智能工厂的物流系统应该具备什么样的特点，工厂中物流系统的总体规划与设计一般需要完成哪些任务

智能工厂物流规划是一个系统规划的过程，需要遵循一定的规划步骤。 智能工厂物流规划的一般步骤包括需求梳理、概念设计、初步规划、详细规划、方案验证、实施落地等6个阶段。

通过消费者和客户的需求带动交货，通过订单带动供应商的生产、工厂物流、检验储运、备料、工位配送、成品入库、储运、发货、交货等材料和产品的流动过程，最终实现客户的体验和满意度。

图1物流系统与智能工厂的关系

如图1所示，智能工厂包括智能生产和智能物流，智能工厂通过智能物流体系实现工厂内部整合，通过供应商和客户端的合作，实现订单交付的全程开通。 智能生产在交付过程中，将智能生产设施融入智能物流系统，实现“制造工厂物流中心化”。

在价值链运营环境下，物流已经成为智能工厂的核心要素，工厂规划和运营管理必须具备“流动思维”和“供应链交付思维”。 “大交付、大物流、小生产”、“制造工厂物流中心化”的工厂规划和运营理念在制造业中得到了越来越多的认同和实践。

智能工厂物流规划是一个系统规划的过程，需要遵循一定的规划步骤。 智能工厂物流规划的一般步骤包括需求梳理、概念设计、初步规划、详细规划、方案验证、实施落地等6个阶段。

一、整理智能工厂物流需求的需求整理方法主要有现场调研、人员访谈、问卷调查、数据采集、会议讨论、现有文件审核等。 调查不仅要调查物流部门，还要调查工厂整体的运营体系，不同部门对现状问题的理解也不一样。 同时，设计相应的表格收集数据。 这些表需要具有一定的逻辑和相互关系，为了确保数据收集的有效性，需要明确定义收集的数据量、覆盖周期、覆盖范围等。

需求整理是计划的开始，要获得合理、有效、准确的计划需求，不仅需要有效的数据支持和运营现状的理解，还需要计划团队重视假设，向业务部门解释未来智能工厂的场景和形态，确保广泛的建议和理解； 实事求是，根据现有工作痛点，组织计划需求，用系统逻辑连接现有痛点和计划需求，确保计划需求的准确性、系统性和前瞻性。

图2需求整理和数据调查的主要内容

需求整理和数据调查的重要内容如图2所示。

二、智能工厂物流概念设计在梳理需求的基础上，概念设计体现在智能工厂战略与价值导向、行业内外最佳实践、智能物流技术应用前沿、智能物流发展概念、行业与企业发展瓶颈、智能物流创意需求、智能工厂建设目标、行业竞争要点、产品与技术特征、基础条件、行业条件例如，头脑风暴与专家探讨、设计概念的提炼与转化、创意设计与提炼、感性到理性的转化、思维到轮廓的转化、多样化到确定的转化等，最终输出物流概念的设计。 以物流为主线的智能工厂概念设计模型如图3所示。

图3以物流为主线的智能工厂概念设计模型

概念设计阶段输出的主要内容包括以下几个部分。

1 )工厂物流战略)根据战略制定中考虑的因素，按其制定程序输出工厂物流战略。 需要说明的是，物流战略可能包括可衡量的绩效指标、可操作的中长期规划等，而不是口号。

2 )工厂能力清单)主要指该智能工厂所具备的各种能力要素。 如：该厂能快速响应客户订单，适应定制，生产灵活，具有数字化特点，可参观等。

3 )工厂蓝图)可以捕捉到工厂的“面孔”。 如上所述，按物流计划维度分类，主要包括物流、基础设施、产品、制造、信息5个维度的轮廓。 例如，物流蓝图包括工厂物流整体运作逻辑、工厂物流能力成长路径、园区物流大致流程等，基础设施蓝图包括建筑概念业态，如园区开门、建筑物数量、建筑层数、建筑形式、建筑物之间的逻辑关系等要素。

4 .物流技术选择：概念设计阶段物流技术的选择，主要是指基于工厂弱点、关键环节等出口的物流技术概念。 例如：来料托盘堆垛机立体库的采用、成品下线及运输采用运输线等。 另外，关于同样重要的一环，在概念设计阶段有可能输出两个以上的物流技术。

5 )工厂物流规划创意，主要包括工厂物流规划的亮点、突破点等。 例如，小汽车的停放方式可以考虑普通的地面、地下停放，但提出屋顶停放可能是规划中的一个亮点。 另外，对于大尺寸不规则的托盘类，如何使存储器具有互换性是一个难点，但在这种情况下，通过灵活的托盘设计，最终实现多尺寸的存储器互换性，可以理解为计划上的一大断点

6 .工厂规模和大致流量：工厂规模主要是根据这个概念设计的，该智能工厂可以匹配年产能、月度高峰产能、平均产能等，如匹配年产能300万台、月度高峰产能35万台、平均产能25万台粗略流量主要是指经过数据的粗略估算，可以大致表达校园各物流门的流量、建筑物间的流量、工序间的流量等各环节的流量数据。

7 .工厂运作模式和物流技术：基于工厂的战略定位和价值导向，出口的工厂运作模式主要指向工厂运作方向，如强调以交付为目标的运作管理、强调信息集成互联的差异管理等。 物流技术是指材料的进货、卸货、接收、检验、入库、储存、筛选、配送以及成品入库、储存、发货全流程物流运作的大致方法和技术。

在概念设计模型的基础上，通过对概念设计过程的掌握，主要包括物流战略的制定、概念设计图的规划以及实现路径的设计，最终给出了符合企业需求的概念设计方案。

三、在智能工厂物流初步规划的初步规划阶段，需要充分考虑工厂建设面临的客观存在约束，将概念设计的“梦工厂”逐步具体化为“现实工厂”。 在概念设计的基础上，结合概念设计方案、地块特征与参数、地方政策与规范条文、地块环境、产品与生产技术、物流技术、生产与物流当量、物流技术选择、规划原则、约束条件、运营指标等，采用PFEP规划方法，提出了生产与物流流量测算、物流智能化部署模型以物流为主线的智能工厂初步规划模型如图4所示。

图4以物流为主线的智能工厂初步规划模型

最初计划阶段输出的主要内容如下。

1 .厂区物流布局方案：主要包括小区开业、小区道路、装卸区域、建筑业态(包括建筑纵横高度、层数、结构形式等)及生活配套设施等。 生活配套设施规划以体现人文关怀为主，如为避免员工日晒雨淋，工厂可考虑规划风雨连廊连接厂房、食堂和宿舍。

2 .工厂功能区域布局方案：工厂功能区域主要包括物流区域和生产区域。 物流区域一般是指原材料和成品的接收区域和储存、周转区域。 根据企业规模、生产模式、管理水平等因素，物流区与生产区可能连成一体，呈多点分布的细胞化布局，物流区也可能独立于生产区集中布局。 生产区域主要是指生产作业的加工区域，包括前工序和装配工序区域。

3 .配套区域布局方案：配套区域主要包括小区配套区域及建筑物内配套区域。 园区配套区域主要包括高压变电站、低压变电站、空压机房等； 危险品仓库或加气站：溶剂室、气瓶间等； 安保设施：门卫岗、围墙、消防控制室、监控室； 环境设施：污水处理站、工业废物站、废物回收室； 与生产有关的英镑等。 建筑物内配套设施主要包括卫生间、生产办公室、茶水间、设备配套间等。

4 )物流能力和资源初步配置)对各环节物流能力和资源进行初步配置。 例如，各物流区域规划面积、各类材料储存方式、配送方式的初步配置、基于某箱配件立体仓库需要规划的库容和流量对物流设施数量的初步测算等。

5 .物流设施参数的初步定义：主要包括物流设施类型、数量等参数的初步定义。 如需要在某一环节的初步定义中配置潜伏型AGV，测算其初步数量等。

6 .物流相关初步建筑参数：主要包括生产建筑形式、建筑轮廓、高度、层高、柱间距、防火分区、荷载、雨棚等。

初步规划是一个多目标、多规则的复杂最优解问题，在行业、企业、分区、战略指导下，约束条件和规则不同。 因此，初步规划不是转化为简单的数学算法模型，而是利用数学模型的思想，对每个具体问题进行输入输出的分析和解决，从而得到多个相对优化的初步配置方案，具体体现各方案的利弊，进行综合选择否则，没有系统规划就轻易想出来的方案，约束条件越少，解越发散，形成无数个“合目的理解”，每个人从自己的角度形成不同的规划方案，此时，无法形成更有效的判断和决策，在很大程度上因此，在初步规划阶段，详细而全面的输入尤为重要。

四、智能工厂物流详细规划在初步规划的基础上，详细规划结合初步规划方案、具体PFEP方案、物流技术与参数、物流信息技术、物流运作逻辑、生产物流线路、智能制造参数、详细物流参数、关键环节焦点、人文要求等研究、选择、确认和应用物流技术，以理顺物流流程、智能化物流为主线的智能工厂详细规划模型如图5所示。

图5以物流为主线的智能工厂详细规划模型

计划阶段详细输出的主要内容如下。

1 )建筑空间及平面布局方案)指细分为每平方米的各区域的详细布局。 例如，储存区域储存的材料类型、储存方式、器具配置方式等，各区域之间的详细物流线路及与线边缘站的具体对接形式等。

2 )物流相关详细建筑参数)详细建筑参数主要用于支持设计院施工图设计，主要有物流设备开孔尺寸、设备吊口、立体仓库建筑参数、防火卷帘/水帘尺寸详细尺寸、电梯数量及电梯参数

3 )工作场景方案)基于进厂物流、生产物流、成品物流各段物流设计的运作场景，如各类物料的进货、卸货、储存、发放、配送等。

4 .生产设施配置方案：指在生产环节选择的生产设施、设备类型、数量及能力要求等，与生产工艺有较强的相关性。

5 .物流设施配置方案：包括各环节选择的具体物流技术、涉及的物流设备和设施类型、数量和能力要求等。

6 .物流信息化功能需求：根据工作方案和运营逻辑，明确了智能工厂物流系统信息化的总体框架，并在此基础上提出了各环节的信息化功能需求，主要包括进厂物流、仓储管理、物料配送、成品物流、容器器具管理、应急物流等环节，包括

7 .物流运作流程逻辑：进货、卸货、接收、检验、储存、配送、成品入库及发货全流程的物流运作逻辑，如材料包装基础要求、库存周期管理、库存面积管理、分拣及同步提前期等。

8 .参观通道设计方案：根据企业参观需求设计参观通道方案。 具体包括参考通道走向、主要参观景点等。

9 .厂区环境设计方案：厂区环境设计，包括厂区人文、休息、关怀。

10 )投资预算)根据物流设施配置方案，参考国内主流物流设备供应商价格，进行详细的物流设施投资预算，进一步支持企业决策。

在规划的详细阶段，对零部件物流规划、物流区域规划、生产物流动线设计、线边站空间规划、成品物流规划等方面进行了详细的规划设计，按照“三件一套”的方针，按照“每平方米、每物料、每站” 此阶段需要进行详细的规划要素整理、建筑参数需求定义，进行物流设施布局和物流流程设计。

计划阶段详情如下：连接建筑、连接制造设备、连接物流设备、连接物料/产品流程、连接生产/流程、连接计划-执行-运营、连接人员、连接物流、连接辅助设施、连接物流容器、供应商/主机工厂/客户

五、智能工厂物流方案验证需要基于详细规划，通过仿真技术验证智能工厂物流方案，进行方案优化和修改。 工厂物流系统仿真针对实际物流运营场景建立系统模型，然后基于该模型进行实验，基于实验分析系统特性，优化系统目标参数或评估系统运行效率。 通过计算机建模技术建立仿真模型，研究工厂物流规划中存在的问题，并通过优化优化物流系统，避免运行中的瓶颈。

工厂物流仿真根据其应用场景主要分为三类：虚拟现实流动的动画仿真、物流离散事件的数据仿真、物流系统的运营仿真。 针对不同的应用场景，一般选择不同的物流仿真技术，在物流规划中，主要选择虚拟现实流程动画仿真、物流离散事件数据仿真进行方案验证。

1 .虚拟现实过程动画模拟

虚拟现实仿真技术主要展示物流系统物理空间位置与生产线体等其他相关设施的相对关系、工厂物流运营场景的展示等，主要用于方案规划物理空间的验证、方案介绍与讨论以及对外介绍与宣传等。

图6虚拟现实流程的动画模拟示意图

如图6所示，它通过三维建模技术，以1:1的尺寸对工厂物流计划中涉及的各项物流作业和物流自动化系统场景进行三维建模，并在此基础上基于物流系统运行的流程和逻辑，给出了三维模型的动态逻辑关系， 用于通过视觉展示从供应商到达到成品发货的全流程视频，研究和优化物流方案，提供立体、视觉的物流系统运行流程和逻辑。

2 .基于离散事件的物流系统数据仿真

基于离散事件的物流系统数据仿真技术，主要研究在多种约束条件下计算生产系统的综合生产、系统设施设备的负荷情况等。 其中在生产系统布局优化分析、生产线平衡优化、物料配送方案优化、作业排序与生产调度、物流设备负荷等方面有很多应用。

物流离散事件的仿真建立在对物流系统结构和流程的分析基础上，通过对系统的数学描述，即建立系统模型，用相应的仿真方法实现该物流系统仿真的过程。 通过仿真可以了解物料运输、储存动态过程的各种统计性能，包括运输设备利用率是否合理、运输路线是否畅通、运输系统流动周期是否过长等。

3 .物流系统运营仿真

物流系统运营仿真主要研究工厂运营的基础数据和信息系统驱动下的生产物流系统运营分析，如在新系统开发验证阶段，对信息系统设计开发的合理性验证； 另外，在工厂的运营阶段，对日常作业的生产计划的合理性等进行评价。

物流系统运用仿真是基于运用计划建立的物流系统仿真模型。 对工厂生产全流程进行建模，以APS等计划系统的运营计划为中心，以MES等生产制造执行系统的生产环境资源为约束，结合物流随机事件的动态规划策略，运行整个生产物流系统的仿真模型，进行分析优化过程通过大量访谈实验，调整和优化规划方案，优化工厂运营效率。 在运用阶段，还可以随时提取生产物流仿真模型，针对生产运用的几个场景进行推导，准确计算相关的几个指标参数，预测工厂运营状况，为工厂运营管理决策提供决策支持和依据。

更多精彩内容在《物流技术与应用》杂志第12期