智能制造與蘭州市智能物流發展對策

李秀麗

（蘭州財經大學隴橋學院，甘肅 蘭州 730101）

智能制造與蘭州市智能物流發展對策

李秀麗

（蘭州財經大學隴橋學院，甘肅 蘭州 730101）

在工業4.0戰略提出的背景下，結合蘭州市的經濟發展水平與物流發展現狀，從智能制造、智能運輸、智能配送和智能倉儲四個方面提出了蘭州市智能物流的發展對策，為蘭州市的智慧智能物流發展提供參考。

蘭州市；智能物流；智能制造

1 引言

隨著全球經濟一體化的深度推廣，物流逐步成為支撐國民經濟發展的基礎性、戰略性產業。智慧智能物流被認為是未來快遞業的必然趨勢，不管是順豐，還是菜鳥、京東物流，都在2016年加大了對信息技術的投入，以提升現有的物流水平。無人機、倉儲自動化機器人設備、自動分揀、大數據分析系統以及信息化系統支撐等已經成為標配。

蘭州作為西北地區重要的交通樞紐和工業基地，是絲綢之路經濟帶的重要節點城市，蘭州新區的建立，是實施西部大開發戰略的重要舉措，但是蘭州的物流體系較北上廣城市來說，還有很大的差距。雖然蘭州市物流發展的相關研究比較多，但是從智能化這個角度來研究蘭州市的物流發展體系還比較欠缺，因此，研究蘭州市的智慧智能物流發展具有一定的現實意義。

2 智能制造

2.1 智能制造概述

德國提出工業4.0戰略，跟我國十八大提出的兩化融合戰略是相匹配的，但是對于目前國內整個制造業現狀來講應該是2.0、3.0和4.0并存。工業4.0的核心是一個平臺、兩類網絡、雙重戰略和三項集成。一個平臺就是信息物理平臺；兩類網絡是指物聯網和務聯網；雙重戰略是領先市場戰略和領先供應商戰略；最主要是三項集成，實現價值網絡的橫向集成、數字化集成和縱向集成。

如果企業能夠實現系統間的集成，將會達到以下目標，第一個就是個性化，對于制造企業來講最核心的目標就是個性化定制，這也是我國智能制造主推的方向。另外可以提高生產速度、提高質量、降低成本、節省人力、節能減排、合作共贏、實現創新的驅動，創新驅動也是未來的盈利模式。在目標實現的過程中，主要涉及數字化技術、計算機技術、網絡技術、自動化技術、智能技術、系統集成技術、信息技術、工業技術等。而計算機技術、網絡技術、自動化技術、系統集成技術都是和物流緊密相連的。

一個典型的智能工廠或者是數字化車間，基本上包含以下幾個元素：工業智能機器人、柔性的傳輸設備、自動化物流系統，以及控制前面三項設備運轉相應的智能控制軟件。工業機器人現在是典型的智能制造裝備，機器人系統在生產上得到了一些應用，也是大勢所趨。

2.2 實現智能制造的途徑

對于制造企業來說，要實現智能制造，智能加工中心和生產線是每個生產企業不可缺少的。而對于智能化控制中心，以及生產執行過程的管控系統，它的基石就是智能倉儲與物流，所以智能制造的發展離不開智能物流的支撐。

（1）充分利用立體化倉庫。對以前傳統的制造業來講立體倉儲系統多用于成品存儲，以及成品向用戶發送配送環節，但是在工業4.0的智能制造背景下，現代物流倉儲系統的應用遠不止于成品：從原料開始到半成品到成品，到供應鏈銜接物料輸送都可以引入物流系統，只有真正應用物流系統才能解決物料配送準確高效的問題。在工廠物流設備里邊，不僅包括自動化倉儲系統和相應的輸送系統，還應包含AGV等相應的機器人，采用的控制軟件硬件包括ERP、MES、RFID、工業條碼等手段。

（2）實現倉儲設備、物流設備之間的集成。將MES和自動化倉儲的WMS融合在一起，通過MES指導自動化倉儲的作業。整個工廠的原料都進入自動化倉庫，自動化倉庫為各分裝生產線提供原料，這個分裝生產線產生的成品進入倉庫存儲，分裝線的成品再作為下一個生產的原料送到組裝線生產出成品，最終成品進入自動化倉庫存儲，整個生產環節都是由自動化倉庫以及相應的物流來承擔的。

（3）發展個性化定制服務。目前工廠工藝設計基本都是以追求自己的產品質量和產品生產速度最優化為最終目的，蘭州市的制造企業如果要把智能物流添加進去，就需要對生產工藝進行改變，需要反復實踐才能做出一個符合其生產的工藝需求，才能把物流融入到里邊去，所以工藝設計一定要跟企業產品的工藝設計相結合，必須將企業產品的工藝制造考慮進去。

總體來說，未來的物流需要根據企業的實際情況，通過它的B2B、B2C平臺產生訂單，以這個訂單來指導整個供應鏈以及生產過程的制造環節，這才是未來真正要做的智能物流，這一切都是以大數據作為支撐的。

3 智能運輸

3.1 智能運輸概述

智能運輸系統（ITS）是一種全新的運輸系統，它將先進的信息和通訊技術集成到交通運輸基礎設施和運輸工具中，為用戶、交通運輸基礎設施、交通運輸工具提供一個先進的信息和通訊網絡，使整個交通運輸系統更加安全、更有效率、更加可靠和更加環保。

智能交通運輸系統是一個復雜龐大的系統，包括以下幾大系統：交通信息采集與處理技術、通信技術、網絡技術、數據庫技術、GPS技術和GIS技術、交通仿真及動態分析、智能交通控制平臺。只有將這幾大系統進行有效地整合，才能保證智能運輸系統各個子系統的實現，最終達到整個運輸系統的實現。

3.2 蘭州市發展智能運輸的途徑

（1）綜合應用智能運輸中的關鍵技術。運輸作為物流系統非常重要的一個功能，實現產品在時間和空間上的轉移，連接不同物流節點企業的物流需求。蘭州市要在政府大力支持物流業的政策背景下，充分利用GPS定位技術、EDI數據交換系統、RFID技術等，對運輸車輛進行實時有效地監控，及時處理物流信息，做到運輸數據傳輸無差錯、無延遲，確保物流運輸過程的及時銜接，信息的及時交換，有助于物流企業及時調整庫存策略，降低庫存積壓，減少不必要的等待。

智能交通與物流結合，主要服務于車輛位置信息收集、交通道路信息和線路引導信息這三大方面。具體如圖1所示。

圖1 智能交通與物流結合技術

（2）運輸組織科學化。隨著社會和經濟的發展，運輸活動越來越復雜，運輸量有時候非常巨大，科學組織運輸能夠降低運輸成本，提高物流運作效率。蘭州市主要的集散中心大致分布情況見表1。

表1 蘭州主要貨物集散中心分布情況

從表1可以看出，流通量較大的地方是七里河區和安寧區這兩個區域。安寧區交通道路環境發展較好，可以充分利用現有的交通設施發展安寧區的貨物集散。但是七里河區的交通環境非常不便利，一方面是由于七里河區的貨物集散中心相對集中，義烏商貿城和西北茶城都位于七里河區小西湖附近，西站貨場位于七里河區土門墩，這三個主要集散點都位于西津路，所以在交通高峰時段，勢必會造成交通堵塞，影響物流運輸效率；另一方面，由于七里河區地域面積397km2，而人口數量達到50.60萬，僅次于城關區，所以蘭州西客站承擔了較大部分的客流量，給交通帶來一定的壓力。

合理選擇運輸路徑從以下兩個方面考慮：一是運輸時間，二是運輸費用。在給定交通網絡圖以后，需要研究的就是起點（供貨點）到終點（需求點）的合理運輸路徑，具體的方法可以采用多點間運輸（Floyd法）來確定。

多點間運輸問題主要指起始點或目的點不唯一的運輸問題，而多點間運輸問題中最典型的就是產銷平衡運輸問題，即總的供應能力和總的需求量是一樣的，但是由不同的路徑進行運輸會導致最終的總運輸費用不一樣，此類問題的最終目標就是尋找最低的運輸費用。在此類問題中，一般有m個供應點，n個需求點，它們之間由一系列表示運輸成本或者運輸時間的權重系數連接起來。

產銷平衡運輸問題的數學模型如下：

此模型中，目標函數是求總運輸費用最小，式（2）表示由某一產地運往各個銷地的貨物數量總和等于該產地的產量；式（3）表示各產地運往某一銷地的物品數量之和等于該產地的銷量；式（4）表示總產量與總銷量平衡；式（5）為決策變量非負運輸條件。

以蘭州市的貨物調度為例來說明多點間運輸問題。本論文選擇蘭州貨運集散中心、義烏商貿城、西站貨場為供應點，分別設為A1，A2，A3，假設B1，B2，B3為主要的需求點，且各個供應地到每個需求點的單位運價及產銷平衡表見表2。

表2 產銷平衡表

①確定初始可行解。用最小元素法進行求解，從表2中找出單位運價最小的元素優先滿足，接下來是次最小元素，依次類推，直到所有需求點的需求量全部滿足為止。

表3 初始解

也就是說，A1（蘭州貨運集散中心）提供的17件貨物分配給B116件，剩下的1件分配給B2；A2（義烏商貿城）提供的20件貨物，有2件分配給B2，18件分配給B3；A3（西站貨場）提供的15件貨物全部分配給B2。

②最優解的判別。最優解的判別可以采用位勢法和閉回路法。閉回路法在產銷點比較多的情況下比較復雜，本文主要應用位勢法進行檢驗。

這里需要假設兩個位勢，分別為位勢ui和vj，根據以下方程組得到位勢ui和位勢vj的值。

計算時，設u1=0，根據上述方程式，計算得到位勢ui和vj的值，具體見表4。

表4 位勢ui和vj的值

然后，根據公式σij=cij-( )ui+vj求解檢驗數，見表5。

表5 檢驗數表

表中檢驗數σij均為非負數，所以表3中的初始解即為最優解。

本文從產銷平衡的角度來說明科學組織運輸的方法，當然現實生活中存在產銷不平衡及轉運問題，需要用科學的方法來選擇運輸路徑，比如：最近鄰點法、最近插入法、節約算法等，這樣才能減少不必要的資源浪費。

4 智能配送

4.1 智能配送概述

智能配送系統是指利用系統集成技術，使物流系統具有人的思維、感知、學習和判斷推理的能力，能夠快速地解決物流配送問題，從而使物流系統高效、安全地處理復雜問題，為客戶提供方便、快捷的服務。智能配送系統的基礎是物流信息系統，物流信息技術主要由通信、軟件、面向行業的業務管理系統三大部分組成。其技術支持主要有物流技術、計算機網絡技術、人工智能技術、自動識別技術、傳感器技術、全球定位技術、EDI技術、通信技術、LBS技術、EOS技術、銷售時點信息系統、貨物跟蹤系統、自動分揀技術等。

智能配送系統實施框架如圖2所示。

圖2 智能配送系統實施框架

4.2 蘭州市發展智能配送的途徑

（1）大力發展智能配送柜。不管是阿里巴巴、順豐還是樂棧，在解決物流最后一公里問題上，都相繼推出智能配送柜，并且目前已經進入快速發展階段。智能配送柜能夠提高快遞效率、減少成本、提供平臺化快遞收寄業務，并且消除配送過程中代收包裹的風險。目前智能配送柜基本的功能就是取件、寄件，但是未來的發展趨勢將會增加第三方支付能力，方便各種第三方支付；另外會增加自助繳費等便民功能，比如：手機充值、水、電、氣繳費等；提供流媒體廣告投放功能，在柜體頂部安裝屏幕，通過網絡更新廣告內容。此外，像社區生活信息、寄存轉交、附近商圈優惠信息及優惠券打印等生活增值服務也將陸續附加到智能快遞柜上。

智能配送柜的建設需要大量的資金投入，在每一個小區投放智能柜不太經濟，所以用科學合理的方法選擇智能柜的投放點就顯得非常重要。本文就和平鎮區域應用集合覆蓋模型來說明如何選擇智能柜投放點。

集合覆蓋模型目的在于用最小的設施去覆蓋所有的需求點。其數學模型表述如下：

式（6）是目標函數，被選擇的智能柜數量最小化；式（7）是保證每個小區居民的需求都得到滿足；式（8）是對每個智能柜服務能力的限制；式（9）允許一個智能柜為某個小區提供部分需求；xj和yij是決策變量，表明哪些小區可以投放智能柜。

和平鎮人口分布較為密集的主要有：薇樂花園、新元綠洲、蘭州外語職業學院、蘭州財經大學、蘭州財經大學隴橋學院、蘭州交通大學博文學院，即有6個需求點，編號分別為1，2，...，6。這6個需求點分布情況及相對距離如圖3所示，距離以車輛行駛時間表示（單位：min），本文中規定在15min內達到任何一個需求點的情況下，要投放多少個智能柜，以及確定它們的位置。

根據表6，在A（j）中找出可以為其他需求點服務的子集，并將其劃去，這樣可以簡化問題。例如，1號服務點可以為1、2號需求點提供服務，2號服務點可以為1、2、3號需求點提供服務，因此1號服務點的服務范圍是2號服務點服務范圍的一個子集，可以忽略在1號地點，即薇樂花園投放智能柜的可能。依次類推，經簡化后，｛2，3，5｝是候選地點的集合。

圖3 分布情況和相對距離圖

表6 備選地服務范圍表

在候選地點中，2號即新元綠洲所能服務到的范圍為1、2、3號需求點，3號服務點即蘭州外語職業學院所能服務到的范圍為2、3、4、5號需求點，5號服務點即蘭州財經大學隴橋學院所能服務到的范圍為3、4、5、6號需求點?？梢钥闯?，這3個候選點中任何一個服務點都不能全部覆蓋6個需求點。通過窮舉組合，發現（2，5）是可以覆蓋所有6個需求點的一個數量最少的組合解，即在新元綠洲投放一個智能柜，用來服務薇樂花園、新元綠洲、蘭州外語職業學院這3個地點的快遞需求，蘭州財經大學隴橋學院投放一個智能柜，用來服務蘭州外語職業學院、蘭州財經大學、蘭州財經大學隴橋學院、蘭州交通大學博文學院這4個地點的快遞需求，且蘭州外語職業學院可以選擇任何一個智能柜作為其服務點。

（2）運用LBS技術構建智能配送系統。基于位置服務—LBS（Location Based Service）指應用中國電信的無線通訊網絡，或利用外部定位系統來獲取用戶的位置坐標，在地理信息系統GIS的支持下，為用戶提供相應服務的一種增值業務。

LBS系統在智能配送方面主要的應用有以下幾個方面：

第一，位置定位。用戶的物理地址通過其下達的訂單進入配送系統，此位置經過地理編碼，將其轉化為電子地圖上的坐標，從而將用戶的詳細位置定位在電子地圖上，用于計算機后續配送作業的基礎準備工作。

第二，訂單分配。當客戶的位置坐標在電子地圖上顯示以后，計算機會自動判斷離客戶配送距離最近的配送站點，如果離客戶最近的配送點的商品庫存量滿足客戶的需求，則系統自動將客戶的訂單分配給此配送站。如果該配送站的商品庫存情況不能滿足客戶的需求，則由客戶根據各配送站的庫存情況重新選擇配送站點。這樣，各個配送站只負責處理距離較近的客戶配送任務，一方面降低了企業的配送成本，另一方面能夠提高配送效率和顧客滿意度。

第三，規劃配送路徑。客戶位置在電子地圖上定位后，物流配送系統需要對各個需求點的配送路徑進行合理規劃。根據規劃好的行車路徑，可以確定配送貨物的先后順序，對車輛的貨物裝載順序也有一定的指導作用。路徑規劃不僅要保證所有的客戶需求都能得到滿足，而且還要保證配送路徑的可行性，使企業的總體效益最大化。

5 智能倉儲

5.1 智能倉儲概述

智能倉儲指在傳統倉儲的基礎上，應用條碼技術、智能標簽、FRID技術、AGV無人搬運車、識別設備、計算機技術等先進技術，對倉儲系統進行統一管理和調度，實現智能倉儲的真正自動化與智能化。

5.2 蘭州市發展智能倉儲的途徑

（1）大力發展自動化立體倉庫。立體化倉庫在國內發展歷經40年，開始步入快速發展階段。對于制造業來說，自動化立體倉庫是倉儲工具的一次變革，更是一種精益化的管理理念。自動化立體倉庫的應用在制造企業內已經越來越多，特別是煙草、醫藥、機械、汽車、食品飲料等行業。各行業的自動化立體倉庫應用情況如圖4所示。

圖4 各行業自動化立體化倉庫應用占比

立體化自動倉庫的優勢主要體現在提高空間利用率、實現物料先進先出、智能作業賬實同步、滿足貨物對環境的要求、可追溯性、節省人力資源成本、及時處理呆滯料等方面。

立體化自動倉庫的實施關鍵點主要有：第一，合理規劃適合企業需求的布局。包括入庫暫存區、檢驗區、碼垛區、儲存區、出庫暫存區、托盤暫存區、不合格品暫存區及雜物區等。第二，暢通無阻的物流流程設計。物品的流動是否暢通無阻，將直接影響到自動化立體倉庫的能力和效率。第三，性能評估。根據物料特點，評估運行速度、運行模式、連續工作可靠性等。第四，應急運行模式建設。當系統出現異常甚至癱瘓時，是否可以迅速切換為純機械的模式，以免影響現場生產。

（2）引進先進設備。傳統物流中的設備，比如：叉車、升降機、打包機等都需要人工操作，時間耗費較多、對于信息錄入的準確性也不高，容易造成倉庫貨物積壓的現象，所以選擇現代化的倉儲工具顯得非常重要。在揀貨設備方面，可以引進揀貨機器人、機械臂配合圖像識別技術進行貨物的揀選；在搬運設備方面，目前普遍用的是液壓托盤搬運車和電動托盤搬運車，可以引進AGV小車，也可以借鑒亞馬遜運用的kiva類搬運機器人進行貨物搬運；在智能穿戴設備方面，可以考慮語音揀選、無線掃描指環、智能手機、谷歌智能眼鏡等，各大廠商及電商巨頭都在頻繁嘗試，后續這些都將成為倉庫的標配，此為必然趨勢；在打包方面，引進自動打包貼簽設備等。

6 結語

智慧智能物流是利用智能集成化技術，使物流系統能夠模仿人的思維，通過推理判斷進行物流方案的決策。物流的智能化是未來物流發展的必然趨勢，將會對經濟社會的發展起到一定的推動作用。本文從智能制造、智能運輸、智能配送和智能倉儲四個方面，粗略提出了蘭州市發展智能物流的途徑。

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An Intelligent Manufacturing Perspective on Development of Intelligent Logistics System in Lanzhou

Li Xiuli
(Longqiao College of Lanzhou University of Finance&Economics,Lanzhou 730101,China)

In this paper,against the background for the proposition of the industrial 4.0 strategy and in connection with the economic development level and logistics status of Lanzhou,we proposed the countermeasures to promote the development of the intelligent logistics industry in Lanzhou from the aspects of intelligent manufacturing,intelligent transportation,intelligent distribution and intelligent warehousing.

Lanzhou;intelligent logistics;intelligent manufacturing

F253.3;F713.36

A

1005-152X(2017)10-0057-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.10.013

2017-08-01

蘭州財經大學隴橋學院基金項目“基于工業4.0背景下蘭州物流智能化發展策略研究”（Lqky-2016-010）

李秀麗（1989-），女，甘肅平涼人，助教，研究生，研究方向：物流系統規劃與資源配置。