航空制造智能生產物流體系研究

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摘要:分析了國內外航空企業物流發展現狀及智能物流的研究現狀，指出了我國航空企業物流存在的問題，并基于物流運轉結構和運轉支撐體系設計了智能物流架構體系，根據智能制造關鍵技術及現代物流管理理論方法，給出了智能物流系統構建所需的管理體系、關鍵技術及發展模式，為航空強國建設過程中智能物流系統的建設提供參考。

關鍵詞:智能制造;生產物流;物聯網

航空工業是體現國家綜合國力和軍事威懾力的戰略性高科技產業，是衡量國家工業基礎、科技領先水平與國防現代化程度的重要標志［1］。航空工業的快速發展和進步對國家的基礎工業體系和科學技術發展具有巨大的帶動作用和產業輻射效應。航空強國戰略的實施，對國家工業和科技發展水平的整體提升具有重大意義。航空工業是凝聚高精尖技術的領域，航空產品屬于科研型產業形態，具有技術密集、高度綜合、廣泛協作等特征，高度依賴于一國的工業基礎體系和科技創新體系。因此，航空強國的實現離不開工業水平的不斷發展和科技水平的提升。智能制造作為應對未來新一輪工業革命的前瞻性工程，是航空強國目標實現的有力武器。物流作為制造企業日常基本活動之一，是連接產品研制供應鏈和生產制造各部分的關鍵環節，在產品研制、生產過程中有著舉足輕重的地位。據統計，在產品生產過程中，用于加工和制造的時間僅為5%～10%，其余90%多的時間消耗在存儲、等待加工和運輸等不增值狀態，物流費用占到總成本的50%［2］。因此，物流被看做是企業實現利潤增長的下一個“利潤源”。航空產品成本的降低、研制周期的縮短是提升航空企業競爭力，早日實現航空強國的有效手段。因此，對智能生產物流體系建設方法進行探索，以先進物流管理理念結合智能制造技術方法，提升物流系統的信息化、柔性化、智能化水平，降低產品生產成本，縮短研制周期，對航空強國的建設具有非常重要的意義。

1航空企業生產物流存在問題

1．1現代物流管理體系不健全。物流業務穩定高效的運行離不開健全的管理體系，明確的發展戰略、完整的管理制度、完善的標準規范、科學的評價體系以及高效的組織管理模式是現代物流管理體系不可或缺的要素。但由于國內航空企業普遍存在重生產輕物流的傳統思維定式，對物流的重要性認識程度不夠，導致在現代化建設過程中缺乏現代物流發展戰略，無法為物流業務的現代化建設提供持續的、系統的支撐和指導。進而導致企業內部缺乏甚至沒有現代物流管理制度和覆蓋物流業務全流程的標準規范，難以對物流業務進行科學的監控和準確的評價，對運行過程中存在的問題往往只能從點上改進，無法從根本解決。另外，在組織管理模式上，絕大部分航空企業缺乏自上而下、統一的物流管理組織機構，物流運行處于分散的、初步的功能性管理，缺乏系統的、全局的統籌管控，敏捷性較差、部門壁壘嚴重，導致了物流各環節銜接不順暢，整體效率低［3］。1．2物流信息化水平低。國內航空制造企業物流信息化水平目前還處于初級階段，大多航空制造企業只是通過信息化手段實現企業內各環節數據流通，而企業間信息仍處于封閉、孤立的狀態，不同設備、不同工位、不同車間仍存在很多的信息孤島。目前，航空企業內的信息化水平低造成的壁壘已經成為供應鏈和生產過程的最大阻礙。由于信息化基礎過于薄弱，生產過程中信息的傳遞流通常常出現斷點，導致信息不能連續及時傳遞，出現信息流與物流不同步，造成了物料的等待、倉庫的積壓等問題，嚴重影響物流效率。1．3物流模式傳統。目前，國內航空企業生產物流主要以自營為主，采用傳統的面向服務的物料配送模式。車間生產線上物料供給采用被動生產要料方式，即所有物料按類別存放在幾個各自孤立的庫房，如毛料庫房、工裝庫房、原材料庫房、樣板庫房、刀量具庫房等，為滿足快速增長的產量需求，保證生產加工的連續不斷線，各大企業對物流基礎設施進行了分散投資和重復性建設，卻鮮少采用第三方物流(3PL)、第四方物流(4PL)的配送模式以及供應商管庫存(VMI)等模式來減少物流成本壓力，使運輸、庫房等物流資源出現嚴重的浪費［4］，物流成本難以控制。

2智能物流結構體系設計

在智能制造模式下，利用物聯網、大數據、人工智能等技術，將物流各要素連接入網，通過傳感器實時采集物流運行過程中的各種數據，供后臺大數據系統進行分析處理，根據智能算法給出決策方案，通過集成的物流管控系統對物流資源進行統一的調配、管控，減少因人工經驗判斷造成的操作錯誤，提升物流信息集成和業務協同程度。從業務流程管控和運行支撐層面出發，可以將智能物流系統的總體架構設計為7個層級(如圖1所示):執行層、采集層、網絡層、數據層、決策層以及管理支撐層和技術支撐層。前五層通過信息流的上下連續流轉實現不同業務間的穩定循環，管理支撐層和技術支撐層，通過完善管理體系、優化業務流程和先進的技術方法應用保障物流業務的準時、高效、低成本的運行。決策層，負責對物流運行過程中各項活動進行決策，并向循環鏈中各層發出執行命令。該層以物流信息管理平臺為依托，依據數據處理、信息分析，并結合支撐層的業務流程、管理策略方案、算法模型，對物流任務、運行問題進行管理決策。數據層，負責對物流不同過程、不同要素的數據進行存儲、處理、挖掘、分析，供其他各層使用。該層以數據庫、信息平臺為依托，匯聚來自物流各環節不同要素的數據，應用大數據等數據分析處理技術，實現對異構數據的整合和關鍵信息的挖掘分析等功能。網絡層，負責對物流不同過程、不同要素數據的傳輸，連接物流過程各要素，消除信息孤島，實現信息融匯貫通。以工控網、物聯網等網絡實現信息平臺與倉儲設備、運輸配送車輛、搬運設備設施、物料等的互聯互通。采集層，負責對物流不同過程、不同要素數據信息的采集和對象狀態的感知。利用數據采集技術，通過應用傳感器、條形碼、數據采集終端等設備對物料信息、設備信息、人員信息、環境信息進行采集，供物流系統各要素狀態的監控。執行層，負責物流運行的具體實施，如倉儲、運輸、配送、搬運、裝卸等。接收來自物流管控系統發送的指令，完成相應的工作，并反饋給系統。管理支撐層，用于支撐物流系統的平穩、有序的運行。該層通過對物流系統業務流程、要素進行梳理，固化流程、明確業務，構建相應的管理制度、標準規范和評價體系，優化組織管理模式，保證物流系統運轉過程高效、穩定、規范的進行。技術支撐層，用于支撐物流系統的高效、合理的運行。該層針對物流系統流程、要素，通過將先進技術、方法、工具、管理策略、管理模式等應用到物流管理全過程，減少物流規劃布局過程的浪費，提高物流運行效率，降低物流運行成本。

3智能生產物流體系建設探索

3．1管理體系建設探索。智能物流建設的首要目標是建設符合智能化物流管控的現代化管理體系，包括物流制度及標準規范的制定、評價指標制定以及高效化的組織管理模式建設。3．1．1制度及規范標準制定。制度、規范的制定是基于業務梳理和流程固化。國內很多航空企業對物流業務范疇未形成統一的概念，通常以小物流概念居多，狹隘的將物流限定在配送或運輸等周轉環節。因此，制定物流制度和標準規范的第一步是理清物流業務和流程，再根據物流業務流程確定分工及管理權責。具體做法如下:物流業務流程梳理。根據物流全要素(包裝、倉儲、配送、裝卸、搬運、運輸、流通加工、物流信息等)及生產現狀進行物流業務范疇的界定。基于物流要素為核心，對原材料包裝、原材料配送、毛料加工、工序間內部物流周轉搬運、各單位間外部物流周轉、物料交付配送、物料倉儲等進行全流程梳理與固化。完善物流管控制度。根據物流業務流程梳理，完成物流組織設置、任務分工、職能責任、流程活動、績效評價等的規定，完善物流管理制度。建設物流關鍵環節的標準規范。固化運輸、配送、倉儲管理流程，從運輸、配送器具選擇、包裝方式、貨物固定方式、配送路徑等進行配送的全面規范;從倉儲貨架、存儲器具的使用、維護進行規范，對貨物臺賬記錄、庫存盤點、出入庫操作等進行嚴格要求。建設物流信息化標準規范。智能制造的基礎是信息化，因此信息化標準規范尤為重要。根據物料信息傳遞需求，對物流各要素的信息載體、信息編碼、信息流轉等進行統一規范，以及對信息系統間(自動倉儲系統、物流管理信息平臺)的接口標準進行統一。3．1．2評價指標。從經濟、高效、準時等維度出發，需進行物流成熟度評價模型構建、物流績效評價指標制定等工作。構建物流成熟度評價模型，如:敏捷能力、倉儲管理能力、物流應急能力、物流成本控制能力、信息化水平、自動化水平等的評價模型，用于對企業物流發展水平的監控和評價，及時發現物流能力的短板，進行科學的改進。另外，制定物流績效評價指標，用于評價物流管理運營情況，加強物流運營管理。需確定指標的構成，如:在制品周轉率、庫存周轉率、配送準時率、接收及時率、車輛滿載率、包裝循環利用率等，明確指標的定義，并確定各項指標支撐數據的來源、獲取方式、計算公式等。3．1．3組織管理模式。在界定物流業務范疇的基礎上，對部門分工、物流資源進行整合優化，構建管理專業化、功能集約的物流組織。物流組織功能職責需包含物流全要素(包裝、倉儲、配送、裝卸、搬卸、運輸、流通加工、物流信息等)，并按要素進行職責細分。在此過程中要改善傳統的“縱向一體化”模式，降低管理成本大，借鑒“橫向一體化”管理模式，形成了一條貫穿生產制造部分的“鏈”，通過統一的標準、規范和協同機制，提升物流鏈各節點能夠協同性［5］。3．2關鍵技術建設探索。智能物流系統基礎框架可總結為3個“及時”，即為:及時對物流過程的基礎數據進行收集，及時對收集的數據進行分析，及時對分析的結果進行響應。可見數據采集、分析、反饋的相關技術，如:物聯網、自動識別、大數據以及人工智能技術等，是智能物流系統建設過程中的關鍵技術。3．2．1物聯網。數據是智能化的基礎，而物聯網是獲取數據的關鍵手段。物聯網通過自動感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，實現物物相連。在智能物流建設中開展物聯網技術研究，就是要給物流相關資源、物料加上適當的傳感器，實時采集物流資源相應的狀態數據，并通過網絡技術傳輸至數據處理服務器進行統一的處理和反饋。通過物流物聯網的的研究和實施，能夠實現物料流轉全過程、各要素狀態信息的采集、傳輸、集成，實現運輸配送車輛、搬運設備設施等物流資源的互聯互通(如圖2)，提高信息的流通及時率，增強物流系統反應速度。3．2．2自動識別技術。在傳統的物流系統中，物料的流轉常采用單據、憑證等紙質或非結構性電子文檔為載體，通過手工記錄、郵件傳輸、人工計算等方法進行物流信息的采集、傳遞、處理、分析和反饋，不僅極易出錯、信息滯后，同時也加大了物流從業人員的工作量和操作難度，并且常因信息延遲或錯誤，造成物流管理工作難以對物流活動的各個環節進行統籌協調，無法很好的控制物料流轉，更無法實現系統的實時監控和及時優化。自動識別技術是物聯網中關鍵技術。該技術的應用融合了物理世界和信息世界，能夠很好的解決傳統物流系統中信息無法自動采集、分析的問題。目前常用的自動識別技術包括:條碼識別技術、射頻識別技術(RFID)、光學字符識別技術(OCR)、磁卡識別技術、圖像識別技術、生物識別技術等。在物流系統中應用較為廣泛的是條碼技術、RFID技術以及圖像識別技術等。將條碼技術用在物料信息的采集上，能實現物料掃碼揀選、掃碼出入庫、掃碼交接、掃碼開工等自動化過程，提升過程自動化水平。將RFID技術應用于配送、存儲器具上，系統能夠及時的定位物料運輸、存儲器具的位置，從而可以獲取物料位置。自動識別技術的應用，能夠實時反饋物料流轉過程，改善物流過程需人工干預的傳統作業方式，提升信息采集準確性、高效性。3．2．3大數據。物流系統的穩定運行需與企業其他信息系統，如ERP、MES等，進行信息和業務上的集成，需及時從海量的數據庫，包括用戶數據庫、物料資源數據庫、產品數據庫等，獲取大量的數據，加之物料流轉過程中產生的數據類型繁多，如視頻、圖片、文本信息、地理位置等，既有結構化的數據表格，也有半結構化的文本、圖像數據以及非結構化的空間數據等。如何將手工的、延時的、無序的、碎片化的數據轉化成實時的、有序的、集成的信息，是大數據研究要決定的問題，也是構建智能物料決策系統的前提［6］。物流大數據關鍵技術通常包括:數據采集管理、分布式存儲、實時計算處理技術等。其中數據采集管理技術包含數據抽取技術、數據清洗技術、數據融合技術、數據庫技術等［4］;分布式存儲技術是將分布在不同地方的存儲設備組成一個虛擬的存儲設備，根據存儲資源和需求情況將數據存儲在最佳位置，以提高系統的存取效率［7］;實時計算處理技術是將采集到的實時性信息，進行及時高效的處理，快速獲取計算結果，并運用于物流運行的分析和決策中［8］。3．2．4人工智能技術。通過物聯網、自動識別技術能夠對物料的“時空量態”數據進行采集、傳遞，通過大數據技術能夠對海量的、不同結構、無序化、碎片化的數據進行清洗、挖掘、分析，但如何進行科學、最優的決策，則需要相應的規則、算法。人工智能技術的應用是實現物料環節最優決策的有效手段。目前，人工智能技術應用主要聚焦在:智能搜索、推理規劃、模式識別、計算機視覺以及智能機器人等領域［9］。在物流行業中，人工智能技術能夠貫穿于物流的各要素，包括倉儲、運輸、配送、揀選等。例如:在物料的出庫揀選、配套過程中，能通過計算機視覺技術、智能機械臂等進行物料自動識別，進行動態揀選配套;在配送環節通過應用智能運輸機器人結合SLAM(即時定位與地圖構建)技術能夠選擇最優路徑，將物料精準配到相應位置;在倉儲管理過程中，人工智能技術能夠根據不同約束條件，如配套關系、尺寸信息、時效信息、存放經濟性、存取效率等，進行充分的優化與學習，從而給出最優的存儲位置及庫存調整方案。3．3集約化管理模式探索。如何實現物流效率的提升和成本的降低是建設智能物流的最大目標。智能物流體系建設除了在管理體系、先進技術方面建設外，還需要從物流模式上進行優化。而集約化物流模式是解決物流運作過程效率低、成本高的有效通道［10］。(1)集約化物流模式就是要將物流中的所有資源進行集中化，運用信息技術進行統一管控、統一調配，減少資源浪費和非增值環節。航空企業的集約化物流模式建設可以根據航空企業物流發展現狀，從如下3個模式開展探索:(2)倉庫集中管理，分散存儲模式探索。以物流信息平臺為支撐，開展倉儲系統“集中管理、分散存儲”模式的建設，對分散在部門內的倉儲、貨架進行資源整合，實現統一管理，協同調撥，充分利用倉儲資源，避免倉儲使用不均衡。(3)集貨運輸模式探索。開展企業各部門間運輸資源統一調配，物料集貨運輸模式建設，統一調配運輸配送資源，結合物料配送信息，實現車輛按需派送，物料集中運輸，提高車輛裝載率、減少運輸資源浪費。(4)供應商管理庫存模式。由供應商管理物料庫存，并負責將相應物料進行配套、配送到線邊物流區域，減少企業庫房、配送運營成本。

4結語

航空強國的建設需要高效、優質、低成本的生產方式，而將智能制造方法技術與現代物流管理理論相結合的智能物流系統必將為航空強國的建設提供保障。

作者:鐘 衡 胡 軍 胡廷貴 龔亞琪 單位:成都飛機工業( 集團) 有限責任公司