中國制造2025背景下汽車產業智慧物流體系構建
——以J汽車公司為例

□ 陳佳麗

(貴州財經大學 工商管理學院,貴州 貴陽 550022)

1 引言

“中國制造2025”鼓勵汽車產業向智能、綠色方向轉型，推進綠色制造發展、制造與服務協同發展、深化制造業和互聯網融合發展。但是，汽車制造是一個非常復雜的系統工程，包括汽車零部件的采購、生產計劃的制定、生產線的設計和組配、生產工序的排序等。制造過程中產生了很多物流活動，運輸、倉儲、配送、流通加工及裝卸搬運等，按照這些物流活動的來源或范圍可以劃分為供應物流、生產物流、銷售物流、回收廢棄物物流四個層面。這四個層面的物流活動相互銜接形成一個大的物流系統，存在一個龐大的物流數據流。運輸路徑規劃、生產線布局、倉儲設施選址、庫存水平設置、訂貨頻次等物流決策都對汽車生產制造有著至關重要的影響。中國汽車制造中的物流模式與德國汽車公共電子數據交換平臺(Electronic data interchange，EDI)和日本汽車準時制(Just In Time，JIT)精益物流相比，中國汽車制造物流在訂單處理、流程設計、信息化水平方面依然不足，導致物流效率低下，費用過高。因此，引入物聯網、大數據、人工智能等技術，構建智慧物流體系，提高物流效率勢在必行。國內外許多學者都對該問題進行了研究，劉建軍等分析了“中國制造 2025”背景下中國汽車工業認證需求的新趨勢[1]；Martin Kirch等研究了汽車工業原型部件的射頻識別標簽為物流和生產過程創建的智慧物流區[2]；關強等研究了如何使用大數據挖掘和分析的方法來實現汽車的智慧物流[3]；Christopher S.Tang研究了工業4.0時代許多公司通過利用添加劑制造、先進機器人、人工智能、自主車輛、區塊鏈、無人機、物聯網等新技術，正在開發能夠改變競爭格局的網絡物理系統[4]；陳勇等研究了智能制造背景下智慧物流供應鏈的建設[5]；Behnam Karimi等設計了一個面向智能制造的多商品多模式智慧供應鏈網絡[6]。

2 J公司背景介紹

J公司生產的是我國自主品牌汽車，2015年與G市政府簽署《整車產業化項目合作協議》，該項目總投資102億元,一次建成年產10萬輛汽車生產項目，面向海內外銷售。項目占地1027畝，主要建設以沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝為主體的完備汽車整車生產線及行政樓、生活區、小涂裝、動力站、油化庫、試車道路、成品車停放場、綜合庫房等相關配套設施，計劃投產3款整車產品，分別為EC7 M100甲醇動力車型、7座MPV(商務車)車型CV-1、7座跨界MPV車型CV-2。J汽車公司積極貫徹落實“中國制造2025”發展戰略，運用大數據、區塊鏈等技術，推動企業由“制造”向“智造”快速轉型，并在全國各生產基地開展以數字化、網絡化、智能化于一體的現代化智慧工廠升級改造工程。在此背景下，J公司在G市投資建設了產品生產全生命周期制造、管理體系，該體系包含數字化虛擬仿真工廠、信息化協同制造體系及智慧物流體系。通過上述體系的運轉大幅提高了智能化水平，降低了生產成本。

3 J汽車公司智慧物流體系構建

3.1 智慧物流項目實施目標

J公司利用大數據技術融入到整車生產的各個環節中，從建立虛擬仿真工廠對生產工藝及機器人工位進行提前規劃定位，到生產過程中的各項數據采集、分析處理，實時指導現場作業，實現管理模式扁平化，再到多系統集成互通、數據傳輸的智慧物流體系將上游供應鏈、基地倉儲系統、下游供應鏈緊密聯系在一起，實現內外物流可視化、物料交接零時間、降低庫存積壓。解決J公司脹庫嚴重，投棚等待、卸貨區暫存堆積、車輛無法正常卸貨等一系列問題造成的物流周轉率降低、人員工作量異常、加班增加、成本升高。

3.2 智慧物流項目建設方案

J公司打造智慧物流，是基于J2EE的各種技術，B/S模式的三層結構設計完成的。J公司使用了RFID、GPS、GIS等多種物聯網技術，依托于企業資源計劃(Enterprise Resource Planning，ERP)和制造執行系統(Manufacturing Execution System，MES)，集成了物流執行系統(Logistics Execution System，LES)、零件分揀系統(Set Parts System，SPS)、物料安燈系統(ANDON)，倉儲管理系統 (Warehouse Management System ，WMS)，運用工業云和工業大數據平臺，實施供應鏈企業間和企業內部的協同管理，對物流現場實施動態監控和管理，實現現場數據與物流管理的無縫對接。

3.2.1 LES系統

LES通過供應鏈管理系統(Supply Chain Management，SCM)、制造執行系統(Manufacturing Execution System，MES)、企業資源計劃(Enterprise Resource Planning，ERP)等多系統集成互通，整合優化內外部物流進度、倉儲管理、配送管理、庫存管理等功能，搭建多級物流配送體系，明確供應商、區域物流中心(Regional Distribution Center，RDC)、LOC倉庫以及線邊倉庫之間分工，并相互協作，信息互通，達到良性循環。采用物流的一二級拉動模型，通過庫存實時化監控，動態物流JIT，實現LOC倉庫和線邊庫、物料庫存最優化。一級線邊物流拉動根據物料屬性、計劃管控等層面劃分多種管控模式。

3.2.2 SPS系統

SPS系統最早由豐田公司研發和使用，是按照生產順序向生產線上提供物料的一種配送方式。J公司在G市的生產基地采用了多種車型的混線生產，不同車輛的訂單頻繁交叉，不同車型的物料需求也相應地不同，并且要及時、精準的地送料到位。SPS通過接口獲取MES的車輛隊列信息，并結合流水線生產節拍，提前通知配料作業人員按照車型順序輸送對應的物料。SPS能夠根據裝配線上的車輛隊列，通過LES系統自動生成物料的拉動需求，并通過物料拉動單、看板、電子看板、物料燈等多種形式通知到備料人員。配料工人完成配料后，由自動牽引車系統(Automated Guided Vehicle，AGV)將料筐送到裝配工位，料筐在流水線上，跟隨著車輛一起移動，做到裝配工人隨時有料可用、隨手有料可取，減少了裝配工人的無效物料準備作業，進一步提高了生產節拍。物流配送環節通過SPS技術的支撐，部分區域無須設置線邊緩存倉庫，有效地保障了裝配線的緊湊、有序、合理，進一步減少了人工干預，加強了防錯機制，杜絕裝配工序人為錯裝或漏裝，消除了線旁空間壓力，有效地減少了線邊料架投放。

圖1 LES 物流拉動模型架構圖

圖2 SPS揀貨流程圖

SPS系統由三個配套的子系統構成：

①AGV自動牽引車。

AGV是SPS系統的重要組成部分， AGV自動牽引系統包含AGV小車、AGV地面導引系統、在線自動充電站、監控調度系統及交通燈。工作流程為：AGV小車在揀料區跟揀料系統實現聯動，AGV小車收到揀料完成指令后把4臺裝滿料的SPS臺車自動輸送至生產線旁的上線定點位置，AGV跟裝滿料的SPS臺車自動脫扣后運行至下線等待點，拖走空SPS臺車至揀料區人工進行揀料，依次循環。AGV通過MES和WMS結合，有效減少了生產線邊物料的堆積占用，大量減少了人工送料，有效促進了物流的及時性和準確率。其特點是：1)無須人員駕駛；2)支持多種物料的配置輸送；3)行駛過程中自動識別障礙、自動啟停；4)和MES系統集成，根據MES的車輛隊列信息實現物料的自動推送；5)行駛情況可視能夠在中控室遠程監控。

②SPS臺車。

SPS臺車作為SPS成套配送系統中輸運零部件的載體，具有不可或缺的重要意義。SPS臺車設計的優劣，直接影響SPS成套配送系統的運行效率，尤其對零部件質量防護意義重大。SPS臺車的設計要堅固耐用，邊角采用海綿防護，滿足自動上下線需求，可以為多車型共用。

③PTL物料智能分揀系統。

PTL系統作為SPS成套配送系統的重要組成部分，擔負著指導物料分揀人員正確、高效分揀物料的任務。PTL系統通過亮燈和數量顯示屏指導現場分揀作業人員快速高效準確的分揀生產所需物料，自動扣除庫存，實時更新庫存信息。庫存水平過低時，發出缺件預警，當系統庫存到達安全庫存警戒線時，屏幕滾動顯示物料信息。PTL系統特點為：1)PTL系統物料分揀準確率可高達100%，有效降低了物料分揀出錯；2)通過目視化分揀作業，使物料分揀效率提升50%以上；3)通過亮燈提醒，實現目視化作業，降低了物料分揀作業對物流人員技能的要求；4)通過與LES、MES、ERP等系統建立接口程序，實現了基礎數據共享，無需人工盤點，系統自動記憶庫存。

3.2.3 ANDON安燈系統

ANDON系統是精益生產和精益物流的一個重要工具，能夠通過電子屏幕快速聯絡生產、物料、維修等部門以滿足生產線需求，實時掌控和管理生產線狀況，實現物料的精準配送。工作流程為：①焊裝、總裝操作工在生產過程中，若產生物料需求時，可以按下對應的物料按鈕，此信號通過控制網絡傳送到ANDON PLC；②ANDON PLC接收到信號后，發出控制信號，需求工位的指示燈開始閃爍,并響警告音樂，同時，ANDON系統將需求信息顯示到物流區ANDON看板上并傳輸給LES，看板上產生該工位相對應物料需求記錄，并顯示該物料的需求時間、響應時間等信息；③物流區配送人員看到ANDON板上物料需求信息后，開始將物料進行備料；④物流配送人員將物料送到工位后，該工位生產人員進行確認，確認后再次按下按鈕，按鈕指示燈熄滅，將物流收貨信息回傳LES，看板上及監控計算機上的相關顯示消失，完成物料需求動作。但物料需求的工位、請求時間、響應時間、配送時間、確認時間等內容將被記錄；⑤若現場按鈕按下后需要撤回物料需求信息，則必須在一定時間范圍內長按物料安燈按鈕。通過ANDON系統可以根據工位實際材料的消耗進行補充，提高效率，避免以往依靠經驗配料造成的不合理及因為缺料才配送造成的停線。

圖3 物料ANDON系統方案業務流程

3.2.4 WMS、MES和移動終端

WMS系統負責管理物料及成品的入庫、在庫保管、出庫，MES系統包含生產模塊、物流模塊、質量模塊、設備模塊等，兩者結合起來在智慧物流系統中發揮重要的作用：①根據業務情況配置適度的管控顆粒度，結合生產信息的實時采集達到工位級物料消耗及需求拉動，按照實際業務狀況有選擇性的定義物料拉動精度，選擇合適的模式，實現精準物流配送，達到最佳效能平衡。②根據主線生產實際隊列，按需分裝生產，降低庫存成本，同時減少生產線邊的物料揀配，提高裝配作業效率。配合移動終端平臺搭建，可以實現信息的及時傳遞共享，提高管理扁平化程度。

3.3 智慧物流項目技術支撐

基于工業大數據應用下的J汽車智慧工廠項目由專業信息化團隊對系統的開發、整合、項目組測試、業務部門專人參與，多方驗證，最后，將業務需求個性化地由系統展現出來，使系統的功能覆蓋面廣，滿足業務需求。系統實施共分為計劃階段、藍圖設計階段、系統構建與實現階段、測試階段、部署階段及上線運維階段。

4 項目實施經濟效益分析

4.1 經濟效益

J公司通過LES、SPS、ANDON、MES、WMS系統的集成，構建出通暢、高效、綠色的物流通道。項目實施后，物料配送效率提高40%，分揀配送出錯率降低20%左右。有效的降低總裝生產線操作人員錯裝、漏裝零件的風險，保障整車質量，提升公司整車產品形象。經過估算，可節約物料配送人員16人，管理班組長1人，總裝廠線邊、焊裝廠線邊一共可節約巡線人員20人。配送人員月薪4000元/月，班組長月薪8000元/月，巡線人員月薪4000元/月；年度人工成本收益=(4000*16+8000*1+4000*20)*12=182.4萬元。

4.2 社會效益

在反復的虛擬制造驗證過程中可消除制造工藝的缺陷、糾正機器人位置，解決生產前期核心技術問題達90%以上，使工藝流程更加合理，大幅縮短了產品研發周期。通過智慧物流系統，所有的生產過程信息快速集成，自動推送物料分揀、配送指令到各作業部門，同時，根據目視化系統信息反饋，實施跟蹤物料配送作業進度，及時處理物料異常，真正實現了快速響應和閉環管理。