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柔性物流系統新特征與新發展|物流系統柔性化專題(一)

2019-10-23 09:52 性質:轉載 作者: 尹軍琪 來源: 物流技術與應用
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專題目錄(主持人/本刊記者 任芳)柔性物流系統新特征與新發展柔性生產系統與生產物流系統規劃建設新松:柔性物流系統助力智能制造升級昆船:物流系統設計應剛柔并濟蘭劍:立足需求 依靠技術創新...

專題目錄

(主持人/本刊記者 任芳)

  • 柔性物流系統新特征與新發展

  • 柔性生產系統與生產物流系統規劃建設

  • 新松:柔性物流系統助力智能制造升級

  • 昆船:物流系統設計應剛柔并濟

  • 蘭劍:立足需求 依靠技術創新打造柔性物流系統

  • 德馬泰克:軟硬件結合構建柔性物流系統

  • 柔性拆零揀選系統的構建


  • 2014年10月,《物流技術與應用》曾組織一期專題,討論物流系統柔性化問題。該期專題可以說是切中時代的脈搏,恰逢其時。因為從2014年開始,我國物流技術掀起了一波蓬勃發展的浪潮。除了各路資本大舉介入物流技術與裝備領域外,柔性化設計與技術成為這一波浪潮發展的主題。其主要表現是:涌現出一大批以研發和提供AGV系統(包括Kiva系統)的企業,并且在電商等多個行業出現了一股建設柔性化物流系統的熱潮。

    5年后的今天,我們重溫過去對于物流系統柔性化的討論,應該有著很多不同的想法和體會。事實上,隨著物流技術的變化和發展,柔性化理念已經深入人心,甚至已經成為未來物流技術發展的一個重要方向。有兩點是需要特別引起注意的,即:1.個性化與定制化的多變特征,需要柔性化的生產系統與柔性化的物流系統作為支撐;2.以電商為特點的物流中心,由于其業務的巨大不確定性,一方面需要快速部署以滿足市場不斷變化的需求,另一方面,在共享理念下,從成本角度考慮,要求系統具備通用性、可復制性、可遷移性、可擴充性等基本特征。

    正是基于以上背景,本文將換一個角度,重新審視物流系統柔性化及其重要性。

    |北京伍強科技有限公司董事長

    尹軍琪

    一、柔性化物流系統的新特征

    柔性就其本意來說,是與剛性相對應的。柔性代表可變,剛性代表不可變,物流系統如此,其它很多系統如制造業系統也是如此。但是,物流系統的柔性化表現,不完全在于一個物流中心或一項物流裝備對于不同業務的廣泛適應性,或者說,它不追求一個物流中心對變化莫測的業務的廣泛適應性或通用性,因為這在很多情況下是很難做到的。如一個常溫庫要改造成為一座冷庫,其代價是非常昂貴的,反過來也是如此。當然,我們可以通過標準化、模塊化產品使其具備更為廣泛的適應性。

    物流系統柔性化追求的目標往往在于以下幾個方面:

    1.對于業務量(如訂單)隨著季節變化,或節日到來的激變的適應性;或:

    2.對于系統在搬遷、升級過程中,設備與系統的可遷移性和可增減性;或:

    3.系統對于環境變化的適應性,如對于柔性制造生產線的支持等。

    從這個意義上來說,我們以前討論的單元化、標準化與模塊化等技術,則僅僅是從系統和設備本身的適應性去詮釋柔性化的具體內容和內在需求,而非從業務層面去審視系統對于柔性化的需求,尤其是系統的可遷移性,可快速擴充性,以及對環境變化的廣泛的適應性等。現在看來,這些需求有時更為迫切。

    FMS(柔性制造系統)解決的是個性化和定制化時代生產系統如何提升效率的問題,在此前提下,柔性生產線由于其強大的即時響應能力基本解決了這一問題。顯然,就如同沒有流水線生產,不能解決大規模生產的效率一樣,物流系統雖然也完全可以采用人工搬運完成物流過程(原始的柔性化),但對于海量的電商訂單,以及工業4.0下的物流需求等來說,傳統的作業方式已經不能適應未來的需求。電商的特點在于其忙閑不均非常嚴重,此外,搬遷和快速部署系統也是適應業務變化莫測的基本需求,而柔性生產線與其說是生產線,還不如說是一套高度柔性化的物流系統。我們以前所說的定制化生產,只不過是柔性化制造系統的初級階段,未來的柔性化生產、物流系統,不僅僅要滿足定制化的需求,更要滿足當產品形式頻繁發生巨變的情況下的適應性問題。這是需要從系統——首先是信息系統、供應鏈系統,然后是設計系統、生產與制造系統,最終是物流系統——高度柔性化才能做到的。

    電商的幾個變化特征:一是產品的多樣性;二是業務的不均衡性;三是增長的不確定性;四是地點的不確定性。這些特性對于物流系統提出了新的要求,而柔性化可以使這一要求得以滿足。

    令人欣喜的是:5-6年前,Kiva系統還只是亞馬遜在其物流中心應用的一個新技術——雖然發源于傳統的AGV技術,但對于料箱的搬運,Kiva開了應用的先河。而今天,在中國不僅有了數量驚人的公司在研究和應用Kiva系統,而且Kiva技術的發展也取得了突飛猛進的成就,這是我們看到的物流系統柔性化發展的新特征。

    二、柔性化物流系統的發展狀況

    對制造業物流來說,柔性制造對物流的需求與過去已經大為不同。以汽車制造為例,組裝車間的組裝線已經完全拆除,代之以AGV為載體的移動式生產線。這種移動式生產線的最大好處是柔性化。比如說車型的變化,不僅僅是各組件的變化(包括主要元器件的巨變),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,柔性生產線因為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,這是傳統生產線所無法比擬的。

    需要說明的是,自動化立體庫作為高效的存儲系統還是十分必要的,但連接立體庫的輸送機系統在很多環節已經被AGV取代。在以汽車為代表的制造業,柔性生產線已經成為標準配置。

    AGV系統很好的詮釋了現代物流對于柔性化的需求,如快速部署、可擴充性和可遷移性等,AGV的靈活性是其它產品所無法取代的。在流通領域,作為AGV技術的代表產品——Kiva系統,給人一種返璞歸真的驚喜,這或許是一開始沒有想到的。

    Kiva的應用與其說是一次大膽的嘗試,不如說是一次思想的革命。人們最早并不認同采用AGV去搬運一個箱子,因為那樣實在太慢了。然而,當人們突破這一固有的想法時,突然看到的是一片新的天地。不僅是Kiva系統,還有更多的處理箱子的系統,如多層穿梭車、四向穿梭車、旋轉貨架等,在解決物流中的貨到人快速揀選問題時,讓人們得到了非常意外的驚喜。

    零售業是最先引入Kiva系統的行業,早在2008年前后,亞馬遜公司就已經開始部署Kiva系統,Kiva這一名稱實際上是一個研制AGV系統的公司。據說,Kiva在亞馬遜遍布全球的物流中心中已經布置了上百萬臺。Kiva在中國的發展也是一個令人驚奇的現象,因為從2015年前后開始,各種以Kiva為主要產品的新興物流技術企業紛紛誕生,并在短短幾年間風靡全國。應該說,電子商務的蓬勃發展給了Kiva一個千載難逢的機會。現在,圍繞著Kiva進行研發的公司可能已經有上百家,應該說他們對整個物流行業發展的推動作用是巨大的。

    雖然說,柔性化系統并非一個新的名詞。早在20年前甚至更早的年代,行業就已經意識到柔性化的重要性,柔性化設計也一直是物流設計的重要內容。有些技術,只是當時苦于柔性化的代價太高而影響了技術的發展。雖然現在關于柔性的理解還處于發展階段,但我們幾乎可以肯定,柔性化是物流系統未來發展的主要方向之一。

    三、柔性化物流系統的優勢和劣勢

    首先,物流系統柔性化的優勢非常多。

    人們往往從成本和效率去衡量一個物流系統的優劣。構成成本的因素很多,比如土建和設備成本的攤銷,人工成本可能是所有成本中上升最快也最受人關注的部分,至于服務質量和服務水平對于成本的影響,對很多企業來說,并不將其歸類到成本之中。其實,越高的服務質量肯定意味著越高的成本,此外,如果考慮到質量和服務引起的退貨成本,則這一成本所占的比重,往往會超出想象,如果進而考慮到企業發展的機會成本,則完全超出了成本的范疇,成為另一個更加嚴肅的話題。而對效率的理解,可能更多的人會放在具體的業務上,如系統的作業效率等,從而忽略了時間成本和機會成本。所謂的時間成本和機會成本所涉及的方面也有很多,如物流中心建設的周期就與此話題密切相關。電商的發展周期都非常短,并且有越來越短的趨勢。機會一旦失去,就不會再來。

    物流系統的柔性化技術,對于成本和效率的影響是其主要優勢之一。以下試舉幾例說明。

    1.Kiva系統的快速部署和可擴充性對于機會成本的影響是重大的以電商為例,電商往往具有較大的隨機性和不可預測性等特點,當機會來臨時,由于物流的影響而使機會錯失。這種情況是非常多的。有些企業為了應對這種突然的市場需求,利用人海戰術予以解決,不僅成本巨大,效率低下,得不償失,而且服務質量得不到保障,更加傷害了客戶的體驗,是一種“飲鳩止渴”的做法。Kiva系統可以分為硬件和軟件兩部分:硬件部分主要是小車和貨架,由于高度標準化和單元化,幾乎沒有現場安裝,最多只是揀選站、地面等非常有限的安裝工作,這樣極大的減少了設備安裝時間;軟件部分包括調度與管理軟件,這是完全可以在模擬環境下進行測試的系統,因此,現場的調試工作也可以大大減少。這正是系統快速部署和可擴充的基本特性。

    2.Kiva系統的可遷移性則在產品共享方面發揮出了極大的優勢。無論立體庫、輸送機系統,還是分揀機等設備,其最大的問題是搬遷困難:不僅成本很高,而且很費時間。Kiva系統的優勢在于:不僅搬遷成本低,硬件和軟件均可以快速實現搬遷,而且搬遷的時間非常短。這是立體庫等系統所無法比擬的。從Kiva系統的可遷移性和可擴充性可以看出,這些設備在未來可以形成批量生產優勢,產品的成本和安裝調試成本將大幅度下降,系統維護成本也是如此。另一方面,隨著市場需求的進一步擴大,未來形成成熟的租賃市場是完全可行的。無論貨架單元,還是小車系統,均可以控制在少數的幾個規格范圍之內,從而實現標準化生產,進而大幅度降低成本。這正是工業化時代的基本特征。

    3.柔性化系統在突出“簡約”這一特點時,可以做到極致。柔性的意義,在于簡約。即可以在設備層面做到按需配置。我們知道,很多實際運行的物流系統,其業務都呈現一定的波動性和增長性(當然也有個別呈現出衰落態勢),而柔性系統的極致情形就是根據這一變化的需求配置系統。從需求方面來說,可以大大減少由于設備投資所帶來的成本;從供方來說,可以提升設備的使用率,從而實現效益的增加。

    其次,柔性化本身沒有明顯的劣勢,只是在各個應用階段,由于應用水平和相關技術的局限,會表現出一些比較劣勢而已。

    如AGV與輸送系統的比較,會存在性價比問題。在不影響使用的前提下,AGV會導致投資增加,這是其劣勢所在。在大部分情況下,柔性化設計會有更大的投入,這是完全可能的。但另一方面,在突出實用性方面,柔性化又往往顯得更加“節約”。

    柔性化的表現往往是多層次和多方面的。以AGV系統為例,就AGV的導航技術而言,有磁條導航、二維碼導航、慣性導航、激光導航、SLAM自然導航等,每種導航技術的柔性化表現方式和程度是不一樣的,不能簡單地一概而論。在實際設計過程中,不要為柔性而柔性。有些沒有必要表現為柔性的地方,采用相對剛性的設計也是必要的。

    四、建設柔性化物流系統需要考慮的問題

    物流系統的柔性可以分為需求的柔性和系統自身的柔性兩個方面。前者是指對業務變化的適應性,后者主要是在業務確定的情形下,系統根據現場情況做出實時調整的能力,如路徑優化、交通避讓等,在實際應用中要加以區分。

    企業在建設柔性化物流系統時,要對自身的需求有比較清楚的認識。

    有些系統的需求是不清晰的,或者是不準確的。如電子商務,不僅發展速度不可預測,或預測很不準確,而且完全有可能連業務形式都發生重大變化。這時,充分考慮系統的柔性會有比較好的效果。在建設模式上,如采用總體規劃分期實施的策略,就是一種典型的策略。在技術和設備選型上,考慮可移動技術(典型的如AGV技術),使系統具有更大的彈性。在設計指標方面,留出一些余量是必要的。一要考慮短期和長期的需求,二要考慮長期需求中的不確定性。

    認真推敲系統需求是必要的,一方面要避免盲目的提出設計指標,另一方面,也要克服過分擔憂的心里。

    有些系統在可期待的未來,需求是相對確定的。如規劃一個工廠的物流系統。這時,過多考慮需求的變化將付出不必要的代價,如空間利用率、產能限制等。同樣是工廠物流,我們看到,AGV最早是在車間中使用的,盡管當時的設備價格非常昂貴,但仍然值得采用。因為車間沒有更多的空間去布置輸送設備。

    柔性與剛性是相對的。在實際設計中,并沒有什么硬性的指標規定哪些地方采用剛性設計,哪些地方采用柔性設計。以AS/RS為例,盡管AS/RS系統非常剛性,但在充分利用空間方面確有其獨到之處,有時甚至不可取代。有時,我們看到亞馬遜倉庫中成千上萬的Kiva小車很是震撼,但Kiva也并非是一種普遍適應的技術,它的優點與缺點都非常明顯。在一項具體設計中,要因地制宜采取恰當的策略。

    五、未來的發展趨勢

    可以肯定的是:未來的物流是一個柔性化的世界,會朝著柔性的方向快速發展。

    在生產領域:大規模定制化生產是催生柔性化生產系統的主因之一,因為傳統的生產模式剛性太強,不容易適應定制化的變化需求。將生產線化整為零,簡化為一個個生產單元,以取代剛性的生產線,通過AGV將各單元聯系到一起。柔性化生產是通過單元化和標準化實現的。汽車生產線即是一個典型例子。從外部需求來看,車的型號、顏色、功率、性能、外形等,不斷發生變化,市場的需求呈現多樣化的特征,這就要求生產線具有快速調整的能力,以適應外部不斷變化的需求,物流也是如此;從內部需求來看,CELLs生產線必將逐步取代傳統的流水生產線。這是從多個維度決定的,不僅僅是為了滿足快速變化的定制化生產的需要。更重要的是,隨著物流技術的發展,尤其是成本的降低,柔性化生產線顯示出了巨大的優勢。

    在流通領域:柔性化體現在多個方面。其中最關鍵的方面在于更靈活的配置、更快捷的部署,以適合快速變化的市場需求。以電商為例,從業務需求看,訂單的變化往往出乎人的預料,尤其是“雙11”購物節的需求量呈爆發性增長,這一方面需要設備和系統具有一定的適應能力,更重要的是,面對高速增長的需求,系統能否及時跟上?因此,需要與業務需求相匹配的系統能力的快速增減能滿足要求,同時要兼顧成本控制。

    當然,我們也看到,柔性只是一種追求的目標,其實現路徑要與當前的技術水平相結合,而不能離開實際需求盲目推進柔性化。此外,柔性系統也有其適應性問題,就如同其它領域一樣,未來的世界,應該是多種技術的共存,它們各自找到最佳的應用場景,從而發揮出最大的作用。

    人們常說,未來是“軟”的。其實,這種“軟”就是柔性的一種表現形式。

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