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物流仓储设备和系统的柔性化设计分析

2016-11-30

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  1 柔性化的概念

  柔性(FLEXIBLE)一词,已经有一定的历史。早在上世纪六七十年代提出的柔性制造系统(FMS)是对机械制造行业的一次革命,它主要是引入数控加工中心、物料自动输送系统和计算机系统,解决连续24小时生产问题,从而大幅度提升对于小批量产品生产的效率。在FMS系统中,自动化物流系统是重要一环,用于加工件的自动供应和产品的储存,以及加工刀具的自动更换和储存。我国在上世纪90年代大举引入FMS系统,取得了一定效果。

  物流仓储设备和系统的柔性化显然与FMS有很大差异。总体来说,物流仓储设备及系统的柔性化要解决的是装备和系统的适应性问题,以便提高设备和系统的应用水平。如典型设备叉车,本身可以适应于很多应用场合,通过更换属具,还可以适用于搬运多种形状的物料。再比如一个自动化立体库系统,它可以适应于多种领域产品的储存和管理等。这应是物流仓储设备和系统柔性的基本内容。

  此外,物流仓储设备的柔性化还存在于产品本身。包括产品的可互换性,产品对于场地的适应性等,均可归于柔性的范畴。但这一点在实际应用中通常不太会受到重视。

  与之对应的是物流系统的柔性化。这里系指物流系统的适应性问题,包括产品选型,单元化物流,以及标准化等。单元化本身是现代物流的标志。一个符合柔性化标准的系统必然选择具备柔性化的设备和软件,这样的系统会具有很高的可塑性和适应性,在实际应用中将发挥更大的作用。

  众所周知,物流系统在很大程度上是一个非标系统。它的设计和设备选型总是有非常明确的目标和有针对性的。这就为柔性化设计提出了挑战。

  2 物流仓储设备和系统的柔性化体现

  物流仓储主要设备种类大致可以分为存储设备、搬运设备、输送设备、分拣设备等,他们的柔性化问题具体体现在以下几个方面:

  存储设备:包括托盘货架、搁板货架、自动化立体库、托盘等。作为存储设备,其柔性化重点体现在对不同物料种类完成储存的适应性。由于物料种类繁多,形态各异,要做到这一点并不容易。从技术上讲,组合式货架的设计理念是非常符合柔性的需求的。此外,单元化作业起到了规范产品外形的作用,因此,我们看到的存储装备,尤其是托盘货架(包括自动化立体库),在长期的应用中,已经具备一定的柔性。

  搬运设备:主要包括各种叉车、托盘搬运车、地牛等。搬运设备在设计过程中,产品已经成系列化和标准化,已经很好的考虑了多种情况下的适应性问题,可以说是柔性化执行得最好的物流装备之一。叉车通过变换属具,已经变得非常通用。只有特别少的情况不能适应。另一方面,搬运设备的标准化和系列化,也约束了系统设计者在系统设计中,必须符合产品的标准。这是非常有意义的。

  输送设备:主要包括多种形式的输送机、提升机、穿梭车、AGV等。输送设备由于对输送产品的宽度、高度、重量等参数反应敏感,适应性方面将变得比较困难。尽管如此,输送设备在设计中,采用可变高度支腿的设计思想,不仅解决了安装现场的地面不平等问题,也为将来搬迁的适应性提供了帮助。尽管这种帮助非常有限。而AGV的设计,本身在路线设计上就具有很大的柔性。早先AGV采用电磁感应技术,其路线相对比较固定,过去10多年来,采用激光导引的AGV系统,其路线设计完全可以由软件完成,这是产品柔性化设计的经典之作。

  分拣设备:主要包括多种形式的分拣机,如滑块式分拣机、交叉带式分拣机、跃起轮式分拣机等。分拣设备的适应性问题与输送设备基本一致。主要受尺寸和重量的限制比较大,影响了产品的柔性化。然而,分拣设备采用单元化设计-尤其是交叉带分拣设备,可以对场地的依赖逐步降低,也是其柔性的基本体现。另外,鉴于分拣效率和设备的速度存在一定的关系,在实际应用中,通过调节设备速度从而适应不同效率需求的例子也累见不鲜。

  关于物流系统的柔性化问题,除了体现在设备选型以外,还在于单元化的设计理念的实施。典型的如三方物流系统,因配送产品和用户的多样性,必须具有统一的单元才能适应多变的物料的需求。这时,托盘的标准化变得非常重要。此外,从物流系统软件的来看,其柔性则体现在对于流程的设计的多样性。收货、上架、拣选、包装、分拣、集货,这些典型的物流仓储过程的一致性和标准化,也是系统实现柔性化的基础。

  3 如何实现物流仓储设备和系统的柔性化

  要提高物流装备的适应性,从设备本身来讲,应解决设计的模块化和标准化问题,从应用系统来讲,则应解决单元化和标准化问题。综合起来就是模块化、单元化和标准化。实际上模块化和单元化只是不同对象的两种表达方式而已。这是解决物流仓储设备柔性化的关键。虽然仍不能解决所有问题,但这一点将设备向柔性化推进了一大步。从目前解决得比较好的产品,如叉车,就足以说明这一点。

  首先来看模块化(MODULAR),这是针对装备本身设计而言的。在FMS系统中,模块化是指刀具的可换性,针对不同的加工产品,会使用不同的刀具,但装载刀具的刀盘是一致的。这一点也给物流仓储设备的设计提供了借鉴。设备应用场合不同,但基本单元模块是一致的。如叉车的属具可以不同,但叉车主体是一致的。模块化设计的另一含义是可互换性。即构成设备的单元是可以互换的,通用的。

  再来看单元化(UNITIZED)的作用。单元化规范了物料的形态。无论是采用纸箱包装,还是采用托盘储存,单元化过程将各种形态的物料规范成了统一的外在形式。正是这一过程,使物流自动化变得相对简单。无论是装载,储存,搬运,还是计量,单元化给物流带来了全新的概念。所以,从根本上讲,现代物流是以单元化为基础的。

  最后是标准化(STANDARDIZED)。虽然模块化和单元化解决了很大的问题,但如果模块和单元不能统一,对于设备而言,如果一个模块只相对于单一的设备有效,就无法解决设备的互换性问题,也就没有柔性可言。对于物流系统而言,如果单元没有统一的标准,从小的方面看,会导致供应链的整个过程将无法顺利对接;从大的方面看,则是不同行业间难以形成统一的接口。其结果是物流的效率将无法发挥。这是中国物流发展走过了几十年弯路才悟出的道理。

  有意思的是,标准化和单元化表面上是与未来物流发展的个性化相背离的。然而,正如同太极生两仪,两仪生四象的道理一样,标准化和单元化就如同太极的两仪,它们的组合可以变幻成万千种个性,这是非常奇妙的。

  最后,为什么要将设备与系统放在一起来说,因为设备的柔性化在很大程度上是建立在现代物流的基础上的,其适应性除了自身的模块化和标准化之外,很大程度上取决于系统的单元化和标准化。可以说,离开物流系统中的单元化和标准化,物流设备的模块化和标准化意义将大打折扣,其应用只不过是无的放矢而已,更无法论及适应性和柔性。

  4 未来市场对于柔性化的需求

  随着物流产业的快速发展,物流装备产品市场必将出现空前的繁荣。与过去30年历史不同的是:就装备而言,标准化和模块化将成为产业发展的主要方向,不符合标准的定制化产品将逐步被淘汰。就物流系统而言,单元化物流将是未来发展的主要方向。

  物流装备和系统的柔性化需求是从多个方面得到反映的。

  首先,随着企业的发展,企业规模将越来越扩大,自动化程度将越来越高,如何使装备和系统在不断升级换代中,实现平稳连接,将是企业优先考虑的问题。这就要求设备符合标准,具有广泛的适应性。典型的如托盘设备的选择,不仅要与自身的需求相匹配,更要与社会的需求和供应链的需求相匹配,只有这样,前期的投资才不会浪费。

  其次,企业战略调整过程中,也对物流设备提出适应性需求。制造业企业是这样,三方物流企业更是这样,而且后者要求适应市场的变化需求更快。现代企业对于物流的依赖越来越紧密,物流仓储装备的投入也越来越大,一旦产品转型,如果物流装备和系统不能适应,将造成重大损失。这样的例子也是非常多的。

  此外,产品的柔性还在于产品是否具有可迁移性,如库房变更后的设备搬迁问题等,也是企业要考虑的重要问题。

  最后就是企业在战略调整过程中,物流装备产品的保值升值问题也是市场的重要需求之一。以电子商务为例,很多企业初期经历过快速且盲目的发展,后来再经历战略收缩过程。这一过程中资产和设备需要处置,设备的保值与升值直接与产品的适应性紧密关联。未来随着物流装备市场的进一步成熟,物流仓储设备和系统的社会化将成为一个重要市场。

  除此之外,物流设备的租赁将成为未来市场的一个亮点。设备的适应性问题成为租赁市场的首选。从目前的情况看,托盘、叉车等标准产品租赁市场增长惊人。随着单元化物流的深入人心,租赁市场会成为一个常态。

  5 设备供应商应如何面对挑战

  毋庸讳言,物流仓储设备和系统的柔性化将是未来发展的重要方向,也是产品走向成熟的重要标志。对此,装备企业如何应对?

  首先,作为设备和系统供应商来说,在市场中处于一种被选择的被动地位。如何才能提高自身的核心竞争力,使自身产品在被动中寻求主动,这是首先要解决的问题。从国内外的发展看,创新是企业发展的根本出路,如何提高自身产品的适应性和标准化,则是创新的重要方向。

  其次,设备供应商应具有强烈的社会责任感,努力促进物流柔性化的发展。

  1)对产品本身来讲,标准化是一个主要发展方向。这就要求企业努力调整策略,为市场提供符合标准的产品。对物流仓储装备来说,所谓柔性,就是标准化。离开标准化去谈柔性,可以说是舍本逐末、缘木求鱼。

  2)从设计上讲,要求产品具有一定范围的适应性。采用模块化设计是关键。

  3)从质量上讲,要求产品具有互换性和通用性。这就为生产装备和生产工艺提出了高的要求。

  4)从竞争力上讲,要求产品具有很好的性价比。降低产品的生产过程中的成本是非常重要的课题。从国外的经验看,采用自动化生产线,提高单位人工的生产效率,是重点需要解决的问题。这一点,对于批量产品是比较容易做到的,但对于小批量产品,则应重点考虑减少生产中的脱节问题,对于有条件的企业,借鉴柔性生产制造系统将是捷径。

  最后,对一个企业来说,主流产品必然是标准产品。对于“非标产品”,也应尽量减少其“非标”成分。采用单元化、模块化设计手段,将非标化为标准。

  应该看到,柔性化也会一个发展过程,不会一蹴而就,需要逐步实现,不断完善。尤其是营造一个良性市场,让标准化、柔性化深入人心,使用户在选择上具有一定的约束和自觉。




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