近年來，越來越多的傳統(tǒng)型工業(yè)制造企業(yè)加入數(shù)字化車間和智能工廠建設(shè)的行列，從根本上變革生產(chǎn)方式和資源組織模式，最終實現(xiàn)智能制造。國家也出臺了一系列政策措施進行前瞻性引領(lǐng)和大力支持，如《中國制造2025》《國家智能制造標(biāo)準體系建設(shè)指南》《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》等等。

其中，由工信部聯(lián)合八部門印發(fā)的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年70%的規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)基本實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，建成500個以上引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的智能制造示范工廠。工信部等五部門發(fā)布的《數(shù)字化助力消費品工業(yè)“三品”行動方案（2022—2025年）》中提到推動數(shù)字化賦能，并在提出培育200家智能制造示范工廠的同時，對生產(chǎn)制造全過程的數(shù)字化應(yīng)用指出具體方向。

與此同時，各省市也紛紛出臺與智能工廠相關(guān)的規(guī)劃與政策。例如，北京出臺的《北京市“新智造100”工程實施方案（2021—2025年）》中提出，到2023年全面推進實施制造業(yè)“十百千萬”升級計劃，打造10家產(chǎn)值過百億元的世界級“智慧工廠”，支持建設(shè)100家智能工廠/數(shù)字化車間。上海市推進實施智能工廠領(lǐng)航行動計劃，落實“20035”工程，到2025年建成200家示范性智能工廠、20家標(biāo)桿性智能工廠，評選出1000個智能制造優(yōu)秀場景。

智能工廠和數(shù)字化車間的發(fā)展，離不開智能物流的支撐，需要通過物流的數(shù)字化、智能化升級實現(xiàn)內(nèi)部整合，以及與供應(yīng)商端和客戶端之間的協(xié)同，從而實現(xiàn)訂單交付全過程的打通。然而，目前仍有很多企業(yè)在智能工廠與數(shù)字化車間建設(shè)過程中，往往容易忽視物流系統(tǒng)的構(gòu)建；有些企業(yè)雖然能意識到物流的重要性，但又認為物流是生產(chǎn)的附屬，在引入智能生產(chǎn)物流設(shè)施、建設(shè)智能產(chǎn)線、打造智能車間的同時，順便將物流建設(shè)考慮在內(nèi)即可，并未高屋建瓴地從價值鏈角度進行系統(tǒng)的統(tǒng)籌規(guī)劃，最終導(dǎo)致智能工廠運營效率不升反降的“慘劇”出現(xiàn)。

目前，在汽車、家電、醫(yī)藥、機械裝備、航空航天等眾多制造行業(yè)，智能工廠與數(shù)字化車間建設(shè)已得到高度發(fā)展。本期專題，我們以“走進未來，走進智能工廠與數(shù)字化車間”為主題，希望通過走訪采訪多家頭部制造企業(yè)的智能工廠物流規(guī)劃負責(zé)人，以及專業(yè)的智能工廠物流規(guī)劃咨詢企業(yè)，與業(yè)界分享前沿思維及成功經(jīng)驗，為智能工廠和智能物流的規(guī)劃建設(shè)提供借鑒與參考。

以物流為主線做好智能工廠規(guī)劃

本文系統(tǒng)闡述了“以物流為主線的智能工廠規(guī)劃”的規(guī)劃邏輯、思路和關(guān)鍵落點，讓企業(yè)深刻理解智能物流對于智能工廠的重要性，了解以物流為主線的規(guī)劃和運營對工廠經(jīng)營進行賦能的方法論。以期對智能工廠的規(guī)劃、建設(shè)和運營有所助益。

本文首先通過概述制造物流的本質(zhì)及其發(fā)展歷程、剖析人們的認知維度、對比智能物流的升級路徑，明確為什么要以物流為主線。其次，通過分析規(guī)劃“初心”與價值錨落點，搭建MBSE智能工廠物流規(guī)劃邏輯與體系，闡明以物流為主線的智能工廠規(guī)劃邏輯與方法論。第三，理論和實踐結(jié)合，明確以物流為主線的智能工廠規(guī)劃關(guān)鍵落點。

為什么要以物流為主線重新定義智能工廠物流

1.制造物流的發(fā)展歷程

海爾的制造物流改革的成功，成為中國制造業(yè)現(xiàn)代物流啟蒙和發(fā)展的一個關(guān)鍵里程碑。在1998~2005年這個階段，物流逐步被定義為運輸、包裝、裝卸搬運、倉儲、配送、信息服務(wù)、流通加工等七大核心功能，此時，人們更多是從功能性的角度認識物流，而非系統(tǒng)性的角度。

制造工廠的物流場景與其他物流場景如商業(yè)物流、第三方物流存在明顯的差異。制造工廠物流涉及生產(chǎn)計劃、采購計劃、物流計劃、齊套計劃等在時間和數(shù)量上的協(xié)同，相對更為復(fù)雜，管理的顆粒度更為精細。2005~2012年間，制造工廠物流發(fā)展的聲音依然較弱，從事該領(lǐng)域的研究、咨詢、技術(shù)設(shè)備等方面的專業(yè)公司也較少。

從2013年開始，德國“工業(yè)4.0”以及《中國制造2025》的提出，引發(fā)了制造企業(yè)發(fā)展智能制造和智能工廠的熱潮，眾多機構(gòu)和公司開始研究智能制造。起初，大部分人對于智能制造的理解“就是制造”，而忽略了物流。此時規(guī)劃建設(shè)的智能工廠，（CAD圖紙上表現(xiàn)的）主要是固定資產(chǎn)（廠房或者生產(chǎn)設(shè)施）的布局，沒有流量、流向和載體的物流要素，沒有研究物流作業(yè)場景和物料流動的動線，物流區(qū)域也被有意“封存”不做展示。“智能工廠”用了非常先進的設(shè)備和軟件系統(tǒng)，但是規(guī)劃和運營過程沒有尊重物料和產(chǎn)品的流動性，甚至沒有考慮產(chǎn)品迭代的物流柔性化需求，導(dǎo)致產(chǎn)線和車間無法適應(yīng)產(chǎn)品的多樣性和多變性。

2.制造企業(yè)對物流的認知局限

在制造企業(yè)，無論是戰(zhàn)略、運營、管理、操作等不同崗位的人員，還是企業(yè)的主要領(lǐng)導(dǎo)者，對于物流的理解大多停留在基礎(chǔ)的搬運、儲存等物流操作層面。他們對于物流的認知主要建立在實際工作場景的基礎(chǔ)上，而其視野會被所處的工廠環(huán)境所局限，所以大部分人對于物流缺乏深層理解。下面從幾個典型的場景進行說明：

（1）采購下單的誤區(qū)：傳統(tǒng)觀念認為需求產(chǎn)生后，采購第一時間就下發(fā)采購計劃和訂單，供應(yīng)商按照訂單到貨，由于不同物料的采購到貨周期不一致，物料提前5天、10天甚至1個月到貨的情況都可能存在。但如果按照物料齊套的邏輯，則采購計劃和下單要保證物料到貨的齊套性，比如所有供應(yīng)商都在生產(chǎn)使用前一天到貨，這樣就能極大地減少庫存、降低成本。

（2）物流作業(yè)的路徑依賴：很多企業(yè)沒有物流計劃，對于到貨、裝卸、檢驗、齊套、搬運配送、分裝分揀等整個過程都是依靠經(jīng)驗來管理。企業(yè)往往認為“過去我們都是這么干的，也能夠保證生產(chǎn)”，如果用這樣的物流認知和能力來支撐智能工廠的運營，結(jié)果肯定是不盡如人意。

（3）物流基礎(chǔ)決定數(shù)據(jù)有效性：很多企業(yè)“重視物流”都停留在口頭上，往往連物流基礎(chǔ)管理都是缺失的。由于缺少物流過程IE以及包裝標(biāo)準，物流過程各環(huán)節(jié)存在多種單據(jù)和標(biāo)簽、層層點數(shù)與檢查、切換包裝方式等問題，無法建立各環(huán)節(jié)之間的信任關(guān)系，由此導(dǎo)致物流過程層層受阻、賬實不同步、賬實不一致、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺失等問題。這種情況下，引入任何信息化和數(shù)字化系統(tǒng)都是徒勞。

（4）安全庫存的悖論：由于供應(yīng)品質(zhì)、時間、數(shù)量上經(jīng)常存在差異，企業(yè)往往會設(shè)置安全庫存，但是影響因素錯綜復(fù)雜，很難有一個算法能夠準確地告訴企業(yè)應(yīng)該備多少安全庫存。如果用對物流的系統(tǒng)性邏輯來定義，比如在價值鏈拉通和快速響應(yīng)的物流體系中，物料采取按需求時段滾動齊套的邏輯，就只需要極少的安全庫存甚至不需要單獨設(shè)置安全庫存。

（5）盤點的機會成本：一般情況下，制造企業(yè)每個月需要停產(chǎn)靜態(tài)盤點一次，如果盤點一次需要2天時間，一年就有24天用于盤點，相當(dāng)于每年有一個月在盤點。在這一個月中，以庫存為代表的流動資產(chǎn)沒有周轉(zhuǎn)、也不會產(chǎn)生盈利，從經(jīng)營的角度而言，如果企業(yè)每個月可以盈利1億元，就有1億元的利潤和一個月的產(chǎn)能損耗于盤點。

（6）物流作業(yè)數(shù)據(jù)缺失：企業(yè)非常重視生產(chǎn)（產(chǎn)線設(shè)備）數(shù)據(jù)的采集，但往往忽略了物流過程數(shù)據(jù)的采集，比如供應(yīng)商發(fā)貨、到貨、檢驗、入庫、分裝、齊套、揀選、配送、尾數(shù)、應(yīng)急等方面的過程數(shù)據(jù)。

（7）成品的等待發(fā)運時間：企業(yè)對于生產(chǎn)效率在生產(chǎn)線上分秒必爭，比如每60秒產(chǎn)出一臺汽車，每10秒產(chǎn)出一臺冰箱或空調(diào)，每8秒產(chǎn)出一臺微波爐……但這些產(chǎn)品一旦進入成品庫，可能要在倉庫停滯等待1個星期或者1個月，扭曲了制造價值鏈，產(chǎn)生巨大的浪費。

（8）總想減少物流人員：企業(yè)面臨減員壓力時，首先想到的就是優(yōu)化物流人員，通過物流人員外包或者供方人員駐廠的方式，以期達到減員指標(biāo)。這些方式往往治標(biāo)不治本，沒有解決根本問題，實際成本和風(fēng)險并未降低，且現(xiàn)場涉及供應(yīng)商人員、三方物流人員和企業(yè)自身人員等，現(xiàn)場管理難度更大。

3.傳統(tǒng)工廠物流與智能工廠物流的差異

傳統(tǒng)工廠以“制造中心”的邏輯來規(guī)劃工廠，企業(yè)強調(diào)生產(chǎn)計劃達成率、人均產(chǎn)出率、設(shè)備利用率等，其物流主要表現(xiàn)為操作層面的物料流動、搬運裝卸及相關(guān)管理等。此時，物流解決的是搬運、存儲、配送、人員等方面的動作和功能的問題。

智能工廠以“交付中心”的邏輯來規(guī)劃工廠，企業(yè)強調(diào)的是訂單交付周期、庫存周轉(zhuǎn)率、交付準確率、客戶響應(yīng)能力等，其物流主要表現(xiàn)為戰(zhàn)略層面的制造工廠物流中心化、無接觸式物流、供應(yīng)鏈協(xié)同交付和物流數(shù)字技術(shù)管理等。此時，物流解決的是流通、斷點、效率、交付、信息、連接等方面的端到端和系統(tǒng)性問題。

傳統(tǒng)工廠物流與智能工廠物流在人、機、料、法、環(huán)、測等方面的表現(xiàn)差異如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)工廠物流與智能工廠物流的差異

傳統(tǒng)企業(yè)通常著眼于解決動作和功能性問題，物料本身常被忽視，沒有充分尊重物流的重要性。結(jié)果，生產(chǎn)被過度重視，而其他因素如EHS（環(huán)境、健康、安全）以及物流、員工和物料安全都被忽略。這種情況下，即便有最先進的系統(tǒng)，也無法解決物流數(shù)字化的問題。

對于未來制造企業(yè)物流的認知，我們應(yīng)當(dāng)立足于“大物流、小生產(chǎn)”和“智能工廠的物流中心化”的理念，生產(chǎn)只是整個交付系統(tǒng)或者物流供應(yīng)鏈系統(tǒng)里的一個環(huán)節(jié)，由此，就非常容易理解“以物流為中心”和“以生產(chǎn)為中心”兩種邏輯之間的差異。這意味著未來的工廠應(yīng)該是一個交付中心，而非僅僅是生產(chǎn)中心。這是一個深刻的認識轉(zhuǎn)變。

4.物流天生具備“端到端”“動態(tài)化”的要素連通效應(yīng)

制造企業(yè)物流包括物料采購、入廠、裝卸、檢驗、存儲、揀選、配送、工位作業(yè)、成品發(fā)運等端到端的整個流轉(zhuǎn)過程，涉及生產(chǎn)與物流全過程的用地、建筑、面積、設(shè)施、物料及產(chǎn)品、人員、時間、信息等諸多要素，包括與之相關(guān)的計劃、庫存、訂單、成本、包裝、參數(shù)、設(shè)施等方面的邏輯規(guī)劃。由此可見，物流天生具備“端到端”“動態(tài)化”的要素聯(lián)通效應(yīng)，物流鏈接了訂單和客戶要求，只有真正尊重了物料的聲音（VOM），才能服務(wù)客戶，實現(xiàn)訂單承諾。如果沒有智能物流系統(tǒng)的保障和支撐，智能制造將永遠停留在實驗室的階段。

圖2 以物流為主線進行智能工廠規(guī)劃的要素與邏輯

如圖2所示，以物流為主線進行智能工廠規(guī)劃的基本邏輯，是以物料與產(chǎn)品物流為中心，涉及園區(qū)與建筑、物流信息、產(chǎn)線與設(shè)備、物料流動、物流運營團隊、物流風(fēng)險等，基于這些要素之間的聯(lián)動關(guān)系進行流程與信息化的規(guī)劃。比如：企業(yè)從拿地開始就要考慮其周邊環(huán)境對物流車輛進出、風(fēng)向、空氣質(zhì)量、噪聲、排水等方面的適應(yīng)性；工廠規(guī)劃過程中，要考慮廠房高度（層數(shù)）與物流模式、采用的物流技術(shù)設(shè)備的匹配性，比如，通過自動化立體庫進行快速存取，而不是選擇電梯+移動機器人AGV；要考慮物料包裝與工位自動化取料的一體化，而不是由人工在上工位前分裝到專用器具，才實現(xiàn)與工位機器人的對接……企業(yè)需要結(jié)合自身的實際情況，制定并提煉出物流、基建、產(chǎn)品、產(chǎn)線、信息、團隊、風(fēng)險等各方面的相關(guān)要素，并以物流為規(guī)劃的主線進行統(tǒng)籌和協(xié)同，實現(xiàn)端到端價值鏈的拉通，從而確保工廠規(guī)劃滿足企業(yè)運營的需求。

以物流為主線的智能工廠規(guī)劃邏輯與方法論

1.規(guī)劃初心與價值錨

規(guī)劃初心與價值錨需要思考：從哪里入手？解決什么問題？如果由倉庫主管、物流部長、工廠總經(jīng)理分別主導(dǎo)工廠規(guī)劃，其結(jié)果是完全不一樣的。倉庫主管可能更注重倉庫的位置選擇、面積大小和內(nèi)部布局的規(guī)劃；物流部長可能會強調(diào)部門之間的協(xié)同規(guī)劃，注重物流各環(huán)節(jié)的連接和拉通；而工廠總經(jīng)理則更加強調(diào)整個工廠的系統(tǒng)規(guī)劃和解決企業(yè)經(jīng)營的問題，比如能否降低庫存、提高效率，是否有利于提高交付能力。規(guī)劃者所站的高度、具備的格局，往往決定智能工廠未來所能達到的高度。

當(dāng)前大部分制造企業(yè)強調(diào)以客戶為中心，那么規(guī)劃過程中，如何從全渠道價值鏈看待制造工廠和物流轉(zhuǎn)型升級呢？如果顧客要從網(wǎng)上買到某品牌的空調(diào)，電商物流把空調(diào)送到顧客家里，工廠、物流、電商等各環(huán)節(jié)都不知道自己生產(chǎn)、保管、搬運的產(chǎn)品是誰的，此時就不是以客戶為中心，其供需平衡、庫存周轉(zhuǎn)、交付滿意度也是難以精準管控的。

如果基于智能工廠物流中心化的邏輯，把空調(diào)生產(chǎn)線部署到電商的物流中心（也可以是品牌商的物流中心），物流中心接到訂單后，馬上就分配給這條生產(chǎn)線完成空調(diào)生產(chǎn)并交付給客戶。此時，訂單交付的整個過程對于顧客而言都是可視、透明的，顧客的體驗感非常好。此時的制造中心（工廠或產(chǎn)線）和物流中心實現(xiàn)了融合，成為交付中心。交付中心直接面臨客戶的體驗，是支撐品牌和市場競爭力的重要構(gòu)成部分。

按照交付中心的導(dǎo)向規(guī)劃智能工廠時，應(yīng)從全渠道價值鏈的角度來進行工廠的戰(zhàn)略定位和概念設(shè)計，確定工廠的“長相”：應(yīng)該具備什么特征、解決什么問題、遵循怎樣的價值導(dǎo)向。不同的價值導(dǎo)向，使得工廠功能表現(xiàn)或戰(zhàn)略績效指標(biāo)都有所不同，從而影響工廠的選址、建筑設(shè)計、功能區(qū)域、物流和生產(chǎn)動線等。概念設(shè)計過程如圖3所示。

圖3 智能工廠物流規(guī)劃概念設(shè)計模型

概念設(shè)計之后，才能進行下一步的初步布局規(guī)劃和后續(xù)的詳細規(guī)劃、運營要求邏輯梳理。

2.三個“一體化”的規(guī)劃方法論

如果工廠不是一體化的規(guī)劃，解決的就僅僅是功能問題而不是系統(tǒng)問題。智能工廠始于規(guī)劃，成于運營。我們在以物流為主線進行智能工廠規(guī)劃時，需要始終強調(diào)以終為始，保證三個“一體化”（規(guī)劃一體化、建設(shè)一體化、運營一體化）。因此，工廠規(guī)劃時應(yīng)以運營為導(dǎo)向，按照規(guī)劃步驟逐步完成規(guī)劃，才能支撐企業(yè)達成“交付中心”的定位。

很多企業(yè)在新工廠規(guī)劃和建設(shè)時，由于缺少對項目管理的重視或者缺少項目管理人才，布局規(guī)劃、建筑設(shè)計、產(chǎn)線工藝突破、物流策略、運營體系等各自為戰(zhàn)、相互影響，由此產(chǎn)生巨大的機會成本和損失。為此，我們提出以MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程）為基礎(chǔ)的TRMBSE工廠規(guī)劃模型，把智能工廠和智能物流系統(tǒng)的規(guī)劃過程進行有效規(guī)范和科學(xué)管控。

MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程）是支持從概念設(shè)計階段開始，并持續(xù)貫穿于開發(fā)和后期的生命周期階段的系統(tǒng)需求、設(shè)計、分析、驗證和確認活動的正規(guī)化建模應(yīng)用。TRMBSE模型是將MBSE應(yīng)用于智能工廠從概念設(shè)計到詳細方案，再到工廠建設(shè)、項目成果的達成，其系統(tǒng)工程邏輯如圖4所示。

圖4 以MBSE為基礎(chǔ)的工廠規(guī)劃模型（TRMBSE）

TRMBSE模型強調(diào)以終為始，其核心是“規(guī)劃、建設(shè)、運營一體化”的三個“一體化”系統(tǒng)模型：

（1）規(guī)劃一體化：從頂層設(shè)計-工廠概念設(shè)計-初步規(guī)劃-詳細規(guī)劃-方案驗證-方案交付的過程。要將工廠運營管理的價值導(dǎo)向、目標(biāo)、邏輯、規(guī)則等納入規(guī)劃過程中考慮，以有效運營為導(dǎo)向進行規(guī)劃。規(guī)劃過程需要明確的運營指標(biāo)定義，并且細分為作業(yè)參數(shù)，規(guī)劃后需要通過仿真來驗證。

（2）建設(shè)一體化：建設(shè)團隊要先期參與到規(guī)劃過程中，確保對規(guī)劃方案完全理解和認同。項目建設(shè)過程需要制定詳細的實施計劃，把建筑、產(chǎn)線、工藝、人員培訓(xùn)、招投標(biāo)等各個方面進行統(tǒng)籌和綜合管控。由于涉及面廣泛，建設(shè)過程必須檢討、驗證各個子項目是否符合規(guī)劃的方案。

（3）運營一體化：運營過程的有效性是檢驗規(guī)劃、建設(shè)合理性的唯一標(biāo)準?；谝越桓稙橹行摹⒁晕锪鳛橹骶€的邏輯進行的規(guī)劃，要求運營過程必須遵循同樣的邏輯和表現(xiàn)，有效兌現(xiàn)規(guī)劃時期的價值導(dǎo)向、策略和流程。運營可以通過數(shù)字孿生方式來動態(tài)驗證。

值得一提的是，三個“一體化”更要考慮“規(guī)劃-建設(shè)-運營”過程的總體一體化，站在持續(xù)經(jīng)營的角度，不考慮運營管理的規(guī)劃和建設(shè)都是沒有“靈魂”的，最終都可能導(dǎo)致企業(yè)產(chǎn)生巨大的系統(tǒng)效率損失和改造成本。

舉例來說，美的空調(diào)泰國新工廠就是嚴格按照TRMBSE模型三個“一體化”系統(tǒng)邏輯建成，讓人們感覺“沒有一處是多余的”。該工廠產(chǎn)線、輸送線、AGV、懸掛鏈、水電氣網(wǎng)管線等在平面和空間上縱橫交錯、復(fù)雜而有序的分層，地面AGV靈活調(diào)度，空中懸掛鏈錯落有致，小件物料空中輸送直達工位，成品跨廠房連續(xù)輸送和集中碼垛，每一種物料都通過合適的方式直接配送到工位……由于規(guī)劃時經(jīng)過了模型構(gòu)建、參數(shù)分解、模擬仿真和綜合聯(lián)調(diào)，每一個場景細節(jié)都被反復(fù)推演和驗證，且其核心團隊從規(guī)劃到建設(shè)再到運營均是全程參與和主導(dǎo)，因此，該工廠才能得以順利落地并獲得成功。

以物流為主線的智能工廠規(guī)劃關(guān)鍵落點

通過TRMBSE模型，基于概念設(shè)計明確工廠“長相”和價值導(dǎo)向后，結(jié)合企業(yè)實際情況需要明確規(guī)劃的關(guān)鍵落點。

1.物料包裝基礎(chǔ)優(yōu)化，解決工位物流痛點

物料包裝單元化、智能化（SU，Smart Unit）是智能物流與智能生產(chǎn)的關(guān)鍵載體和鏈接要素，更是物流數(shù)字化和VOM的基礎(chǔ)。很多企業(yè)尚未解決包裝基礎(chǔ)問題便開始構(gòu)建智能工廠，那么物流及其數(shù)字化問題都將難以解決，這將導(dǎo)致物流與產(chǎn)線動線的無效布局。

比如，很多企業(yè)在工位上使用了機械手，這些機械手既抓取物料解決了工位物流的問題，還進行裝配動作解決了生產(chǎn)自動化的問題。那么機械手屬具和物流包裝單元如何協(xié)同設(shè)計呢？設(shè)計機械手屬具的團隊是否真正了解物流？如果他們了解物流，他們會從系統(tǒng)的角度思考如何實現(xiàn)“存-儲-運-包-揀-配-用”的一體化；若不了解，他們可能僅關(guān)注如何設(shè)計機械手來完成物料的抓取動作。這可能導(dǎo)致設(shè)計出非常高端且昂貴的臺車，但這種臺車僅適用于工廠內(nèi)部的短距離運輸，需要安排人員將物料分裝至該臺車上，才能夠適合機械手的抓取。如果用這種臺車參與整個物流過程，需要的數(shù)量非常多，成本將是非常高昂的。因此，如何系統(tǒng)地解決物料包裝一體化問題，并確保物料的包裝與工位上的人員或機械手完美匹配，成為了一個迫切需要解決的核心問題。

隨著生產(chǎn)自動化、智能化覆蓋率日益提升，機器人在線邊物流場景的應(yīng)用越來越普遍。在智能工廠的規(guī)劃過程中，智能單元化包裝和機器人的對接非常關(guān)鍵。由于線邊物流場景涉及作業(yè)人員、機器人、信息采集和物料協(xié)同，智能單元化包裝對接技術(shù)往往成為智能工廠物流規(guī)劃的關(guān)鍵節(jié)點和有效運作的重要影響因素之一。單元化包裝從供應(yīng)商生產(chǎn)下線就開始使用，后續(xù)經(jīng)過搬運、運輸、存儲、檢驗、配送到工位，最后由機器人（抓取屬具）從容器具或者工位器具中識別并取出物料的過程，需要智能單元化包裝能夠在整個過程中與（智能化的）搬運設(shè)備、運輸設(shè)備、檢測設(shè)備、配送設(shè)備、機器人、信息采集設(shè)備等進行數(shù)據(jù)對接和作業(yè)指令的交互。

2.產(chǎn)品工藝和工位配送匹配研究，實現(xiàn)配送物流與工位物流融合

工位物流是工廠物流的核心，我們進行工位物流規(guī)劃時，要求細化到“三個一”（每一個物料、每一個工位、每一個平方米）。產(chǎn)品工藝和工位配送涉及眾多的參數(shù)和算法，比如：產(chǎn)線的效率和節(jié)拍、產(chǎn)品BOM、設(shè)備的參數(shù)、物料齊套要求等，以及物料齊套配送和最小配送包裝單元的匹配問題，物料配送用AGV、懸掛鏈還是輸送線的設(shè)備選型問題，WMS、MES和APS之間匹配的問題……但工位物流作為最后的“臨門一腳”，是制造物流最具挑戰(zhàn)且最關(guān)鍵的課題。

大部分企業(yè)的工位場景研究是割裂的，產(chǎn)線數(shù)據(jù)、機器人數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、生產(chǎn)和物流節(jié)拍數(shù)據(jù)等沒有進行匯總，比如，物流設(shè)計節(jié)拍跟生產(chǎn)設(shè)計節(jié)拍可能有差異，工位空間可能無法滿足物流對接的需求。因此，工位場景設(shè)計是一個跨部門多方協(xié)同設(shè)計的過程。如圖5所示，某企業(yè)通過優(yōu)化產(chǎn)線設(shè)備、機器人對接、物流配送到工位等，使得物流系統(tǒng)和生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)之間能夠?qū)崟r對應(yīng)，機器人屬具從包裝單元容器具中識別并抓取單個或多個物料，涉及物料包裝、定位、機器人識別、抓取、移動、工位裝配等一系列的作業(yè)，真正做到“滿箱換空箱”的數(shù)字化控制模式。一般情況下，傳統(tǒng)企業(yè)該場景通常是在生產(chǎn)線邊設(shè)立“線邊庫”，通過“水蜘蛛”進行物料協(xié)同，為此增加了物流斷點，導(dǎo)致庫存和空間的浪費，使得物流管理和實現(xiàn)數(shù)字化更加復(fù)雜。

圖5 某企業(yè)配送物流與工位物流融合

3.從平面到空間的利用，向空間要效益

經(jīng)常有人討論工廠物流面積和生產(chǎn)面積各自占比的問題，某個行業(yè)的工廠物流面積和生產(chǎn)面積的比例應(yīng)該多少合適，是2:1，還是1:1，還是3:1？實際上，這個問題是個偽命題，是基于投影面積計算的。一般工廠單層廠房高度為12米以上，多層廠房的樓層高度達到6米到8米，在以人工作業(yè)為主的場景中，一般只利用了2米左右的高度。比如傳統(tǒng)的汽車主機廠物流區(qū)域，基于可視化、目視化和員工作業(yè)高度的要求，物料存儲高度一般不超過1.5~2米，結(jié)果上面的10米空間基本上是空閑的。這些企業(yè)在物流方面具有“路徑依賴”，從而極少思考通過物流技術(shù)的合理應(yīng)用可以解決這些問題。新近建成的一些汽車主機廠，空間規(guī)劃則相對比較合理。

筆者曾經(jīng)與一家新建6棟廠房的企業(yè)溝通，指出其僅需通過合理利用現(xiàn)有空間即可節(jié)省2棟廠房的建設(shè)成本，在物流設(shè)備上的投資僅相當(dāng)于新建2棟廠房投資的10%。同樣地，筆者在與另一家企業(yè)溝通時，他們正在考慮是否需要建設(shè)新工廠，以滿足未來三到五年產(chǎn)能和銷量翻倍的需求。我們建議在現(xiàn)有的物理空間內(nèi)，通過采用自動化物流技術(shù)，可以在不增加額外資源的情況下實現(xiàn)產(chǎn)能和出貨量的增加，僅需要投入約1億元的物流設(shè)施建設(shè)費用。對于這些企業(yè)而言，投入十幾億元建設(shè)新廠房似乎更加容易接受，而對于在物流設(shè)施上投入1億元則顯得非常謹慎。

4.工藝硬連接降低中間庫存，減少智能制造系統(tǒng)構(gòu)建成本

在進行工廠布局規(guī)劃時，改變傳統(tǒng)的功能式布局觀念，按照產(chǎn)線、產(chǎn)品、區(qū)域劃分選擇細胞式布局，即根據(jù)客戶需求的組裝線節(jié)拍，配置相關(guān)聯(lián)的沖壓、注塑、電子加工、部件組裝、成品包裝、成品檢測等前工序生產(chǎn)和物流區(qū)域，使其成為一個制造細胞體系。在此基礎(chǔ)上，基于“制造工廠物流中心化”的原則，通過精益物流和精益生產(chǎn)的有效配合，結(jié)合自動化、數(shù)字化、智能化的物流裝備應(yīng)用，在工廠內(nèi)部盡量消除物理上和信息上的斷點，打造連續(xù)流。

如，某企業(yè)是設(shè)備成組布局模式，有獨立的鈑金車間，鈑金車間與總裝車間之間需要8~12小時的鈑金半成品庫存，為了實現(xiàn)對半成品的智能化管理，投入幾千萬元建了自動化立體庫。而同行業(yè)的另一家企業(yè)，針對同樣的場景，通過細胞化和連續(xù)流改造，將沖壓和總裝進行并線設(shè)計（俗稱“硬連接”），如圖6所示，該措施消除了中間半成品庫存，不但節(jié)約了幾千萬元的物流設(shè)備投資，同時還提升了鈑金車間的快速響應(yīng)能力，減少了過程效率損失。

圖6 某企業(yè)“硬連接”消除中間庫存

5.總裝工位配送考驗智能化邏輯與落地能力

在特定場景中，如空調(diào)行業(yè)壓縮機配送，由于物料較重，大部分企業(yè)使用叉車配送上線，既不安全又浪費空間。如圖7所示，某企業(yè)空調(diào)壓縮機上總裝工位采用AGV配送，同時在工位上實現(xiàn)機器人自動抓取物料、自動拿取包裝物、自動回收空托盤等，可以實現(xiàn)無接觸式配送和安裝。對于類似“傻大黑粗”的物料，采用定制AGV搬運是當(dāng)前較為理想的選擇。

圖7 某企業(yè)壓縮機AGV配送與工位對接

而在某些工位配送場景中，盡管通過AGV將物料配送至工位，但工位物料仍由人工取用，工人80%的作業(yè)時間浪費在轉(zhuǎn)身、彎腰、搬運、整理等動作上，僅有20%的時間真正用于生產(chǎn)操作。此時AGV僅僅解決了點對點的搬運問題，并未系統(tǒng)性解決該工位物料配送和工位對接的問題。

傳統(tǒng)工廠中習(xí)慣了多拉快跑、大裝載量的物料配送上線方式，往往采用倉庫籠、周轉(zhuǎn)車等作為載體。這種模式下，物料的搬運配送、線邊擺放、庫存控制、流轉(zhuǎn)批量、線邊拿取、工位對接等都較為復(fù)雜和不便。如圖8所示的某工廠結(jié)合物料的體積、重量、防護要求等參數(shù)，推動物料包裝的標(biāo)準料箱化，通過拆碼垛機器人、料箱立體庫、空中輸送線、料箱提升機、工位對接AGV等組成空中物流系統(tǒng)。該工廠采用了多層的空間物流規(guī)劃，在生產(chǎn)線上方空間設(shè)置輸送線（也可作為物料緩存區(qū)），大流量的物料通過輸送線從高空直接送至工位，而小流量物料則通過輸送線與AGV和料箱機器人CTU接駁至工位。此時，基本實現(xiàn)物料端到端的無接觸式運作，智能工廠的現(xiàn)場也能體現(xiàn)出更好的質(zhì)感。

圖8 某智能工廠的空中“云物流”配送系統(tǒng)

針對大件物料的物流作業(yè)場景，企業(yè)一般使用AGV搬運料架實現(xiàn)全過程的無人化運作，但如果物流量非常大，AGV的能力可能無法滿足需求，此時使用牽引車（俗稱“小火車”，一次牽引4~6輛臺車）可能是更好的選擇。如果工廠具有較大的可用空間，也可以通過懸掛輸送鏈的方式實現(xiàn)空中輸送（如圖9），將物料從卸貨點直接懸掛輸送至使用工位，基本消除了大件物料的地面存放和搬運。 

圖9 某工廠的大件物料懸掛輸送鏈

6.尊重不同物料的流轉(zhuǎn)規(guī)律，規(guī)劃物流作業(yè)場景

物流設(shè)備的配置需要遵循物料流動規(guī)律。制造業(yè)物流的本質(zhì)在于“流動”，關(guān)于物料如何流動，不同行業(yè)、不同產(chǎn)品需要不同的流動方式，這需要遵守物料的流動規(guī)律，而不是按照經(jīng)驗的“預(yù)設(shè)”。企業(yè)需要深入了解智能制造物流的邏輯和作業(yè)場景需求，從解決功能性要求轉(zhuǎn)為解決系統(tǒng)性要求。不同物流技術(shù)和設(shè)備的選擇，關(guān)鍵在于分析“要解決什么問題”，從而提出符合需求的總體解決方案（見圖10）。

圖10 某智能工廠基于物料流轉(zhuǎn)規(guī)律的物流作業(yè)場景設(shè)計

產(chǎn)品不同，物料也不同，每種物料都具有其各自的屬性和流轉(zhuǎn)規(guī)律。識別并掌握這些規(guī)律是至關(guān)重要的。通過規(guī)律研究和判斷，才能夠決定物料流通的時空需求和物流技術(shù)選擇與賦能。

例如，汽車行業(yè)的座椅、輪胎等物料，一開始也是地面臺車運送，但由于物流量非常大，且產(chǎn)線生產(chǎn)的車型越來越多，后續(xù)逐步通過輸送線或懸掛鏈實現(xiàn)空中排序緩沖和自動配送，這種自動排序配送的過程無需額外的防呆措施，因為系統(tǒng)已經(jīng)通過數(shù)字化解決了防呆問題，這種級別的方案已經(jīng)基本上實現(xiàn)了數(shù)字化。

再如，許多汽車主機廠的總裝車間采用SPS單臺套配送的方式，往往由工人進行分揀并由AGV進行跟隨搬運，這種方式存在工人多、效率低、易出錯等問題。當(dāng)前，很多企業(yè)正在考慮如何通過小件立庫和托盤庫實現(xiàn)“貨到人”的揀選模式，基于這些物料的流轉(zhuǎn)規(guī)律和場景分析，汽車企業(yè)的物料“貨到人”揀選是可行的。

企業(yè)在學(xué)習(xí)行業(yè)內(nèi)外標(biāo)桿工廠時，不能機械地照搬和復(fù)制，需要結(jié)合生產(chǎn)模式、物料特征、物流流量、生產(chǎn)節(jié)拍、空間環(huán)境等因素進行分析設(shè)計，結(jié)合每個物料的流轉(zhuǎn)規(guī)律、特點和要求，思考有哪些適合的物流技術(shù)、這些物流技術(shù)能夠解決什么問題、是否賦能了工廠運營，從而匹配最適合的物流技術(shù)和設(shè)施，而不是一味地套用輸送線、懸掛鏈、AGV等。

7.讓物料發(fā)聲，傾聽物料的聲音（VOM）

在智能工廠的物流運作過程中，物料天然地具備端到端的屬性，物料及物料包裝單元承載著訂單屬性，需要經(jīng)過運輸、搬運、裝卸、存儲、檢驗、揀選、配送、器具回收、追溯等諸多環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)的流轉(zhuǎn)過程要確保信息的有效和順暢。因此，需要物料（或訂單）具備“會說話”“會聽話”“會指揮”的能力，發(fā)出“我是誰”“我要去哪里”“誰要怎么加工我”等指令。物流系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)讓物料能夠發(fā)聲，且系統(tǒng)能夠傾聽和識別“物料的聲音”，實現(xiàn)物料（或訂單）與智能裝卸設(shè)施、智能搬運設(shè)施、智能存儲設(shè)施、智能揀選設(shè)施、工位機器人等設(shè)施設(shè)備之間的對話，并且能夠生成可執(zhí)行的指令，從而達到物料指揮系統(tǒng)的效果。

通俗而言，就是需要保證物料SU在所有物流環(huán)節(jié)能夠無障礙地與相關(guān)設(shè)備進行“對話”，這就需要SU突破傳統(tǒng)的掃碼采集數(shù)據(jù)的簡單功能，轉(zhuǎn)化為物料“告知”其關(guān)鍵信息給相關(guān)的設(shè)備。SU被先期賦予了訂單屬性，當(dāng)SU進入智能物流系統(tǒng)后，SU能夠指揮系統(tǒng)（給系統(tǒng)發(fā)出指令），將SU搬運至相應(yīng)的庫位或工位；到工位后，SU通過系統(tǒng)告訴機器人相關(guān)信息，機器人需要結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)需求進行操作，同時系統(tǒng)需要將所有的信息抓取，作為實時場景信息為后續(xù)的決策提供依據(jù)，形成自反饋閉環(huán)系統(tǒng)。

8.倒排物流計劃，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃與物流計劃聯(lián)動

物流計劃是基于各環(huán)節(jié)作業(yè)標(biāo)準時間的動態(tài)作業(yè)排程。如表1所示，基于各環(huán)節(jié)的作業(yè)模式形成標(biāo)準作業(yè)，物流各節(jié)點都應(yīng)該有相應(yīng)的作業(yè)標(biāo)準和時間標(biāo)準，從而定義各場景（需要考慮資源配置的影響）下作業(yè)的標(biāo)準時間，如分揀時間、庫存時間（庫存標(biāo)準）、檢驗時間、接收時間、運輸時間、備貨裝車時間等。標(biāo)準時間如同產(chǎn)線的節(jié)拍，基于標(biāo)準時間才能輸出合理、可行、可監(jiān)控的物流計劃，并使得時間流的拉動變得合理、科學(xué)。

表1 物流計劃的倒排邏輯

物流的倒排計劃在智能工廠中起到至關(guān)重要的作用，表1中所示從下到上是運營過程，從上到下則形成倒排計劃。智能工廠的工位物流能不能做好，很大程度上取決于物流倒排計劃表。值得注意的是，每一個訂單的每種物料都應(yīng)有一份這樣的倒排計劃，如果公司有100種物料，便需要100張這樣的表。當(dāng)這些表在橫向上需要互相匹配和協(xié)同時，如果存在20個訂單，組合的數(shù)量會呈指數(shù)級增長，這已經(jīng)超出了人工管理的范圍，因此，物流計劃數(shù)字化變得尤為關(guān)鍵。

物流計劃將物流過程的各個作業(yè)環(huán)節(jié)進行有效協(xié)同和串聯(lián)，消除了信息孤島，各環(huán)節(jié)按照計劃執(zhí)行即可滿足整體的需求。各節(jié)點都具有各自的計劃和執(zhí)行，其監(jiān)控運營的重點在于對計劃與執(zhí)行之間的差異管控，從而實現(xiàn)信息流和實物流的一致性，確保每個環(huán)節(jié)能夠按計劃執(zhí)行，最終實現(xiàn)有效的交付。

總結(jié)

以物流為主線進行智能工廠規(guī)劃，可以實現(xiàn)工廠質(zhì)感、斷點、空間、人工、效率、數(shù)字化、智能化、思維等方面的變革與提升，需要思考智能工廠究竟需要解決什么問題，解決誰的問題，從而定義出工廠的愿景和價值導(dǎo)向。不同的愿景下，企業(yè)的產(chǎn)品策略、物流策略和交付策略不同，智能工廠的規(guī)劃邏輯也會有差異，因此，在向優(yōu)秀的標(biāo)桿企業(yè)學(xué)習(xí)時，更多的是學(xué)習(xí)其內(nèi)在邏輯和理念，而不能一味地模仿。無論如何，作為工廠的管理者，除了懂生產(chǎn)，還需要懂物流，更重要的是需要管理者充分重視物流，把物流提升至戰(zhàn)略的地位，堅持物流的愿景初心，從物流的規(guī)劃和運營中真正獲得價值、收獲成就。