智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺開發(fā)與實(shí)踐

文/談慧 丁茜

一、智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺開發(fā)背景

隨著“德國工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的提出，為全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了新的變革，強(qiáng)大的機(jī)械制造技術(shù)，精準(zhǔn)的現(xiàn)場管理水平，生產(chǎn)制造的數(shù)控化、信息化和智能化對崗位能力提出了更高要求[1]，與之相對應(yīng)，跨界融合的復(fù)合型人才呼之欲出。2010年4月全國現(xiàn)代物流工作部際聯(lián)席會議《關(guān)于促進(jìn)制造業(yè)與物流業(yè)聯(lián)動發(fā)展的意見》的通知中首次提到 “兩業(yè)融合”的概念；2020年8月國家發(fā)展改革委等14部門聯(lián)合印發(fā)《推動物流業(yè)制造業(yè)深度融合創(chuàng)新發(fā)展實(shí)施方案》中又提到“兩業(yè)深度融合”；2021年3月國家發(fā)展改革委等13部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推動制造服務(wù)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》，該文指出我們要構(gòu)建包含產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、價值鏈、人才鏈以及創(chuàng)新鏈的生態(tài)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)從聯(lián)動融合走向生態(tài)融合。

未來物流業(yè)與制造業(yè)的深度融合需要智慧物流人才作為支撐，而智慧物流人才恰恰就是典型的復(fù)合型人才。據(jù)《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》預(yù)測，到2025年，智能制造復(fù)合型人才缺口將達(dá)到1000萬人。培養(yǎng)智慧物流人才，需要我們從智慧物流、智能制造以及生產(chǎn)物流等全新場景出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生跨行業(yè)、跨學(xué)科、跨專業(yè)的綜合能力以及實(shí)踐能力與數(shù)字化思維。未來智慧物流人才需要具備信息處理能力，熟悉傳統(tǒng)物流運(yùn)作模式，具有創(chuàng)新能力以及服務(wù)理念。生產(chǎn)物流人才需要具備現(xiàn)代生產(chǎn)的管理能力、能夠進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃與物料需求管理、熟悉生產(chǎn)物流系統(tǒng)以及完整產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈管理能力。

智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺的開發(fā)正是基于當(dāng)前社會對智慧物流人才的需求，在物流專業(yè)“新文科”建設(shè)中，融入大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，培養(yǎng)基于智能制造的智慧物流人才。

二、實(shí)訓(xùn)平臺搭建的原則

智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺的設(shè)計(jì)理念來源于大型制造企業(yè)生產(chǎn)線的精益制造管理思想。實(shí)訓(xùn)平臺是智能車間的一個縮影，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐，將生產(chǎn)車間所有“物”包括工作人員、生產(chǎn)設(shè)備、物流設(shè)施設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備等集中一體化管理，接入局域網(wǎng)統(tǒng)一監(jiān)控，在保證各設(shè)備功能獨(dú)立運(yùn)行的同時，亦可根據(jù)制造需求聯(lián)動運(yùn)行，達(dá)到生產(chǎn)車間、倉儲物流的精益化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、科學(xué)化、效能化、一體化智能管理，最大限度地提高生產(chǎn)及物流管理效率。通過管理系統(tǒng)結(jié)合智能料倉、條碼掃描槍、RFID系統(tǒng)、智能工具箱等外設(shè)實(shí)現(xiàn)對訂單、計(jì)劃、轉(zhuǎn)庫、采購、入庫、出庫、生產(chǎn)、齊套、配送等一系列閉環(huán)管理，同時將這些作業(yè)過程完整的記錄在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線物流全生命周期的管理。平臺使用主要面向精益生產(chǎn)管理、制造企業(yè)員工以及智能制造、物流相關(guān)專業(yè)的學(xué)習(xí)者。

三、實(shí)訓(xùn)平臺的設(shè)計(jì)目標(biāo)

智能制造整體解決方案以建立準(zhǔn)時化生產(chǎn)線為目標(biāo)，以工藝設(shè)計(jì)輸出深度結(jié)構(gòu)化、數(shù)字化為基礎(chǔ)，使用信息化手段固化管理流程，驅(qū)動生產(chǎn)、采集數(shù)據(jù)、智能校驗(yàn)、全員協(xié)作，建立策劃層與執(zhí)行層之間的雙向信息交互通道。橫向?qū)崿F(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)信息透明化、管理信息一體化，縱向?yàn)轫?xiàng)目成本管理、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理提供過程管控與數(shù)據(jù)支撐。因此，本項(xiàng)目平臺必須實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)。

1.搭建人機(jī)協(xié)同物流環(huán)境

通過信息化的設(shè)備模擬制造產(chǎn)線物流運(yùn)行的全過程場景。業(yè)務(wù)流程是在智能制造大環(huán)境下，使用碎片化、數(shù)字化、信息化的手段將生產(chǎn)作業(yè)所需要的“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”以準(zhǔn)時制的形式推送給現(xiàn)場作業(yè)人員，系統(tǒng)融合成熟的傳感技術(shù)，全面感知作業(yè)現(xiàn)場，建立與現(xiàn)實(shí)同步的虛擬世界，系統(tǒng)指揮控制現(xiàn)場作業(yè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)的驅(qū)動。通過軟硬件操作，形成智能制造時代下的人機(jī)協(xié)同的物流雛形。

2.智能化模擬產(chǎn)線物流

平臺中實(shí)操過程完全模擬智能制造生產(chǎn)物流過程，從訂單錄入、物料BOM清單、物料采購、備料、出入庫、配送、生產(chǎn)、包裝、入庫、供應(yīng)鏈配送等全過程對產(chǎn)線物流實(shí)際運(yùn)作狀態(tài)進(jìn)行全過程模擬。 如，備料環(huán)節(jié)系統(tǒng)將自動比對實(shí)際庫存情況和物料BOM清單，從而反饋出備料缺件，而作業(yè)人員只需關(guān)注缺件清單，從而做出轉(zhuǎn)庫還是采購的決定，在完成所有備料工作后，確保產(chǎn)線的正常開工。

3.操作過程智能化、碎片化

工業(yè)4.0帶來了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，智能制造實(shí)訓(xùn)平臺融入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，在物料的存儲、出入庫、齊套掃描、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)，大量的應(yīng)用了RFID射頻系統(tǒng)、電子揀選標(biāo)簽、條形碼等承載信息的智能硬件，應(yīng)用場景主要在收料、上架、揀選、齊套、配送、生產(chǎn)等。此外還應(yīng)用了AI人臉識別、自動化傳輸線、智能檢測、智能工具箱、智能料箱等新時代智能硬件。在生產(chǎn)及物流各個環(huán)節(jié)都是圍繞著BOM清單，每一個環(huán)節(jié)只是碎片式的一次操作，系統(tǒng)能夠智能化的自行比對、運(yùn)算，快速獲取物料缺口數(shù)據(jù)、生產(chǎn)線備料狀態(tài)等信息。

四、實(shí)訓(xùn)平臺的功能設(shè)計(jì)

企業(yè)主要面臨工藝優(yōu)化、智能控制、生產(chǎn)調(diào)度、物料平衡、設(shè)備運(yùn)維、質(zhì)量檢驗(yàn)、績效考核等核心問題[2]。智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺致力于打造精益化倉儲、精益化配送兩大管理支柱，高效銜接生產(chǎn)控制計(jì)劃，構(gòu)建精益物流管理體系，保障生產(chǎn)、消除浪費(fèi)、持續(xù)改善。精益制造解決方案從業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)層、應(yīng)用控制層、設(shè)備控制層等三個方面，進(jìn)行業(yè)務(wù)重構(gòu)和流程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線物流與生產(chǎn)信息的同步。

該實(shí)訓(xùn)平臺涵蓋了企業(yè)管理、制造加工、倉儲物流等功能，以提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量及提升物流整體水平為目標(biāo)，從倉儲物流方面入手，將ERP、MES、WMS等管理系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，使企業(yè)管理和先進(jìn)制造融于一體。平臺不僅可以讓學(xué)習(xí)者熟悉并掌握制造企業(yè)“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”等智能制造崗位技能要求，還可促進(jìn)產(chǎn)教融合，為高校教師開展科學(xué)研究搭建平臺。

1.實(shí)訓(xùn)平臺的總體架構(gòu)

智能制造系統(tǒng)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、柔性化、精益化、敏捷化、可重構(gòu)等[3]。盡管制造企業(yè)對每項(xiàng)單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用都已成熟，但在智能制造中的綜合應(yīng)用尚處于探索階段。智能制造系統(tǒng)涵蓋企業(yè)研發(fā)管理、精益制造管理、精益生產(chǎn)管理、數(shù)智加工、結(jié)構(gòu)化工藝、庫存管理、質(zhì)量管理、全過程生產(chǎn)過程控制等功能。如圖1所示。

圖1 智能制造系統(tǒng)功能框架圖

智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺以智能制造過程中的產(chǎn)線物流管理為切入點(diǎn)展開研究，依托智能制造設(shè)備，輔以精益制造MES、數(shù)字工藝平臺，以“智能制造、精益物流”為主題，組建工廠與產(chǎn)線，整條智能管理產(chǎn)線可以自主完成產(chǎn)品從原材料到合格產(chǎn)品的整個制造過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品小批量、多樣化生產(chǎn)。智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺流程圖，見圖2。

圖2 智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺流程圖

2. 模塊功能設(shè)計(jì)

（1）采購業(yè)務(wù)及供應(yīng)商管理

①供應(yīng)商管理：物料所對應(yīng)的供應(yīng)商基礎(chǔ)信息，同一物料可以有多個不同的供應(yīng)商，或者同一供應(yīng)商提供有不同的物料。通過管理供應(yīng)商信息、生命周期、供貨質(zhì)量等，優(yōu)化供應(yīng)商關(guān)系[4]。

②系統(tǒng)具有創(chuàng)新的引導(dǎo)式采購和零星采購功能，實(shí)現(xiàn)采購流程的簡化和數(shù)字化，從而提高合規(guī)性和控制力，同時降低成本與風(fēng)險。

（2）物料倉儲及庫存控制

①倉儲管理：通過出入庫業(yè)務(wù)、庫存調(diào)撥、物料移庫、批次管理、庫存盤點(diǎn)、質(zhì)檢管理和即時庫存管理等功能，有效控制并跟蹤智能制造物流和成本管理全過程，實(shí)現(xiàn)完善的企業(yè)制造及物流信息化管理。

②系統(tǒng)具備獨(dú)特的物料編碼和條碼管理系統(tǒng)，能夠分類管理好企業(yè)的庫存物料，并提供相應(yīng)的庫存查詢功能、出入庫記錄等，以及自定義打印表單等功能。

③具備庫存預(yù)警功能，在庫存物料數(shù)量低于設(shè)定下限或者高于設(shè)定下限時，系統(tǒng)會報警提示。

④具備時間告警功能，當(dāng)庫存物料過了保質(zhì)期或者快到保質(zhì)期時，系統(tǒng)會對該物料進(jìn)行報警提示。

⑤數(shù)據(jù)接口功能：與條碼掃描儀、條碼打印機(jī)、RFID讀寫器等有接口功能，方便用戶二次開發(fā)。系統(tǒng)開放庫存物料的當(dāng)前信息及數(shù)據(jù)庫格式，提供只讀功能，方便與其它應(yīng)用管理軟件共享庫存信息。

（3）生產(chǎn)及智能制造

①智能化檢測人、機(jī)、料、法、環(huán)、測六要素，通過人臉識別技術(shù)、自動感應(yīng)技術(shù)、生產(chǎn)任務(wù)分解、數(shù)據(jù)分析比對等技術(shù)手段完成智能控制。

②智能化生產(chǎn)管理，從物料的存儲、出入庫、齊套檢查、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)，應(yīng)用了RFID電子標(biāo)簽、條形碼等承載信息的智能硬件，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程跟蹤管理，生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與自動化傳輸線、智能檢測、智能工具箱、智能料箱等實(shí)現(xiàn)共享。

（4）智能料倉

①智能料倉可對接集成生產(chǎn)系統(tǒng)、配送系統(tǒng)，確保將生產(chǎn)所需要的各種原材料準(zhǔn)時送達(dá)生產(chǎn)線的裝配點(diǎn)，保證生產(chǎn)線旁邊的存儲區(qū)域不出現(xiàn)缺料或過多堆積的現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)柔性化、精益化生產(chǎn)[5]。系統(tǒng)與數(shù)字化孿生可視系統(tǒng)進(jìn)行連接，在大屏幕電子顯示屏上實(shí)時顯示物料信息。

②智能料倉包含物料、電子揀選料庫、RFID料庫、條碼料庫以及可視化智能料庫。

③電子揀選料庫主要包含物料、電子揀選物料盒及電子揀選標(biāo)簽。

④RFID料庫主要包含物料、RFID物料盒、超高頻電子標(biāo)簽及控制系統(tǒng)。

⑤條碼料庫主要包含物料、條碼料庫盒、條碼標(biāo)簽。

⑥可視化智能料庫主要包含物料、可視化智能物料盒、智能控制系統(tǒng)，可視化智能料庫用于管理標(biāo)準(zhǔn)件，實(shí)時顯示零件的品種和數(shù)量。

（5）數(shù)字化孿生可視系統(tǒng)

數(shù)字化孿生可視系統(tǒng)可實(shí)時監(jiān)控智能料倉中持續(xù)使用物料信息流及數(shù)據(jù)流，將端到端的物料信息或產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)整合到數(shù)字化主線中，方便管理者實(shí)時掌握生產(chǎn)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)作業(yè)現(xiàn)狀。

五、平臺的實(shí)踐應(yīng)用

智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺以智能制造物流管理平臺為載體，由智能制造管理軟件、手持終端、條碼打印機(jī)、RFID射頻讀寫系統(tǒng)、電子標(biāo)簽、智能工具柜、智能料倉、生產(chǎn)線等軟硬件構(gòu)成，通過網(wǎng)絡(luò)及軟件管理系統(tǒng)把生產(chǎn)線上的智能化設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，將“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”數(shù)據(jù)實(shí)時采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)自動決策和精確執(zhí)行命令的生產(chǎn)精益管理目標(biāo)。具體流程為：

作業(yè)者根據(jù)工藝路線進(jìn)行生產(chǎn)線選擇（全自動生產(chǎn)線還是半自動或手動裝配生產(chǎn)線）或配置，在產(chǎn)線配置完成后，系統(tǒng)依據(jù)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測六要素進(jìn)行核實(shí)，產(chǎn)線是否具備生產(chǎn)條件，環(huán)境是否符合生產(chǎn)要求，對生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)（各工序、工序步驟、實(shí)施步驟）進(jìn)行劃分，通過AI人臉識別實(shí)現(xiàn)操作權(quán)限管理，后臺經(jīng)過系統(tǒng)處理實(shí)現(xiàn)智能語音播報提示，技術(shù)人員依據(jù)產(chǎn)品特征、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)等數(shù)據(jù)，通過渲染視角和結(jié)構(gòu)視角制作產(chǎn)品分解圖、上傳裝配視頻，完成產(chǎn)線作業(yè)者指導(dǎo)培訓(xùn)。產(chǎn)線作業(yè)者依據(jù)視頻指引，完成產(chǎn)品生產(chǎn)。終端攝像采集生產(chǎn)完成的產(chǎn)品形狀，上傳系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品形狀比對，實(shí)現(xiàn)工藝智能檢測。

在物料的存儲、出入庫、齊套掃描、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)，原材料出入庫應(yīng)用了RFID射頻系統(tǒng)、電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)、手持終端系統(tǒng)等，通過物聯(lián)網(wǎng)與WMS系統(tǒng)連接，完成在收料、上架、揀選、齊套、配送、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集。此外系統(tǒng)與AI人臉識別、自動化傳輸線、智能檢測、智能工具箱、智能料箱等先進(jìn)的智能硬件實(shí)現(xiàn)連接互通。

通過平臺的操作使用，學(xué)習(xí)者應(yīng)能達(dá)到以下職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)：

（1）掌握產(chǎn)線物流概念，理解工業(yè)生產(chǎn)物流與商業(yè)配送物流的差異點(diǎn)。

（2）搭建人機(jī)協(xié)同智能產(chǎn)線物流的環(huán)境，通過實(shí)操可以智能化推演人機(jī)協(xié)同下的生產(chǎn)物流的模擬過程。如生產(chǎn)者進(jìn)入生產(chǎn)車間時，能通過刷臉確認(rèn)身份信息，進(jìn)入產(chǎn)線工位，看板信息顯示，含濕溫度信息，裝配原材料品名、規(guī)格，使用工具、力矩要求，裝配要求等。

（3）物料BOM清單的正確理解與準(zhǔn)確應(yīng)用。按照看板要求正確領(lǐng)取物料，按裝配順序生產(chǎn)產(chǎn)品。

（4）智能設(shè)備的安裝調(diào)試及維護(hù)保養(yǎng)。智能監(jiān)控屏幕能實(shí)時顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，工具數(shù)量增減，故障代碼提示等。

（5）智能制造物流管理軟件的操作與掌握。包括訂單處理、物料采購、備料、出入庫、配送、生產(chǎn)、包裝、入庫、供應(yīng)鏈配送等。

（6）智能制造物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)能力。接到新產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)后，根據(jù)原材料齊套情況、產(chǎn)線情況、生產(chǎn)能力、交貨期等信息選擇全自動還是半自動生產(chǎn)線，按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝流程。

（7）智能制造物流各個環(huán)節(jié)的信息處理能力。能實(shí)時處理智能料倉、電子揀選料庫、條碼料庫等數(shù)據(jù)信息，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。

六、結(jié)語

智能制造是新時代助力傳統(tǒng)制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效的必由之路，智能制造物流管理實(shí)訓(xùn)平臺是當(dāng)代智能工廠、智慧物流的一個縮影，平臺的開發(fā)和應(yīng)用適應(yīng)了行業(yè)和社會發(fā)展的需要，可為制造企業(yè)在職人員補(bǔ)齊先進(jìn)制造技術(shù)的短板，也可作為企業(yè)員工智能制造技能競賽的平臺，對職業(yè)院校而言，構(gòu)建了物流業(yè)與制造業(yè)“兩業(yè)融合”的孵化平臺，不僅能培養(yǎng)“兩業(yè)融合”的智能制造復(fù)合型人才，也為教師開展科研，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了創(chuàng)新條件。