柔性生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)物流系統(tǒng)規(guī)劃建設

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)運營產(chǎn)生突出影響，增強制造企業(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發(fā)展的一個重要方向。那么什么是柔性？柔性生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)的內涵包括什么？企業(yè)在什么條件和情況下應該著手考慮構建柔性生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)？又該如何建？實現(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？對這些問題的認識和理解其實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)柔性化的專家學者們，也影響著制造行業(yè)和物流行業(yè)的實踐者們在規(guī)劃和構建智能制造和生產(chǎn)物流系統(tǒng)時的架構和指標考量。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)劃建設方面的一些新認識和理解。

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方面：

1）系統(tǒng)適應外部環(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)適應內部變化的能力，在有干擾（如機器出現(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)線主要實現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)，難以應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，則必須對其結構進行大幅度調整，重新配置系統(tǒng)各要素，其工作量和經(jīng)費投入與構造一個新的生產(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。隨著批量生產(chǎn)逐漸被適應市場動態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個制造自動化系統(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，生產(chǎn)出較低成本、較高質量的不同品種產(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：

機器柔性：當要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時，機器隨產(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自身適應產(chǎn)品或原材料變化的能力；二是制造系統(tǒng)內為適應產(chǎn)品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。

產(chǎn)品柔性：一是產(chǎn)品更新或完全轉向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟和迅速地生產(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。

維護柔性：采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進行的能力。

生產(chǎn)能力柔性：當生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟地運行的能力。對于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點尤為重要。

擴展柔性：當生產(chǎn)需要的時候，可以很容易地擴展系統(tǒng)結構，增加模塊，構成一個更大系統(tǒng)的能力。

運行柔性：利用不同的機器、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)”，是指在成組技術的基礎上，以多臺(種)數(shù)控機床或數(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)一由主控計算機和相關軟件進行控制和管理，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)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設備組成，能適應加工對象變換、高效率制造中小批量多品種產(chǎn)品的自動化制造系統(tǒng)。柔性制造技術是對各種不同形狀加工對象實現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術的總和，是技術密集型的技術群，凡是側重于柔性,適應于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術都屬于柔性制造技術。柔性生產(chǎn)系統(tǒng)解決的是個性化和定制化時代，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)組成結構、人員組織、運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，滿足不同種類物流作業(yè)的要求，同時消除冗余損耗，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，隨著消費者對“高質量”生活的需要，汽車已經(jīng)不單單是消費者的代步工具，也是張揚個性和滿足更多娛樂體驗的“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者對于汽車的多元化訴求。同時，未來的汽車消費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。未來消費者既可以時時查看自己訂購的汽車處于哪個生產(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）進行在線調整，汽車工廠迅速更新，這只是成本問題而并非技術問題。

傳統(tǒng)制造的汽車生產(chǎn)過程中，絕大多數(shù)整車廠宣稱實現(xiàn)了“零庫存”，而零部件供應商的倉庫卻很“飽滿”。“零庫存”對于整車廠來講節(jié)約了生產(chǎn)成本，但對于零配件供應商來說卻是無法回避的成本。應對這些變化，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。當汽車在客戶下訂單的時候即產(chǎn)生數(shù)字化的訂單模型（包括客戶選擇的訂制功能）。零部件供應商與車企同步得到訂單，這樣零部件供應商將不再需要飽滿的倉庫，汽車行業(yè)生產(chǎn)成本將進一步降低。

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，還有整個工藝路線的變化，各個組裝站點構成一個單元，需要組裝的汽車通過預先設置好的路線，完成整個組裝過程。此外，因為柔性生產(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)應該至少經(jīng)歷四個發(fā)展階段。

數(shù)字化制造+物流：大量應用數(shù)字化裝備、數(shù)字化設計、數(shù)字化建模與仿真等技術進行數(shù)字化能力構建，實現(xiàn)從自動化、信息化向數(shù)字化、智能化的邁進。

網(wǎng)絡化制造+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)點被網(wǎng)絡連接起來，通過企業(yè)內、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)絡化制造+物流”重塑物流業(yè)的價值鏈，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)逐漸實現(xiàn)全程數(shù)字化。不僅僅是汽車設計生產(chǎn)模型的數(shù)字化，而是整個汽車工廠工作流程、生產(chǎn)工藝的全程數(shù)字化，生產(chǎn)過程中整個產(chǎn)業(yè)鏈供給的數(shù)字化。對于實際生產(chǎn)中訂單包含的零件供應商的生產(chǎn)狀態(tài)與庫存、零部件在三方物流中的運輸狀況以及汽車工廠的生產(chǎn)進度所產(chǎn)生的新狀況，云平臺都可以實時進行最優(yōu)化調節(jié)。汽車工廠、零部件供應商、三方物流服務商產(chǎn)生的數(shù)據(jù)一并存儲于云平臺，任意端客戶可以實時更新查詢。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)絡化智能化制造+物流：在互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術快速發(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、人機混合增強智能、群體智能等為代表的新一代人工智能技術加速發(fā)展，為物流業(yè)實現(xiàn)戰(zhàn)略性突破提供了技術保障。以汽車行業(yè)為例，工業(yè)4.0中的供應鏈自適應技術將完美的解決供應鏈中數(shù)據(jù)改變這種問題。對于消費者下達的訂單，在云平臺中汽車生產(chǎn)廠、零部件供應商及三方物流服務商共同擁有訂單數(shù)據(jù)信息，而對于消費者中途改變的訂單內容，主機廠和零部件供應商及三方物流服務商可以通過平臺對生產(chǎn)任務以及物流運輸?shù)呢浳镞M行優(yōu)化調整，實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)鏈的零庫存生產(chǎn)。計算改變所涉及到的巨大的信息訪問量、運算量等則由云技術完成。

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)的設計、制造、服務等各環(huán)節(jié)及其集成帶來根本性變革，新技術、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)展的核心驅動力。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術、AI、大數(shù)據(jù)、5G、工業(yè)云、3D打印技術及智能工廠的快速發(fā)展，智能設備的能力越來越強，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，未來汽車工廠負責客戶需求產(chǎn)品的設計與生產(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)濟生產(chǎn)模式轉變?yōu)閰^(qū)域生態(tài)經(jīng)濟生產(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)制造能力轉變?yōu)榫邆鋮^(qū)域優(yōu)勢的、可以服務于全球共享的生產(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、成品運輸?shù)某杀炯皶r間消耗。這種產(chǎn)品生產(chǎn)本地化的區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟生產(chǎn)模式將大幅降低物流運輸成本，尤其是遠距離的跨國項目，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，即假設某個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）。對于消費者來講享受到的是快捷的定制化服務，而對于不同品牌汽車工廠來講則省掉了大筆的運輸費用和時間成本。

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)結構和運營策略兩個方面。網(wǎng)聯(lián)結構決定了物流系統(tǒng)資源和能力在整個系統(tǒng)中的配置和定位問題，從根本上解決了物流系統(tǒng)柔性能力的可實現(xiàn)程度；運營策略基于一定的物流網(wǎng)絡結構，對物流系統(tǒng)中資源和能力的運用，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施、設備和器具等。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換性，以及多種裝備動態(tài)多重組合的便捷性等等。要實現(xiàn)物流裝備柔性化，物流設施、設備和器具的標準化、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間、地域、氣候等多種因素的影響，具有很強的波動性。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節(jié)功能將客戶需求的波動平均化。當終端客戶物流需求改變時，柔性化要求物流中心要經(jīng)濟地提升作業(yè)能力，通過對物流設施和設備的重新組合，增減作業(yè)人員以調整物流運作模式，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計建設物流系統(tǒng)。

物流系統(tǒng)擴展柔性化：物流系統(tǒng)柔性化還表現(xiàn)在物流系統(tǒng)的擴展能力方面，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計物流系統(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，在有限的空間內利用有限的資源實現(xiàn)差異化、多樣化的服務。這就要求物流系統(tǒng)必須具備更強的適用性，即當客戶需求和物流作業(yè)要求變化時，可以對資源進行優(yōu)化配置，增加功能模塊，擴展系統(tǒng)功能結構。特別是對作業(yè)時間、倉儲條件有特殊要求的物流服務需求，物流系統(tǒng)擴展柔性化將為物流中心開拓更廣闊的服務領域。

物流系統(tǒng)運行模式柔性化：是指在實現(xiàn)資源動態(tài)配置的基礎上，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)人員等進行重新整合和再造，來滿足終端客戶差異化需求。應該注意的是物流系統(tǒng)運行模式柔性化與操作規(guī)范化和標準化并不矛盾，而是建立在規(guī)范化和標準化基礎之上，它強調資源動態(tài)優(yōu)化配置所產(chǎn)生的物流運行模式的轉換和改變，充分共享現(xiàn)有資源，實現(xiàn)資源全程動態(tài)優(yōu)化配置。

實現(xiàn)物流系統(tǒng)柔性化的意義

實現(xiàn)物流系統(tǒng)柔性化是企業(yè)適應當前市場細分、用戶需求多元化形勢的必然選擇。在生產(chǎn)制造領域，使用柔性化的生產(chǎn)設備，運用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構。因此，企業(yè)應建立以客戶為中心的物流服務網(wǎng)聯(lián)，使供應鏈上各物流節(jié)點能根據(jù)企業(yè)自身及用戶需求的變化，動態(tài)策劃、組織與實施物流活動，進而實現(xiàn)企業(yè)效益的最大化。柔性化的物流運作模式還需要在管理方法和實踐應用方面進行不斷摸索。