果。

首先，從有形績效指標(biāo)來看，生產(chǎn)物資及時(shí)交付率和齊套供應(yīng)率提升30%，生產(chǎn)物資周轉(zhuǎn)效率提升30%，生產(chǎn)現(xiàn)場積壓庫存比例降低30%；生產(chǎn)物流配送作業(yè)效率提升50%以上。

其次，從無形效益來看，生產(chǎn)物流系統(tǒng)的智能運(yùn)作將確保高端裝備制造企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營所需物資的精準(zhǔn)化供應(yīng)，大大有助于提升企業(yè)生產(chǎn)核心競爭能力——敏捷制造能力。此外，系統(tǒng)為我國高端制造企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了較好的參考示范。

5 結(jié)束語

展望未來，隨著中國制造2025的逐步深化，高端裝備制造企業(yè)生產(chǎn)物流管理將向更廣的范圍進(jìn)行延伸，實(shí)現(xiàn)采購、生產(chǎn)、銷售、回收物流的一體化運(yùn)作是值得探索的課題。同時(shí)，大量物流數(shù)據(jù)的積累，為大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，由數(shù)據(jù)分析得出的決策支持，對(duì)于生產(chǎn)物流運(yùn)作水平持續(xù)優(yōu)化將起到至關(guān)重要的作用。

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戴博（1981 -），男，湖南岳陽人，博士，研究方向?yàn)楣?yīng)鏈與物流管理、智能制造、合作博弈。