智能制造与兰州市智能物流发展对策

李秀丽

（兰州财经大学陇桥学院，甘肃 兰州 730101）

智能制造与兰州市智能物流发展对策

李秀丽

（兰州财经大学陇桥学院，甘肃 兰州 730101）

在工业4.0战略提出的背景下，结合兰州市的经济发展水平与物流发展现状，从智能制造、智能运输、智能配送和智能仓储四个方面提出了兰州市智能物流的发展对策，为兰州市的智慧智能物流发展提供参考。

兰州市；智能物流；智能制造

1 引言

随着全球经济一体化的深度推广，物流逐步成为支撑国民经济发展的基础性、战略性产业。智慧智能物流被认为是未来快递业的必然趋势，不管是顺丰，还是菜鸟、京东物流，都在2016年加大了对信息技术的投入，以提升现有的物流水平。无人机、仓储自动化机器人设备、自动分拣、大数据分析系统以及信息化系统支撑等已经成为标配。

兰州作为西北地区重要的交通枢纽和工业基地，是丝绸之路经济带的重要节点城市，兰州新区的建立，是实施西部大开发战略的重要举措，但是兰州的物流体系较北上广城市来说，还有很大的差距。虽然兰州市物流发展的相关研究比较多，但是从智能化这个角度来研究兰州市的物流发展体系还比较欠缺，因此，研究兰州市的智慧智能物流发展具有一定的现实意义。

2 智能制造

2.1 智能制造概述

德国提出工业4.0战略，跟我国十八大提出的两化融合战略是相匹配的，但是对于目前国内整个制造业现状来讲应该是2.0、3.0和4.0并存。工业4.0的核心是一个平台、两类网络、双重战略和三项集成。一个平台就是信息物理平台；两类网络是指物联网和务联网；双重战略是领先市场战略和领先供应商战略；最主要是三项集成，实现价值网络的横向集成、数字化集成和纵向集成。

如果企业能够实现系统间的集成，将会达到以下目标，第一个就是个性化，对于制造企业来讲最核心的目标就是个性化定制，这也是我国智能制造主推的方向。另外可以提高生产速度、提高质量、降低成本、节省人力、节能减排、合作共赢、实现创新的驱动，创新驱动也是未来的盈利模式。在目标实现的过程中，主要涉及数字化技术、计算机技术、网络技术、自动化技术、智能技术、系统集成技术、信息技术、工业技术等。而计算机技术、网络技术、自动化技术、系统集成技术都是和物流紧密相连的。

一个典型的智能工厂或者是数字化车间，基本上包含以下几个元素：工业智能机器人、柔性的传输设备、自动化物流系统，以及控制前面三项设备运转相应的智能控制软件。工业机器人现在是典型的智能制造装备，机器人系统在生产上得到了一些应用，也是大势所趋。

2.2 实现智能制造的途径

对于制造企业来说，要实现智能制造，智能加工中心和生产线是每个生产企业不可缺少的。而对于智能化控制中心，以及生产执行过程的管控系统，它的基石就是智能仓储与物流，所以智能制造的发展离不开智能物流的支撑。

（1）充分利用立体化仓库。对以前传统的制造业来讲立体仓储系统多用于成品存储，以及成品向用户发送配送环节，但是在工业4.0的智能制造背景下，现代物流仓储系统的应用远不止于成品：从原料开始到半成品到成品，到供应链衔接物料输送都可以引入物流系统，只有真正应用物流系统才能解决物料配送准确高效的问题。在工厂物流设备里边，不仅包括自动化仓储系统和相应的输送系统，还应包含AGV等相应的机器人，采用的控制软件硬件包括ERP、MES、RFID、工业条码等手段。

（2）实现仓储设备、物流设备之间的集成。将MES和自动化仓储的WMS融合在一起，通过MES指导自动化仓储的作业。整个工厂的原料都进入自动化仓库，自动化仓库为各分装生产线提供原料，这个分装生产线产生的成品进入仓库存储，分装线的成品再作为下一个生产的原料送到组装线生产出成品，最终成品进入自动化仓库存储，整个生产环节都是由自动化仓库以及相应的物流来承担的。

（3）发展个性化定制服务。目前工厂工艺设计基本都是以追求自己的产品质量和产品生产速度最优化为最终目的，兰州市的制造企业如果要把智能物流添加进去，就需要对生产工艺进行改变，需要反复实践才能做出一个符合其生产的工艺需求，才能把物流融入到里边去，所以工艺设计一定要跟企业产品的工艺设计相结合，必须将企业产品的工艺制造考虑进去。

总体来说，未来的物流需要根据企业的实际情况，通过它的B2B、B2C平台产生订单，以这个订单来指导整个供应链以及生产过程的制造环节，这才是未来真正要做的智能物流，这一切都是以大数据作为支撑的。

3 智能运输

3.1 智能运输概述

智能运输系统（ITS）是一种全新的运输系统，它将先进的信息和通讯技术集成到交通运输基础设施和运输工具中，为用户、交通运输基础设施、交通运输工具提供一个先进的信息和通讯网络，使整个交通运输系统更加安全、更有效率、更加可靠和更加环保。

智能交通运输系统是一个复杂庞大的系统，包括以下几大系统：交通信息采集与处理技术、通信技术、网络技术、数据库技术、GPS技术和GIS技术、交通仿真及动态分析、智能交通控制平台。只有将这几大系统进行有效地整合，才能保证智能运输系统各个子系统的实现，最终达到整个运输系统的实现。

3.2 兰州市发展智能运输的途径

（1）综合应用智能运输中的关键技术。运输作为物流系统非常重要的一个功能，实现产品在时间和空间上的转移，连接不同物流节点企业的物流需求。兰州市要在政府大力支持物流业的政策背景下，充分利用GPS定位技术、EDI数据交换系统、RFID技术等，对运输车辆进行实时有效地监控，及时处理物流信息，做到运输数据传输无差错、无延迟，确保物流运输过程的及时衔接，信息的及时交换，有助于物流企业及时调整库存策略，降低库存积压，减少不必要的等待。

智能交通与物流结合，主要服务于车辆位置信息收集、交通道路信息和线路引导信息这三大方面。具体如图1所示。

图1 智能交通与物流结合技术

（2）运输组织科学化。随着社会和经济的发展，运输活动越来越复杂，运输量有时候非常巨大，科学组织运输能够降低运输成本，提高物流运作效率。兰州市主要的集散中心大致分布情况见表1。

表1 兰州主要货物集散中心分布情况

从表1可以看出，流通量较大的地方是七里河区和安宁区这两个区域。安宁区交通道路环境发展较好，可以充分利用现有的交通设施发展安宁区的货物集散。但是七里河区的交通环境非常不便利，一方面是由于七里河区的货物集散中心相对集中，义乌商贸城和西北茶城都位于七里河区小西湖附近，西站货场位于七里河区土门墩，这三个主要集散点都位于西津路，所以在交通高峰时段，势必会造成交通堵塞，影响物流运输效率；另一方面，由于七里河区地域面积397km2，而人口数量达到50.60万，仅次于城关区，所以兰州西客站承担了较大部分的客流量，给交通带来一定的压力。

合理选择运输路径从以下两个方面考虑：一是运输时间，二是运输费用。在给定交通网络图以后，需要研究的就是起点（供货点）到终点（需求点）的合理运输路径，具体的方法可以采用多点间运输（Floyd法）来确定。

多点间运输问题主要指起始点或目的点不唯一的运输问题，而多点间运输问题中最典型的就是产销平衡运输问题，即总的供应能力和总的需求量是一样的，但是由不同的路径进行运输会导致最终的总运输费用不一样，此类问题的最终目标就是寻找最低的运输费用。在此类问题中，一般有m个供应点，n个需求点，它们之间由一系列表示运输成本或者运输时间的权重系数连接起来。

产销平衡运输问题的数学模型如下：

此模型中，目标函数是求总运输费用最小，式（2）表示由某一产地运往各个销地的货物数量总和等于该产地的产量；式（3）表示各产地运往某一销地的物品数量之和等于该产地的销量；式（4）表示总产量与总销量平衡；式（5）为决策变量非负运输条件。

以兰州市的货物调度为例来说明多点间运输问题。本论文选择兰州货运集散中心、义乌商贸城、西站货场为供应点，分别设为A1，A2，A3，假设B1，B2，B3为主要的需求点，且各个供应地到每个需求点的单位运价及产销平衡表见表2。

表2 产销平衡表

①确定初始可行解。用最小元素法进行求解，从表2中找出单位运价最小的元素优先满足，接下来是次最小元素，依次类推，直到所有需求点的需求量全部满足为止。

表3 初始解

也就是说，A1（兰州货运集散中心）提供的17件货物分配给B116件，剩下的1件分配给B2；A2（义乌商贸城）提供的20件货物，有2件分配给B2，18件分配给B3；A3（西站货场）提供的15件货物全部分配给B2。

②最优解的判别。最优解的判别可以采用位势法和闭回路法。闭回路法在产销点比较多的情况下比较复杂，本文主要应用位势法进行检验。

这里需要假设两个位势，分别为位势ui和vj，根据以下方程组得到位势ui和位势vj的值。

计算时，设u1=0，根据上述方程式，计算得到位势ui和vj的值，具体见表4。

表4 位势ui和vj的值

然后，根据公式σij=cij-( )ui+vj求解检验数，见表5。

表5 检验数表

表中检验数σij均为非负数，所以表3中的初始解即为最优解。

本文从产销平衡的角度来说明科学组织运输的方法，当然现实生活中存在产销不平衡及转运问题，需要用科学的方法来选择运输路径，比如：最近邻点法、最近插入法、节约算法等，这样才能减少不必要的资源浪费。

4 智能配送

4.1 智能配送概述

智能配送系统是指利用系统集成技术，使物流系统具有人的思维、感知、学习和判断推理的能力，能够快速地解决物流配送问题，从而使物流系统高效、安全地处理复杂问题，为客户提供方便、快捷的服务。智能配送系统的基础是物流信息系统，物流信息技术主要由通信、软件、面向行业的业务管理系统三大部分组成。其技术支持主要有物流技术、计算机网络技术、人工智能技术、自动识别技术、传感器技术、全球定位技术、EDI技术、通信技术、LBS技术、EOS技术、销售时点信息系统、货物跟踪系统、自动分拣技术等。

智能配送系统实施框架如图2所示。

图2 智能配送系统实施框架

4.2 兰州市发展智能配送的途径

（1）大力发展智能配送柜。不管是阿里巴巴、顺丰还是乐栈，在解决物流最后一公里问题上，都相继推出智能配送柜，并且目前已经进入快速发展阶段。智能配送柜能够提高快递效率、减少成本、提供平台化快递收寄业务，并且消除配送过程中代收包裹的风险。目前智能配送柜基本的功能就是取件、寄件，但是未来的发展趋势将会增加第三方支付能力，方便各种第三方支付；另外会增加自助缴费等便民功能，比如：手机充值、水、电、气缴费等；提供流媒体广告投放功能，在柜体顶部安装屏幕，通过网络更新广告内容。此外，像社区生活信息、寄存转交、附近商圈优惠信息及优惠券打印等生活增值服务也将陆续附加到智能快递柜上。

智能配送柜的建设需要大量的资金投入，在每一个小区投放智能柜不太经济，所以用科学合理的方法选择智能柜的投放点就显得非常重要。本文就和平镇区域应用集合覆盖模型来说明如何选择智能柜投放点。

集合覆盖模型目的在于用最小的设施去覆盖所有的需求点。其数学模型表述如下：

式（6）是目标函数，被选择的智能柜数量最小化；式（7）是保证每个小区居民的需求都得到满足；式（8）是对每个智能柜服务能力的限制；式（9）允许一个智能柜为某个小区提供部分需求；xj和yij是决策变量，表明哪些小区可以投放智能柜。

和平镇人口分布较为密集的主要有：薇乐花园、新元绿洲、兰州外语职业学院、兰州财经大学、兰州财经大学陇桥学院、兰州交通大学博文学院，即有6个需求点，编号分别为1，2，...，6。这6个需求点分布情况及相对距离如图3所示，距离以车辆行驶时间表示（单位：min），本文中规定在15min内达到任何一个需求点的情况下，要投放多少个智能柜，以及确定它们的位置。

根据表6，在A（j）中找出可以为其他需求点服务的子集，并将其划去，这样可以简化问题。例如，1号服务点可以为1、2号需求点提供服务，2号服务点可以为1、2、3号需求点提供服务，因此1号服务点的服务范围是2号服务点服务范围的一个子集，可以忽略在1号地点，即薇乐花园投放智能柜的可能。依次类推，经简化后，｛2，3，5｝是候选地点的集合。

图3 分布情况和相对距离图

表6 备选地服务范围表

在候选地点中，2号即新元绿洲所能服务到的范围为1、2、3号需求点，3号服务点即兰州外语职业学院所能服务到的范围为2、3、4、5号需求点，5号服务点即兰州财经大学陇桥学院所能服务到的范围为3、4、5、6号需求点。可以看出，这3个候选点中任何一个服务点都不能全部覆盖6个需求点。通过穷举组合，发现（2，5）是可以覆盖所有6个需求点的一个数量最少的组合解，即在新元绿洲投放一个智能柜，用来服务薇乐花园、新元绿洲、兰州外语职业学院这3个地点的快递需求，兰州财经大学陇桥学院投放一个智能柜，用来服务兰州外语职业学院、兰州财经大学、兰州财经大学陇桥学院、兰州交通大学博文学院这4个地点的快递需求，且兰州外语职业学院可以选择任何一个智能柜作为其服务点。

（2）运用LBS技术构建智能配送系统。基于位置服务—LBS（Location Based Service）指应用中国电信的无线通讯网络，或利用外部定位系统来获取用户的位置坐标，在地理信息系统GIS的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。

LBS系统在智能配送方面主要的应用有以下几个方面：

第一，位置定位。用户的物理地址通过其下达的订单进入配送系统，此位置经过地理编码，将其转化为电子地图上的坐标，从而将用户的详细位置定位在电子地图上，用于计算机后续配送作业的基础准备工作。

第二，订单分配。当客户的位置坐标在电子地图上显示以后，计算机会自动判断离客户配送距离最近的配送站点，如果离客户最近的配送点的商品库存量满足客户的需求，则系统自动将客户的订单分配给此配送站。如果该配送站的商品库存情况不能满足客户的需求，则由客户根据各配送站的库存情况重新选择配送站点。这样，各个配送站只负责处理距离较近的客户配送任务，一方面降低了企业的配送成本，另一方面能够提高配送效率和顾客满意度。

第三，规划配送路径。客户位置在电子地图上定位后，物流配送系统需要对各个需求点的配送路径进行合理规划。根据规划好的行车路径，可以确定配送货物的先后顺序，对车辆的货物装载顺序也有一定的指导作用。路径规划不仅要保证所有的客户需求都能得到满足，而且还要保证配送路径的可行性，使企业的总体效益最大化。

5 智能仓储

5.1 智能仓储概述

智能仓储指在传统仓储的基础上，应用条码技术、智能标签、FRID技术、AGV无人搬运车、识别设备、计算机技术等先进技术，对仓储系统进行统一管理和调度，实现智能仓储的真正自动化与智能化。

5.2 兰州市发展智能仓储的途径

（1）大力发展自动化立体仓库。立体化仓库在国内发展历经40年，开始步入快速发展阶段。对于制造业来说，自动化立体仓库是仓储工具的一次变革，更是一种精益化的管理理念。自动化立体仓库的应用在制造企业内已经越来越多，特别是烟草、医药、机械、汽车、食品饮料等行业。各行业的自动化立体仓库应用情况如图4所示。

图4 各行业自动化立体化仓库应用占比

立体化自动仓库的优势主要体现在提高空间利用率、实现物料先进先出、智能作业账实同步、满足货物对环境的要求、可追溯性、节省人力资源成本、及时处理呆滞料等方面。

立体化自动仓库的实施关键点主要有：第一，合理规划适合企业需求的布局。包括入库暂存区、检验区、码垛区、储存区、出库暂存区、托盘暂存区、不合格品暂存区及杂物区等。第二，畅通无阻的物流流程设计。物品的流动是否畅通无阻，将直接影响到自动化立体仓库的能力和效率。第三，性能评估。根据物料特点，评估运行速度、运行模式、连续工作可靠性等。第四，应急运行模式建设。当系统出现异常甚至瘫痪时，是否可以迅速切换为纯机械的模式，以免影响现场生产。

（2）引进先进设备。传统物流中的设备，比如：叉车、升降机、打包机等都需要人工操作，时间耗费较多、对于信息录入的准确性也不高，容易造成仓库货物积压的现象，所以选择现代化的仓储工具显得非常重要。在拣货设备方面，可以引进拣货机器人、机械臂配合图像识别技术进行货物的拣选；在搬运设备方面，目前普遍用的是液压托盘搬运车和电动托盘搬运车，可以引进AGV小车，也可以借鉴亚马逊运用的kiva类搬运机器人进行货物搬运；在智能穿戴设备方面，可以考虑语音拣选、无线扫描指环、智能手机、谷歌智能眼镜等，各大厂商及电商巨头都在频繁尝试，后续这些都将成为仓库的标配，此为必然趋势；在打包方面，引进自动打包贴签设备等。

6 结语

智慧智能物流是利用智能集成化技术，使物流系统能够模仿人的思维，通过推理判断进行物流方案的决策。物流的智能化是未来物流发展的必然趋势，将会对经济社会的发展起到一定的推动作用。本文从智能制造、智能运输、智能配送和智能仓储四个方面，粗略提出了兰州市发展智能物流的途径。

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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

兰州财经大学陇桥学院基金项目“基于工业4.0背景下兰州物流智能化发展策略研究”（Lqky-2016-010）

李秀丽（1989-），女，甘肃平凉人，助教，研究生，研究方向：物流系统规划与资源配置。