智能工厂的智能物流规划

智能工厂是实现智能制造的重要载体，智能工厂的建设过程中，智能物流的规划与设计是核心内容。与传统的以产品和生产线为中心的工厂规划理念不同，智能工厂的规划需要考虑未来大规模客户定制和物联网的大背景，以客户为中心，遵循“大物流、小生产”理念，实现客户、研发、采购供应、生产、服务等全价值链的“精益流动”。智能物流是联接企业上下游之间、以及企业端到端价值链各个环节的集物流、信息流、资金流于一体的重要桥梁，因而智能物流的规划是智能工厂能否实现智能化精益流动的关键所在。

一、智能工厂物流规划的主要内容

智能工厂的物流规划与生产设备设施布局规划、以及生产线的精益改进同时进行，相互协调，互为支撑，主要的内容包括：

1．园区的整体物流布局：包括园区外物流与园区内大物流，依据物流与人流的大数据分析，量化生产区、办公区、生活区的物流关系，设定园区出入口，策划园区内主次干道及流向，布局物料仓及成品仓区域，特别考虑安全要求高的附属设施布局需求。

2．车间内部的物流布局：按照物流路线最短、物流强度最低原则，布置生产功能区，以及相应的生产辅助功能区，特别考虑物料中心的配置，以及物料拣配中心的功能需求。

3．生产线物料配送方案：识别每一颗工序物料，以及生产断点物料（半成品）的物流特征，通过PFEP分析，配合生产线工艺改进选择物料配送模式，比如单料与多料配送、补货式与周转式配送、批次成套与单台成套配送等。

4．智能仓储与搬运设计：依据物料配送方案，设计相应的物料拣配方案、物料仓储方案、以及物料输送方案，包括物料立体仓储及卸货区设计、成品仓储及出货码头设计、智能物流分拣设备/输送设备的选用等。

5．基于物流的工序工装容器设计：依据物料配送方案、拣配方案和输送方案，设计相应的物料容器、物料车、物料架、挂具等，充分考虑物料工装的标准化、系列化、规范化，便于信息码的应用及网络化集成。

6．物流设施信息网络化集成：物料信息采集与识别的策划，智能物流设备的信息联网，以及与生产计划调度APS、生产执行MES、采供供应链SRM、以及客户管理CRM等系统的交互集成，确定数据接口标准、交互规则等。

二、智能工厂物流规划的原则

智能工厂物流规划是传统物料搬运设计的升级迭代，结合信息化、网络化、数字化技术的普及应用，从而实现物流的智能化，主要规划原则有：

1．物流强度最低原则：综合平衡各功能区物料/半成品的需求，计算配送距离、配送频次，使工厂整体物流强度降到最低。

2．物流成本最低原则：物流设备设施的负载及物流速度的选择以匹配合理为主，兼顾柔性化和投资效益回报率。

3．空间利用率最高原则：充分利用工厂立体空间，布局生产线和物流设施，提高单位面积产出效益。

4．柔性适应生产模式的变化：物流系统要能适应工厂不断变化的市场客户需求，包括产品、工艺、产能的变化，以及未来智能化的更高需求。

5．统一的物流工装容器：简化物流工装容器的规格系列，工厂尽可能采用统一的物流工装容器，减少特殊专用物流工装。

6．物流信息即时可视化：工厂可视化看板中，物料/半成品的物流信息应当即时显现，以监控物流现状和异常，更好地服务于生产。

三、智能工厂物流规划的方法

智能工厂物流规划的方法很多，影响因素也很多，比如企业产品工艺特征、生产模式、以及工厂规模定位等都是影响因素。主要的物流规划方法有：

1．工厂整体物流布局的规划方法

离散型制造企业整体物流布局是以产品BOM和装配关系为核心的，而流程型制造企业的物流布局则是要建立在产品材料配方及材料物理化学变化过程基础上。二者核心基础差异较大，但是在整体物流布局方面仍然有相同的规律可循。目前国内工厂布局常用的设计方法主要是系统布置设计SLP法，并结合精益思想进行了拓展及延伸。比如设施作业单元相互位置模型、作业单元布置算法、以及并行混合遗传算法(PHGA)的应用等。对物流布局方案的优化算法有两大类：1）是逐步推定法，它是按一定选择原则把工作单元一个接一个置于空的生产面积中去，CORELAP、ALDEP等属于这类算法；2）迭代改进法，它是在一个初始布局基础上通过交换工作单元位置来取得更好的目标函数值，CRAFT、MOCRAFT等属于这类算法。

2．生产线的设计方法

新工厂的设计过程中，首先要对生产线现状进行系统调研诊断，找出当前存在的问题和不足，结合智能装备、智能物流的应用，重新规划设计新的生产线，以实现效率、效益、质量大幅提升的目标。装配型流水线的改善与设计一般采用“十步漏斗法”，从PQ分析、工艺分析、平衡分析到改善项目挖掘及实施，逐步深入改善流程、工序、工步、动作和动素，改善效果显著，设计效率高。离散加工型单元线一般采用“之字法”进行设计，与“十步漏斗法”不同的是，需要进行深入的PR分析、设备选型分析以及设备负载分析，然后通过物流强度的测算给出单元线布局方案。两种方法既可以用于新生产线的设计，也可以用于旧生产线的改善与升级。

3．生产线物料配送方式的选择

智能工厂物流规划的核心是生产线物料配送方式的选择，这决定了物料取用的方式、物料输送的方式，进而影响到物料存储的方式以及物料的分拣配送设施的选择。

对于生产线上的一个工序而言，物料暂存的合理空间是有限的，作业人员的取用空间也是有限的，那么物料的数量和配送频率就需要进行测算，物料的容器和运输工具就需要进行规范设计。常见的工序物料配送模式有：

1) 单料配送：一个工序所需要的几种物料，都单独配送到工序现场，不需要拣配，但物流配送频率高，现场占地面积大。

2) 多料集中周转式配送：一个工序所需要的几种物料，按配比集中成套配送到工序现场，需要拣配，配送频率降低，现场占地面积小，可实现自动补给。

3) 多料集中补货式配送：多料集中配送时，需求量大的物料需要单独增加配送频次进行补货，不易实现物料自动补给。

4) 单套随行配送SPS：一台套物料与生产线随行，节拍一致，拣配工作量大，但配送点和配送频次大大降低，对产品质量提升亦有很大帮助。

4．智能物流技术的应用设计

传统的物流设备设施，比如常见的行车、叉车、滚筒线、皮带线、货架等，多数不能与信息化系统互联，已经完全不能适应智能化的要求，因而现代智能化物流设备设施的合理选用与设计也是智能工厂规划的重要内容。常见的智能化物流技术有：

1) 智能立体仓储技术：是堆垛技术、控制技术、自动识别技术、数据挖掘技术、人工智能技术、GIS技术等组成的综合技术。目前经常选用的有巷道式立体仓、垂直升降式立体仓和水平回转式立体仓，前者适合大物料、栈板托盘物料，后两者适合小物料，或者有环境特殊要求（温湿度、耐腐蚀等）的物料存储，且一般配有自动/半自动拣配功能。立体仓一般有独立的WMS和WMC控制系统，可以与MES或ERP交互互联。

2) 智能输送技术：智能输送设备由行走机构、传感系统和控制系统三大部分组成。常见的有机器人、AGV、RGV、积放链、摩擦链等，目前这类设备技术日臻成熟，应用实践广泛，可靠性有大幅提升。

3) 智能拣选技术：常见的智能拣选技术摘果式拣选、播种式拣选、语音拣选、灯光拣选、AR/智能眼镜拣选等，智能拣选设备有智能拣货小车、带式自动分拣机、斜导轮自动分拣机、滑块式自动分拣机等。

4) 智能识别技术：是以计算机、光、机、电、通信、人工智能等技术的发展为基础的一种高度自动化的数据采集技术。二维码、无线扫描仪、PAD终端、RFID电子标签等应用比较广泛。

5) 智能物流集成技术：是将智能识别技术、智能输送技术、智能仓储技术等进行有机整合，通过统一的标准集成系统软件与硬件设备。

四、智能工厂物流规划的效果

以上智能工厂物流规划的方法，是我们在智能工厂规划咨询项目实践中逐步摸索和优化出来的，同时又指导应用于新智能工厂的规划，对于智能化物流的建设起到了显著的推进作用，效果显著。

据不完全统计，智能物流可以降低工厂物流强度60%以上，物流人员减少50%~80%，生产现场在制品数量减少一半以上，生产周期缩短30%以上，产品质量合格率增加20%-40%，综合生产成本降低20%以上。

综上所述，智能工厂物流规划是建设智能工厂的重要环节，是构建百年企业大计的重要一环，是实现智能制造的必由之路，探索和研究智能工厂物流规划与设计的新思路新方法很有必要。物流规划涉及的领域很多，本文权做抛转引玉，如有不当之处，敬请不吝赐教。（作者：胡玉江  来源：北大纵横）