论物流装备的定制化与标准化

2020-06-12 18:05 | 作者:尹军琪

  规模化流水线生产的核心思想是让一个人只干很少的一部分工作,并不断重复。大幅度降低生产准备和切换的时间,从而提升生产效率。一般情况下,流水线生产生产效率会是普通生产的1~5倍,不同的工种差异很大。

  然而,规模化与定制化是一对矛盾,如何解决这一矛盾,则是所有参与企业最为关心的问题。从系统设计角度看,要实现规模化生产,必须要减少设备的种类和规格,使每一类产品的需求构成规模,这与定制化其实是背道而驰的,因为未来的市场趋势应是丰富的和多样化的。从制造业生态环境的构成角度看,要大幅度减少产品的同质化,明确分工,使每一类产品的生产大幅度集中,每一个参与者都应朝专业化和集约化方向发展,改变制造业小、散、乱的局面,但从现实情况看,情况不容乐观。我国的货架、堆垛机、叉车、托盘、分拣机、输送机、AGV等主要产品的生产厂家不下1000家,分布非常广,集约化程度虽有增加,但远远不够,这也导致我国物流装备和系统集成企业的产值普遍不大,短期内看不到出现世界级企业的希望。

  03模块化和标准化是解决之道

  物流装备品类繁多,千变万化,面对定制化和规模化这一对矛盾,采用模块化设计和标准化是唯一途径。

  模块化的概念非常好理解,就是将一个整体进行有效分解,使其由一个一个独立的模块构成。就像日常生活中的搭积木。模块化设计大幅度降低了系统设计的难度。

  在软件设计中,模块化是将系统分解为一个一个的功能块,分别进行调试,然后整合成为一个整体。模块化不仅解决了软件开发的分工问题,使项目组可以同时进行开发与测试,而且一个模块出现问题,不会影响其它模块的正常运转。

  在产品设计中,模块化也是如此。因为任何复杂的产品均可分解为不同的模块组成。产品的多样性仅仅是模块的不同组合型式而已,这是模块化之所以能够解决规模化和定制化矛盾的原因。

  当然,实际生产中,模块不可能无限的多,并且过多的模块本身就与规模化生产互相矛盾。并非任何产品都可以由标准的模块所组成,如堆垛机的立柱,它的尺寸往往要与场地相结合,立柱高度就是一个非标值,这时,强制进行标准化,不仅没有必要,反而会增加生产和管理成本。

  产品的模块化旨在大幅度降低其“非标”的比重或非标的程度,从总体角度的100%降低到30%或更低,即已经达到了规模化生产的要求。即使是像堆垛机的立柱,也应在结构型式、承载能力、接口型式、尺寸等方面做到标准化和参数化,一方面使其设计难度大幅度降低,另一方面,减少备料的难度。甚至还可以将立柱进行进一步的模块化,使其由若干标准段和非标段所构成,降低非标的程度。

  什么是“标准化”?“标准化”的定义是:“为了在一定范围内获得最佳秩序,对现实问题或潜在问题制定共同使用和重复使用的条款的活动。”这是一个比较拗口和抽象的定义。其实所谓标准化的主要含义,在生产领域,主要是对产品所要遵循的技术要求,质量要求和接口要求提供一致指南。

  标准的范围非常广,可以是设计手段,数据接口,机械接口,材料选择,适应场合,承载能力,功率输出等多个方面。对模块化设计而言,标准化是其基础。标准化不仅是对不同设计者而言,遵循同样的标准可以简化过程,顺利完成对接,如电机的功率、基座型式、传动轴方式等,而且可以大幅度增加模块的复用,从而为规模化生产创造条件。

  标准化在物流装备行业不同专业间的应用是非常广的。如托盘、叉车、货架、堆垛机等产品的标准化,已经形成全行业共同遵循的一系列标准。然而,产品本身的模块设计却参差不齐,这与具体企业的规模、能力、管理和认知有很大关系。

  有人说,标准化程度的高低是一个国家和一个行业制造水平的体现,对物流装备何尝不是如此。如何理解标准化和应用标准化,应是一个长期的过程。

  04主动迎接新时代的挑战

  上世纪90年代,计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)发展如火如荼,彻底改变了过去的设计理念和方法,也为模块设计和标准化打下了基础。

  在互联网+时代,随着智能制造理念的提出,尤其是人工智能理念的提出与应用,计算机辅助设计与制造达到了一个新的高度,设计手段和生产手段均发生了根本性的改变。

  在设计环节,智能设计提供了更多的选择,并且为每一个设计方案提供了从力学计算到计算机仿真到计算机辅助样机制造(如3D打印技术的应用)、实验验证等全部过程。许多新的结构形式,在以前都是奇思妙想,或不可思议的东西,将成为现实。最优化的产品设计成为可能。计算机仿真技术的应用,大幅度缩短了新产品研发的时间,而以3D打印技术为代表的新制造技术的应用,则为样机制造和高难度零件加工提供了全新的方法。不仅设计研发成本大大降低,而且设计研发难度也大大降低。随着AI技术的研究不断深入,智能化成为设计研究的主要技术手段,未来的设计研发将会更加快速、全面、有效、彻底。

  在生产环节,无人化的制造系统达到了一个新的高度。机器人制造、智能化的物流系统、透明化的信息管理系统、柔性化的生产制造系统,一方面使得定制化生产难度大大降低,准确性和质量大大提升,另一方面,使得制造成本进一步下降,响应速度进一步提升。以人工智能参与管理的新兴制造系统,将彻底改变过去人工管理下生产切换效率低的问题和质量难以保证的问题。柔性化的生产线将取代传统的流水线,机器人将大部分取代人的工作。先进的制造系统的标志将是柔性化、无人化和智能化。

  大规模定制化,在20年前可能只是一个理念,但今天,已经是每个制造业企业所必须面对的选择,物流制造行业也是如此。

尹军琪

尹军琪

北京伍强科技有限公司总裁

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  研究生毕业后于北京起重运输机械研究院工作多年,历任计算机研究室副主任、主任,物流工程部副主任,市场二处处长,副总工程师等职务。1999年获教授级高工职称,2002年受聘北京交通大学客座教授,2013年兼任北京物资学院人生导师。现任北京伍强科技有限公司董事长、总经理。担任中国物流与采购联合会常务理事,中国物流标准化委员会管理与技术分会副主任,中国重机协会物流与仓储装备分会副理事长等社会职务。

  主要研究方向: 起重运输机械、物流机械产品的计算机辅助设计和有限元分析;2 物流中心与配送中心总体规划;3 物流中心关键设备计算机优化;4 物流中心库存管理系统(WMS)和控制系统(WCS)研究开发;5 物流中心动态仿真系统研究。

  主要荣誉和著作论文: 获原机械工业部优秀青年论文特等奖一次;2 获原机械工业部科技成果一等奖一次,二等奖两次;3 获北京市科技进步二等奖一次。4 发表各类科技论文60多篇,参与编写科技图书3本(部)。5 在1991年提出“二次惩罚法”优化设计理论,并成功应用于离散型优化系统6 在2005年 提出建设“合适的”物流系统理论。7 在2008年提出评价物流系统先进性的12项指标。8 获2013年度中国物流技术年度人物奖。


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