伍強精品課堂:論物流裝備的定制化與標準化

作者:尹軍琪 時間:2020/05/27 來源:伍強智能科技

        “互聯網+”時代的到來,加快了工業品“定制化”的步伐,個人消費產品如此,如汽車、電器、服裝等行業,企業產品也是如此,如飛機、高鐵等行業。物流系統本身就是一個非標系統,定制化的程度本來就很高,隨著“互聯網+”概念的迅速普及,物流裝備如何借助于互聯網快速升級以適應日趨激烈的市場競爭變得日益迫切。

        互聯網時代與傳統時代的一個明顯不同就是:距離短了,時間快了。對于制造業來講,由于市場需求個性化趨勢使然,過去的“規?;a”正向“定制化生產”轉變,同時,市場信息全覆蓋的趨勢也越來越明顯。在國內,東西部的距離,在世界,東西方的距離,都在迅速變小,市場信息在互聯網時代,更是逐漸演變成“零距離”。

        在這種情況下,一方面,市場對定制化的需求越來越強烈,大大提高了制造成本;另一方面,則是市場競爭越來越激烈,地域之間的綜合差距越來越小,發達地區的技術優勢往往難以抵擋欠發達地區的成本優勢的沖擊,尤其對于技術難度較低的產品更是如此。物流裝備大多屬于這種情況。

        01定制化是基本特征

        物流集成系統的定制化是其基本特征,與單純的產品定制化不同,一方面是系統的差異,即整體的差異;另一方面才是產品級別的差異。

        系統差異方面。由于行業不同、處理的物料對象不同、流程不同、規模不同、地理位置不同、溫度不同、管理方式不同、基礎條件不同等,世界上幾乎沒有兩座完全一樣的物流集成系統。除了個別情況外,基本相似的系統也是極其少見的。正是這種獨特性,才顯示出物流集成系統的規劃設計變得至關重要,并成為一項專門的工作。

        產品差別方面。一部分原因是由于系統選型的不同所導致的,如貨架的高度及規格尺寸和單元重量;堆垛機高度、載貨臺型式、起升與運行速度和加速度、作業能力;叉車的型式和額定載荷;輸送機的寬度、速度、輸送能力、分段長度、分流與合流方式等。這些差異都是由于系統變化直接導致的。另一部分卻是由于客戶的定制化需求所決定的,如設備的顏色搭配方案等,這些與系統的關聯不大。盡管物流技術有一定的通用性,但這種定制化的需求,一方面導致了產品的變化豐富多彩,給規?;a帶來了困難;另一方面,不同類型的產品,或同一類型產品的不同組成部分,導致其定制化的含義發生了改變。

        貨架是物流系統的最常見的設備之一,也是最簡單的設備之一,但貨架的定制化程度依然非常高,包括貨架型式、尺寸、顏色、承載能力等多個方面。即使是非常類似的兩個物流集成系統,也會出現明顯的差異。

        有人認為貨架生產簡單,這是一種對貨架生產不了解的表現。事實上,貨架的設計、計算非常復雜,生產過程的質量控制也非常難,如對軋機的要求、材料的要求、溫度的要求、表面處理的要求以及孔型、連接方式、安全防護的要求等,都需要有專業的知識和經驗。沒有這些專業知識和經驗,所生產的貨架,不僅質量難以保障,成本難以控制,而且其安全性也難以保障。

        巷道堆垛機是一套復雜的系統,其定制化體現在多個方面,簡單的如尺寸、承載能力、結構型式、托盤型式、貨物尺寸、貨叉型式、配色要求、巷道寬度、巷道長度、貨架高度等,復雜的如材質要求、安全性要求、速度與加速度要求、作業能力要求、故障處理能力要求、聯網要求、接口要求、可靠性要求等。

        為什么不同廠家的堆垛機價格上有很大的差異,除去進口因素之外,系統的構成、性能參數和加工工藝是導致巨大差異的根本原因。這些差異也反映在產品的性能方面。

        其它產品,如輸送機、分揀機、AGV(包括kiva)的情況也是如此。其定制化的特征非常突出。這是物流裝備的普遍情況。盡管不同類型的產品,其定制化的要求和程度不同,但定制化是其共同的特征。

        物流裝備定制化的特征,加上我國物流裝備產業的集約化程度不高,是導致生產效率低下,產品成本居高不下的根本原因。隨著市場競爭的加劇,行業利潤逐年走低,如何在保證質量的前提下降低成本,成為行業面臨的首要問題。

        02規?;a是必然出路

        長期以來,我國物流裝備行業小、散、亂的局面一直沒有發生根本改變。隨著物流市場需求的快速增長,尤其是電子商務的快速發展對物流裝備帶來的需求的激增,使得物流裝備行業在過去10多年間呈現出欣欣向榮的態勢。不僅市場總體需求每年以超過30%以上的增長,參與的企業也是如雨后春筍般涌現,2015年以來,資本市場對物流和物流裝備行業產生了濃厚的興趣,從另一方向促進了物流裝備業以驚人的速度迅猛發展。我國的物流裝備市場需求,在2016年前后即已經位居世界4個主要市場的前列,成為發展速度最快的單一市場,這4個市場分別是歐盟,亞洲(主要是日韓),北美和中國。

        面對日益激烈的市場競爭和定制化需求的現實,規?;a仍然是大幅度降低生產成本的首要途徑。

        何為規?;a?這個問題并不難回答。自福特和豐田推出流水線生產的理念后,世界汽車業就進入工業化的大規模生產階段。并且取得了顯著成效。這一理念迅速被推廣到其它行業,由此推動了世界工業化快速發展。

        規?;a不僅大幅度降低了生產過程的成本,而且降低了整個供應鏈的總體成本。如設計成本的攤銷,采購成本的下降,運輸與倉儲成本的下降,管理成本的下降,銷售成本的下降等。尤其是引入機器人以后,生產成本進一步下降。以貨架橫梁的焊接為例,一個工人一天的焊接能力可以達到150根,成本可以下降到1~2元/根,但如果一天的生產規模只有50根的話,工人的成本將因為沒有規?;黾訑当?,如果采用機器人生產,產能會進一步增加,成本攤銷會低于1元/根。規?;a大幅度降低了產品生產過程的人工成本和設備成本,這一部分成本對于不同領域和不同產品而言,占總成本的50%甚至更高。

        規?;魉€生產的核心思想是讓一個人只干很少的一部分工作,并不斷重復。大幅度降低生產準備和切換的時間,從而提升生產效率。一般情況下,流水線生產生產效率會是普通生產的1~5倍,不同的工種差異很大。

        然而,規?;c定制化是一對矛盾,如何解決這一矛盾,則是所有參與企業最為關心的問題。從系統設計角度看,要實現規?;a,必須要減少設備的種類和規格,使每一類產品的需求構成規模,這與定制化其實是背道而馳的,因為未來的市場趨勢應是豐富的和多樣化的。從制造業生態環境的構成角度看,要大幅度減少產品的同質化,明確分工,使每一類產品的生產大幅度集中,每一個參與者都應朝專業化和集約化方向發展,改變制造業小、散、亂的局面,但從現實情況看,情況不容樂觀。我國的貨架、堆垛機、叉車、托盤、分揀機、輸送機、AGV等主要產品的生產廠家不下1000家,分布非常廣,集約化程度雖有增加,但遠遠不夠,這也導致我國物流裝備和系統集成企業的產值普遍不大,短期內看不到出現世界級企業的希望。

        03模塊化和標準化是解決之道

        物流裝備品類繁多,千變萬化,面對定制化和規?;@一對矛盾,采用模塊化設計和標準化是唯一途徑。

        模塊化的概念非常好理解,就是將一個整體進行有效分解,使其由一個一個獨立的模塊構成。就像日常生活中的搭積木。模塊化設計大幅度降低了系統設計的難度。

        在軟件設計中,模塊化是將系統分解為一個一個的功能塊,分別進行調試,然后整合成為一個整體。模塊化不僅解決了軟件開發的分工問題,使項目組可以同時進行開發與測試,而且一個模塊出現問題,不會影響其它模塊的正常運轉。

        在產品設計中,模塊化也是如此。因為任何復雜的產品均可分解為不同的模塊組成。產品的多樣性僅僅是模塊的不同組合型式而已,這是模塊化之所以能夠解決規?;投ㄖ苹艿脑?。

        當然,實際生產中,模塊不可能無限的多,并且過多的模塊本身就與規?;a互相矛盾。并非任何產品都可以由標準的模塊所組成,如堆垛機的立柱,它的尺寸往往要與場地相結合,立柱高度就是一個非標值,這時,強制進行標準化,不僅沒有必要,反而會增加生產和管理成本。

        產品的模塊化旨在大幅度降低其“非標”的比重或非標的程度,從總體角度的100%降低到30%或更低,即已經達到了規?;a的要求。即使是像堆垛機的立柱,也應在結構型式、承載能力、接口型式、尺寸等方面做到標準化和參數化,一方面使其設計難度大幅度降低,另一方面,減少備料的難度。甚至還可以將立柱進行進一步的模塊化,使其由若干標準段和非標段所構成,降低非標的程度。

        什么是“標準化”?“標準化”的定義是:“為了在一定范圍內獲得最佳秩序,對現實問題或潛在問題制定共同使用和重復使用的條款的活動?!边@是一個比較拗口和抽象的定義。其實所謂標準化的主要含義,在生產領域,主要是對產品所要遵循的技術要求,質量要求和接口要求提供一致指南。

        標準的范圍非常廣,可以是設計手段,數據接口,機械接口,材料選擇,適應場合,承載能力,功率輸出等多個方面。對模塊化設計而言,標準化是其基礎。標準化不僅是對不同設計者而言,遵循同樣的標準可以簡化過程,順利完成對接,如電機的功率、基座型式、傳動軸方式等,而且可以大幅度增加模塊的復用,從而為規?;a創造條件。

        標準化在物流裝備行業不同專業間的應用是非常廣的。如托盤、叉車、貨架、堆垛機等產品的標準化,已經形成全行業共同遵循的一系列標準。然而,產品本身的模塊設計卻參差不齊,這與具體企業的規模、能力、管理和認知有很大關系。

        有人說,標準化程度的高低是一個國家和一個行業制造水平的體現,對物流裝備何嘗不是如此。如何理解標準化和應用標準化,應是一個長期的過程。

        04主動迎接新時代的挑戰

        上世紀90年代,計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)發展如火如荼,徹底改變了過去的設計理念和方法,也為模塊設計和標準化打下了基礎。

        在互聯網+時代,隨著智能制造理念的提出,尤其是人工智能理念的提出與應用,計算機輔助設計與制造達到了一個新的高度,設計手段和生產手段均發生了根本性的改變。

        在設計環節,智能設計提供了更多的選擇,并且為每一個設計方案提供了從力學計算到計算機仿真到計算機輔助樣機制造(如3D打印技術的應用)、實驗驗證等全部過程。許多新的結構形式,在以前都是奇思妙想,或不可思議的東西,將成為現實。最優化的產品設計成為可能。計算機仿真技術的應用,大幅度縮短了新產品研發的時間,而以3D打印技術為代表的新制造技術的應用,則為樣機制造和高難度零件加工提供了全新的方法。不僅設計研發成本大大降低,而且設計研發難度也大大降低。隨著AI技術的研究不斷深入,智能化成為設計研究的主要技術手段,未來的設計研發將會更加快速、全面、有效、徹底。

        在生產環節,無人化的制造系統達到了一個新的高度。機器人制造、智能化的物流系統、透明化的信息管理系統、柔性化的生產制造系統,一方面使得定制化生產難度大大降低,準確性和質量大大提升,另一方面,使得制造成本進一步下降,響應速度進一步提升。以人工智能參與管理的新興制造系統,將徹底改變過去人工管理下生產切換效率低的問題和質量難以保證的問題。柔性化的生產線將取代傳統的流水線,機器人將大部分取代人的工作。先進的制造系統的標志將是柔性化、無人化和智能化。

        大規模定制化,在20年前可能只是一個理念,但今天,已經是每個制造業企業所必須面對的選擇,物流制造行業也是如此。

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