文/李喬良 張志英

在《中國制造2025》戰(zhàn)略引領(lǐng)下，我國家電制造企業(yè)加速向數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)型，生產(chǎn)模式體現(xiàn)為大規(guī)模定制化生產(chǎn)。例如，過去消費者可選購的品類很少，而現(xiàn)在不僅各大品牌型號多樣化，更實質(zhì)性的進(jìn)步是消費者可對零部件種類做出更多選擇，尤其是當(dāng)零部件數(shù)量增長后，各種配置呈指數(shù)級增長。此外，隨著我國商業(yè)模式持續(xù)升級，消費者購買行為和消費習(xí)慣發(fā)生轉(zhuǎn)變，全渠道銷售、新零售等趨勢明顯，促使家電行業(yè)供應(yīng)鏈與物流集中呈現(xiàn)出小批量、多頻次及快速響應(yīng)的特點。

我國家電制造行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，在生產(chǎn)設(shè)備自動化方面已經(jīng)積淀了一定基礎(chǔ)，而物流環(huán)節(jié)普遍是短板，加上大規(guī)模定制生產(chǎn)、商業(yè)模式持續(xù)升級以及控制成本等因素，迫切需要物流系統(tǒng)發(fā)揮生產(chǎn)協(xié)同作用。因此，近年越來越多的制造企業(yè)開始或準(zhǔn)備籌建智能物流建設(shè)項目，除在傳統(tǒng)的成品倉儲環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化物流外，在生產(chǎn)、制造環(huán)節(jié)中也在引進(jìn)越來越多的自動化、智能化物流技術(shù)和設(shè)備。比如，以各種類型的自動化倉庫、工業(yè)機器人、AGV、空中運輸系統(tǒng)、自動分揀系統(tǒng)等代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工作業(yè)，以及應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘等新一代信息技術(shù)和供應(yīng)鏈管理方法，提高車間生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)物流成本。

家電行業(yè)物流是一個邏輯嚴(yán)密的系統(tǒng)工程，邊界起于原材料、外購件的投入，終止于成品出庫，連通供應(yīng)商、生產(chǎn)計劃、工位物流、銷售、配送、維護(hù)等眾多環(huán)節(jié)，貫穿生產(chǎn)制造全過程，橫跨企業(yè)各職能部門。并且，對象物料隨生產(chǎn)進(jìn)程不斷改變實物狀態(tài)，物料配送和搬運有明確的節(jié)拍，還包含及執(zhí)行過程中的差異管理，還有過程中的故障告警及應(yīng)急方案等；為此，家電企業(yè)在規(guī)劃生產(chǎn)園區(qū)時，要結(jié)合其特有的產(chǎn)品需求及工藝環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系，用智能物流理念再造流程、定義建筑功能、優(yōu)化物流路徑，在預(yù)定的時間通過合理的方式，將適當(dāng)數(shù)量和包裝的物料送到指定地點，實現(xiàn)滿足家電制造工藝流程要求的JIT配送。

家電行業(yè)智能制造園區(qū)的物流規(guī)劃，包含軟件信息和硬件設(shè)備兩部分，帶信息的物料（條碼或RFID）在智能化的信息平臺的調(diào)度下，通過智能物流設(shè)備在各工序間流轉(zhuǎn)，將供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)整合起來，使采購、生產(chǎn)、銷售成為高效運轉(zhuǎn)的循環(huán)體系，以支持制造系統(tǒng)高效運行。本文基于家電制造業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)流程，提出智能制造園區(qū)的規(guī)劃方案，重點結(jié)合行業(yè)實際情況提供了各類庫區(qū)采用的物流手段，介紹了園區(qū)物流系統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)控、信息管理措施，并對系統(tǒng)規(guī)劃的關(guān)鍵點進(jìn)行了闡述。

一、家電生產(chǎn)物流流程

家電制造業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)流程是，由原材料到生產(chǎn)制造，再到完整產(chǎn)品。其中，原材料一般有成套外購物資和基本材料。生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)通常先進(jìn)行自制注塑零件、自制鈑金零件和控制器件生產(chǎn)，再進(jìn)行總裝配，最終形成產(chǎn)品。

要對家電制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)進(jìn)行規(guī)劃，就要對整個生產(chǎn)基本流程進(jìn)行全面了解。家電行業(yè)制造園區(qū)物流的流程，如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)物流的流程

二、生產(chǎn)園區(qū)規(guī)劃方案

家電制造企業(yè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中，通常有原材料庫、外購件庫、電子元器件庫、控制器庫、自制注塑件庫、成品庫等不同類型的倉庫，形成不同類型的物資聚散中心。某家電企業(yè)的園區(qū)規(guī)劃（如圖2所示），這些不同類型的倉庫布置要符合生產(chǎn)流程，并且在生產(chǎn)車間附近，減小物流路徑。

圖2 生產(chǎn)園區(qū)規(guī)劃方案圖

1.鈑金原材料庫

鈑金原材料庫存儲物料以鋼卷為主，單個物料較重，一般為3～8噸。通常以地面存放為主，為提高土地利用率及倉庫的管理水平也可如圖3所示用高架庫存儲。

圖3 鋼卷立庫

2.外購件庫

家電行業(yè)外購件可以分為兩大類，一類是通常用的螺釘螺帽等標(biāo)準(zhǔn)件，另一類是下游廠家定制的零部件。通常體積大、消耗量大的物料以托盤為單元存儲，品種多、體積小的物料就以件箱形式存儲。一般入庫物料都要進(jìn)行嚴(yán)格檢驗合格后才能使用，出庫時為了配合生產(chǎn)線節(jié)拍，通常需要進(jìn)行揀選。由于種類繁多，要實現(xiàn)全自動揀選難度較大。為了盡量減輕人的勞動強度，可采用貨到人的揀選方式。類似的外購件庫規(guī)劃案例，如圖4所示。

圖4 外購件配送中心庫

3.自制注塑件庫

家電企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，需要自制一些自己特有的塑料零件，這些自制注塑件形狀獨特，有的需要特定的周轉(zhuǎn)箱、托盤或者料架盛裝。物料存儲周期短，一般庫存周期為兩三天，最多不超過七天。物料出庫一般都需要進(jìn)行揀選，如圖5中某家電企業(yè)自制注塑件庫揀選出庫示意圖所示。

圖5 自制注塑件揀選庫出庫示意圖

4.電子庫

電子元器件庫的特點是物料種類多、體積小、重量輕，可以用周轉(zhuǎn)箱或者托盤進(jìn)行存儲，在實際規(guī)劃中可以考慮自動貨柜、件箱庫、托盤庫等形式存儲。下面以托盤庫案例進(jìn)行分析說明。

該案例是某家電企業(yè)電子元器件庫，在一樓進(jìn)行收貨，收貨時就把來料的紙箱更換成周轉(zhuǎn)箱，然后擺放在空托盤上進(jìn)行入庫，在二樓進(jìn)行分揀后出庫，如圖6所示揀出的物料用空中EMS配送至裝配工位，空周轉(zhuǎn)箱也是通過EMS回收入庫。

圖6 EMS系統(tǒng)工藝路線

5.控制器件庫

在家電行業(yè)，控制器件庫存放的為成套的半成品部件，一般體積不大，重量輕，通常用周轉(zhuǎn)箱來存儲轉(zhuǎn)運。根據(jù)生產(chǎn)計劃生產(chǎn)后，如圖7所示，入庫后暫存在庫中，等待下游裝配線需要時如圖8所示，再進(jìn)行出庫。因此，出庫不需要進(jìn)行揀選，直接以整箱出庫配送至裝配線要料工位。

圖7 控制器成品入庫示意圖

圖8 控制器成品出庫示意圖

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是一種具備實時展示設(shè)備運行狀態(tài)，能準(zhǔn)確定位異常設(shè)備和故障信息，且能夠?qū)崿F(xiàn)人工操作控制的人機媒介系統(tǒng)。設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是目前工程項目中十分重要的智能檢測工具。

6.成品庫

通常小家電生產(chǎn)企業(yè)同時生產(chǎn)的產(chǎn)品種類較多，但是每條產(chǎn)線的產(chǎn)量不大。如某小家電企業(yè)的成品庫規(guī)劃方案（如圖9所示），要實現(xiàn)機器人自動碼垛，同時要考慮設(shè)備投資盡量少，碼垛機器人通用性要好，可以采用集中碼垛。但是為了解決多品種問題，在碼垛前增加成品件箱在線緩存。在緩存區(qū)積攢夠一托盤堆碼量后集中釋放，集中碼垛。

圖9 成品庫規(guī)劃方案圖

三、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是一種具備實時展示設(shè)備運行狀態(tài)，能準(zhǔn)確定位異常設(shè)備和故障信息，且能夠?qū)崿F(xiàn)人工操作控制的人機媒介系統(tǒng)。設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是目前工程項目中十分重要的智能檢測工具，可省去許多不必要的繁雜檢修，使整個系統(tǒng)更智能、更全面，操作流程更簡單，從問題的發(fā)現(xiàn)、分析到解決，使這一流程的效率大大提高。隨著傳感技術(shù)發(fā)展、智能技術(shù)提升、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷更新，將來會更多地運用于各類項目中，實現(xiàn)真正的智慧化監(jiān)控和管理。

采用三維可視化調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，按照1:1等比例進(jìn)行三維建模仿真3D圖形界面設(shè)計，實時線性直觀顯示物流流程及設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備技術(shù)參數(shù)；可以在系統(tǒng)中進(jìn)行場景漫游、視角切換、鏡頭追蹤、設(shè)備快速定位、樓層設(shè)備顯隱、設(shè)備參數(shù)設(shè)置、手動指令、自動任務(wù)、手動任務(wù)、遠(yuǎn)程停機、故障復(fù)位等操作。

某項目的設(shè)備監(jiān)控界面如圖10所示，通過三維可視化調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)對企業(yè)智能工廠地形地貌、建筑、車間結(jié)構(gòu)、設(shè)施設(shè)備等幾何建模，直觀、真實、精確地展示各種設(shè)施、設(shè)備形狀及生產(chǎn)工藝的組織關(guān)系，以及設(shè)施、設(shè)備的分布和拓?fù)淝闆r。

圖10 三維設(shè)備監(jiān)控界面

四、信息管理措施

在自動化物流系統(tǒng)中，信息管理系統(tǒng)是調(diào)度核心和信息存儲處理中心，它以集成技術(shù)為核心，運行于計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之上。一方面實現(xiàn)物流指令快速、準(zhǔn)確地下達(dá)，以及指令執(zhí)行反饋的收集和處理，并做出正確的調(diào)度以協(xié)調(diào)各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，保障各種物料準(zhǔn)確調(diào)度、及時輸送，實現(xiàn)企業(yè)物料高效有序地流動和科學(xué)管理，以滿足企業(yè)物流自動化的需要。另一方面，對物料信息、位置信息、物流信息進(jìn)行全面信息化管理，實現(xiàn)信息流與實物流的準(zhǔn)確同步，提高作業(yè)速度和準(zhǔn)確性，提高管理及服務(wù)水平。同時，為上層信息管理系統(tǒng)提供所需的物流信息，為各管理部門提供有價值的運行信息和輔助決策信息。

傳統(tǒng)自動化物流系統(tǒng)的信息管理，其范圍通常僅局限于某一個倉庫的入庫、出庫、庫存、盤點等關(guān)鍵業(yè)務(wù)，雖然已經(jīng)很好地解決了物料存儲搬運的自動化、倉庫管理的信息化，使企業(yè)自動化水平提升了一個層次。但隨著智能制造興起和發(fā)展，倉庫管理的業(yè)務(wù)范圍已不再是單一的存儲功能，倉庫也不再是單個孤立的運行單元，倉庫信息管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍隨之不斷擴大，結(jié)合家電行業(yè)的自身特點，新形式下的信息管理系統(tǒng)主要有以下發(fā)展趨勢。

1.與智能生產(chǎn)線全面對接

智能制造離不開生產(chǎn)自動化，生產(chǎn)自動化后隨之而來的是物流自動化，隨著自動化水平不斷提升，各系統(tǒng)之間的集成銜接也就成為順理成章的發(fā)展需求。尤其是家電行業(yè)，本身具有很高的生產(chǎn)自動化基礎(chǔ)，將物流自動化與生產(chǎn)自動化進(jìn)行全面對接，同時實現(xiàn)物流與信息流的銜接和貫通，是智能制造的必備條件之一，主要體現(xiàn)在以下兩個層面：

物流層面，通過自動化輸送設(shè)備與自動化生產(chǎn)線相連，將生產(chǎn)線下線成品或半成品直接送至自動化倉庫進(jìn)行存儲，省去中間人工搬運過程。

信息層面，每一件產(chǎn)品賦予并標(biāo)識一個唯一的ID號，通過MES系統(tǒng)將每一件成品或半成品的生產(chǎn)信息與產(chǎn)品ID號進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定，實現(xiàn)了產(chǎn)品信息與實物的關(guān)聯(lián)對應(yīng)。物流自動化信息管理系統(tǒng)通過識別產(chǎn)品ID號并與MES系統(tǒng)進(jìn)行集成，自動獲取并記錄每一件產(chǎn)品的相關(guān)信息，在物流自動化系統(tǒng)運行全過程中，產(chǎn)品信息自始至終與產(chǎn)品實物保持對應(yīng)一致，在物流自動化系統(tǒng)的末端，信息管理系統(tǒng)還可將完整的產(chǎn)品信息向后傳遞，確保產(chǎn)品的信息鏈完整可追溯。

2.與電子商務(wù)全面對接

近些年，隨著電子商務(wù)發(fā)展，不少家電企業(yè)都搭建了自己的電商平臺，開展B2C業(yè)務(wù)，真正實現(xiàn)工廠發(fā)貨，將產(chǎn)品直接從工廠的倉庫發(fā)貨至最終消費者手中。

電子商務(wù)訂單最大的特點就是訂單數(shù)量大，但每一個訂單中所包含的產(chǎn)品，無論種類還是數(shù)量都較小。此外，電子商務(wù)所注重的另一個要點是及時性，要求訂單越快處理越好。還有一個特點是，電子商務(wù)的訂單需隨時面臨撤單等異常處理，要求系統(tǒng)具有較高的靈活性。

針對電子商務(wù)業(yè)務(wù)的上述特點，物流信息管理系統(tǒng)所面對的主要問題是海量訂單的獲取和處理，物流信息管理系統(tǒng)需要與電子商務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)交互，傳遞大量的數(shù)據(jù)并組織發(fā)貨出庫操作。

物流信息管理系統(tǒng)可配置專用的接口服務(wù)器，通過標(biāo)準(zhǔn)的接口方式與電子商務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行訂單數(shù)據(jù)的獲取，也可以根據(jù)實際情況采用其它接口方式進(jìn)行集成，以確保訂單數(shù)據(jù)獲取的高效性和及時性。

3.配送揀選業(yè)務(wù)管理

為了應(yīng)對企業(yè)電商業(yè)務(wù)，自動化倉庫管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)范圍必須提供揀選和配送管理業(yè)務(wù)，按照電商的訂單逐一揀選，揀選完成后再進(jìn)行復(fù)核、包裝和發(fā)貨作業(yè)。

揀貨前，系統(tǒng)需要先對發(fā)貨訂單進(jìn)行預(yù)處理。首先系統(tǒng)接收電商平臺系統(tǒng)傳入的訂單數(shù)據(jù)，由人工根據(jù)訂單客戶或地區(qū)進(jìn)行波次劃分，考慮車輛容積、發(fā)車時間、作業(yè)效率、成品訂單和配件的組配關(guān)系等因素創(chuàng)建出發(fā)貨波次。

波次劃分確定后，即可對同一波次內(nèi)的訂單數(shù)據(jù)進(jìn)行分配，鎖定庫存。分配訂單時，系統(tǒng)提供靈活的可配置的分配策略，以滿足不同產(chǎn)品的需求：先進(jìn)先出、先到期先出貨、效率優(yōu)先、空間利用率優(yōu)先等等。

揀貨依據(jù)出貨分配的結(jié)果，揀貨過程中可以采用多種揀貨方式，比如RF揀貨、推車揀貨、紙單揀貨、標(biāo)簽揀貨等等。

復(fù)核是人工對揀選結(jié)果進(jìn)行校對的過程，人工根據(jù)訂單信息校核揀選實物，確保揀選結(jié)果的準(zhǔn)確性，確認(rèn)無誤后進(jìn)行包裝處理。復(fù)核包裝過程中，也可以對揀選商品進(jìn)行額外的信息采集。

五、系統(tǒng)規(guī)劃的關(guān)鍵點

1.提高系統(tǒng)的柔性化

家電行業(yè)已逐漸進(jìn)入大規(guī)模定制時代，要求企業(yè)提高生產(chǎn)線的柔性化。在智能化的基礎(chǔ)上，要求對應(yīng)的物流系統(tǒng)具備更高的柔性。柔性化的物流系統(tǒng)，既包括流程方面的要求，也包括硬件上、布局上的柔性化要求。

2.總體柔性化布置

為滿足家電行業(yè)日新月異的發(fā)展變化，物流系統(tǒng)總體規(guī)劃時為了便于后期發(fā)展變化的調(diào)整。在物流流程的設(shè)計中，盡量用“多對多”的方式來代替“一對一”的設(shè)計；在硬件和布局上，盡量考慮到未來根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行布局調(diào)整以及系統(tǒng)調(diào)整的可能性。多采用AGV、RGV、EMS等設(shè)備，少采用剛性輸送設(shè)備。

3.多應(yīng)用智能化設(shè)備

結(jié)合射頻識別（RFID）、光電感應(yīng)、紅外感應(yīng)器、超聲波感應(yīng)、激光掃描器、機械視覺識別等技術(shù)和裝備，按約定的協(xié)議，將它們加載到物流裝備上（如搬運裝卸、輸送、分揀、貨架等設(shè)備），并且通過數(shù)據(jù)共享讓它們可以自主決策。近年來，自動化物流設(shè)備技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、輕型化、節(jié)能化和綠色環(huán)保等趨勢。在產(chǎn)品設(shè)計方面強調(diào)模塊化、系列化和通用化，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，縮短生產(chǎn)時間。

隨著電信技術(shù)發(fā)展，出現(xiàn)了諸如激光導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航等新的導(dǎo)航技術(shù)，AGV的路徑變得多樣化，其路徑重新規(guī)劃可以通過在系統(tǒng)中設(shè)定參數(shù)或編程來解決，并且不再局限在某條特定的行進(jìn)帶上。AGV的控制系統(tǒng)也能做出簡單的路徑優(yōu)化和避障，大大提高了物流系統(tǒng)的效率和柔性。以AGV為主的搬運系統(tǒng)，開始向著高柔性自動化的方向發(fā)展。

為了進(jìn)一步提高其柔性，AGV開始從二維平面運動拓展到三維空間。也就是說，AGV將可以直接把貨物從生產(chǎn)線送到貨架上，并在貨架中穿行；應(yīng)用于多層貨架時，高層貨架可以橫跨巷道布置，這樣就使得倉庫的空間利用率相比現(xiàn)有倉庫系統(tǒng)進(jìn)一步提升。這種兩棲多功能的搬運系統(tǒng)，顯然在柔性和自動化方面更上一層樓。

機器人增加視覺識別系統(tǒng)，可增強其適應(yīng)能力，提高柔性化，解放人工的繁重勞動。

4.減少物料搬運量

在總體規(guī)劃時，優(yōu)化總體布局，合理布置各子系統(tǒng)的位置，盡量優(yōu)化物流路徑，避免做無用的物流輸送，從而減少系統(tǒng)物流量，同時也實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的設(shè)計原則，節(jié)約時間。

六、結(jié)束語

家電生產(chǎn)企業(yè)要在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)智能制造，就必須采用先進(jìn)的智能物流系統(tǒng)。智能制造物流系統(tǒng)中可以采用的物流手段很多，關(guān)鍵是結(jié)合各企業(yè)自身實際情況，組織搭建好科學(xué)合理的物流系統(tǒng)。

智能制造是一個嚴(yán)密的系統(tǒng)工程，家電生產(chǎn)企業(yè)要在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)智能制造，需要在整個生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃時就考慮采用智能物流系統(tǒng)來聯(lián)系各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)規(guī)劃時應(yīng)用JIT的思想，即要達(dá)到均衡制造產(chǎn)品，使物流在各作業(yè)之間、生產(chǎn)線之間、工序之間、工廠之間實現(xiàn)均衡地流動。在這些物流過程中，應(yīng)考慮如何應(yīng)用高效物流系統(tǒng)使生產(chǎn)制造準(zhǔn)備時間最短，使智能制造的生產(chǎn)提前期最短，并且思考如何減少物料搬運次數(shù)，使得搬運量最低。

經(jīng)過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，在家電行業(yè)的智能制造物流系統(tǒng)中，應(yīng)采用自動化程度較高的搬運設(shè)備和輸送設(shè)備來完成一些工作的工藝要求。在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中，能配套自動化程度較高的設(shè)備，減小工作人員的勞動強度，可真正做到減員增效，也容易實現(xiàn)企業(yè)信息化建設(shè)，從而達(dá)到智能制造的目的。