中國(guó)制造2025背景下汽車產(chǎn)業(yè)智慧物流體系構(gòu)建
——以J汽車公司為例

□ 陳佳麗

(貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 工商管理學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550022)

1 引言

“中國(guó)制造2025”鼓勵(lì)汽車產(chǎn)業(yè)向智能、綠色方向轉(zhuǎn)型，推進(jìn)綠色制造發(fā)展、制造與服務(wù)協(xié)同發(fā)展、深化制造業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展。但是，汽車制造是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括汽車零部件的采購(gòu)、生產(chǎn)計(jì)劃的制定、生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和組配、生產(chǎn)工序的排序等。制造過(guò)程中產(chǎn)生了很多物流活動(dòng)，運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、配送、流通加工及裝卸搬運(yùn)等，按照這些物流活動(dòng)的來(lái)源或范圍可以劃分為供應(yīng)物流、生產(chǎn)物流、銷售物流、回收廢棄物物流四個(gè)層面。這四個(gè)層面的物流活動(dòng)相互銜接形成一個(gè)大的物流系統(tǒng)，存在一個(gè)龐大的物流數(shù)據(jù)流。運(yùn)輸路徑規(guī)劃、生產(chǎn)線布局、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施選址、庫(kù)存水平設(shè)置、訂貨頻次等物流決策都對(duì)汽車生產(chǎn)制造有著至關(guān)重要的影響。中國(guó)汽車制造中的物流模式與德國(guó)汽車公共電子數(shù)據(jù)交換平臺(tái)(Electronic data interchange，EDI)和日本汽車準(zhǔn)時(shí)制(Just In Time，JIT)精益物流相比，中國(guó)汽車制造物流在訂單處理、流程設(shè)計(jì)、信息化水平方面依然不足，導(dǎo)致物流效率低下，費(fèi)用過(guò)高。因此，引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建智慧物流體系，提高物流效率勢(shì)在必行。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了研究，劉建軍等分析了“中國(guó)制造 2025”背景下中國(guó)汽車工業(yè)認(rèn)證需求的新趨勢(shì)[1]；Martin Kirch等研究了汽車工業(yè)原型部件的射頻識(shí)別標(biāo)簽為物流和生產(chǎn)過(guò)程創(chuàng)建的智慧物流區(qū)[2]；關(guān)強(qiáng)等研究了如何使用大數(shù)據(jù)挖掘和分析的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車的智慧物流[3]；Christopher S.Tang研究了工業(yè)4.0時(shí)代許多公司通過(guò)利用添加劑制造、先進(jìn)機(jī)器人、人工智能、自主車輛、區(qū)塊鏈、無(wú)人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，正在開(kāi)發(fā)能夠改變競(jìng)爭(zhēng)格局的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)[4]；陳勇等研究了智能制造背景下智慧物流供應(yīng)鏈的建設(shè)[5]；Behnam Karimi等設(shè)計(jì)了一個(gè)面向智能制造的多商品多模式智慧供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)[6]。

2 J公司背景介紹

J公司生產(chǎn)的是我國(guó)自主品牌汽車，2015年與G市政府簽署《整車產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目合作協(xié)議》，該項(xiàng)目總投資102億元,一次建成年產(chǎn)10萬(wàn)輛汽車生產(chǎn)項(xiàng)目，面向海內(nèi)外銷售。項(xiàng)目占地1027畝，主要建設(shè)以沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝為主體的完備汽車整車生產(chǎn)線及行政樓、生活區(qū)、小涂裝、動(dòng)力站、油化庫(kù)、試車道路、成品車停放場(chǎng)、綜合庫(kù)房等相關(guān)配套設(shè)施，計(jì)劃投產(chǎn)3款整車產(chǎn)品，分別為EC7 M100甲醇動(dòng)力車型、7座MPV(商務(wù)車)車型CV-1、7座跨界MPV車型CV-2。J汽車公司積極貫徹落實(shí)“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，推動(dòng)企業(yè)由“制造”向“智造”快速轉(zhuǎn)型，并在全國(guó)各生產(chǎn)基地開(kāi)展以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化于一體的現(xiàn)代化智慧工廠升級(jí)改造工程。在此背景下，J公司在G市投資建設(shè)了產(chǎn)品生產(chǎn)全生命周期制造、管理體系，該體系包含數(shù)字化虛擬仿真工廠、信息化協(xié)同制造體系及智慧物流體系。通過(guò)上述體系的運(yùn)轉(zhuǎn)大幅提高了智能化水平，降低了生產(chǎn)成本。

3 J汽車公司智慧物流體系構(gòu)建

3.1 智慧物流項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)

J公司利用大數(shù)據(jù)技術(shù)融入到整車生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，從建立虛擬仿真工廠對(duì)生產(chǎn)工藝及機(jī)器人工位進(jìn)行提前規(guī)劃定位，到生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集、分析處理，實(shí)時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)管理模式扁平化，再到多系統(tǒng)集成互通、數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹腔畚锪黧w系將上游供應(yīng)鏈、基地倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、下游供應(yīng)鏈緊密聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外物流可視化、物料交接零時(shí)間、降低庫(kù)存積壓。解決J公司脹庫(kù)嚴(yán)重，投棚等待、卸貨區(qū)暫存堆積、車輛無(wú)法正常卸貨等一系列問(wèn)題造成的物流周轉(zhuǎn)率降低、人員工作量異常、加班增加、成本升高。

3.2 智慧物流項(xiàng)目建設(shè)方案

J公司打造智慧物流，是基于J2EE的各種技術(shù)，B/S模式的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的。J公司使用了RFID、GPS、GIS等多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依托于企業(yè)資源計(jì)劃(Enterprise Resource Planning，ERP)和制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)，集成了物流執(zhí)行系統(tǒng)(Logistics Execution System，LES)、零件分揀系統(tǒng)(Set Parts System，SPS)、物料安燈系統(tǒng)(ANDON)，倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng) (Warehouse Management System ，WMS)，運(yùn)用工業(yè)云和工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)施供應(yīng)鏈企業(yè)間和企業(yè)內(nèi)部的協(xié)同管理，對(duì)物流現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與物流管理的無(wú)縫對(duì)接。

3.2.1 LES系統(tǒng)

LES通過(guò)供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)(Supply Chain Management，SCM)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)、企業(yè)資源計(jì)劃(Enterprise Resource Planning，ERP)等多系統(tǒng)集成互通，整合優(yōu)化內(nèi)外部物流進(jìn)度、倉(cāng)儲(chǔ)管理、配送管理、庫(kù)存管理等功能，搭建多級(jí)物流配送體系，明確供應(yīng)商、區(qū)域物流中心(Regional Distribution Center，RDC)、LOC倉(cāng)庫(kù)以及線邊倉(cāng)庫(kù)之間分工，并相互協(xié)作，信息互通，達(dá)到良性循環(huán)。采用物流的一二級(jí)拉動(dòng)模型，通過(guò)庫(kù)存實(shí)時(shí)化監(jiān)控，動(dòng)態(tài)物流JIT，實(shí)現(xiàn)LOC倉(cāng)庫(kù)和線邊庫(kù)、物料庫(kù)存最優(yōu)化。一級(jí)線邊物流拉動(dòng)根據(jù)物料屬性、計(jì)劃管控等層面劃分多種管控模式。

3.2.2 SPS系統(tǒng)

SPS系統(tǒng)最早由豐田公司研發(fā)和使用，是按照生產(chǎn)順序向生產(chǎn)線上提供物料的一種配送方式。J公司在G市的生產(chǎn)基地采用了多種車型的混線生產(chǎn)，不同車輛的訂單頻繁交叉，不同車型的物料需求也相應(yīng)地不同，并且要及時(shí)、精準(zhǔn)的地送料到位。SPS通過(guò)接口獲取MES的車輛隊(duì)列信息，并結(jié)合流水線生產(chǎn)節(jié)拍，提前通知配料作業(yè)人員按照車型順序輸送對(duì)應(yīng)的物料。SPS能夠根據(jù)裝配線上的車輛隊(duì)列，通過(guò)LES系統(tǒng)自動(dòng)生成物料的拉動(dòng)需求，并通過(guò)物料拉動(dòng)單、看板、電子看板、物料燈等多種形式通知到備料人員。配料工人完成配料后，由自動(dòng)牽引車系統(tǒng)(Automated Guided Vehicle，AGV)將料筐送到裝配工位，料筐在流水線上，跟隨著車輛一起移動(dòng)，做到裝配工人隨時(shí)有料可用、隨手有料可取，減少了裝配工人的無(wú)效物料準(zhǔn)備作業(yè)，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)節(jié)拍。物流配送環(huán)節(jié)通過(guò)SPS技術(shù)的支撐，部分區(qū)域無(wú)須設(shè)置線邊緩存?zhèn)}庫(kù)，有效地保障了裝配線的緊湊、有序、合理，進(jìn)一步減少了人工干預(yù)，加強(qiáng)了防錯(cuò)機(jī)制，杜絕裝配工序人為錯(cuò)裝或漏裝，消除了線旁空間壓力，有效地減少了線邊料架投放。

圖1 LES 物流拉動(dòng)模型架構(gòu)圖

圖2 SPS揀貨流程圖

SPS系統(tǒng)由三個(gè)配套的子系統(tǒng)構(gòu)成：

①AGV自動(dòng)牽引車。

AGV是SPS系統(tǒng)的重要組成部分， AGV自動(dòng)牽引系統(tǒng)包含AGV小車、AGV地面導(dǎo)引系統(tǒng)、在線自動(dòng)充電站、監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)及交通燈。工作流程為：AGV小車在揀料區(qū)跟揀料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，AGV小車收到揀料完成指令后把4臺(tái)裝滿料的SPS臺(tái)車自動(dòng)輸送至生產(chǎn)線旁的上線定點(diǎn)位置，AGV跟裝滿料的SPS臺(tái)車自動(dòng)脫扣后運(yùn)行至下線等待點(diǎn)，拖走空SPS臺(tái)車至揀料區(qū)人工進(jìn)行揀料，依次循環(huán)。AGV通過(guò)MES和WMS結(jié)合，有效減少了生產(chǎn)線邊物料的堆積占用，大量減少了人工送料，有效促進(jìn)了物流的及時(shí)性和準(zhǔn)確率。其特點(diǎn)是：1)無(wú)須人員駕駛；2)支持多種物料的配置輸送；3)行駛過(guò)程中自動(dòng)識(shí)別障礙、自動(dòng)啟停；4)和MES系統(tǒng)集成，根據(jù)MES的車輛隊(duì)列信息實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)推送；5)行駛情況可視能夠在中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控。

②SPS臺(tái)車。

SPS臺(tái)車作為SPS成套配送系統(tǒng)中輸運(yùn)零部件的載體，具有不可或缺的重要意義。SPS臺(tái)車設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，直接影響SPS成套配送系統(tǒng)的運(yùn)行效率，尤其對(duì)零部件質(zhì)量防護(hù)意義重大。SPS臺(tái)車的設(shè)計(jì)要堅(jiān)固耐用，邊角采用海綿防護(hù)，滿足自動(dòng)上下線需求，可以為多車型共用。

③PTL物料智能分揀系統(tǒng)。

PTL系統(tǒng)作為SPS成套配送系統(tǒng)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著指導(dǎo)物料分揀人員正確、高效分揀物料的任務(wù)。PTL系統(tǒng)通過(guò)亮燈和數(shù)量顯示屏指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)分揀作業(yè)人員快速高效準(zhǔn)確的分揀生產(chǎn)所需物料，自動(dòng)扣除庫(kù)存，實(shí)時(shí)更新庫(kù)存信息。庫(kù)存水平過(guò)低時(shí)，發(fā)出缺件預(yù)警，當(dāng)系統(tǒng)庫(kù)存到達(dá)安全庫(kù)存警戒線時(shí)，屏幕滾動(dòng)顯示物料信息。PTL系統(tǒng)特點(diǎn)為：1)PTL系統(tǒng)物料分揀準(zhǔn)確率可高達(dá)100%，有效降低了物料分揀出錯(cuò)；2)通過(guò)目視化分揀作業(yè)，使物料分揀效率提升50%以上；3)通過(guò)亮燈提醒，實(shí)現(xiàn)目視化作業(yè)，降低了物料分揀作業(yè)對(duì)物流人員技能的要求；4)通過(guò)與LES、MES、ERP等系統(tǒng)建立接口程序，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享，無(wú)需人工盤(pán)點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)記憶庫(kù)存。

3.2.3 ANDON安燈系統(tǒng)

ANDON系統(tǒng)是精益生產(chǎn)和精益物流的一個(gè)重要工具，能夠通過(guò)電子屏幕快速聯(lián)絡(luò)生產(chǎn)、物料、維修等部門(mén)以滿足生產(chǎn)線需求，實(shí)時(shí)掌控和管理生產(chǎn)線狀況，實(shí)現(xiàn)物料的精準(zhǔn)配送。工作流程為：①焊裝、總裝操作工在生產(chǎn)過(guò)程中，若產(chǎn)生物料需求時(shí)，可以按下對(duì)應(yīng)的物料按鈕，此信號(hào)通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)傳送到ANDON PLC；②ANDON PLC接收到信號(hào)后，發(fā)出控制信號(hào)，需求工位的指示燈開(kāi)始閃爍,并響警告音樂(lè)，同時(shí)，ANDON系統(tǒng)將需求信息顯示到物流區(qū)ANDON看板上并傳輸給LES，看板上產(chǎn)生該工位相對(duì)應(yīng)物料需求記錄，并顯示該物料的需求時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間等信息；③物流區(qū)配送人員看到ANDON板上物料需求信息后，開(kāi)始將物料進(jìn)行備料；④物流配送人員將物料送到工位后，該工位生產(chǎn)人員進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)后再次按下按鈕，按鈕指示燈熄滅，將物流收貨信息回傳LES，看板上及監(jiān)控計(jì)算機(jī)上的相關(guān)顯示消失，完成物料需求動(dòng)作。但物料需求的工位、請(qǐng)求時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、配送時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間等內(nèi)容將被記錄；⑤若現(xiàn)場(chǎng)按鈕按下后需要撤回物料需求信息，則必須在一定時(shí)間范圍內(nèi)長(zhǎng)按物料安燈按鈕。通過(guò)ANDON系統(tǒng)可以根據(jù)工位實(shí)際材料的消耗進(jìn)行補(bǔ)充，提高效率，避免以往依靠經(jīng)驗(yàn)配料造成的不合理及因?yàn)槿绷喜排渌驮斐傻耐＞€。

圖3 物料ANDON系統(tǒng)方案業(yè)務(wù)流程

3.2.4 WMS、MES和移動(dòng)終端

WMS系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理物料及成品的入庫(kù)、在庫(kù)保管、出庫(kù)，MES系統(tǒng)包含生產(chǎn)模塊、物流模塊、質(zhì)量模塊、設(shè)備模塊等，兩者結(jié)合起來(lái)在智慧物流系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用：①根據(jù)業(yè)務(wù)情況配置適度的管控顆粒度，結(jié)合生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)采集達(dá)到工位級(jí)物料消耗及需求拉動(dòng)，按照實(shí)際業(yè)務(wù)狀況有選擇性的定義物料拉動(dòng)精度，選擇合適的模式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)物流配送，達(dá)到最佳效能平衡。②根據(jù)主線生產(chǎn)實(shí)際隊(duì)列，按需分裝生產(chǎn)，降低庫(kù)存成本，同時(shí)減少生產(chǎn)線邊的物料揀配，提高裝配作業(yè)效率。配合移動(dòng)終端平臺(tái)搭建，可以實(shí)現(xiàn)信息的及時(shí)傳遞共享，提高管理扁平化程度。

3.3 智慧物流項(xiàng)目技術(shù)支撐

基于工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用下的J汽車智慧工廠項(xiàng)目由專業(yè)信息化團(tuán)隊(duì)對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、整合、項(xiàng)目組測(cè)試、業(yè)務(wù)部門(mén)專人參與，多方驗(yàn)證，最后，將業(yè)務(wù)需求個(gè)性化地由系統(tǒng)展現(xiàn)出來(lái)，使系統(tǒng)的功能覆蓋面廣，滿足業(yè)務(wù)需求。系統(tǒng)實(shí)施共分為計(jì)劃階段、藍(lán)圖設(shè)計(jì)階段、系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)階段、測(cè)試階段、部署階段及上線運(yùn)維階段。

4 項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

J公司通過(guò)LES、SPS、ANDON、MES、WMS系統(tǒng)的集成，構(gòu)建出通暢、高效、綠色的物流通道。項(xiàng)目實(shí)施后，物料配送效率提高40%，分揀配送出錯(cuò)率降低20%左右。有效的降低總裝生產(chǎn)線操作人員錯(cuò)裝、漏裝零件的風(fēng)險(xiǎn)，保障整車質(zhì)量，提升公司整車產(chǎn)品形象。經(jīng)過(guò)估算，可節(jié)約物料配送人員16人，管理班組長(zhǎng)1人，總裝廠線邊、焊裝廠線邊一共可節(jié)約巡線人員20人。配送人員月薪4000元/月，班組長(zhǎng)月薪8000元/月，巡線人員月薪4000元/月；年度人工成本收益=(4000*16+8000*1+4000*20)*12=182.4萬(wàn)元。

4.2 社會(huì)效益

在反復(fù)的虛擬制造驗(yàn)證過(guò)程中可消除制造工藝的缺陷、糾正機(jī)器人位置，解決生產(chǎn)前期核心技術(shù)問(wèn)題達(dá)90%以上，使工藝流程更加合理，大幅縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。通過(guò)智慧物流系統(tǒng)，所有的生產(chǎn)過(guò)程信息快速集成，自動(dòng)推送物料分揀、配送指令到各作業(yè)部門(mén)，同時(shí)，根據(jù)目視化系統(tǒng)信息反饋，實(shí)施跟蹤物料配送作業(yè)進(jìn)度，及時(shí)處理物料異常，真正實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)和閉環(huán)管理。