一文读懂德国工业4.0中的智能物流

智能制造相关研究  前瞻产业研究院

工业4.0

 作者于10月初带领国内最大的轨道交通制造企业一行十七人到德国参观考察智能物流及德国工业4.0,将所见所闻撰文于此,并将值得学习和借鉴的地方加以整理提炼,以馈读者。

一、概述

随着经济水平的不断提高,客户的需求由统一设计和大规模制造向个性化、定制化转变,导致产品生产数量、生命周期和市场交付时间不断缩小。因此,在不增加人员成本和工作时间的情况下,制造企业只有依靠高效的公共物流组织和具备强大可拓展性与生产重塑性的智能化生产,才有效能应对快速的市场变化和满足消费者的个性化需求。

智能化生产使产品组合更加分化,满足定制化、小批量生产的要求,而智能物流作为智能生产不可分割的一部分,为智能化生产提供物资及质量保障。另外,高效公共物流组织可保障产品在全球市场的快速流通,以应对市场需求的快速变化。

本次德国之行,参观以工业4.0为标准的几座现代化制造工厂和以高效多式联运著称的全球最大的杜伊斯堡内河港口,了解智能物流在生产制造和流通中的具体应用,为中国制造2025提供借鉴意义。

二、高效的公共物流组织

(一)高效的多式联运物流节点--杜伊斯堡内陆港

经济全球化的环境下,港口成为多种物资、运输方式、服务资源的集合点,是物流、信息流、资金流的汇集地,是各种物流作业的集中地,也是多种物流设施和服务功能的集合地。因此,智慧物流节点成为第四代港口建设的重要方向,杜伊斯堡港口也为我们展示了德国智能高效的交通组织在货物流通、中转起到的重要作用。

众所周知,完整的物流运输网络中,运输方式的转换通常是耗时、耗力的瓶颈所在。而本次造访的杜伊斯堡港借助其优越的区位地位和不断创新的政策和服务,使港内水路、铁路及公路三种模式无缝转换,现已发展成具备智能物流功能的综合性内河港口。

杜伊斯堡多式联运内陆港位于莱茵河畔,一期占地20万㎡,是2012年第一列中欧班列的终点,是国家主席习近平专程造访的已付诸实践的“一带一路”首个欧洲节点,也是物流功能完善、开展多式联运的成功典型。

其与欧洲各国家货运铁路联网衔接,周边高速网环绕,每年有上亿吨的货物通过水路、铁路和公路进出港口,可平均日处理700辆集装箱货车,每辆卡车的装或卸的时间在30分钟以内,全程信息化管控,场站内可随时查询到每个集装箱所在的位置,所处的作业状态,同时也与挪威、瑞典、芬兰、丹麦、英国、爱尔兰、法国、西班牙和葡萄牙等国家的港口直接联系,成为最先进的德国现代多式联运智能物流港之一。

通过分析杜伊斯堡港的发展历史可以发现,杜伊斯堡港是在传统港口的基础上,依托港口来布局、规划、建设、运营而发展港口物流的,并且港口建设了与物流服务相配套的集装箱码头以及水路、铁路和公路运输通道,拥有经营国际物流的专业公司,有了这些条件,突出了港口物流服务中按照功能需要而开展的专业化分工与合作,增强了港口提供多种物流服务的能力,使杜伊斯堡港成为沟通内陆与沿海,特别是北海沿岸的鹿特丹港和安特卫普港之间的内陆智慧物流节点。杜伊斯堡港的发展历程对我国港口转型升级具有重大借鉴意义。

(二)智能化的欧洲铁路交通组织——汉堡微缩景观

汉堡微缩景观位于高高的仓储城内,由双胞胎兄弟格瑞特和弗瑞德里克·布劳恩共同创建,是世界最大的铁路模型展览中心,其拥有4000㎡的展览面积。

设计师们用了五千座房屋和桥梁、二十五万棵树木和二十五万个单人塑像,按照H0轨的比例建造出气势宏大的场面。景观内为了控制火车运行,总共动用了六十台计算机,并用了近五十万盏灯光更是将这个微缩铁路映照得美轮美奂,令参观者过目难忘。

馆内的物品和设置代表了德国人的严谨和精致,代表了高超的技术水平和工艺水准。其内部的Miniatur Wunderland真实生动的模仿了德国及欧美各国的交通情景,共铺设一万五千米长的铁轨,可令一万五千个车皮驶达目的地,里面包含了几乎所有德国的轨道车辆种类。除此之外,大量物流系统也在微缩景观中得以体现,可以让人更加直观的观察学习。

三、“工业4.0”中的智能物流

“工业4.0”是德国政府提出的一个高科技战略计划,旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂,其技术基础是网络实体系统及物联网。

目前,工业4.0已经进入中德合作新时代,中德双方签署的《中德合作行动纲要》中,有关工业4.0合作的内容共有4条,第一条就明确提出工业生产的数字化,即"工业4.0"对于未来中德经济发展具有重大意义。双方认为,两国政府应为企业参与该进程提供政策支持。

智能物流作为“工业4.0”的三个课题之一,其智能化、一体化和层次化、柔性化与社会化的特点支撑智能生产与智能工厂的成功运行。本次德国之行,参观以工业4.0为标准的几座现代化制造工厂,领略智能物流在生产制造中令人震撼的风采之外,为中国制造2025提供借鉴意义。

(一)智能生产“一体化”——梅赛德斯奔驰不莱梅工厂

智能物流作为德国“工业4.0”的三大课题之一,其成功的实践支撑了梅赛德斯奔驰全球第二大工厂——德国不莱梅工厂生产“一体化”目标的实现。不莱梅工厂占地120万平米,总员工数达12500名,在生产GLC-goupe之后,已有十款车在此诞生,年产量15万台。

每辆汽车在梅赛德斯奔驰工厂的生产工期差不多为四天,这期间汽车从车框架到装配完成,共在整个车间里经历了长达15公里的生产线,其精益的做工、严谨的品质体现在生产线上的每个生产环节。

2015年戴姆勒集团投资7.5亿欧元用于更新不莱梅工厂,此次投资成功将所有生产、物流流程网络化和数字化,大大提升了工人和机器人之间的合作效率。值得我们学习的是,厂区内没有零件存储仓库,所有的物料配送全部按照JIT和JIS方式上线生产,在满足汽车生产物流精准要求的同时有效避免厂区内交通拥堵。

另外,工厂已经实现了生产“一体化”、物流“自动化”、数据“信息化”等智能化工厂的建设目标,把不同的设备通过信息系统交互连接,测量数据通过网络共享,使得工厂内部以及工厂之间信息互通,做到部门、工厂间计划的协同,保障工厂制造的品质和效率。

(二)最先进的生产物流——大众德国德累斯顿透明工厂

在以消费体验、柔性化生产为核心的市场环境下,其生产要素组织及产品销售对物流的要求愈发严苛,如何快速将质量合格的产品生产及配送至客户手中成为重要的课题,而智能物流将是解决上述问题的关键所在。

当今生产物流最为先进的全自动化大众德累斯顿透明工厂位于德累斯顿市中心,1998年开建,2001年投入使用,占地150x150米,因面积紧张建设为三层建筑。

2015年透明工厂总计生产了8万多台大众的顶级豪华车辉腾,并计划于2017年第二季度开始生产电动汽车。因此,于今年3月份生产了最后一辆辉腾后,透明工厂正进行内部改造和调整。

来自全球各地的供应商零部件,汇集并存储在厂区5公里外12000㎡的货运村存储库房中,由3PL根据大众透明工厂生产计划的要求,以各个总装工位需求量分拣排序后,放在相应的标准化工装器具内,按照生产节拍的要求,通过城市轨道运输的方式,送到厂区内6000㎡的线边交接库,并以AGV的方式直接配送到总装线边各个工位,AGV同时带回已经使用完毕的空器具完成逆向物流的过程,生产下线的整车质检完毕后,驶入可停280辆下线整车的40米高、16层的全自动化立体停车库。

从供应商到为其提供上线服务的物流服务商,到总装线边,到成品车下线入库,整个生产物流实现了全程数字化信息化管理,并根据产量的不同由60-100员工进行操控。

所有零件实时状态可实时查询和追溯,工装器具实现了从3PL到总装线的循环共用,自动化设备和信息化设备如AGV、输送线、RFID等在透明工厂的使用非常普遍。不但总装线的上线生产物流,包括逆向物料物和器具流、成品车也完全实现了自动化、数字化的管理方式。

智能物流的应用为大众德累斯顿透明工厂提供了高效的生产要素组织及上线服务,在满足批量生产的要求外,能够灵活实现小批量、多批次等个性化定制生产服务,其依然在工业4.0的道路上前行,但其智能的物流体系值得中国制造企业借鉴和学习。

(三)智能工厂的典范——德国西门子安贝格电子制造工厂

德国安贝格西门子电子制造工厂拥有高度数字化的生产流程,能灵活实现小批量、多批次生产,是智能化未来工厂典范,也是以德国工业4.0为目标而打造现代工厂。

10年来,无论在人员还是厂房面积(10000㎡)方面均没有太大变化,但通过自动化改造及数字化生产等先进技术的应用,如今该工厂每年可生产约1500万件Simatic产品,即平均每秒就能生产出一台控制设备,使得产能提升了8倍。

另外,在数据高度信息化、透明化的支撑下,手工装配员工只需30分钟的培训,就可以胜任相应的工作,可以实现最大的灵活调动。但对于技术工人则需要经过3年以上的技术培训,才能上岗。通常一条产线上只有6-8名的操作工人,但后面通常有30-40人的技术人员进行支撑。

EWA在工厂设计上同样有其独到之处,与其他工厂的区别在于其生产车间在二楼,而一楼是智能的物流配送系统。目前,EWA工厂的生产过程的自动化率到达75%,但更为值得我们学习的是,除了生产过程的自动化,EWA更为关注的是在SIMATIC信息平台的支撑下,物流的自动化与生产过程自动化的匹配。

其运用方式是在正常的计划配送的基础上,根据生产线的使用情况,技术人员扫描快要用完物料的物流号,信息自动传递到中央物流区,中央物流区会自动的将相关物流准确的配送自相应的线边库,相应的时间在15分钟左右,依靠信息系统全自动化完成物料信息的传递和供应,实现生产与物流的无缝衔接。

另外,更加令人称道的是EWA对于质量的追求是无止境的。工厂为了保证完美的质量管理,采用了相互制约的多系统监测系统:如物流清单、工艺制程、在自动监测的基础上配合一定量的人工抽检,并通过百万出错率——dpm-A的指标考核,使得EWA的产品质量迅速提升,从上世纪90年代的560百万出错率,下降到现今的十几的水平,相当于质量水平达到了99.999%。

四、总结

通过以上参观,大家都能深深地感受第四次工业革命的浪潮扑面而来。不论是杜伊斯堡内河港口的高效多式联运和壮观的欧洲铁路交通组织微缩景观,还是工业4.0中智能工厂中智能物流的建设,都体现了高效的物流系统给生产制造带来的巨大变化。

同时,大家也意识到,随着德国“工业4.0”的标准和技术体系成立,并由此形成新的工业生态圈,将给中国制造业带来巨大压力。尤其是在中国制造企业普遍不重视物流系统建设的情况下,高效后勤保障的缺失将是我国制造企业“冲出亚洲、走向世界”的重要阻碍。

因此,在与德国“工业4.0”异曲同工的“互联网与工业融合”上升为国家战略后,中国制造企业应该借鉴德国工业4.0中智能物流的践行经验,依靠数字化、网络化、智能化形成的巨大知识空间、网络平台,大力发展中国公共物流系统中的智慧物流节点和工厂内的智能物流,使得中国制造企业在未来的市场竞争中占领战略高地。