柔性生產系統與生產物流系統規劃建設
由于市場需求變化和市場環境帶來的不確定性正對企業運營產生突出影響，增強制造企業生產系統與生產物流系統的柔性，已經越來越成為企業應對變化的有力武器，以及保持企業可持續發展，提高競爭能力的重大保障措施。
隨著物流技術的變化和發展，柔性化理念已經深入人心，甚至已經成為未來智能制造和智能物流技術發展的一個重要方向。那么什么是柔性？柔性生產系統和生產物流系統的內涵包括什么？企業在什么條件和情況下應該著手考慮構建柔性生產系統和生產物流系統？又該如何建？實現生產系統和生產物流系統柔性化的意義是什么？對這些問題的認識和理解其實一直以來不僅困擾著研究柔性生產系統和生產物流系統柔性化的專家學者們，也影響著制造行業和物流行業的實踐者們在規劃和構建智能制造和生產物流系統時的架構和指標考量。正是基于以上背景，本文將從制造企業的角度談一下未來柔性生產系統和生產物流系統規劃建設方面的一些新認識和理解。
柔性生產系統和生產物流系統的含義
什么是柔性呢？柔性可以表述為兩個方面：
1）系統適應外部環境變化的能力，可用系統滿足新產品要求的程度來衡量；
2）系統適應內部變化的能力，在有干擾（如機器出現故障）情況下系統的生產率與無干擾情況下的生產率期望值之比可以用來衡量柔性。
“柔性”是相對于“剛性”而言的，傳統的“剛性”自動化生產線主要實現單一品種的大批量生產，難以應付多品種中小批量的生產。如果要生產其它品種的產品，則必須對其結構進行大幅度調整，重新配置系統各要素，其工作量和經費投入與構造一個新的生產線往往不相上下。
激烈的市場競爭迫使傳統的大規模生產方式發生改變，要求對傳統的零部件生產工藝加以改進。隨著批量生產逐漸被適應市場動態變化的生產所替換，一個制造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發周期內，生產出較低成本、較高質量的不同品種產品的能力，生產系統柔性化越來越重要。
生產系統的柔性化主要有七大特征，主要包括：
機器柔性：當要求生產一系列不同類型的產品時，機器隨產品變化而加工不同零件的難易程度。
工藝柔性：一是工藝流程不變時自身適應產品或原材料變化的能力；二是制造系統內為適應產品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。
產品柔性：一是產品更新或完全轉向后，系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力；二是產品更新后，對老產品有用特性的繼承能力和兼容能力。
維護柔性：采用多種方式查詢、處理故障，保障生產正常進行的能力。
生產能力柔性：當生產量改變、系統也能經濟地運行的能力。對于根據訂貨而組織生產的制造系統，這一點尤為重要。
擴展柔性：當生產需要的時候，可以很容易地擴展系統結構，增加模塊，構成一個更大系統的能力。
運行柔性：利用不同的機器、材料、工藝流程來生產一系列產品的能力和同樣的產品，換用不同工序加工的能力。
所謂“柔性生產系統”，是指在成組技術的基礎上，以多臺(種)數控機床或數組柔性制造單元為核心，通過自動化物流系統將其聯接，統一由主控計算機和相關軟件進行控制和管理，組成多品種變批量和混流方式生產的自動化制造系統。即由統一的信息控制系統、物料儲運系統和一組數字控制加工設備組成，能適應加工對象變換、高效率制造中小批量多品種產品的自動化制造系統。柔性制造技術是對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和，是技術密集型的技術群，凡是側重于柔性,適應于多品種、中小批量(包括單件產品)的加工技術都屬于柔性制造技術。柔性生產系統解決的是個性化和定制化時代，生產系統如何提升效率的問題。柔性制造總的趨勢是，生產線越來越短，越來越簡，設備投資越來越少。
所謂“物流系統的柔性化”，是指通過系統組成結構、人員組織、運作方式和裝備組成等方面的動態變化，對需求變化作出快速反應，滿足不同種類物流作業的要求，同時消除冗余損耗，力求獲得最大效益。
柔性生產系統和生產物流系統發展新趨勢
以汽車制造為例，隨著消費者對“高質量”生活的需要，汽車已經不單單是消費者的代步工具，也是張揚個性和滿足更多娛樂體驗的“移動生活體”，傳統的大規模生產已經越來越不能滿足消費者對于汽車的多元化訴求。同時，未來的汽車消費者不僅僅可以在汽車4S店訂購汽車，而且會越來越多地在汽車企業的官方網站乃至電商平臺上訂購汽車。未來消費者既可以時時查看自己訂購的汽車處于哪個生產階段，又可以對于汽車尚未安裝的定制功能（甚至已經安裝的部分）進行在線調整，汽車工廠迅速更新，這只是成本問題而并非技術問題。
傳統制造的汽車生產過程中，絕大多數整車廠宣稱實現了“零庫存”，而零部件供應商的倉庫卻很“飽滿”。“零庫存”對于整車廠來講節約了生產成本，但對于零配件供應商來說卻是無法回避的成本。應對這些變化，就要求物流系統需要更高的柔性化，伴隨著信息技術的飛速發展，步入工業4.0階段的車企訂單化生產即將到來。當汽車在客戶下訂單的時候即產生數字化的訂單模型（包括客戶選擇的訂制功能）。零部件供應商與車企同步得到訂單，這樣零部件供應商將不再需要飽滿的倉庫，汽車行業生產成本將進一步降低。
對制造業物流來說，柔性制造對物流的需求與過去已經大為不同。以汽車制造為例，組裝車間的組裝線已經完全拆除，代之以AGV為載體的移動式生產線。這種移動式生產線的最大好處是柔性化。比如車型的變化，不僅僅是各組件的變化，還有整個工藝路線的變化，各個組裝站點構成一個單元，需要組裝的汽車通過預先設置好的路線，完成整個組裝過程。此外，因為柔性生產線避開了幾乎所有的障礙物，所以對于安裝工具的配置就靈活得多，這是傳統生產線所難以實現的。
在國家推動“工業4.0”和“中國制造2025”戰略背景下，我們覺得柔性生產系統和生產物流系統應該至少經歷四個發展階段。
數字化制造+物流：大量應用數字化裝備、數字化設計、數字化建模與仿真等技術進行數字化能力構建，實現從自動化、信息化向數字化、智能化的邁進。
網絡化制造+物流：推動互聯網和物流業深度融合，人、流程、數據和事物等過去相互孤立的節點被網絡連接起來，通過企業內、企業間的協同，通過各種社會資源的集成與優化，“網絡化制造+物流”重塑物流業的價值鏈，推動制造業數字化制造發展到數字化網絡化制造階段。以汽車行業為例，在工業4.0的作用下，汽車生產逐漸實現全程數字化。不僅僅是汽車設計生產模型的數字化，而是整個汽車工廠工作流程、生產工藝的全程數字化，生產過程中整個產業鏈供給的數字化。對于實際生產中訂單包含的零件供應商的生產狀態與庫存、零部件在三方物流中的運輸狀況以及汽車工廠的生產進度所產生的新狀況，云平臺都可以實時進行最優化調節。汽車工廠、零部件供應商、三方物流服務商產生的數據一并存儲于云平臺，任意端客戶可以實時更新查詢。這種生產全程的數字化跟蹤優化和數據存儲查詢在之前的生產過程中是無法想象的，工廠也將隨之發生翻天覆地的變化。
數字化網絡化智能化制造+物流：在互聯網、云計算、大數據、區塊鏈和物聯網等新一代信息技術快速發展形成群體性突破的推動下，以大數據智能、跨媒體智能、人機混合增強智能、群體智能等為代表的新一代人工智能技術加速發展，為物流業實現戰略性突破提供了技術保障。以汽車行業為例，工業4.0中的供應鏈自適應技術將完美的解決供應鏈中數據改變這種問題。對于消費者下達的訂單，在云平臺中汽車生產廠、零部件供應商及三方物流服務商共同擁有訂單數據信息，而對于消費者中途改變的訂單內容，主機廠和零部件供應商及三方物流服務商可以通過平臺對生產任務以及物流運輸的貨物進行優化調整，實現整個產業鏈的零庫存生產。計算改變所涉及到的巨大的信息訪問量、運算量等則由云技術完成。
生態化制造+物流：未來新一代智能制造工廠將為制造業的設計、制造、服務等各環節及其集成帶來根本性變革，新技術、新產品、新業態、新模式將層出不窮，深刻影響和改變社會的產品形態、生產方式、服務模式，乃至人類的生活方式和思維模式，極大地推動社會生產力的發展。新一代智能制造將給制造業帶來革命性的變化，將成為制造業未來發展的核心驅動力。伴隨著物聯網技術、AI、大數據、5G、工業云、3D打印技術及智能工廠的快速發展，智能設備的能力越來越強，生態化、共享化將成為未來智能制造的發展方向，社會生產力將大幅提高。以汽車行業為例，未來汽車工廠負責客戶需求產品的設計與生產工藝的制定，產品的生產則完全可以由“云共享生產”體系中的本地“云工廠”完成。“云共享生產”將工廠原有規模經濟生產模式轉變為區域生態經濟生產模式，將智能工廠原本屬于自己企業可供使用的富余的生產制造能力轉變為具備區域優勢的、可以服務于全球共享的生產能力。在“云共享生產”的使用過程中，免去了原本只屬于某地某工廠的大規模的原料采購、成品運輸的成本及時間消耗。這種產品生產本地化的區域生態經濟生產模式將大幅降低物流運輸成本，尤其是遠距離的跨國項目，是未來智能工廠的一種發展趨勢。在未來汽車工廠很有可能形成一種模式，即假設某個紅旗或者奔騰的智能工廠分享富余的生產力作為云工廠后，生產線上可能生產著大眾、奔馳、寶馬、沃爾沃等各大公司各種款式的車型（生產數字信息加密處理）。對于消費者來講享受到的是快捷的定制化服務，而對于不同品牌汽車工廠來講則省掉了大筆的運輸費用和時間成本。
智能制造背景下物流系統柔性化的具體體現
物流系統柔性化集中體現在物流系統的網聯結構和運營策略兩個方面。網聯結構決定了物流系統資源和能力在整個系統中的配置和定位問題，從根本上解決了物流系統柔性能力的可實現程度；運營策略基于一定的物流網絡結構，對物流系統中資源和能力的運用，決定了物流系統所表現出來的柔性能力大小。
以物流中心為例，物流系統柔性化具體表現為：
物流裝備柔性化：物流裝備是物流系統中物流作業得以完成所需要的硬件設施、設備和器具等。物流裝備柔性化體現為物流裝備自身的多用途性、接口的通用性或可轉換性，以及多種裝備動態多重組合的便捷性等等。要實現物流裝備柔性化，物流設施、設備和器具的標準化、單元化、模塊化非常重要。
物流作業能力柔性化：物流終端客戶的需求受時間、地域、氣候等多種因素的影響，具有很強的波動性。物流中心往往都是被動地接受客戶需求變化，不能完全通過自身的調節功能將客戶需求的波動平均化。當終端客戶物流需求改變時，柔性化要求物流中心要經濟地提升作業能力，通過對物流設施和設備的重新組合，增減作業人員以調整物流運作模式，完成動態變化的物流作業要求，而不是以固有的模式、較高的投入，按照最大需求能力去設計建設物流系統。
物流系統擴展柔性化：物流系統柔性化還表現在物流系統的擴展能力方面，從組織層面考慮系統資源的獲取柔性，也就是能否通過靈活設計物流系統組織模式，比如通過外包、戰略合作或企業聯盟等方式獲取額外資源等。物流系統擴展能力不單純指物流作業量的增長幅度，還包括客戶需求的多樣性對物流中心提出更多的功能性訴求。例如，在有限的空間內利用有限的資源實現差異化、多樣化的服務。這就要求物流系統必須具備更強的適用性，即當客戶需求和物流作業要求變化時，可以對資源進行優化配置，增加功能模塊，擴展系統功能結構。特別是對作業時間、倉儲條件有特殊要求的物流服務需求，物流系統擴展柔性化將為物流中心開拓更廣闊的服務領域。
物流系統運行模式柔性化：是指在實現資源動態配置的基礎上，按照不斷變化的需求和不確定性環境，對物流作業方式、物流作業工具及物流作業人員等進行重新整合和再造，來滿足終端客戶差異化需求。應該注意的是物流系統運行模式柔性化與操作規范化和標準化并不矛盾，而是建立在規范化和標準化基礎之上，它強調資源動態優化配置所產生的物流運行模式的轉換和改變，充分共享現有資源，實現資源全程動態優化配置。
實現物流系統柔性化的意義
實現物流系統柔性化是企業適應當前市場細分、用戶需求多元化形勢的必然選擇。在生產制造領域，使用柔性化的生產設備，運用JIT等方式組織生產，滿足小批量、多批次產品以及客戶定制等需求的柔性生產模式已經普遍應用，但與之配套的物流系統柔性化目前尚未形成較為完整的體系結構。因此，企業應建立以客戶為中心的物流服務網聯，使供應鏈上各物流節點能根據企業自身及用戶需求的變化，動態策劃、組織與實施物流活動，進而實現企業效益的最大化。柔性化的物流運作模式還需要在管理方法和實踐應用方面進行不斷摸索。