柔性生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)物流系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)
由于市場需求變化和市場環(huán)境帶來的不確定性正對企業(yè)運(yùn)營產(chǎn)生突出影響，增強(qiáng)制造企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)物流系統(tǒng)的柔性，已經(jīng)越來越成為企業(yè)應(yīng)對變化的有力武器，以及保持企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提高競爭能力的重大保障措施。
隨著物流技術(shù)的變化和發(fā)展，柔性化理念已經(jīng)深入人心，甚至已經(jīng)成為未來智能制造和智能物流技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。那么什么是柔性？柔性生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)的內(nèi)涵包括什么？企業(yè)在什么條件和情況下應(yīng)該著手考慮構(gòu)建柔性生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)？又該如何建？實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)柔性化的意義是什么？對這些問題的認(rèn)識和理解其實(shí)一直以來不僅困擾著研究柔性生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)柔性化的專家學(xué)者們，也影響著制造行業(yè)和物流行業(yè)的實(shí)踐者們在規(guī)劃和構(gòu)建智能制造和生產(chǎn)物流系統(tǒng)時(shí)的架構(gòu)和指標(biāo)考量。正是基于以上背景，本文將從制造企業(yè)的角度談一下未來柔性生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)方面的一些新認(rèn)識和理解。
柔性生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)的含義
什么是柔性呢？柔性可以表述為兩個(gè)方面：
1）系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來衡量；
2）系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，在有干擾（如機(jī)器出現(xiàn)故障）情況下系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比可以用來衡量柔性。
“柔性”是相對于“剛性”而言的，傳統(tǒng)的“剛性”自動化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)，難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。如果要生產(chǎn)其它品種的產(chǎn)品，則必須對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行大幅度調(diào)整，重新配置系統(tǒng)各要素，其工作量和經(jīng)費(fèi)投入與構(gòu)造一個(gè)新的生產(chǎn)線往往不相上下。
激烈的市場競爭迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式發(fā)生改變，要求對傳統(tǒng)的零部件生產(chǎn)工藝加以改進(jìn)。隨著批量生產(chǎn)逐漸被適應(yīng)市場動態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個(gè)制造自動化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力，生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化越來越重要。
生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性化主要有七大特征，主要包括：
機(jī)器柔性：當(dāng)要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時(shí)，機(jī)器隨產(chǎn)品變化而加工不同零件的難易程度。
工藝柔性：一是工藝流程不變時(shí)自身適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化的能力；二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化而改變相應(yīng)工藝的難易程度。
產(chǎn)品柔性：一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟(jì)和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；二是產(chǎn)品更新后，對老產(chǎn)品有用特性的繼承能力和兼容能力。
維護(hù)柔性：采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進(jìn)行的能力。
生產(chǎn)能力柔性：當(dāng)生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的能力。對于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重要。
擴(kuò)展柔性：當(dāng)生產(chǎn)需要的時(shí)候，可以很容易地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一個(gè)更大系統(tǒng)的能力。
運(yùn)行柔性：利用不同的機(jī)器、材料、工藝流程來生產(chǎn)一系列產(chǎn)品的能力和同樣的產(chǎn)品，換用不同工序加工的能力。
所謂“柔性生產(chǎn)系統(tǒng)”，是指在成組技術(shù)的基礎(chǔ)上，以多臺(種)數(shù)控機(jī)床或數(shù)組柔性制造單元為核心，通過自動化物流系統(tǒng)將其聯(lián)接，統(tǒng)一由主控計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件進(jìn)行控制和管理，組成多品種變批量和混流方式生產(chǎn)的自動化制造系統(tǒng)。即由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對象變換、高效率制造中小批量多品種產(chǎn)品的自動化制造系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)是對各種不同形狀加工對象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和，是技術(shù)密集型的技術(shù)群，凡是側(cè)重于柔性,適應(yīng)于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。柔性生產(chǎn)系統(tǒng)解決的是個(gè)性化和定制化時(shí)代，生產(chǎn)系統(tǒng)如何提升效率的問題。柔性制造總的趨勢是，生產(chǎn)線越來越短，越來越簡，設(shè)備投資越來越少。
所謂“物流系統(tǒng)的柔性化”，是指通過系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)、人員組織、運(yùn)作方式和裝備組成等方面的動態(tài)變化，對需求變化作出快速反應(yīng)，滿足不同種類物流作業(yè)的要求，同時(shí)消除冗余損耗，力求獲得最大效益。
柔性生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)發(fā)展新趨勢
以汽車制造為例，隨著消費(fèi)者對“高質(zhì)量”生活的需要，汽車已經(jīng)不單單是消費(fèi)者的代步工具，也是張揚(yáng)個(gè)性和滿足更多娛樂體驗(yàn)的“移動生活體”，傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)越來越不能滿足消費(fèi)者對于汽車的多元化訴求。同時(shí)，未來的汽車消費(fèi)者不僅僅可以在汽車4S店訂購汽車，而且會越來越多地在汽車企業(yè)的官方網(wǎng)站乃至電商平臺上訂購汽車。未來消費(fèi)者既可以時(shí)時(shí)查看自己訂購的汽車處于哪個(gè)生產(chǎn)階段，又可以對于汽車尚未安裝的定制功能（甚至已經(jīng)安裝的部分）進(jìn)行在線調(diào)整，汽車工廠迅速更新，這只是成本問題而并非技術(shù)問題。
傳統(tǒng)制造的汽車生產(chǎn)過程中，絕大多數(shù)整車廠宣稱實(shí)現(xiàn)了“零庫存”，而零部件供應(yīng)商的倉庫卻很“飽滿”。“零庫存”對于整車廠來講節(jié)約了生產(chǎn)成本，但對于零配件供應(yīng)商來說卻是無法回避的成本。應(yīng)對這些變化，就要求物流系統(tǒng)需要更高的柔性化，伴隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，步入工業(yè)4.0階段的車企訂單化生產(chǎn)即將到來。當(dāng)汽車在客戶下訂單的時(shí)候即產(chǎn)生數(shù)字化的訂單模型（包括客戶選擇的訂制功能）。零部件供應(yīng)商與車企同步得到訂單，這樣零部件供應(yīng)商將不再需要飽滿的倉庫，汽車行業(yè)生產(chǎn)成本將進(jìn)一步降低。
對制造業(yè)物流來說，柔性制造對物流的需求與過去已經(jīng)大為不同。以汽車制造為例，組裝車間的組裝線已經(jīng)完全拆除，代之以AGV為載體的移動式生產(chǎn)線。這種移動式生產(chǎn)線的最大好處是柔性化。比如車型的變化，不僅僅是各組件的變化，還有整個(gè)工藝路線的變化，各個(gè)組裝站點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)單元，需要組裝的汽車通過預(yù)先設(shè)置好的路線，完成整個(gè)組裝過程。此外，因?yàn)槿嵝陨a(chǎn)線避開了幾乎所有的障礙物，所以對于安裝工具的配置就靈活得多，這是傳統(tǒng)生產(chǎn)線所難以實(shí)現(xiàn)的。
在國家推動“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”戰(zhàn)略背景下，我們覺得柔性生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)應(yīng)該至少經(jīng)歷四個(gè)發(fā)展階段。
數(shù)字化制造+物流：大量應(yīng)用數(shù)字化裝備、數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化建模與仿真等技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化能力構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)從自動化、信息化向數(shù)字化、智能化的邁進(jìn)。
網(wǎng)絡(luò)化制造+物流：推動互聯(lián)網(wǎng)和物流業(yè)深度融合，人、流程、數(shù)據(jù)和事物等過去相互孤立的節(jié)點(diǎn)被網(wǎng)絡(luò)連接起來，通過企業(yè)內(nèi)、企業(yè)間的協(xié)同，通過各種社會資源的集成與優(yōu)化，“網(wǎng)絡(luò)化制造+物流”重塑物流業(yè)的價(jià)值鏈，推動制造業(yè)數(shù)字化制造發(fā)展到數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造階段。以汽車行業(yè)為例，在工業(yè)4.0的作用下，汽車生產(chǎn)逐漸實(shí)現(xiàn)全程數(shù)字化。不僅僅是汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)模型的數(shù)字化，而是整個(gè)汽車工廠工作流程、生產(chǎn)工藝的全程數(shù)字化，生產(chǎn)過程中整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈供給的數(shù)字化。對于實(shí)際生產(chǎn)中訂單包含的零件供應(yīng)商的生產(chǎn)狀態(tài)與庫存、零部件在三方物流中的運(yùn)輸狀況以及汽車工廠的生產(chǎn)進(jìn)度所產(chǎn)生的新狀況，云平臺都可以實(shí)時(shí)進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)節(jié)。汽車工廠、零部件供應(yīng)商、三方物流服務(wù)商產(chǎn)生的數(shù)據(jù)一并存儲于云平臺，任意端客戶可以實(shí)時(shí)更新查詢。這種生產(chǎn)全程的數(shù)字化跟蹤優(yōu)化和數(shù)據(jù)存儲查詢在之前的生產(chǎn)過程中是無法想象的，工廠也將隨之發(fā)生翻天覆地的變化。
數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造+物流：在互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展形成群體性突破的推動下，以大數(shù)據(jù)智能、跨媒體智能、人機(jī)混合增強(qiáng)智能、群體智能等為代表的新一代人工智能技術(shù)加速發(fā)展，為物流業(yè)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性突破提供了技術(shù)保障。以汽車行業(yè)為例，工業(yè)4.0中的供應(yīng)鏈自適應(yīng)技術(shù)將完美的解決供應(yīng)鏈中數(shù)據(jù)改變這種問題。對于消費(fèi)者下達(dá)的訂單，在云平臺中汽車生產(chǎn)廠、零部件供應(yīng)商及三方物流服務(wù)商共同擁有訂單數(shù)據(jù)信息，而對于消費(fèi)者中途改變的訂單內(nèi)容，主機(jī)廠和零部件供應(yīng)商及三方物流服務(wù)商可以通過平臺對生產(chǎn)任務(wù)以及物流運(yùn)輸?shù)呢浳镞M(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的零庫存生產(chǎn)。計(jì)算改變所涉及到的巨大的信息訪問量、運(yùn)算量等則由云技術(shù)完成。
生態(tài)化制造+物流：未來新一代智能制造工廠將為制造業(yè)的設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)等各環(huán)節(jié)及其集成帶來根本性變革，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式將層出不窮，深刻影響和改變社會的產(chǎn)品形態(tài)、生產(chǎn)方式、服務(wù)模式，乃至人類的生活方式和思維模式，極大地推動社會生產(chǎn)力的發(fā)展。新一代智能制造將給制造業(yè)帶來革命性的變化，將成為制造業(yè)未來發(fā)展的核心驅(qū)動力。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AI、大數(shù)據(jù)、5G、工業(yè)云、3D打印技術(shù)及智能工廠的快速發(fā)展，智能設(shè)備的能力越來越強(qiáng)，生態(tài)化、共享化將成為未來智能制造的發(fā)展方向，社會生產(chǎn)力將大幅提高。以汽車行業(yè)為例，未來汽車工廠負(fù)責(zé)客戶需求產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝的制定，產(chǎn)品的生產(chǎn)則完全可以由“云共享生產(chǎn)”體系中的本地“云工廠”完成。“云共享生產(chǎn)”將工廠原有規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式，將智能工廠原本屬于自己企業(yè)可供使用的富余的生產(chǎn)制造能力轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆鋮^(qū)域優(yōu)勢的、可以服務(wù)于全球共享的生產(chǎn)能力。在“云共享生產(chǎn)”的使用過程中，免去了原本只屬于某地某工廠的大規(guī)模的原料采購、成品運(yùn)輸?shù)某杀炯皶r(shí)間消耗。這種產(chǎn)品生產(chǎn)本地化的區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式將大幅降低物流運(yùn)輸成本，尤其是遠(yuǎn)距離的跨國項(xiàng)目，是未來智能工廠的一種發(fā)展趨勢。在未來汽車工廠很有可能形成一種模式，即假設(shè)某個(gè)紅旗或者奔騰的智能工廠分享富余的生產(chǎn)力作為云工廠后，生產(chǎn)線上可能生產(chǎn)著大眾、奔馳、寶馬、沃爾沃等各大公司各種款式的車型（生產(chǎn)數(shù)字信息加密處理）。對于消費(fèi)者來講享受到的是快捷的定制化服務(wù)，而對于不同品牌汽車工廠來講則省掉了大筆的運(yùn)輸費(fèi)用和時(shí)間成本。
智能制造背景下物流系統(tǒng)柔性化的具體體現(xiàn)
物流系統(tǒng)柔性化集中體現(xiàn)在物流系統(tǒng)的網(wǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)和運(yùn)營策略兩個(gè)方面。網(wǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)決定了物流系統(tǒng)資源和能力在整個(gè)系統(tǒng)中的配置和定位問題，從根本上解決了物流系統(tǒng)柔性能力的可實(shí)現(xiàn)程度；運(yùn)營策略基于一定的物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對物流系統(tǒng)中資源和能力的運(yùn)用，決定了物流系統(tǒng)所表現(xiàn)出來的柔性能力大小。
以物流中心為例，物流系統(tǒng)柔性化具體表現(xiàn)為：
物流裝備柔性化：物流裝備是物流系統(tǒng)中物流作業(yè)得以完成所需要的硬件設(shè)施、設(shè)備和器具等。物流裝備柔性化體現(xiàn)為物流裝備自身的多用途性、接口的通用性或可轉(zhuǎn)換性，以及多種裝備動態(tài)多重組合的便捷性等等。要實(shí)現(xiàn)物流裝備柔性化，物流設(shè)施、設(shè)備和器具的標(biāo)準(zhǔn)化、單元化、模塊化非常重要。
物流作業(yè)能力柔性化：物流終端客戶的需求受時(shí)間、地域、氣候等多種因素的影響，具有很強(qiáng)的波動性。物流中心往往都是被動地接受客戶需求變化，不能完全通過自身的調(diào)節(jié)功能將客戶需求的波動平均化。當(dāng)終端客戶物流需求改變時(shí)，柔性化要求物流中心要經(jīng)濟(jì)地提升作業(yè)能力，通過對物流設(shè)施和設(shè)備的重新組合，增減作業(yè)人員以調(diào)整物流運(yùn)作模式，完成動態(tài)變化的物流作業(yè)要求，而不是以固有的模式、較高的投入，按照最大需求能力去設(shè)計(jì)建設(shè)物流系統(tǒng)。
物流系統(tǒng)擴(kuò)展柔性化：物流系統(tǒng)柔性化還表現(xiàn)在物流系統(tǒng)的擴(kuò)展能力方面，從組織層面考慮系統(tǒng)資源的獲取柔性，也就是能否通過靈活設(shè)計(jì)物流系統(tǒng)組織模式，比如通過外包、戰(zhàn)略合作或企業(yè)聯(lián)盟等方式獲取額外資源等。物流系統(tǒng)擴(kuò)展能力不單純指物流作業(yè)量的增長幅度，還包括客戶需求的多樣性對物流中心提出更多的功能性訴求。例如，在有限的空間內(nèi)利用有限的資源實(shí)現(xiàn)差異化、多樣化的服務(wù)。這就要求物流系統(tǒng)必須具備更強(qiáng)的適用性，即當(dāng)客戶需求和物流作業(yè)要求變化時(shí)，可以對資源進(jìn)行優(yōu)化配置，增加功能模塊，擴(kuò)展系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)。特別是對作業(yè)時(shí)間、倉儲條件有特殊要求的物流服務(wù)需求，物流系統(tǒng)擴(kuò)展柔性化將為物流中心開拓更廣闊的服務(wù)領(lǐng)域。
物流系統(tǒng)運(yùn)行模式柔性化：是指在實(shí)現(xiàn)資源動態(tài)配置的基礎(chǔ)上，按照不斷變化的需求和不確定性環(huán)境，對物流作業(yè)方式、物流作業(yè)工具及物流作業(yè)人員等進(jìn)行重新整合和再造，來滿足終端客戶差異化需求。應(yīng)該注意的是物流系統(tǒng)運(yùn)行模式柔性化與操作規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化并不矛盾，而是建立在規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)之上，它強(qiáng)調(diào)資源動態(tài)優(yōu)化配置所產(chǎn)生的物流運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換和改變，充分共享現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)資源全程動態(tài)優(yōu)化配置。
實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)柔性化的意義
實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)柔性化是企業(yè)適應(yīng)當(dāng)前市場細(xì)分、用戶需求多元化形勢的必然選擇。在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，使用柔性化的生產(chǎn)設(shè)備，運(yùn)用JIT等方式組織生產(chǎn)，滿足小批量、多批次產(chǎn)品以及客戶定制等需求的柔性生產(chǎn)模式已經(jīng)普遍應(yīng)用，但與之配套的物流系統(tǒng)柔性化目前尚未形成較為完整的體系結(jié)構(gòu)。因此，企業(yè)應(yīng)建立以客戶為中心的物流服務(wù)網(wǎng)聯(lián)，使供應(yīng)鏈上各物流節(jié)點(diǎn)能根據(jù)企業(yè)自身及用戶需求的變化，動態(tài)策劃、組織與實(shí)施物流活動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益的最大化。柔性化的物流運(yùn)作模式還需要在管理方法和實(shí)踐應(yīng)用方面進(jìn)行不斷摸索。
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