第1章 汽车精益智能物流

1.1 精益智能物流

1.1.1 精益智能生产物流模型

1. 精益物流

以汽车产业为例，随着市场的成熟以及竞争的激烈，汽车制造企业面临的一个主要挑战是如何降低生产成本。降低采购成本是汽车制造企业首先考虑的手段。这种方式属于从供应链下游向上游的成本转移，供应链的总成本本质上并未明显下降。同时，采购成本受到众多不确定性因素的影响，刚性会越来越强。因此，在众多的降本增效途径中，降低物流成本日益受到企业的青睐。

从物流成本在汽车总成本中所占的比例来讲，国内外汽车制造企业之间存在巨大差别。有数据显示，欧美汽车制造企业的物流成本占销售额的比例是8%左右，日本汽车制造企业甚至可以达到5%，而我国汽车制造企业普遍在15%以上。物流成本的巨大差异，反映了国内汽车制造企业在物流管理方面的粗放经营，同时也说明物流是汽车制造企业真正的第三利润源。

精益物流是以精益生产思想为指导，通过实现物流活动的精益全方位运作，提高生产效率，降低生产成本。精益生产的核心是追求零库存，并围绕此目标发展了一系列具体的管理技术，逐渐形成一套独具特色的生产经营管理及物流体系。其核心思想包括：

①强调物流的平准化和同步化，追求零库存，要求上一道工序加工完的零件可以立即进入下一道工序。

②使用看板进行物料供给的指示，由看板传递下工序向上工序的零件需求信息。看板的形式多样，关键在于能够传递信息。

③生产节拍保证生产中的物流平准。即对每一道工序来说，保证对后一道工序零件供应的准时化。

④由于采用拉动式生产，生产过程中的计划调度实质上是由各个生产单元间进行制订与协调，在形式上不采用集中计划。

2. 智能物流

智能物流是利用条形码、射频识别技术、传感器、全球定位系统等先进的物联网技术，通过信息处理和网络通信技术平台，将货物运输、仓储、配送、包装、装卸等传统物流活动与智能化系统运作管理相结合，实现一种自动化、信息化、智能化、透明化的物流运作模式。智能物流强调物流过程的数据智慧化、网络协同化和决策智慧化。智能物流在功能上需要实现货物、数量、地点、质量、时间、价格上的六个正确，在技术上要实现物品识别、地点跟踪、物品溯源、物品监控、实时响应等。

智能物流的主要功能包括：

（1）实时感知功能

物流系统是一个实时更新的系统。运用各种先进技术获取运输、仓储、包装、装卸搬运、流通加工、配送、信息服务等物流环节的各种物流信息，使各方能准确掌握和感知货物、车辆和仓库等信息。

（2）数据共享功能

将物流过程中采集得到的信息通过网络传输到数据中心，利用数据库技术和数据关联分析技术进行数据归档，实现数据的标准化与结构化。在此基础上，智能物流可以实现物流各个环节的相互联系与数据共享。

（3）分析决策功能

针对具体物流问题和物流数据，建立数据分析模型，模型的迭代分析具有自我完善能力。通过对物流作业活动中的要素能力、资源配置、瓶颈环节进行优化分析，提出最合理有效的解决方案。同时，可以对物流活动中的潜在风险与问题进行预测分析，使决策更加准确、科学。

3. 精益智能物流

精益智能物流模式强调以智能化、精益化管理为核心，结合各类信息系统和物流新技术，围绕制造企业的投入、转换、产出等主要物流环节，构建跨时空、跨地域、信息集成、物物相连的智能物流系统，实现全产业链、产品全生命周期的存储、配送、回收的物流一体化运作。精益智能物流模式如图1-1所示。

其中，投入是指零部件的采购供应物流；转换是指企业内部生产材料、零部件、在制品、成品等的物流配送；产出是指整车物流和售后服务物流，以及产品召回、废弃物回收等逆向物流。因此，该模式集成采购供应物流、生产物流、成品及备件销售物流、逆向回收物流等，其特点如下：

（1）对象范围

物流合作参与方包括制造企业、零部件供应商、物流装备企业、第三方物流、智能技术服务商提供方等多种角色。

（2）新技术应用

在制造企业供应链导入无线传感网络及射频技术、智能物流设备及系统、大数据及云计算等智能感知、监控与决策分析技术，实现信息融合和深度挖掘分析。

（3）管理模式创新

实现制造企业供应链零部件、产品及服务的存储、配送、回收的物流一体化运作，并覆盖生产制造、使用和运维全过程，有效提升产品交付水平和持续优化运营成本。

1.1.2 精益智能物流的组成

工业4.0的核心内容是智能制造，而实现智能制造要从产品的全生命周期考虑。以生产制造的全方位自动化为基础，实现产品的设计、仿真、生产、物流、仓储、销售、管理的全过程数字化，集成融合企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）、物资需求计划（Material Requirement Planning，MRP）、生产执行系统（Manufacturing Execution System，MES）、仓库管理系统（Warehouse Management System，WMS）、客户关系管理（Customer Relationship Management，CRM）、物流管理系统、知识管理系统等系统，协同射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术、数据挖掘技术、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技术、图像识别技术、传感器技术、云制造等先进技术，实现产品集成、制造过程集成、制造体系集成。

智能生产物流系统是保证智能制造运作畅通的核心部分。根据智能制造的特点，智能生产物流系统模型如图1-2所示。系统整体结构由采集数据的智能对象层，数据传输与处理的网关层和服务层，以及执行控制的应用层组成。利用以太网结构和通信接口，将读写器、RFID中间件、数据库服务器、企业管理系统以及其他模块和终端连接起来。

根据智能生产物流系统的模型，采用一个基于物联网的智能管理系统平台来对生产物流系统进行管理控制。智能生产物流管理系统主要包括智能生产管理、缓存管理、智能配送、仓储管理和数据采集五个子系统，如图1-3所示。系统向上与企业ERP系统相集成，获取产品、工艺、生产订单等基础信息；向下与不同设备、工具、区域相连，通过无线射频等技术，对物流活动信息进行数据采集，有效管控生产与物流。

1. 采购供应物流

对于用户定制生产，用户需求信息直接传递至工厂，进行个性化产品设计。设计过程中可与用户沟通，确定最终定制方案。定制方案确认后即可生成物料清单，主要包括生产工艺相关信息、成品需求数量、日期及收货人详细信息；半成品与原材料的需求数量、时间和工序相关信息等。物料清单与相关供应商和需求客户进行共享，供应商根据需求时间组织备料生产和物料供应。物料嵌入智能标签。根据标签中的需求信息进行物料备货和供货，国内外供应商通过第三方物流或自行完成物流运输，确保产品生产所需原辅材料、外购件、外协件等物资及时、准确送达企业。

企业物流中心是衔接采购供应物流与生产物流的重要核心节点。以汽车行业为例，物流中心负责所有生产所需零部件供应管理，来自供应商的中小零部件按照到货计划准时送达物流中心，大型零部件通常根据生产计划进度顺序直送生产线边。

2. 仓储配送

在智能生产物流系统中，智能配送是连接线上生产与线下物流的重要纽带，是保证生产系统高效运作的核心。智能配送要求以配送时间、配送距离、运输成本、用户满意度等方面作为最优目标，分派配送任务，制订出零部件配送清单、装货顺序、送货顺序、任务完成时间表，并通过智能配送系统进行运作管理。以汽车行业为例，智能精益物流通过采集车身RFID标签信息，由整车厂MES系统指示零部件供应商进行同步配送。目前，仓储配送的主要先进模式包括：

（1）供应商管理库存（Vendor Managed Inventory，VMI）

VMI系统是为制造商或供货商提供用户物资服务策略的信息系统。根据电子数据交换（Electronic Data Interchange，EDI）系统通过互联网提供的信息，部分物资通过与供应商共享库存信息，在有效保证生产供应的同时，以较为准确的信息指导供应商生产，及时补充库存，减少需求波动对供应商生产的影响，有效控制供应链的整体零部件库存，把销售点的存货维持在适当水平，达到降低物流与库存成本，提高用户服务质量的目的。

（2）循环取货（Milk Run）

对位于制造企业周边的供应商，通过第三方物流去各供应商处取货，集中送至制造企业，确保生产所需零部件，逐步替代供应商自行配送，降低采购和供应物流成本。

（3）准时化配送

结合精益管理思想，将正确的零部件物资，以正确的数量、正确的时间送到正确的地点，消除物流过程浪费、提高物流配送效率。

此外，自动化立体仓库、RFID等先进技术、设备和系统应同步导入其中，保证零部件物资库存信息齐全、可追溯。例如，自动化立体仓库包括智能物流成套设备、WMS、系统集成等核心内容，可实现零部件物资在物流中心的自动入库、出库、货位分配、分拣提示等，目前在生产服务型企业得到广泛应用。通过WMS与ERP系统有效集成，确保库存信息准确、有效。

3. 生产物流

在智能生产中，人员、机器和资源相互之间进行即时通信，智能物料能够感应制造和物流的对象、任务、环境等信息，主动辅助制造和物流过程。

此外，制造企业在工厂规划设计中，需要采用精益智能物流的原则规划生产物流布局，从源头上消除物流环节的各种浪费。生产物流包括从物流中心发出的零部件上线物流和内部生产工序间的转运物流。拉动式生产物流的关键在于信息传递环节，而MES是此环节的关键。工序、车间和工厂等各级生产计划指令信息通过MES实时传递至WMS和ERP系统，指示零部件供应商和在制品工序进行准时制生产（Just In Time，JIT）和准时制顺序供应（Just In Sequence，JIS）。同时，在生产完成后及时报工，实现生产过程信息、物资信息、质量信息与产成品的绑定，用于后续的成品库管理和追踪追溯管理。

通过智能自动化立体仓库、自动导引运输车（Automated Guided Vehicle，AGV）、WMS与MES联动，可以实现零部件的智能拣选与厂内准时制配送。例如，采用“货到人”技术进行零部件拣选，即采用货动人不动的方式对零部件进行拣选作业，其拣选效率、正确率均高于传统拆零拣选作业方式。又如，采用AGV自动完成生产线的零部件供应和工序间的在制品转运，提高生产效率。

4. 销售物流

制造企业必须按照客户要求的时间，提供准时、准确、高质量的产品交付服务。销售物流主要包括成品物流、零担/专车物流、备配件物流3种类型。销售物流的波动性大，销售发运地点遍布各地，制造企业自建成品物流和零担/专车物流的物流成本高，且物流效率低。成品物流和零担/专车物流目前逐步转向由专业的第三方物流公司完成。备配件物流由于任务零散、临时、交期极短，一般委托快递公司或第三方物流公司完成。此外，随着用户市场和企业生产规模的扩大，基于物流集约化原则，制造企业或第三方物流企业一般会选择区域建立物流集配中心，对产品进行集货配送，以此进一步提高物流效率，降低物流成本。

制造企业一般采用运输管理系统（Transportation Management System，TMS），通过与CRM系统、ERP系统、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）相连，进行运输订单安排、车辆调度、运输过程跟踪、物流绩效管理、成本统计与分析等工作。

当产品在智能工厂完成生产后，TMS可自动生成运输指令。根据产品智能标签内所包含的产品订单信息自动生成运输订单，经由互联网发送至TMS的订单处理中心，订单处理中心获取运输订单信息。根据运输订单所包含产品的特性、目的地、重量、体积及到货时间等进行智能配货，结合车辆信息完成车辆装载方案并对车辆下达运输指令。车辆收到运输指令后，在指定时间到达指定出货地点，根据系统设定的车辆装载方案进行装车，并根据系统规划的物流路线进行运输。

在车辆运输过程中，TMS可实时获取车辆状态（如冷藏车的温度）、道路状态（如是否拥堵）等信息，并通过TMS进行物流路线的系统优化调整。同时，TMS实现物流承包商、企业生产计划部门和销售部门的车辆物流信息共享，以便最大程度提高物流效率，保证按时交付。

综上所述，在精益智能物流中，需要实现ERP、MES、WMS、SRM[1]、CRM与TMS等多种信息系统的深度应用集成，实现物流环节的智能物流标签、智能感知物流设备、智能监控物流过程和智能精益物流规划与调度。

智能精益物流规划与调度包括但不限于以下三个方面：

①在采购与生产供应物流端，将需要数量的零部件在需要的时间，送至需要的地点。根据不同产品的生产需求，实现零部件的动态智能组合与配送。

②在销售与逆向物流端，动态进行配送调度、排程和路径导航，实现产成品、备件与服务的合理组合、集中配送，准时、经济地交付至客户。

③在全产业链端，综合考虑供应商、各生产园区、经销商、客户各处仓库的零部件及备件的库存信息。通过集中调度，实现库存共享、调拨、协同和快速补货，降低供应链库存成本和运输成本。

1.1.3 精益智能物流技术与设备

自动化、信息化物流技术装备的应用优势逐渐显现，制造业和生产服务业对自动化、信息化物流技术装备需求十分迫切，是物流一体化发展的新动力。

1. 工业机器人

工业机器人作为智能物流的核心装备，能够体现智能制造高端、智能的特点。搬运机器人目前广泛应用于生产线的物流自动搬运，如AGV、无人叉车等。搬运机器人主要由智能视觉/检测识别系统、机器人智能协同系统、基于工业总线技术的PLC系统、智能切换定位装置和闭环伺服位置传感装置等组成，在生产过程中实现无人化搬运。搬运机器人的发展方向是AGV，其特点如下：

（1）无人化

AGV采用自动导向系统，保证在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。

（2）自动化

AGV自动化程度高，一般配备自动装卸机构，可以与其他物流设备自动串接，实现物料装卸和搬运全过程的自动化，高效、准确地完成生产线上的物料搬运任务。

（3）柔性化

AGV的物流路径可以根据仓储库位、生产工艺流程的变化进行灵活调整，还可以由多台AGV组成柔性的物流搬运系统，从而有助于实现混线生产。与传统的输送带和刚性的传送线相比，运行路径改变的费用非常低廉，可以提高生产的柔性和企业的竞争力。

（4）绿色化

AGV具有清洁生产的特点。AGV由自身的电池提供动力，运行过程中无噪声、无污染，可应用在对工作环境要求清洁的生产车间。

（5）一体化

AGV采用功能集成的理念，能够形成一体化的智能生产平台，满足制造、物流、检测和生产信息传递等生产业务功能，促进柔性生产方式的未来变革。

随着AGV技术的不断发展和企业生产自动化的开展，AGV在整车厂生产和零部件物流中得到广泛应用。整车厂生产车间的面积较大，物料从车间仓库到线边需要远距离搬运。采用AGV代替叉车和拖车搬运物料，具有批量替代的规模成本优势。对于汽车零部件物流，AGV与无人化叉车主要应用于厂内零部件物流搬运，如整车厂的发动机、后桥、变速器、底盘等部件的自动化柔性装配，以及零部件的上线喂料等。

此外，先进的整车厂已经开始采用AGV，实现模块化、可变式的柔性生产线。根据产品规格和产量的变动，这种AGV生产线可以灵活调整生产线工站组成、工位数量和生产线长度，实现多品种、变批量生产的快速切换。目前，这种新的AGV柔性生产线已在焊装的最终装配检修线、总装仪表分装线、总装发动机变速器结合线得到初步应用。

2. 自动化立体仓库

自动化立体仓库又被称为立库、高层货架仓库、自动仓储系统。自动化立体仓库是一个复杂的综合自动化系统，主要采用高层立体货架（托盘系统）存储物资，运用计算机管理与控制，自动导引运输车和自动堆垛机进行存取作业的仓库。其业务功能主要包括物资的接收、分类、存储、分拣、包装、配送和信息管理等。自动化立体仓库能够最大限度利用空间，减轻工人劳动强度，提高仓库存储效率，提升仓库管理水平，更好满足生产需求。

近年来，自动化立体仓库在汽车零部件仓库得到逐步应用，目前主要应用于部分零部件的仓储与排序环节。通过采用输送、分拣等自动化设备，减少人力，降低仓储面积。相比平库，自动化立体仓库更具效率和成本优势。

3. 智能车间物流信息技术

以条码、RFID为代表的普适计算环境下的智能实时物流技术，将极大提高生产物流的效率和可靠性。例如，无线拣选系统可以提高小批量配送的效率和准确性；实时追溯系统可以精确追溯人和物，为零库存提供可能。对于柔性制造单元与柔性制造系统，物流柔性系统主要完成物料自动存储、自动上下料（含机械手、机器人）和生产设备工位间工件传输。这种物流系统需要通过数据采集、智能分析和控制，实现物料存储与传送过程中的智能计划调度和设备控制集成。

4. 地理信息系统

地理信息系统（Geographic Information Systems，GIS）是智能物流的关键技术与工具之一。GIS可以实现基于地图的物流活动服务。通过GIS可以将订单信息、物流节点信息、送货信息、车辆信息、客户信息等数据进行统筹管理，实现快速智能分单、物流节点合理布局、送货路线合理规划、物流实时监控与管理。

①通过物流节点标注，将物流节点信息（如地址、电话、提送货等信息）标注在地图上，便于快速、实时查询物流进度。

②通过片区划分，从地理空间的角度进行大数据管理，为物流业务系统提供业务区划管理基础服务，并与物流节点进行关联。

③采用GIS地址匹配技术，搜索定位区划单元。根据物流区划单元的属性，将物流任务快速分派到区域和物流节点，实现快速分单。

④车辆监控管理系统从货物出库到到达客户手中进行全程物流监控，保证产品与物流安全。通过车辆合理调度，提高车辆利用率和物流效率。

⑤实现物流配送智能规划。对运输货物、物流车辆、物流路线进行合理规划，保证货物准时到达，并降低物流成本。

⑥通过数据统计与分析，将物流相关的数据信息可视化。通过科学的业务模型、GIS专业算法和空间挖掘分析，了解物流趋势和内在关系，从而为企业的各种商业行为，如制订市场营销策略、规划物流路线、合理选址分析、分析预测发展趋势等构建良好的基础，使企业管理决策系统更加智能和精准。