物流信息系统在与生产体系的互动中发展

近年来,数字化技术和智能化产品日新月异的发展,加速了供应链体系模式的转变和水平的提升,促进了制造体系“多、快、好、省”地满足用户对产品的个性化需求的目标实现。物流体系以其在供应链体系中的重要地位,在生产制造体系的升级发展中起到了举足轻重的作用。在这种大变革中,物流信息系统也通过适应供应链体系的升级而得以迅速发展。

所谓生产物流信息系统,是指通过处理物流业务相关的数据或信息,为物流作业提供作业指示和进行数据分析的人机一体化系统。在现代化的企业管理中,物流信息系统如同生产物流机体的中枢神经,以精准及时的信息传递,完成大脑下达的各项指令,保障机体的协调动作。在供应链的发展过程中,生产制造体系要求物流体系的信息化系统与之相匹配,同时,物流信息系统的技术进步也会促进生产体系的变革与发展。

物流信息系统

一、汽车生产体系要求物流体系的与之同步发展

上个世纪20年代,亨利·福特在美国发明了世界上第一条流水生产线。面对供不应求的市场需求,他曾傲慢地宣称:“不管顾客需要什么颜色的汽车,我只有黑色的一种。”这种特殊的市场环境下的单一、刚性汽车生产模式,决定了其物流模式是十分原始的,其物流信息的传递的手段也是“简单粗暴”的,正像一些电影中所描述的那样,敲钟、摇铃、甚至是吆喝,都是发送物流信息、实现生产所需的物料的输送的手段。

到了上个世纪50年代,日本的丰田汽车公司开始潜心学习福特的大规模生产模式,并创造出了后来风靡全球的“精益生产方式”。“精益生产方式”的本质,就是以顾客需求为拉动,以消灭浪费为核心,以企业最少的投入获取最佳运作效益为目标的生产方式。这种先进的生产方式对供应链物流体系的要求就是通过控制零部件、在制品和产成品(商品)全过程的库存量,减少空间占用及多次搬运、存储产生的不必要的资源消耗。

精益物流模式的初级阶段是“后补充式”的物流方式。这种受超市柜台补充商品原理的启发所发明的物流方式,其原理是:在生产线的作业者开始使用生产线旁存储的零部件的同时,即向存储仓库或供应商发送补充零部件的信息(信息的载体是纸质的循环使用看板,图1是当年国内某日系合资工厂生产物流中使用的“后补充”看板。


因为看板需要循环使用,所以在实际使用过程中要进行塑封),看板经过一系列的传递到达供应商,供应商即按照看板指示,生产并发出必要数量和品种的零部件,并将从制造商传递过来的看板附着在对应的零部件包装物上,通过物流商将零部件运送到制造商的装配生产线(过程示意图见图2),完成了一个物流循环。


这种“后补充”的物流模式,信息流的传递相对较简单。根据生产计划并通过EXCEL办公软件即可以计算出需要制作的看板的数量;通过收集生产线投注的看板并扫描条码,即可以统计出各批次零部件需求的种类和数量;通过卡车司机携带,即可完成信息传递。当时的这种“精益生产方式”需要月度生产计划的锁定,是一种“半刚性”的生产模式,对信息系统(软件)需求也比较简单原始。

为了进一步提升生产和物流环节的精益水平,压缩中间环节的存货量,实现生产制造环节的“零库存”,自20世纪初开始,精益的物流模式已经由“后补充式”升级为“前补充式”。“前补充式”物流模式,简单地说,就是通过物流信息系统精确的计算,提前向供应商发出准确的零部件需求信息,以实现在生产线上某工位、某个时刻需要某种零部件时,该零部件“刚刚好”地送达。当然,实现这种“米秒不差”的精准物流配送,自然需要强大信息系统的支持。

图3是国内某汽车生产企业的“前补充式”物流信息系统的逻辑简图。


该信息系统的基本原理是:制造商与销售共同确定基于年度生产计划的“月度生产计划”明确本月生产的车型种类和数量,信息系统根据“平准化”原则形成总装车间的车型排列的“虚拟生产线”,信息系统根据各车型的零件清单(BOM,Bill of Material)计算出与“虚拟生产线”相对应的各时刻零部件的需求,并通过网络提前释放给对应的供应商(组织生产)、物流商(编排集货路线)和内部相关部门,进行信息管理、进度管理、空箱管理和财务管理等等。

因此,生产体系和物流体系的升级,一定会要求信息系统也实现同步的升级,以满足生产的需要,而这种同步升级必将会带来信息系统的复杂性、功能性和运行效率的大幅提升。

随着制造企业管理手段趋同、生产能力过剩和用户需求的日益个性化,加快产品投放速度、提升制造效率、降低产品成本、提高产品质量和促成产品精准交付的要求日渐凸显。推行以数字化技术和智能化产品(业内也称之为“数智化”)的广泛应用为代表的高效率、高柔性化的精益生产体制是解决上述问题的根本出路。在这种工作场景下,无人运输装卸、AGV自动配送、RFID调度识别、智能存储等作业形式替代了人工作业,同时,以信息传递为主要功能的物流信息系统已经无法满足这种新形势的需要,必须要升级为集信息传递和调度指挥为一体的智能调度中心,传递生产信息,指挥调度智能装备进行有序作业。

生产物流信息系统

图4是AGV监控系统的显示屏,该系统是智能调度中心的子系统,通过对百余台AGV进行作业状态进行监控,指挥着AGV进行有序的作业。除AGV子系统外,智能调度中心的下位系统还包括智能分拣子系统,自动存储子系统,智能拣选子系统,作业防错监控子系统等等,按照各自的分工,有条不紊地履行着自己的职责。

目前,一些先进的制造企业在推行高柔性生产方式的同时,要求物流环节继续保持从项目规划到实施全过程的高效率。物流体系通过应用仿真、“数字孪生”、虚拟现实(VR/AR)等信息技术手段进行方案优化、状态监控和结果验证等工作,较好地满足了物流体系高效化的要求。

二、物流信息技术进步逆向促进了生产模式的升级

需求刺激技术进步,技术进步反之也会拓展应用。这种双向的促进,带动了体系中的各要素不断向前和谐发展。发展的实践证明,生产领域物流信息化技术的发展确实会对生产模式的变革也起到促进作用,推动生产方式达到新高度。

案例一、物流的SPS(Set Parts Supply,按辆份配送)物流模式改善了总装车间作业者的生产效率,提升了产品质量水平。

一般说来,汽车工厂总装车间的作业者的装配作业主要由两部分组成:1、按照汽车的配置要求选择对应的零部件;2、将选择的零部件装配到车体上。随着用户的个性化需求不断增加,生产线上的各车型的选装零部件种类也会越来越多,这将带来以下几方面的问题:一是生产线两侧空间有限,无法存放种类日益繁多的零部件,制约了生产方式的柔性化;二是在种类繁多的零部件中选择正确地零部件需要花费较长的时间,生产线的生产节拍无法提升;三是经常发生零部件装配错误的问题,影响了产品质量,甚至会酿成重大事故….. 这几方面的瓶颈问题曾一度制约着总装生产线效率的提升。随着计算机硬件配置的不断升级、运算速度大幅度提升和软件功能的不断强大,生产物流信息系统不断细分并逐步实现模块化和专业化,协同能力得到显著提高。如BOM系统,可以快速精准地提供不同车型的零件配置清单,指导生产线的作业者按照用户的个性化需求完成装配作业;零部件拣选系统,通过零部件存储管理系统和物流作业者智能手环的关联互动,指示作业者快速、准确地拣选装配所需的零部件,准时实现向生产线的配送;车辆进度管理系统,可以实现将生产线的作业进度信息实时传递给物流作业者,指示作业者按照生产线的“拉动”,准时完成零部件的配送……这些系统模块的高效协同作业,破解了制约总装生产线效率进一步提升的瓶颈,催化了零部件的SPS配送模式:实现了生产线作业者对零件识别、拣选与装配作业的分离,促成了生产作业方式的一次重大变革。

案例二、物联网(The Internet of Things,简称IoT)技术的成熟与和发展,促进了汽车生产制造方式由传统的方式向智能化方式的升级转变。

物联网是由多个既相互独立又互相关联的信息系统集合而成的网络平台,通过一个基于互联网的信息承载体实现对数据信息处理,让相关的普通物理对象形成互联互通的网络并有机协同,完成预定的动作或任务。在汽车生产制造和物流配送环节,物联网通过RFID、扫描等自动识别的手段,实现信息的快速流通,高效地满足生产和物流的实际需求。


图5是某汽车制造工厂物流环节应用IOT的现场实景图,由AGV、升降梯和部品器具组成了物联网的物理单元,通过三者之间的“对话”,实现了对AGV运载器具的识别、进出升降梯的调度、生产线不同的作业区零部件配送的指令下达。可以说,IOT这种集成不同信息的网络技术,催生了智能化生产模式,提高了制造过程的灵活性和生产效率。


三、实践收益与建议

在一些现代化企业的经营活动中,专业人士已经通过研究和应用“优化算法”来编制适合企业自身发展特性的“软件”,这些“软件”或者独立作业,或者有机协同,集合成有鲜明 “本土”特色的“信息系统”,发挥着“团队力量”。尽管说在当前的形势下,生产模式要求物流模式及其信息系统与其保持同步仍然是供应链体系中的主流,但是,随着AI(人工智能)、区块链、云计算、大数据、“3D打印”和5G等前沿技术的开发及其在信息领域的不断尝试应用,由此逆向引发的生产模式和物流模式的变革已经是初见端倪。

通过几年来在汽车供应链体系的工作实践和对一些课题的思考,在生产模式和信息系统的关系及二者未来的发展方向方面,有如下几点粗浅认识。

1.需求是纲,纲举目张:对信息系统的构建要从实际需求出发。只有提起“需求”这根“大纲”,后续工作的“网目”才会一个个“张开”,才能顺利有序地开展后续的工作,最终完美实现设计的目标。在生产物流体系中,信息系统是手段,是“目”。需要“目”完成什么动作,实现什么功能,完全取决于需求这个“纲”。厘清需求、精准“输入”,对信息系统的构建是至关重要的。国外某知名汽车公司将其开发的生产物流信息系统分为“梅、兰、竹、菊”四个等级,用以满足不同复杂程度的生产模式的需求。简单的生产模式,匹配“梅”版信息系统,比较复杂的生产模式,匹配“兰”版信息系统… …如此对等升级。相对于某种生产物流模式需要配备合适的信息系统,匹配的信息系统如果太“LOW”,则无法满足需要,如果过分“高大上”,又会出现功能过剩,造成浪费。只有这种匹配的“刚刚好”,才会恰到好处地满足需求,体系才会实现精益。

2.以系统思维构建信息系统。在供应链体系中,信息系统的集成化已是大势所趋。为了能够使体系发挥出最大的效能,子系统之间匹配就显得尤为重要。这就需要在充分考虑系统的关联性的前提下,在进行统筹规划、统筹设计,既要克服某些子系统的 “长板”,又要杜绝某些子系统的“短板”,确保子系统之间精益协同和整体效果的最大化。

3.正确认识信息系统的局限性。尽管说信息技术的发展日新月异,但是仍难以解决所有的问题。一些企业为提升自身的竞争力,提出了大规模定制、可配置化订单的生产模式,并对物流模式提出了“高柔性”和“自适应”的要求。尽管说,一些前沿探索已经能够清晰地把需求描述出来了,可是,在现有的信息技术条件下,如何将理想变为现实,可能还需要有很长的探索。