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上汽通用的智能制造与智能物流探索

2017/10/9 16:29:35来源:物流技术与应用作者:王玉

  上汽通用在向智能制造转型方面走在了行业前列,智能物流作为智能制造的关键组成部分,更是战略规划清晰、路径明确。上汽通用在打造全局物流数字化体系的基础上,对部分物流业务环节进行智能化改造并取得了显著效果。

  上汽通用汽车有限公司(以下简称“上汽通用”)成立于1997年6月12日,由上海汽车集团股份有限公司、通用汽车公司共同出资组建而成,现有浦东金桥、烟台东岳、沈阳北盛和武汉分公司四大生产基地,共9个整车生产厂、4个动力总成厂,拥有三大品牌、二十多个系列的强大产品阵容,覆盖了从高端豪华车到经济型轿车各梯度市场,以及MPV、SUV、混合动力和电动车等细分市场,同时面向未来全面开启新能源车战略。

 

  2016年,在中国宏观经济仍处于L型底部、市场竞争更趋激烈的背景下,上汽通用以“卓越‘精’营”驱动“2020战略”全速启航,全年完成销售1887071辆,同比增长7.7%,旗下别克、雪佛兰和凯迪拉克三大品牌分别销售1230203辆、538852辆和118016辆。历经20年的发展,上汽通用始终是中国汽车行业的领跑者,不但业务规模以几何级数增长,经营范围不断扩大,在技术创新和模式变革的探索方面也走在行业前列。随着智能制造在全球兴起,上汽通用在业内率先开始对智能制造的积极探索和严密布局,智能物流作为其中核心板块之一大胆尝试,稳步推进。

  在上汽通用20岁生日之际,本刊记者采访了上汽通用生产控制与物流部业务开拓与发展经理倪斌,请他分享了上汽通用智能制造体系下的智能物流规划与实施情况。可以说,智能制造与智能物流建设总体战略规划清晰、路径明确、实施有效,该体系的成功打造将会是上汽通用未来继续领跑中国汽车行业的强大驱动力。

  一、智能物流建设背景

  1.智能制造是转型方向

  近年来,汽车制造行业面临产能过剩,客户需求产品多样化与个性化,原材料成本和劳动力成本上升,利润空间减小等诸多挑战,传统的管理手段和运行模式明显已经遇到了瓶颈。

  智能制造的兴起,无疑为汽车制造业的转型发展带来了新的机遇。在互联网高速发展的当下,人们的思维模式发生颠覆性转变;同时各种新技术的发展与成熟应用,会推动商业智能走向一个新的高度,也使人工智能的实现成为可能。这些对汽车产业的影响已经从汽车产品向整个汽车工业延伸,全球很多汽车企业都在积极完成转型,上汽通用作为中国汽车行业领军者更不例外。

  其实在公司成立初期,上汽通用就建立在一个先进工艺和高自动化率的基础上,具有完善的信息化系统支持业务高效运作。公司在发展过程中也不断创新,持续引入先进的生产技术和工艺,增加自动化、数字化、智能化设备的投入,不断巩固制造领先的优势。可以说,20年的积累为上汽通用实施智能制造打下了坚实基础。

  上汽通用整个智能制造体系由智能系统、智能产品、智能研发、智能设计、智能生产、智能质量、智能销售、智能服务以及智能物流等多个板块组成,覆盖了产品研发、制造工艺及设备工程开发、生产制造、物流运作与管理、质量管控、市场营销及售后服务等方面。上汽通用在上述各个业务环节中均部署了全局性的数字化、智能化应用实践,将分阶段稳步推进。

  2.智能物流发展时机已到

  物流作为汽车制造中的核心一环也面临着诸多压力。传统模式下的物流效率提升已接近瓶颈,需要寻求突破;市场需求与产品供给需要更精准、更快速对接,对供应链及物流提出更高要求;劳动力成本上升、土地资源稀缺及价格不断提高等因素,导致物流成本大幅提高;新兴产业公司拥有得天独厚的互联网资源优势,汽车物流面临跨界竞争的威胁。在此背景下,汽车物流被越来越多地植入“智能”的诉求。

  加上近年来,自动化设备、智能机器人、新控制技术的不断涌现,物联网、视觉识别、大数据分析、云计算、机器学习等先进技术的不断发展成熟,都给智能物流的发展提供了良好契机。

  对于上汽通用而言,物流智能化转型是企业保持优势、持续前进的目标,同时也是支撑公司智能制造顺利推进的重要组成部分。另一方面,上汽通用作为汽车产业链的龙头,通过智能物流战略的推进,也将协同并带动汽车上下游产业链的共同发展。

  二、稳健的数字化物流发展规划

  上汽通用智能物流的发展主线将围绕模块化、自动化、数字化、网联化、智能化五个方向展开,数字化的实现被视为智能化改造的基础。2015年,基于公司智能制造发展战略,上汽通用制定了供应链与物流数字化发展规划,在物流全过程中对传统业务流程进行全局数字化改造;同时,依托自动化物流设备、感知技术、物/务联网、大数据、智能优化算法等先进技术,对部分物流业务和系统进行智能化改造尝试,挖掘和寻找传统业务的突破点和新的效益增长点,为智能物流转型升级打下坚实基础。

 

上汽通用数字化战略全景

  1.把握汽车供应链特点,推进物流数字化

  (1)业务链长、环节多、范围广

  上汽通用的供应链与物流管理运作由生产控制与物流部负责,其业务覆盖生产计划、物料准备、入厂物流、工厂物流、一直到出厂物流等一整条业务链;包含生产计划管理、零件计划管理、库存控制、供应链管理、物料运输管理、仓储管理、料箱料架管理、包装设计、整车发运等各个业务环节;业务范围在公司内涉及到几乎所有部门(市场、采购、财务、工程、制造、质量等),公司外涉及到零部件供应商(包括国内、国外)与物流服务供应商(包括陆运、海运、空运等)。

  (2)系统数量多、互联互通性差

  基于供应链的复杂性,上汽通用的信息系统建设和应用也较为复杂。具体表现在:一是公司业务部门众多,各部门所涉及和应用的系统多达30多种;二是以往各业务部门的系统单独开发,互联互通性不强,导致各系统效率不同;三是各个系统并不是从同一数据池、在同一时间抓取数据,造成信息不对称。

  2. 构建互联互通的数字化信息系统

  为实现供应链上下游高效衔接,上汽通用需要从两个方面入手,推进传统业务流各环节的数字化改造:一是疏通整个业务链,二是打通整个信息流。为此,上汽通用采用了企业架构方法,对业务架构、应用架构、数据架构等内容,通过梳理、分解设计、构建、集成、扩展,形成端到端全局性规划,确保各数字化信息系统符合部门战略和业务、技术发展要求,互相之间实现互联互通;同时,在IT架构设计中采用了数据模块化设计,保证相关系统未来再改动时只需改动特点模块即可,不对其他系统造成任何影响。

  倪斌以上汽通用汽车凯迪拉克工厂为例,介绍了智能工厂的整体架构布局。该工厂应用工业以太网技术,为底层生产设备提供高带宽的网络化接入。设备层的传感器、执行器等设备均通过工业以太网接入系统;在控制层,使用PLC产品实现工艺过程和安全设备的一体化控制,在现场部署大量基于PC或面板型的HMI产品,实时获取生产设备运行状态信息和工艺过程信息,并能进行远程控制;在车间层,部署了MES系统,具备了生产过程监控、设备监控、生产计划调度、物流运作管理、质量信息收集和追溯等功能,并向上和企业ERP系统贯通;在企业层,按照业务链及功能分工,部署了基于ERP系统以及其他的相关系统,实现全业务链的系统功能覆盖。

  未来,该工厂随着物联网建设不断投入,在设备层和控制层将接入更多传感器和设备,需采集并传输更多的数据供处理分析;在车间层和企业层,将推进大数据分析和可视化工具应用,帮助识别业务运行环节的优化机会,利用数字化建模分析、智能算法等技术,探索智能排产、智能调度、智能优化等高级应用;在各个层级上,将结合具体项目需求,开展通信网络的性能升级,部署相关业务应用。

  三、智能物流系统建设探索

  据倪斌介绍,基于成本控制与风险可控的考虑,上汽通用智能物流系统建设的推进,并不是集中在某一个生产基地或者某一个工厂,而是利用全局资源,选取合适的项目在不同的工厂分头试点,待取得成功之后再在四地工厂全面推广。智能物流战略推行两年以来,上汽通用已就数字化技术和智能物流装备等进行了分头试点,为全面实现智能物流转型升级打下坚实基础。

  1.数字化技术应用及探索

  上汽通用在生产计划排产、入厂物流、工厂物流、供应链延伸管理等环节,不断引入数字化技术应用,推进物流的数字化及智能化转型。

  (1)数字化排产技术

  2016年,上汽通用在国内汽车行业首次在冲压业务领域应用数字化排产技术。冲压车间的排产是典型的小批次、多边界条件、多约束条件的数学模型,同时在换模时间长、次数多、库位不确定等多种因素下,人工考虑的约束条件有限,排产效率低。上汽通用将传统的手工排产转变为数字化排产,可以大幅缩短排产所需时间,快速响应生产需求变化;缩减物料缓存区面积,提高场地利用率,实现精益库存管理;合理安排和配置人员,提升计划员工工作效率、设备利用率及生产效率,并能调和产能溢缺,减少公用动力,降低各项物流运作费用。

  数字化排产在浦东金桥冲压工厂取得经验并进一步优化算法后,上汽通用将会在2018年把该技术逐步推广到动力总成工厂、整车装配厂,进而在四地工厂全面采用。

  (2)室内定位技术

  上汽通用在汽车制造业工厂物流领域首次应用室内定位技术,配合自动化扫描等各类先进感知技术,实现人、机、料数字化跟踪分析,优化送料路径,提升人员效率,最大化设备利用率,精益厂内库存,有效支撑数字化工厂的构建。

  (3)智能调度技术

  在行业内首次尝试应用智能调度算法,通过入厂物流、工厂物流等环节的全局资源调度,高效匹配物料需求与物流资源,实现物流整体效率的大幅提升。

  (4)模拟仿真技术

  目前,模拟仿真软件多用于工厂规划或产品开发,对于整个流程中所有自动化设备的结合运作仿真技术还属于空白。上汽通用正在探索在物流系统整体规划方面采用模拟仿真软件,仿真整个物流过程中的瓶颈、预知风险,模拟更多的方案,从而找出最优方案。

  (5)窄带技术在料箱、料架追踪中的应用

  上汽通用利用中国移动窄带技术,集成了GPS模块,只要手机有信号的地方都能追踪并传送料箱、料架的位置、状态等信息,实现料箱、料架的全生命周期管理。目前该技术应用处于探索阶段。

  2.智能物流设备应用及探索

  在智能物流体系建设过程中,上汽通用围绕入厂、接收、仓储、分拣、上线、下线、发运、出厂等八大运作环节,持续推进物流自动化水平。目前主要应用的自动化物流系统如下:

  (1)自动化立体库

  上汽通用已经在四个基地多个工厂分头试点了穿梭车、堆垛机等在内的不同形式立体库,用于包括发动机、变速箱在内的多种标准化大型零部件及总成件的自动化存储,提升了仓储面积利用率和物流作业效率。

 

  自动化立体库

  自动化立体库目前在汽车行业应用较少,主要是因为汽车零部件规格、尺寸差异大,实现高效率应用比较难。但随着土地成本、人工成本的上升,自动化立体库的应用成为趋势。

  (2)智能新型AGC

  上汽通用率先试点引入国际先进的智能新型AGC完成自动运送物料上线作业。有别于传统磁轨式导航AGC,智能AGC可以360度原地旋转,几乎没有转弯半径,可以不用限制线旁零部件密集堆放,提高了上线效率。

  目前,智能新型AGC在快递物流行业应用较多,而在汽车物流行业应用较少。同时,上汽通用在AGC应用过程中也发现,由于汽车行业有些零部件整体包装重达一吨以上,而目前AGC举升力有限,还不能胜任所有零部件的自动上线。上汽通用正在与新松、海康威视、极智嘉等行业领先的公司沟通,希望未来在技术上有所突破。

  (3)无人叉车

  上汽通用在浦东金桥、武汉分公司应用了激光导航无人叉车,实现物料的自动出入库,使仓库局部实现无人化运作,物流效率明显提升,未来还将会加大投入。

  (4)智能拣选机器人

  上汽通用在汽车行业首次引入智能拣选机器人完成天窗零件自动拣选,提高了分拣效率。在柔性化生产现场,物料需要排序。上汽通用采用智能拣选机器人自动抓取天窗放在料架上,并按照生产计划排好顺序,最后由AGC将料架拖至线边,实现了天窗拣选及上线无人化。

 

  天窗智能分拣机器人

  除此以外,上汽通用还运用自动化设备,实现整托盘物料的自动扫描、自动打包、自动短驳;自主研发无人拖车,在发运端实现厂际间物料无人自动驳运;通过机运链的大规模应用,提高物料接收端作业效率;运用自动扫描、整车立体库、自动洗车等技术,提升整车物流操作效率;此外,还通过建立硬件控制系统,实现对不同自动化设备的统一管理与控制,初步实现无人化仓库的运作。

  四、难点及解决途径

  倪斌表示,在上汽通用智能物流的推进过程中,许多新技术、新模式在部门、公司甚至行业内都是首次尝试,无成熟方案可供借鉴,面临诸多困难与挑战。针对这些技术难点,一方面,上汽通用在部门内部成立了相应的平台化组织,集成部门各类专家对技术难点进行集中攻关;另一方面,通过战略供应商协同、产学研合作等方式,借用各类外部资源的帮助来进行项目推进。

  此外,受到企业资源和人力条件的限制,不可能所有物流系统和作业环节一起推进智能化,如何寻求技术与成本之间的平衡,找准突破口,也是智能物流建设过程中必须考虑的。上汽通用所追求的是精益的智能物流,用最低的成本来实现最优的解决方案,所有新技术新模式的应用都是为了最终能产生效益。因此,上汽通用在做好智能物流发展全局规划后,梳理整个业务流程中哪些业务有系统,找到最关键的环节先试先行。例如,入厂物流和出厂物流最复杂,所占物流成本也最多,即使取得哪怕1%的改善,都将带来可观的效益,所以成为智能物流建设的重点。还有一些相对来说比较简单易行的业务也可以率先尝试。简单来讲,物流智能化改造的步骤就是,高收益、高回报及能够快速产生效益的业务先推进;一些规模比较大、难度也大的环节采用“小步快跑,快速迭代”的理念去推进。

  最后值得一提的是,在新技术的试点与验证过程中难免会走一些弯路,但上汽通用公司管理层对于创新一直抱着容错的态度,允许试错,这使相关人员放下包袱,大胆尝试,使改善项目得以快速进展。

  五、价值分析及未来展望

  对于智能物流体系建设给上汽通用带来的价值,倪斌表示,上汽通用原来的物流体系基础扎实,在智能物流体系建设过程中,每提升一小步都是一次大的突破,目前的探索达到了预期效果。上汽通用智能物流的不断推进,能够精准对接需求与资源两端,全面对接产品设计、制造执行及市场销售等关键环节,支持快速精准的产品个性化、柔性生产,打造了公司的智能制造核心竞争力。


  上汽通用智能物流生态图愿景

  谈及未来在智能物流方面的发展规划,倪斌告诉记者,上汽通用的目标是要打造一个互联、智能的多元物流生态圈,并以平台化组织的形式来推进生态圈的建立。当生态圈形成以后,不同生态层、不同元素之间将产生更多的化学反应,更好地实现相互促进。
 
  例如,对智能物流的实践,上汽通用将拉动零部件供应商生产及物流运作能力的提升,同时,零部件供应商也可以借鉴上汽通用的智能物流管理模式,并应用到自己的管理体系当中,从而能进一步降低成本、提升效率。

  再如,在校企合作方面,上汽通用与上海交通大学在2016年签署了《智能制造技术研发应用合作框架协议》,双方将在智能制造、智能物流方面进行合作。一方面,上汽通用可以借用上交大的学术资源,在前瞻技术的研究和应用方面实现集中攻关;另一方面,也支持上交大建立智能制造/智能物流应用人才培训基地,加速培养一批跨学科、复合型、具有实际操作技能的人才,为本企业、也为中国制造业的转型发展提供人才。

  在与国家机构对接方面,2016年,上汽通用已经和工信部以及电子工业标准化研究院进行了合作交流,将以主机厂的身份,助力国家智能制造领域相关标准、规范的研究与制定。

  未来,上汽通用希望通过智能物流生态圈的建立,携手零部件供应商、物流服务提供商等共同实践智能制造及智能物流,拉动整个汽车产业链的转型发展,并进一步在国内制造业转型升级、提质增效的过程中起到引领推动作用,开拓新模式,建立新生态。

 

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