規模化流水線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,規模化與定制化是一對矛盾,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,要實現規模化生產,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,面對定制化和規模化這一對矛盾,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模化和定制化矛盾的原因。
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模化生產互相矛盾。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,即已經達到了規模化生產的要求。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。”這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,從而為規模化生產創造條件。
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。
北京伍強科技有限公司總裁
研究生畢業后于北京起重運輸機械研究院工作多年,歷任計算機研究室副主任、主任,物流工程部副主任,市場二處處長,副總工程師等職務。1999年獲教授級高工職稱,2002年受聘北京交通大學客座教授,2013年兼任北京物資學院人生導師。現任北京伍強科技有限公司董事長、總經理。擔任中國物流與采購聯合會常務理事,中國物流標準化委員會管理與技術分會副主任,中國重機協會物流與倉儲裝備分會副理事長等社會職務。
主要研究方向: 起重運輸機械、物流機械產品的計算機輔助設計和有限元分析;2 物流中心與配送中心總體規劃;3 物流中心關鍵設備計算機優化;4 物流中心庫存管理系統(WMS)和控制系統(WCS)研究開發;5 物流中心動態仿真系統研究。
主要榮譽和著作論文: 獲原機械工業部優秀青年論文特等獎一次;2 獲原機械工業部科技成果一等獎一次,二等獎兩次;3 獲北京市科技進步二等獎一次。4 發表各類科技論文60多篇,參與編寫科技圖書3本(部)。5 在1991年提出“二次懲罰法”優化設計理論,并成功應用于離散型優化系統6 在2005年 提出建設“合適的”物流系統理論。7 在2008年提出評價物流系統先進性的12項指標。8 獲2013年度中國物流技術年度人物獎。