如何進行智能工廠物流規(guī)劃

在價值鏈運營環(huán)境下，物流已經成為智能工廠的核心要素，工廠規(guī)劃和運營管理必須要具備“流動思維”和“供應鏈交付思維”?！按蠼桓?、大物流、小生產”、“制造工廠物流中心化”的工廠規(guī)劃和運營理念，在制造業(yè)中已經得到越來越多的認同和實踐。在以消費者需求為導向的智能交付體系中，生產被認為是物流過程的一個節(jié)點，是在供應鏈、物流過程嵌入一個符合供應鏈價值導向和運作要求的工廠、車間或產線。而物流和物流管理貫通供應鏈始末，成為端到端協(xié)同打通的有效承載，對于工廠而言，生產只是過程，滿足消費者需求才是目的。一、智能工廠物流規(guī)劃的總體邏輯智能工廠規(guī)劃應以智能工廠物流規(guī)劃為主線，對基建、產品、制造、信息等進行統(tǒng)籌和協(xié)同規(guī)劃，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。制造工廠物流規(guī)劃包含到貨、卸貨、包裝、存儲、搬運、配送、工位使用、揀選、發(fā)運等物流節(jié)點的統(tǒng)籌規(guī)劃，涉及生產與物流全過程的用地、建筑、面積、設施、物料及產品、人員、時間、信息等諸多要素?；谥悄芄S系統(tǒng)性和一體化規(guī)劃的訴求，智能工廠物流規(guī)劃主要包括物流、基建、產品、制造、信息五個維度。智能工廠規(guī)劃需要企業(yè)結合自身的實際情況，制定并提煉出五個維度的相關要素，并以物流為規(guī)劃的主線，協(xié)同聯(lián)動其他規(guī)劃線路，綜合考慮，系統(tǒng)設計，從而達到一次規(guī)劃、分步實施的策略。制造工廠的使命是滿足產品的快速交付，物料在價值鏈各個環(huán)節(jié)的流動過程中實現(xiàn)價值創(chuàng)造、價值傳遞和價值獲取。在智能工廠規(guī)劃過程中，五個規(guī)劃維度之間相互關聯(lián)、相互協(xié)作，不能單獨推進各自的相關事務。比如：1.某一類物料流轉載體的選取，決定了“物流維度”中流轉環(huán)節(jié)的存儲形式、空間面積、配送頻次，以及是否需要立體庫存儲、自動化配送等；2.這一系列的問題，需要“產品維度”重視標準化、模組化的研發(fā)，每一種物料的包裝是否便于采用自動化的方式進行存儲和配送，降低產品、物料、工藝的復雜度，從而對其他維度產生積極的影響；3.對于“基建維度”而言，如果這個物料流轉載體需要在立體庫存儲，載體的長寬和存儲類型（單深或者雙深）決定了立體庫巷道的寬度，結合物流的存量、流量和建筑消防規(guī)范，決定了立體庫的建筑主體長寬高尺寸、載荷、平整度等參數(shù)。4.在進行智能產線規(guī)劃時需要“制造維度”，協(xié)同考慮每一種物料上料的自動化對接，如上料物流輸送設施的空間、上料工位與載體對接、便于與工位機器人對接的載體內部定位隔襯、工位機器人屬具與物流容器設計的協(xié)同等；5.需要“信息維度”考慮物流信息采集形式，比如條形碼、二維碼還是RFID，以及哪些環(huán)節(jié)需要采集哪些信息，這些信息如何實現(xiàn)聯(lián)動和集成，信息采集方式決定了物流器具信息載體的位置以及信息采集點的布置。二、智能工廠物流規(guī)劃的步驟智能工廠物流規(guī)劃是一個系統(tǒng)規(guī)劃的過程，需要遵循一定的步驟。圖1所示為智能工廠物流規(guī)劃的一般步驟，包括需求梳理、概念設計、初步規(guī)劃、詳細規(guī)劃、方案驗證等階段。

1.需求梳理需求梳理主要是明確規(guī)劃需求和約束條件。梳理及理解需求是規(guī)劃的前提，此階段重點需要綜合內外部需求，定義規(guī)劃需求，明確規(guī)劃方案需要從哪些方面進行提升，以及整體推進策略、范圍和方向，作為后續(xù)規(guī)劃的輸入及依據(jù)。需求梳理方法主要有現(xiàn)場調研、人員訪談、流程跟蹤、問卷調查、數(shù)據(jù)收集、會議討論、現(xiàn)有文件審查等。調查不僅僅是針對物流部門，而需要調研整個工廠的運營體系，因為不同部門對現(xiàn)狀問題的理解不盡相同。同時，設計相應表格收集數(shù)據(jù)，這些表格需要具有一定的邏輯和相互關系，收集的數(shù)據(jù)量、覆蓋周期、覆蓋范圍等都需要定義清晰，以確保數(shù)據(jù)收集的有效性。需求梳理是規(guī)劃的起始，獲得合理、有效、準確的規(guī)劃需求，除了需要有效的數(shù)據(jù)支持和對運營現(xiàn)狀的理解，也需要規(guī)劃團隊以假設為導向，向業(yè)務部門描述未來智能工廠的場景和形態(tài)，以確保獲得廣泛的建議和理解；以事實為依據(jù)，基于現(xiàn)有的業(yè)務痛點，整理規(guī)劃的需求，用系統(tǒng)的邏輯串聯(lián)現(xiàn)有痛點和規(guī)劃需求，確保規(guī)劃需求的準確性、系統(tǒng)性和前瞻性。2.概念設計概念設計是定義智能工廠輪廓與特征。在需求梳理基礎上，需要定義智能工廠的“長相”、構建智能工廠物流藍圖，統(tǒng)一各種不同的功能性要求和觀點，找到最合理的綜合體，從而達成某種規(guī)劃導向的共識，指導后續(xù)的規(guī)劃思路和結構特征。智能工廠概念設計模型如圖2所示。概念設計階段輸出的主要內容包括以下部分：（1）工廠物流戰(zhàn)略：基于戰(zhàn)略制定考慮的因素，按其制定步驟，輸出工廠物流戰(zhàn)略。值得說明的是，物流戰(zhàn)略并非一個口號，可能包括可衡量的績效指標、可操作的中長期規(guī)劃等。（2）工廠能力清單：主要是指該智能工廠所具備的各類能力要素，比如該工廠能快速響應客戶訂單、能夠支持定制、具備生產柔性、具備數(shù)字化特征、具有可參觀性等。（3）工廠藍圖：工廠藍圖可以理解為工廠“長相”，如前文所述，按照物流規(guī)劃維度分類，主要包括物流、基建、產品、制造、信息五個維度的輪廓。比如物流的藍圖，包括工廠物流整體運作邏輯、工廠物流能力成長路徑、園區(qū)物流大致流向等；基建的藍圖，包括建筑的概念業(yè)態(tài)，比如園區(qū)大致的開門、建筑物數(shù)量、建筑物層數(shù)、建筑形式（鋼結構、混凝土等）、建筑物間邏輯關系等要素。（4）物流技術選擇：概念設計階段的物流技術選擇，主要是指基于工廠痛點、關鍵環(huán)節(jié)等輸出的物流技術概念，比如來料托盤件采用堆垛機立體庫、成品下線及轉運采用輸送線等。值得說明的是，對于同一關鍵環(huán)節(jié)，在概念設計階段可能會輸出兩種或以上的物流技術。（5）工廠物流規(guī)劃創(chuàng)意：主要包括工廠物流規(guī)劃具有的亮點、突破點等。比如小汽車停車方式，常規(guī)方式可能考慮地面或者地下停車，但提出樓頂停車可能是規(guī)劃中的一個亮點。再如，對于某些尺寸不規(guī)則的托盤類大件，如何兼容性存儲是一個難點，此時通過柔性化的托盤設計，最終實現(xiàn)多尺寸的存儲兼容，可以理解為規(guī)劃中的一個突破點。（6）工廠規(guī)模與大致流量：工廠規(guī)模主要指基于此概念設計，該智能工廠可匹配的年產能、月度峰值產能、均值產能等，比如可匹配年產能300萬臺，月度峰值產能35萬臺，均值產能25萬臺。大致流量主要指經過數(shù)據(jù)概算，可以大致呈現(xiàn)各環(huán)節(jié)流量數(shù)據(jù)，比如園區(qū)各物流門的流量、建筑物間的流量、工序間的流量等。（7）工廠運作模式與物流工藝：基于工廠戰(zhàn)略定位及價值導向，輸出的工廠運作模式主要指工廠運作方向，比如強調以交付為目標的運營管理、強調信息集成互聯(lián)的差異管理等。物流工藝指物料從到貨、卸貨、收貨、檢驗、入庫、存儲、揀選、配送，以及產成品入庫、存儲、發(fā)運全流程的物流運作大致方法和技術。3.初步規(guī)劃初步規(guī)劃是明確智能工廠物流系統(tǒng)如何構建。初步規(guī)劃階段需要充分考慮工廠建設面臨的客觀存在的約束，將概念設計的“夢工廠”逐步具化成為“現(xiàn)實工廠”。在概念設計基礎上，進一步對園區(qū)布局、功能區(qū)域、自動化元素導入等進行分析，從而明確智能工廠物流系統(tǒng)如何構建，并為設計院總平圖設計提供依據(jù)。智能工廠物流初步規(guī)劃模型如圖3所示。

初步規(guī)劃階段輸出的主要內容包括以下部分：（1）廠區(qū)物流布局方案：主要包括園區(qū)開門、園區(qū)道路、卸貨區(qū)域、建筑業(yè)態(tài)（包括建筑的長寬高、層數(shù)、結構形式））以及生活配套設施（主要指停車場、食堂、宿舍等）等。針對生活配套設施的規(guī)劃，以體現(xiàn)人文關懷為主，比如為了避免員工日曬雨淋，可以考慮在廠區(qū)規(guī)劃風雨連廊以連接廠房、食堂和宿舍。（2）工廠功能區(qū)域布局方案：工廠功能區(qū)域主要包括物流區(qū)域和生產區(qū)域。物流區(qū)域一般指原材料和成品的收發(fā)貨區(qū)域和存儲、周轉區(qū)域。根據(jù)企業(yè)規(guī)模、生產模式、管理水平等不同，物流區(qū)域可能與生產區(qū)域連為一體，呈現(xiàn)多點分布的細胞化排布，也可能是物流區(qū)域（如倉庫）獨立于生產區(qū)域集中排布。生產區(qū)域主要是指生產作業(yè)加工區(qū)域，包括前工序和組裝工序區(qū)域。（3）輔助區(qū)域布局方案：輔助區(qū)域主要包括園區(qū)輔助區(qū)域以及建筑物內輔助區(qū)域。園區(qū)輔助區(qū)域主要包括高壓變電站、低壓變電站、空壓機房等；危險品倉或氣站包括溶劑室、氣瓶間等；安防設施包括門衛(wèi)崗、圍墻、消防控制室、監(jiān)控室；環(huán)境設施包括污水處理站、工業(yè)垃圾站、廢料回收房；以及生產相關的地磅等。建筑物內的輔助設施主要包括洗手間、生產辦公室、茶水間、設備輔助用房等。（4）物流能力與資源初步配置：對各環(huán)節(jié)的物流能力與資源進行初步配置，比如各物流區(qū)域規(guī)劃多少面積、各類物料存儲方式、配送方式初步配置、某個料箱件立體庫需要規(guī)劃的庫位數(shù)及基于流量的物流設施數(shù)量初步測算等。（5）物流設施參數(shù)初步定義：主要包括物流設施類型、數(shù)量等參數(shù)初步定義，比如某個環(huán)節(jié)初步定義需要配置潛伏式AGV、并對其初步的數(shù)量進行測算等。（6）物流相關初步建筑參數(shù)：主要包括生產建筑形式、建筑輪廓、高度、層高、柱距、防火分區(qū)、載荷、雨棚等。4.詳細規(guī)劃詳細規(guī)劃是明確智能工廠如何配置資源。規(guī)劃的最終目的是落地運營，因此本階段的關鍵是，通過細化設計的PFEP，對物流技術進行研究、選擇、確認及應用，對物流流程進行梳理、對智能化物流場景開展研究及設計、對環(huán)境進行設計、選擇信息技術并對建筑參數(shù)進行細化等，最終輸出詳細規(guī)劃方案，具體到每一個物料、每一個工位和每一平方米的方案細化，并在此基礎上配置資源，進一步確保方案落地。智能工廠物流詳細規(guī)劃模型，如圖4。

詳細規(guī)劃階段輸出的主要內容包括以下部分：（1）建筑空間及平面布局方案：指細化到每一平方米的每個區(qū)域（主要包括收發(fā)貨區(qū)、原材料存儲區(qū)、半成品區(qū)、成品區(qū)、容器具存放區(qū)、不良品區(qū)、備品備件區(qū)、叉車區(qū)等）的詳細布置，比如存儲區(qū)存儲的物料類型、存儲方式、器具的擺放方式等，以及各區(qū)域間詳細的物流動線以及與線邊工位的具體對接形式等。（2）物流相關詳細建筑參數(shù)：詳細建筑參數(shù)主要用于支持設計院施工圖設計，主要包括物流設備開孔尺寸、設備吊裝口、立體庫建筑參數(shù)（水平度、不均勻沉降、加強筋距離等）、防火卷簾/水幕尺寸的詳細尺寸、電梯數(shù)量及電梯參數(shù)等。（3）作業(yè)場景方案：基于入廠物流、生產物流、成品物流各段物流設計的運作場景，比如每類物料如何到貨、卸貨、存儲、出庫、配送等。（4）生產設施配置方案：指生產環(huán)節(jié)選取的生產設施、設備類型、數(shù)量及能力要求等，與生產工藝強相關。（5）物流設施配置方案：包括各環(huán)節(jié)選取的具體物流技術、涉及的物流設備及設施類型、數(shù)量及能力要求等。（6）物流信息化功能需求：基于作業(yè)場景方案及運營邏輯，明確智能工廠物流系統(tǒng)信息化整體框架，并在此基礎上提出各環(huán)節(jié)信息化功能需求，主要包括入廠物流、倉庫管理、物料配送、成品物流、容器具管理、應急物流等環(huán)節(jié)，同時明確各流程活動節(jié)點的輸入、信息驅動、信息采集、輸出等信息。（7）物流運營工藝邏輯：從到貨、卸貨、收貨、檢驗、存儲、配送、成品入庫及發(fā)運全流程的物流運作邏輯，比如物料包裝基礎要求、庫存周期的控制、庫存面積的控制、揀選及齊套提前期等。（8）參觀通道設計方案：基于企業(yè)參觀需求設計參觀通道方案，具體包括參考通道走向、主要參觀景點等。（9）工廠環(huán)境設計方案：包括工廠人文、休息、關懷在內的工廠環(huán)境設計。（10）投資預算：基于物流設施配置方案，并參考國內主流物流設備供應商價格，進行詳細的物流設施投資預算，用以進一步支撐企業(yè)決策。

詳細規(guī)劃階段，需要針對零部件物流規(guī)劃、物流區(qū)域規(guī)劃、生產物流動線設計、線邊工位空間規(guī)劃、成品物流規(guī)劃等方面進行詳細規(guī)劃設計，遵循“三個一”方針，即細化到“每一平方米、每一個物料、每一個工位”的規(guī)劃，并需要協(xié)同多個外部和內部的部門對每一個節(jié)點的物流設施、設備等進行詳細規(guī)劃并輸出技術參數(shù)和標準。此階段需要進行詳細規(guī)劃要素梳理、建筑參數(shù)需求定義、并進行物流設施配置以及物流流程設計。5.方案驗證方案驗證是使用仿真技術驗證方案的合理性和可行性。本階段的關鍵是采用仿真技術，包括流程仿真和數(shù)據(jù)仿真，對方案進行進一步驗證，從而發(fā)現(xiàn)風險、規(guī)避風險。在詳細規(guī)劃基礎上，需要通過仿真技術對智能工廠物流方案進行驗證，以便對方案進行優(yōu)化及修正。工廠物流系統(tǒng)仿真是對實際物流運作場景建立一個系統(tǒng)模型，然后再基于這個模型做實驗，在實驗基礎上分析系統(tǒng)特性，優(yōu)化系統(tǒng)的目標參數(shù)，或者評估系統(tǒng)運行效率。通過計算機建模技術構建仿真模型，從而研究工廠物流規(guī)劃中存在的問題，進而通過優(yōu)化使得物流系統(tǒng)最優(yōu)、避免運營過程中發(fā)生瓶頸。方案驗證的主要目的包括：（1）將問題具體化。物流系統(tǒng)是一個相對復雜、綜合性強的系統(tǒng)，利用仿真模型可以將復雜問題具體化、將物流場景呈現(xiàn)清晰化，從而了解系統(tǒng)的可行性和可靠性，驗證理論的正確性，尋找解決問題的方法。（2）降低物流投資成本。物流規(guī)劃后涉及的往往是物流投資，比如物流設備的購置，利用物流仿真技術可以對設備作業(yè)效率、設備的利用率進行分析，從而優(yōu)化設備數(shù)量配置；針對不同的規(guī)劃方案，可以通過方案的建模，尋找在滿足規(guī)劃需求的條件下，最小物流資源投入的方案（相同物流資源投入，產出最大的方案），以降低物流投資；此外，依靠數(shù)學模型可以解決一些常見的物流問題如生產物料排隊、緩存空間大小、出入庫與庫存能力評估等，從而避免人為經驗過分放大系統(tǒng)能力帶來的資源浪費。（3）降低溝通成本。在物流規(guī)劃中，一般涉及較多的物流新技術、新理念，企業(yè)管理人員或決策者對此相對陌生。規(guī)劃人員與管理人員在溝通過程中往往存在較多理解上的障礙，此時，利用三維動態(tài)仿真技術將規(guī)劃方案進行直觀呈現(xiàn)及表達，比如直觀動態(tài)地模擬堆垛機、貨架系統(tǒng)、AGV系統(tǒng)、往復式穿梭車系統(tǒng)、自動分揀系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)的物料處理的作業(yè)流程，以及叉車、托盤碼垛機器人等設備的運動與時間的精確模擬，生成快速、流暢及專業(yè)的模型動畫。通過模擬仿真幫助了解整個物流系統(tǒng)流程運作流程，以此有效降低溝通成本、提高溝通效率。（4）識別物流系統(tǒng)瓶頸。借助物流仿真技術，從原材料到貨、檢驗、入庫、出庫、成品入庫、成品出庫、成品裝車發(fā)運進行全面綜合性的分析，比如對物流動線尤其是物流主通道的流量進行