智能制造物流管理實訓平臺開發與實踐

時間：2023-01-10 16:09:26來源：food欄目：物流新聞閱讀：

文｜南京工業職業技術大學 談慧丁茜

摘?要：制造業、物流業作為我國經濟發展的兩大支柱型產業，在制造業與物流業“兩業”融合之中，智能制造生產物流將發揮重要橋梁作用。文章闡述了制造業和物流業聯動發展的重要性，培養基于智能制造的智慧物流人才是物流專業“新文科”建設的目標；提出智能制造物流管理實訓平臺的設計理念和設計目標；依據數智加工、精益物流的特點，構建智能制造物流管理實訓平臺的系統架構和業務流程；對采購與供應商管理、物料倉儲與庫存控制、生產與智能制造、智能料倉和數字化孿生可視系統五個主要模塊的業務功能進行詳細描述，最后總結出平臺使用者所能達到的職業技能標準。

關鍵詞：智能制造、物流業、制造業、實訓平臺

一、智能制造物流管理實訓平臺開發背景

隨著“德國工業4.0”和“中國制造2025”的提出，為全球產業發展帶來了新的變革，強大的機械制造技術，精準的現場管理水平，生產制造的數控化、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，跨界融合的復合型人才呼之欲出。2010年4月全國現代物流工作部際聯席會議《關于促進制造業與物流業聯動發展的意見》的通知中首次提到 “兩業融合”的概念；2020年8月國家發展改革委等14部門聯合印發《推動物流業制造業深度融合創新發展實施方案》中又提到“兩業深度融合”；2021年3月國家發展改革委等13部門聯合印發《關于加快推動制造服務業高質量發展的意見》，該文指出我們要構建包含產業鏈、供應鏈、價值鏈、人才鏈以及創新鏈的生態系統，強調從聯動融合走向生態融合。

未來物流業與制造業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合型人才。據《制造業人才發展規劃指南》預測，到2025年，智能制造復合型人才缺口將達到1000萬人。培養智慧物流人才，需要我們從智慧物流、智能制造以及生產物流等全新場景出發，培養學生跨行業、跨學科、跨專業的綜合能力以及實踐能力與數字化思維。未來智慧物流人才需要具備信息處理能力，熟悉傳統物流運作模式，具有創新能力以及服務理念。生產物流人才需要具備現代生產的管理能力、能夠進行生產計劃與物料需求管理、熟悉生產物流系統以及完整產業鏈供應鏈管理能力。

智能制造物流管理實訓平臺的開發正是基于當前社會對智慧物流人才的需求，在物流專業“新文科”建設中，融入大數據、人工智能等先進技術，培養基于智能制造的智慧物流人才。

二、實訓平臺搭建的原則

智能制造物流管理實訓平臺的設計理念來源于大型制造企業生產線的精益制造管理思想。實訓平臺是智能車間的一個縮影，以物聯網技術為支撐，將生產車間所有“物”包括工作人員、生產設備、物流設施設備、環境監控設備等集中一體化管理，接入局域網統一監控，在保證各設備功能獨立運行的同時，亦可根據制造需求聯動運行，達到生產車間、倉儲物流的精益化、標準化、規范化、科學化、效能化、一體化智能管理，最大限度地提高生產及物流管理效率。通過管理系統結合智能料倉、條碼掃描槍、RFID系統、智能工具箱等外設實現對訂單、計劃、轉庫、采購、入庫、出庫、生產、齊套、配送等一系列閉環管理，同時將這些作業過程完整的記錄在系統數據庫中，實現產線物流全生命周期的管理。平臺使用主要面向精益生產管理、制造企業員工以及智能制造、物流相關專業的學習者。

三、實訓平臺的設計目標

智能制造整體解決方案以建立準時化生產線為目標，以工藝設計輸出深度結構化、數字化為基礎，使用信息化手段固化管理流程，驅動生產、采集數據、智能校驗、全員協作，建立策劃層與執行層之間的雙向信息交互通道。橫向實現企業生產信息透明化、管理信息一體化，縱向為項目成本管理、質量管理、進度管理提供過程管控與數據支撐。因此，本項目平臺必須實現如下目標。

1.搭建人機協同物流環境

通過信息化的設備模擬制造產線物流運行的全過程場景。業務流程是在智能制造大環境下，使用碎片化、數字化、信息化的手段將生產作業所需要的“人、機、料、法、環、測”以準時制的形式推送給現場作業人員，系統融合成熟的傳感技術，全面感知作業現場，建立與現實同步的虛擬世界，系統指揮控制現場作業，實現生產作業的驅動。通過軟硬件操作，形成智能制造時代下的人機協同的物流雛形。

2.智能化模擬產線物流

平臺中實操過程完全模擬智能制造生產物流過程，從訂單錄入、物料BOM清單、物料采購、備料、出入庫、配送、生產、包裝、入庫、供應鏈配送等全過程對產線物流實際運作狀態進行全過程模擬。如，備料環節系統將自動比對實際庫存情況和物料BOM清單，從而反饋出備料缺件，而作業人員只需關注缺件清單，從而做出轉庫還是采購的決定，在完成所有備料工作后，確保產線的正常開工。

3.操作過程智能化、碎片化

工業4.0帶來了“物聯網”的概念，智能制造實訓平臺融入了物聯網技術應用，在物料的存儲、出入庫、齊套掃描、生產制造等環節，大量的應用了RFID射頻系統、電子揀選標簽、條形碼等承載信息的智能硬件，應用場景主要在收料、上架、揀選、齊套、配送、生產等。此外還應用了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。在生產及物流各個環節都是圍繞著BOM清單，每一個環節只是碎片式的一次操作，系統能夠智能化的自行比對、運算，快速獲取物料缺口數據、生產線備料狀態等信息。

四、實訓平臺的功能設計

企業主要面臨工藝優化、智能控制、生產調度、物料平衡、設備運維、質量檢驗、績效考核等核心問題[2]。智能制造物流管理實訓平臺致力于打造精益化倉儲、精益化配送兩大管理支柱，高效銜接生產控制計劃，構建精益物流管理體系，保障生產、消除浪費、持續改善。精益制造解決方案從業務設計層、應用控制層、設備控制層等三個方面，進行業務重構和流程優化，實現產線物流與生產信息的同步。

該實訓平臺涵蓋了企業管理、制造加工、倉儲物流等功能，以提高產品生產質量及提升物流整體水平為目標，從倉儲物流方面入手，將ERP、MES、WMS等管理系統有機地結合起來，使企業管理和先進制造融于一體。平臺不僅可以讓學習者熟悉并掌握制造企業“人、機、料、法、環、測”等智能制造崗位技能要求，還可促進產教融合，為高校教師開展科學研究搭建平臺。

1.實訓平臺的總體架構

智能制造系統的特點是網絡化、數字化、柔性化、精益化、敏捷化、可重構等[3]。盡管制造企業對每項單項技術的應用都已成熟，但在智能制造中的綜合應用尚處于探索階段。智能制造系統涵蓋企業研發管理、精益制造管理、精益生產管理、數智加工、結構化工藝、庫存管理、質量管理、全過程生產過程控制等功能。如圖1所示。

智能制造物流管理實訓平臺以智能制造過程中的產線物流管理為切入點展開研究，依托智能制造設備，輔以精益制造MES、數字工藝平臺，以“智能制造、精益物流”為主題，組建工廠與產線，整條智能管理產線可以自主完成產品從原材料到合格產品的整個制造過程，實現產品小批量、多樣化生產。智能制造物流管理實訓平臺流程圖，見圖2。

2. 模塊功能設計

（1）采購業務及供應商管理

①供應商管理：物料所對應的供應商基礎信息，同一物料可以有多個不同的供應商，或者同一供應商提供有不同的物料。通過管理供應商信息、生命周期、供貨質量等，優化供應商關系[4]。

②系統具有創新的引導式采購和零星采購功能，實現采購流程的簡化和數字化，從而提高合規性和控制力，同時降低成本與風險。

（2）物料倉儲及庫存控制

①倉儲管理：通過出入庫業務、庫存調撥、物料移庫、批次管理、庫存盤點、質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，實現完善的企業制造及物流信息化管理。

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

③具備庫存預警功能，在庫存物料數量低于設定下限或者高于設定下限時，系統會報警提示。

④具備時間告警功能，當庫存物料過了保質期或者快到保質期時，系統會對該物料進行報警提示。

⑤數據接口功能：與條碼掃描儀、條碼打印機、RFID讀寫器等有接口功能，方便用戶二次開發。系統開放庫存物料的當前信息及數據庫格式，提供只讀功能，方便與其它應用管理軟件共享庫存信息。

（3）生產及智能制造

①智能化檢測人、機、料、法、環、測六要素，通過人臉識別技術、自動感應技術、生產任務分解、數據分析比對等技術手段完成智能控制。

②智能化生產管理，從物料的存儲、出入庫、齊套檢查、生產制造等環節，應用了RFID電子標簽、條形碼等承載信息的智能硬件，實現生產過程跟蹤管理，生產數據采集與自動化傳輸線、智能檢測、智能工具箱、智能料箱等實現共享。

（4）智能料倉

①智能料倉可對接集成生產系統、配送系統，確保將生產所需要的各種原材料準時送達生產線的裝配點，保證生產線旁邊的存儲區域不出現缺料或過多堆積的現象，從而實現柔性化、精益化生產[5]。系統與數字化孿生可視系統進行連接，在大屏幕電子顯示屏上實時顯示物料信息。

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簽。

④RFID料庫主要包含物料、RFID物料盒、超高頻電子標簽及控制系統。

⑤條碼料庫主要包含物料、條碼料庫盒、條碼標簽。

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，可視化智能料庫用于管理標準件，實時顯示零件的品種和數量。

（5）數字化孿生可視系統

數字化孿生可視系統可實時監控智能料倉中持續使用物料信息流及數據流，將端到端的物料信息或產品生命周期數據整合到數字化主線中，方便管理者實時掌握生產供應鏈各環節作業現狀。

五、平臺的實踐應用

智能制造物流管理實訓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、RFID射頻讀寫系統、電子標簽、智能工具柜、智能料倉、生產線等軟硬件構成，通過網絡及軟件管理系統把生產線上的智能化設備實現互聯互通，將“人、機、料、法、環、測”數據實時采集并進行數據分析，從而實現自動決策和精確執行命令的生產精益管理目標。具體流程為：

作業者根據工藝路線進行生產線選擇（全自動生產線還是半自動或手動裝配生產線）或配置，在產線配置完成后，系統依據人、機、料、法、環、測六要素進行核實，產線是否具備生產條件，環境是否符合生產要求，對生產作業任務（各工序、工序步驟、實施步驟）進行劃分，通過AI人臉識別實現操作權限管理，后臺經過系統處理實現智能語音播報提示，技術人員依據產品特征、產品結構、各項標準參數等數據，通過渲染視角和結構視角制作產品分解圖、上傳裝配視頻，完成產線作業者指導培訓。產線作業者依據視頻指引，完成產品生產。終端攝像采集生產完成的產品形狀，上傳系統和標準產品形狀比對，實現工藝智能檢測。

在物料的存儲、出入庫、齊套掃描、生產制造等環節，原材料出入庫應用了RFID射頻系統、電子標簽揀選系統、手持終端系統等，通過物聯網與WMS系統連接，完成在收料、上架、揀選、齊套、配送、生產等環節的數據采集。此外系統與AI人臉識別、自動化傳輸線、智能檢測、智能工具箱、智能料箱等先進的智能硬件實現連接互通。

通過平臺的操作使用，學習者應能達到以下職業技能標準：

（1）掌握產線物流概念，理解工業生產物流與商業配送物流的差異點。

（2）搭建人機協同智能產線物流的環境，通過實操可以智能化推演人機協同下的生產物流的模擬過程。如生產者進入生產車間時，能通過刷臉確認身份信息，進入產線工位，看板信息顯示，含濕溫度信息，裝配原材料品名、規格，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確應用。按照看板要求正確領取物料，按裝配順序生產產品。

（4）智能設備的安裝調試及維護保養。智能監控屏幕能實時顯示設備運行狀態，工具數量增減，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、包裝、入庫、供應鏈配送等。

（6）智能制造物流系統結構化工藝設計能力。接到新產品生產任務后，根據原材料齊套情況、產線情況、生產能力、交貨期等信息選擇全自動還是半自動生產線，按產品結構設計工藝流程。

（7）智能制造物流各個環節的信息處理能力。能實時處理智能料倉、電子揀選料庫、條碼料庫等數據信息，保證生產正常運行。

六、結語

智能制造是新時代助力傳統制造企業轉型升級、提質增效的必由之路，智能制造物流管理實訓平臺是當代智能工廠、智慧物流的一個縮影，平臺的開發和應用適應了行業和社會發展的需要，可為制造企業在職人員補齊先進制造技術的短板，也可作為企業員工智能制造技能競賽的平臺，對職業院校而言，構建了物流業與制造業“兩業融合”的孵化平臺，不僅能培養“兩業融合”的智能制造復合型人才，也為教師開展科研，服務地方經濟發展提供了創新條件。

參考文獻：

[1] 許怡赦，羅建輝，李銘貴. 智能制造單元系統集成應用實訓平臺的設計與實現[J].實驗技術與管理，2020(8):227-232.

[2] 柴春蕾，曹梅. 智能制造系統架構設計與發展路徑研究[J].智能制造，2021(3):41-43.

[3] 鄭茂寬，明新國，李淼，何麗娜，歷秀珍. 智能制造系統總體架構及發展趨勢探討[C]. 2013先進智能制造技術發展研討會論文集，2013(6):1-10.

[4] 許鵬輝，金忠，耿夢偉.智能制造系統中的智能倉庫設計[J].現代制造技術與裝備，2019(7):119-120

[5] 姜大立，林萍，胡瑞鶴. 面向智能制造的數字倉儲系統設計[J].包裝工程，2021(5):255-260.

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