线边物流改善与生产物流仿真
制造企业线边物流改善与生产物流仿真
柔性化生产是制造企业追求的重要目标，并且已成为当前中国制造企业实现转型升级的一个最重要目标之一。要保障生产线柔性化运行，高效智能的线边物流成为必要条件。本文内容是基于大量项目实践积累的经验，分析了当前线边物流升级发展方向，简述了线边物流体系组成与重要的关键技术，总结了线边物流升级的六大原则与实现方法策略。
一、什么是线边物流
线边物流(Logistics for Assembly Line)是指车间为生产线加工制造提供的物料及服务的供应过程简称。从作业空间上讲，是指物料从车间入口的物料交接区开始，到车间内的物料缓存区，再至生产线的每个需求工位，包括上游工位到下游工位之间的物料运转，器具和剩余物料的回流到物流作业区过程的反向物流，直至成品下线及车间内暂存区。图1勾画出了线边的流程节点。
图1 线边物流是生产物流的一部分
所以说线边物流是厂内物流最核心也是最复杂的部分。做不好或管不好线边物流，生产效率就会下降，生产过程不顺畅，会造成产线停机，扰乱整个生产计划，最终就是降低的车间产线的产能产出。
二、线边物流升级发展方向
制造业是我国国民经济的主体，也是立国之本、兴国之器、强国之基。为满足市场个性化需求，按订单生产、按需制造的多品种、小批量生产模式逐渐成为制造业的主流生产模式。打造高度柔性化的生产线，成为制造企业实现转型升级的重要一环。作为柔性化生产线顺畅运作的重要保障，高效智能的线边物流成为必要条件，升级尤为迫切。
线边物流涉及多个方面，包括物料上线模式、物料上线的运输载具、物料包装器具、上线运输路线、线边货架和器具的数量以及这些器具摆放布局等都需要全面综合考虑。线边物流应做到布局合理，能够根据生产计划快速响应，实现精准地配料上线。实现精准物流上线就应该符合精益生产的指导纲导，物料配送应该以最经济的方式，在适当的时间，配送正确的物料（物料对象正确，数量正确）到适当的线边所需工位，杜绝任何可能存在的浪费，实现线边物流的精益化目标。图2列出了线边物流作业流涉及的作流作业点，包括产线，按需拉动的超市以及集中存储的自动化立体库。
图2 生产车间内线边物流应该生产制造同为一体实现协同
线边物流的升级是系统性工程，牵一发而动全身。如何根据生产节拍进行线边物料的规划设计，改善物流作业流程？信息化、数字化技术广泛应用，物料包装器具优化，线边仓规划升级，无人化柔性搬运解决方案……已经成为制造企业线边物流升级中重要关注的方面，在这之前必须要详细规划，采用可落地验证的仿真方法详细分析当前升级改造的规划方案的合理性，可行性，经济性等各项业务指标后，按优化的规划方案逐步实施线边物流的的升级改造。
线边物流的发展方向应该是“一体化”可协同的。线边物流一体化是指制造企业面向供应链，将零部件物流活动中的各个主体，如供应商、物流服务商、运输公司、包装公司、器具厂商，和线边物流的各个环节，包括存储、拣选、配送和器具管理，作为一个整体与主机厂的生产节拍高度契合的一种物流模式。只有实现线边物流一体化，才能从根本上提高制造业总装线边物流的整体效率，降低物流成本。这尤其是对于汽车制造过程中的生产物流必须要做到线边物流厂内各个作业物流区以及零部件供应链进行有效的协同一体化，这样才能实现整体效率高，物流成本最优的目标。典型的厂内物流布局如图3
图3 厂内物流及线边物流布局图
近几年来，无论物流领先的汽车行业还是其他制造业，都十分重视线边物流的发展。尝试应用信息化、自动化等技术装备，来进行线边物流模式变革创新，目的是实现线边物流作业的改善，解决线边物流信息化水平低、库存不准确、物料拣配错误率高、线边物料无序堆放、作业人员劳动强度大、物流体系布局灵活性差等诸多问题。制造业加速打造线边物流数字化、智能化、一体化的大时代即将开启。
三、线边物流体系组成与关键技术
在数字化车间中，线边物流贯穿了整个生产过程。生产物料在车间内部的运输、装卸、储存、管理过程，反映了单个车间内部的生产运转情况。
随着生产要求与物流技术装备发展水平的不断提高，线边物流技术应用水平同步提升，目前主要包括标准化技术、无人化搬运设备、自动化立体库、智能信息化平台等关键技术升级。
1.物流标准化技术
对于制造业线边物流来说，最基本的标准化就是采用标准化的包装。只有包装标准化，才能够最大程度提高上线配送设备的装载效率，才能更好地与各类自动化、智能化的设备相兼容。标准化物流器具尤其是可周转使用的物流器具，需要根据不同制造业线边物流的物料特征和上线投料频次做定制化的解决方案。除了硬件设备的标准化，还有更重要的，也是当前被忽视或者说不被重视的标准化技术就是软件系统的接口标准化，以及物流服务规范的标准化。在线边物流必须一体化的背景下，企业内部物流与制造部门、采购部门、计划部门、工艺设计部门……外部以及上下游供应商、物流和运输服务商，必须保持实时联动，信息连通，数字化服务共享，那么标准化是就必须先行，没有标准化其他改善就失了焦，没了统一实践方向。
2.物流搬运设备
搬运设备目前主要有AGV、无人叉车，EOM，自动化输送机，RGV等可以实现无人化搬运的设备。AGV多用于生产线内零部件物料搬运，以及零部件的上线投料等，配合自动化柔性装配生产线使用。尤其是装配车间生产线布置得较长，大量物料需要长距离搬运，AGV代替叉车和拖车搬运物料，能够实现批量化替代，具有规模成本优势，有明显的经济效应。无人叉车主要是指以标准托盘作为搬运对象的无人化搬运工具，严格来讲应该叫做托盘车式AGV或者堆高车式AGV，在欧洲也称作APM，这类产品当前的成本低于AGV。未来智能生产线中应用的搬运工具将更为先进高效与柔性化。而EOM是一咱可以实现空中自动化搬运的设备，具有不占用地面作业空间，可以会对具有规律性的需求大件，或成套件的搬运的物料；自动化输送线可以针对一些标准化大件，输送的目标工位相对固定，如轮胎，发运机，变速器这类主件的自动化输送，具有运输高效，低维护的需求；RGV是一种有轨的特殊AGV，其适合在产线类按照固定的轨道线往复搬运，通常负责运输设备主体，如装备的主车身，这在重工复杂装备中比较常见。
3.自动化立体库
近年来，先进制造企业在线边物流中越来越多地应用了自动化立体库，主要用于部分零部件排序作业环节。自动化立体库前期建设成本投入较大，但是长期运营所带来的优势是平库所无法比的，它能够最大限度地利用空间，提升存储效率，减轻工人劳动强度，提高仓库管理水平，更好地满足生产需求。目前，不少早就应用了自动化立体库的制造企业切身体会到了其优势，正在计划用更多自动化立体库替代平库。同时，输送、分拣等自动化物流设备也将会随之更加广泛地得到应用。自动化立体库除在空间利用率方面有明显优势，随着立体库设备的越来越成熟，其高效作业效率可实现快进快出的物流周转。但线边的立体库更加适合中小件的存储周转。具体如何让线边立体库发挥高效，如何配置线边立体库，配置多大的立体库，其作业要求如何满足线边作业要求需要通仿真分析的方式予以充分验证，这样对于立体库这样昂贵的投资系统可以确保系统的合理化投资。
4.智能信息化平台
信息系统能实现供应商、主机厂、物流服务商之间的“对话”。随着工业4.0时代的到来，拉动式生产将成为生产的主要模式，即由客户需求来驱动生产。在这种模式下，制造企业需要直接与终端用户、供应商进行信息对接，通过智能平台实现互通互联。在这一过程中，数据同步系统、生产及物流拉动系统、供应链可视化系统和车间物流配送系统等将会发挥重要的作用，实现由物料来驱动系统，所有信息互联互通，最终实现拉动式的生产模式。
四、线边物流升级的六大原则
线边物流，旨在追求物料的经济量存储，追求人流、物流简洁高效。线边物流的升级，储备资料必须提前引入要具有一定的前瞻性，但实施需要谨慎求证，做好仿真分析验证确保理想化的规划能够落地。实施前必须做好整体规划，提供健全的、体系化的稳妥方案，充分地进行仿真验证。
要做好线边物流的规划，首先得了解企业生产工艺及供应链，从而定义契合企业线边实际需要的各种策略，如上线节拍、可存的货量、上线模式、线边器具等等，随后进行合理的物流流程规划；其次是精准核算物流量；第三步才是启动匹配自动化设备的工艺流程；第四步是推动实现信息化的贯穿，剔除信息孤岛；最后才是通常企业一开始就想要看见的线边物流布局规划。
线边物流布局规划工作的要点在于整体的物流观念，而不是仅仅着眼于线边物流的某一个环节。线边物流布局只是众多规划完成之后的一个输出。良好的线边布局可以直观反映出物流规划水平，不当的线边布局往往折射出各种问题：过量的线边库存、不合理的线边料架、不合理的物料包装、纸质包装的出现、零件取用位置过远等。要避免线边布局中出现上述问题，应当在布局设计前就定义好线边物料的存放方式、上线模式、线边器具、线边包装以及线边库存设置。
图4 工厂必须定义零部件供应商的物流流程要求
制造企业如何能够成功实现线边物流的升级呢？归纳起来有以下六大原则：
第一，高起点有一定的前瞻性。以国际化高标准为起点，才能规避出现“落地即落后”的情况。避免走弯路，避免重复和多次建设投资，避免浪费资金和时间，才能使企业朝着正确的方向，稳步发展和提升。
第二，专业化。解决线边物流问题，管理层必须有这样的理念，用专业的公司、专业的人才做出专业的整体解决方案。充分利用外脑，才能快速、经济地解决问题。忌讳凡事自己摸索、碰壁、总结、再摸索、再碰壁、再总结。在知识和经验快速迭代的当今社会，专业化才能避免企业物流在发展道路上形成大而全、小而全的恶果。企业应该专注其核心业务，将有限的人力资源用到刀刃上，非核心业务外包，其中就包括物流系统规划与实施。聚焦主业，合理利用外脑。
第三，持续化。线边物流系统建设不是一朝一夕的事情，只有持续不断地优化改善，才能不断提升能力，因为没有一成不变的市场需求，所以没有一成不变的生产制造，也不可能有永远不变的物流体系与物流流程。同样，物流体系的建设、发展和提升也是需要逐步完成的，物流人员的操作水平、公司的物流管理水平也是逐步提高，不是一次性安装了自动化设备，实施了物流软件系统就解决了问题。如果没有持续的改进，可能曾经非常好用的物流体系会变得不好用，曾经的先进会变为落后，这就要求企业持续改善的精益战略思维，不是一次性动位就一劳永逸了，这种思维是非常可怕的。
第四，信息化。信息系统是物流体系非常重要的支撑，其意义远远大于购买多少自动化设备。但值得关注的是，一些企业投了很高成本建成的信息化系统，却不能满足需求，只好不断加上其他的模块，使得整体软件系统越来越庞大，越来越复杂，但是效率却不断地降低。另外一个极端是，物流体系严格按照安装后的软件系统流程来执行，反而阻碍了线边物流的实际运营效率。这是由于没有做好符合企业线边物流实际需要的精细化流程导致的。所以，线边物流一定要先做流程设计，然后才能上软件系统，这是保证安装实施后的物流软件系统实用、好用、效率高的前提条件，而不能让软件系统束缚的生产改善，这一点非常重要。
第五，自动化设备的组合效应。因为不同的设备是不同厂家生产的，单个设备的最高效率也许没问题，但是组合在一起有可能无法有效形成最优的协同效果。并且自动化设备的更新迭代很快，哪些自动化设备是即将被淘汰被迭代的技术？这是专业的咨询服务公司才能把握好的。
最后，重视物流人才的梯队建设。线边物流执行得好离不开人才。企业需要重视物流人才的梯队培养问题。物流人才对于制造企业的重要性，企业高层一定要达成高度统一的思想，才能落实到后续的培养和系统化培训工作，这样才能充分发挥出本企业物流体系的效率。所以不能认为企业投入了大量的自动化设备，配置了大量信息系统就可以了，归根结底还是要专业的物流人才来管理好，用好这好资产才能发挥最大的线边物流改善作用
五、线边物流升级的策略
智能制造是当前制造业发展的重要趋势，是我国制造业转型升级的历史机遇，制造企业更是应该抓住这个机会实现提升和飞跃。对于智能制造的实施，需要企业认清自身现状，从车间这一基层单位做起，特别是车间的生产物流，更是容易被忽视的环节之一。
线边物流升级的应对之策，我们认为关键在于启动之初必须要有专业的物流规划和设计，充分的验证仿真，不断优化当前规划方案，做到先谋而后动，甚至有些细节在速体规划中无法面面俱到，需要一边实施一边规划验证仿真，做到每一步物流规划都处于最优化的状态，将可能风险及不确定消于无形之中。
图5 供应链物流信息实时共享
专业的线边物流规划和设计需要从以下六个方面顺序展开：
一是产线物流需求设计。客户/下游需求决定产线生产流程、物料、节拍、工位构造、制造工艺等基础信息及初步物流需求。精益的线边物流必须对应精益的产线设计，包括人员、设备、物料分布、均衡化生产节拍。
二是线边物料展开设计。初步物流需求和初步配送流程确认后，结合产线对物料的需求，规划工作者需要将该物料需求分解到产线的具体工位上。在此过程中，要同时考虑线边物料的存放方式、库存设置、使用方式、空间设置等。精益的线边物流思想的重点在于，极大地减少线边库存、减少线边物料空间占用，同时保证产线操作人员在正确的时间和位置获得正确的物料得以完成工位作业。线边物料存放方式，需要采用符合人机工程的料架和包装，便于操作人员取用，同时便于物料补送人员进行操作，如流利架的广泛运用和线边传输辊道线的运用等。对于线边库存的减少，需要设定库存目标，结合线边包装容量、线边消耗速率和运输补货时间，进行细化计算。对于物料使用方式，需结合物料具体特征及线边空间大小，采用如顺序取用JIS、Kitting取用、线边防呆设计等方式。对于线边空间设置，应与线边库存一同考虑，在保证正常补料和使用的情况下尽量减少空间，确保生产作业空间及适应未来产能波动可能带来的空间需求变化。
三是上线补送模式设计。上线补送模式主要分为看板、排序、Kitting齐套性、CBO按需拉动这四种。不同的上线补送模式，取决于上一步所说的线边物料设计，同时也决定了物流人员的补送流程和信息系统建设，具体方式如线边的看板卡拉动设置、按灯拉动设置、生产计划锁定设置、MES过站触发拉动设置。
四是上线运输设备和运输路线设计。上线运输设备应当支持产线的上线模式和上线流程，在此基础上采用较为先进高效的配送方式如AGV。精益的线边物流必须有小批量、高频次的上线运输逻辑，采用定时或不定时发料方式如准点发车配送和循环上线配送。特殊零件组采用线边随行Kitting/SPS或自建运输线排序上线等方式。
五是上线包装设计。在保证零件存放质量和运输质量的同时，上线包装应当结合具体的上线模式区别设计，如：看板零件的包装设计应当考虑线边整体库存设置标准，Kitting零件的包装设计应当充分考虑到配比关系和线边存量。另外，也要考虑匹配运输设备和线边料架的设计，以及物流整体包装尺寸链要求。
最后，现场实施。这是最后一个步骤，也是非常重要的，因为最终使用方案、执行方案的大量实际操作人员，在前期是不可能都参与方案的设计过程，他们基于各自岗位的原因也不可能理解整个方案的每个环节，现场运营中也可能会出现各种变化的情况。面对种种困惑，如何解决？这就需要物流规划以及仿真咨询公司提供现场的实施支持服务，协助企业将优化后的方案实施到位。否则，客户很有可能走回旧有体系的老路，有可能把刚刚建立起来的体系推倒，而这是必须要避免的结果
