中小型智能制造企业生产物流方案的调研与优化

刘文浩，于 斌，陈 勇，夏 宇

（常州机电职业技术学院，江苏 常州 213100）

0 引言

随着数字经济和智能制造的高速发展，物流业的数字化、智能化发展趋势也日趋显现。在物流业制造业的融合发展背景下，“降本增效”成为物流业转型升级的内在动力和发展目标。随着人工智能及其相关软件、硬件技术的广泛应用，智能制造业企业有更多的意愿将生产端的技术沿革拓展到仓储作业、厂内配送、库存管控、采购入库等众多生产性服务环节。通过促进制造业企业的物流端的“智改数转”，不仅可以优化作业流程以实现降低人力成本，还可以大幅提升线边供料和生产制造的作业效率。

1 中小型智能制造企业生产物流发展状况的调研概述

面向企业的实际从业人员，本文通过问卷调研、深度访谈、专家咨询方式对常州、南京、无锡等地的中小型智能制造企业进行了实地走访调研，针对生产物流智慧化升级的可行性、必要性、当前困难等方面总结整理了企业相关人员的观点，形成了以下分析。

在智能仓储设施设备的投入和应用方面，选项“库存控制的系统和管理方法智能化水平不够”占比70.91%，选项“智能制造投入过多，智能仓储开发不足”占比76.36%，选项“仓储设备成本过大，不能过多降低成本”占比58.18%，选项“仓储出入库不变，容易延误运输”占比52.73%。由此数据得出智慧物流改造正稳步推进，但与生产端的对接不够融合。

在智能物流技术应用的可行性方面，选项“企业中智能技术普及程度不高，缺少柔性”占比例的76.36%，选项“各种新技术、新概念满天飞，企业无所适从”占比例的72.73%，选项“引进的新型概念并不适合企业”占比例的65.45%，选项“新型概念对企业毫无用处”占比例的38.18%。由此数据得出结论，企业目前使用ERP系统作为企业物流管理的主系统，但是因为ERP系统是Oralce开发，该系统因为版本较老，操作繁琐，功能简单，再加上目前企业业务飞速发展，导致企业缺乏有效的业务管理和数据管理体系，无法快速应对市场变化，企业专注于海外订单生产供应链弹性柔性不强。

在企业对新技术新理念的消化方面，根据数据调查结果显示，选项“仓库管理的软硬件智能化水平不够”占比例的72.73%，选项“生产线智能化转型不够”占比例的69.09%，选项“线边供应系统智能化水平不够”占比例的72.73%，选项“缺乏有效的业务管理和数据管理体系，无法快速应对市场变化”占比例的72.73%。由此数据得知企业虽然引进了很多先进的新概念，但是过多的引进会导致企业短时间内难以消化运用，让企业无所适从，且偏重于产线布局和仓储规划，但业务流程再造进度迟缓。

在新型管理体系的创新与应用方面，选项“缺乏有效的业务管理和数据管理体系，无法快速应对市场变化”占比例的80%，选项“亟待扩展制造服务创新商业模式”占比例的67.27%，选项“创新能力不足，产品以模仿为主，竞争力有待提升”占比例的74.55%，选项“上下游企业之间缺乏协助，信息不透明”占比例的61.82%。由此数据得知，企业目前的生产仅局限于一种产品的生产和研发，销售面过于狭窄，竞争力不大。商业模式也仅仅是在硅片、太阳能电池等生产出售以及授权专利上获得利润，缺少对新的商业模式的开发以及运用。公司目前亟待拓展制造服务和创新商业模式。并且，当前人力成本相对较低，短期内智慧物流升级的必要性不明显。

2 智能制造企业生产物流方案升级的SWOT分析

在众多的中小型智能制造企业中，生产物流的运营模式呈现了较大的共同特征。与大型智能制造企业相比，大多数中小型企业较为倾向于选择物流外包服务，将更多资源投入到生产制造端，物流端的服务是以合同物流的形式，常常局限于原材料、产成品的仓储、搬运等传统作业。本文以句容协鑫集成为典型，对其智慧物流开展情况进行共性分析，如图1所示。

图1 协鑫企业SWOT分析

2.1 企业开展智慧生产物流的优势分析

2.1.1 智能制造水平行业领先。协鑫集成（句容）企业的智能制造水平在光伏行业内乃至制造业内居于示范领先地位。企业在合肥、张家港等地陆续建成多个智能工厂、“关灯车间”，生产制造的典型岗位实现了无人化、数字化。其中在句容协鑫智能无人车间，该项目产能200兆瓦，投资额达数千万，已于2017年8月实现关灯生产。根据协鑫集团规划，在张家港等基地的2.35GW产能将全部实现智能化改造。智能工厂“无人车间”使用了组件行业领先的自动化技术，总共改造了11条全自动组件生产线，导入了28项自动化项目，并在三年中逐步落实这一发展规划。同时把互联网等技术与光伏组件生产制造联系在一起，并达成从“人脑分析判断+机器生产制造”向“机器分析判断+机器生产制造”的方向上发展。

协鑫集成（句容）企业智能制造技术的领先示范，主要体现在以下三个方面的技术支撑。

（1）关键智能制造技术装备。引入全自动生产流水线、智能串焊机、智能化自动检测装备、AGV智能物流系统等，建设涵盖层前叠层、层前检测、层压、层后装框以及清洁、测试和包装全工艺过程高效MBB光伏组件智能制造工厂。

（2）工业软件系统。采用CAD、SolidWorks等软件实现三维设计建模与有限元分析；并实施MES、WMS和ERP系统，实现从企业经营决策到车间生产管理及仓储的全过程智能化管控。

（3）工业互联网和人工智能等创新技术应用。建设覆盖车间的工业以太网和无线网络，实现车间智能设备和MES等工业软件系统的集成，可随时获取生产过程数据和设备运行参数。并实施基于计算机视觉和人工智能技术的焊接机CCD影像系统、自动串检系统和EL图像辅助识别系统。

2.1.2 企业产品市场前景广阔。光伏行业不仅是能源转型的关键构成，同时在能源安全保障方面也有重要的地位。在碳中和的背景下，该行业未来的发展前景广阔，并且会逐渐步入新的发展时期，不再是“补贴驱动”，而是逐渐朝着“创新驱动”的方向上发展。其产业链的每一个环节都会通过创新来实现设备、材料、技术等方面的创新，并且进一步应用大尺寸硅片等高质量产品，有效控制光伏发电技术成本。2021年我国光伏产品出口超过284亿美元，预计2025年中国光伏产品出口超过往年。据中商情报网数据显示，我国光伏电池出口量由2016年7.72亿个增至2021年32.01亿个，出口金额由2016年113.18亿美元增至2021年284.59亿美元。

2.1.3 企业自主研发能力强。据调研，协鑫集成公司拥有雄厚的研发力量及技术研发团队，拥有高新技术企业5家、国家级博士后工作站1个、省级院士专家工作站1个、省市级工程技术研究中心5个、省市级企业技术中心3个、省级智能工厂1个，为公司技术创新发展提供了坚实的平台。据协鑫集成（002506）公开的2021年度财务报告显示，研发人员占比5.6%，研发经费投入826.9万元，研发投入占营收比例为1%左右。句容协鑫集成企业现拥有59件授权专利，其中11件发明，现在共计申请中发明专利57项。企业还拥有高层次研发人才团队，专门负责企业新技术、新产品、新工艺的研发，公司研发能力居于行业领军地位。

2.2 企业开展智慧生产物流的劣势分析

2.2.1 外包物流智能化水平不匹配。企业非常重视智能制造，在生产方面投入了大量资金，制造智能化达到了非常高的水准，但是仓储、包装、线边物流等方面的智能化水平并不高。目前，句容协鑫的物流仓储与配送业务外包给了一家德资第三方公司（施奈莱克）代为运营。原材料从仓库送达生产线的过程依旧是以人力搬运为主，智能化仅体现在使用了WMS系统来记录原材料的出入库情况。原材料、成品的出入库均靠柴油动力叉车进行搬运，部分小件货物还经常需要人力搬运。这相比于“智能车间”的AGV线边供料，存在着较大的不均衡。人工作业的劣势在于用工需求、作业效率等方面存在具有很多不确定因素，虽然物流承包方的短期成本有所节约，但是不利于企业长期的融合化发展，无法形成“智能车间”与智慧仓库的技术成本边际效应。

在成本驱动下，VMI（供应商管理库存）或者第三方物流已成为原材料采购的一项共识。对于物流承包方，内在成本因素的驱动力不强，导致企业生产与物流在智能技术上的融合不够显著。公司在生产环节投入巨大，开设了智能工厂、关灯车间等，而在物流端，还局限于业务外包、传统与半自动化作业并存的状态。生产端是出于国内领先的智能车间，实现了AGV、无人叉车、机器臂的供料、搬运、包装等多项操作。而在原材料管理、成品管理端，则外包给一个德资的第三方物流企业，其业务模式较为传统，仓库自动化不够显著。究其原因，在于决策层认为，对于物流端技术在投入产出比上的必要性不明显，这使得生产物流端推进智慧物流技术的更新面临很大的困境。

2.2.2 缺少专业的生产物流管理团队。企业目前并无专业的管理团队来协调管理企业的生产物流，而是外包给一个德资的第三方物流企业，其业务模式较为传统，仓库自动化不够显著。这样容易导致产线需求与仓库方面的信息交互不便捷，也降低了企业的整体掌控力。

此外，虽然企业拥有专业的创新研发团队，但是并未设立生产物流方面的专业团队，主要原因在于决策层认为，对于生产物流在投入产出比上的必要性不明显。这就容易导致企业生产物流的动线规划不合理，AGV机器人维修不及时，新型物流软件前期运作困难等问题，这将会大大影响企业的生产效率和生产周期。这些都成为协鑫集成生产物流的智慧化发展的制约因素。

2.3 企业开展智慧生产物流的机遇分析

2.3.1 国家大力推行“两业融合”相关政策。国家《十四五规划》提出，要促进现代服务和制造业以及农业的深层次融合，并促进服务业的数字化发展。而在进一步的发展中，信息产业发展以及全球制造业逐渐朝着“生产+服务”型的方向变化，同时加快制造业跟服务业互相融合，这也变成促进制造业高质量发展的必经之路。在进一步的发展中，发改委等14部门《推动物流业制造业深度融合创新发展实施方案》的提出也促进制造业和物流行业的紧密合作，并在生产基地规划等各个层面引进物流处理方案，针对制造企业制定推动供应链管理库存、线边物流等物流处理方案，提升柔性制造以及敏捷制造能力。

2.3.2 江苏大力发展数字经济促进“智改数转”。《江苏省制造业智能化改造和数字化转型三年行动计划（2022－2024年）》当中明确指出，要重点发展省重点先进制造业集群以及产业链，并进一步实施“十大工程”，促进龙头骨干企业、中小企业、产业链的“智改数转”，夯实工业互联网平台、工业软件等基础支撑，并促进优秀服务商的培养以及经典案例的进一步推广，促进“智改数转”等各种任务。《关于全面提升江苏数字经济发展水平的指导意见》提出加快制造业数字化转型，加强“一业一策”引导，研究制定重点行业数字化转型实施方案、路线图、评估评价体系，开展“产业大脑”建设应用试点。深入开展智能制造试点示范，加快推进智能车间、智能工厂建设，全面提升企业“智改数转”水平。

国家各级政府部门关于物流业、制造业、数字经济等方面的政策，为协鑫集成在智能制造的基础上，将智能技术向生产物流延伸，发展智慧物流，促进制造端与物流端的深度融合创新发展，提供了坚实的政策机遇。

2.4 企业开展智慧生产物流的威胁分析

2.4.1 企业利润上涨缓慢而使得生产物流投入意愿受限。据网易财经数据，通过81家光伏企业的2021年报全析，行业硅料、片企业营收2 773亿元，而电池组件企业近六成亏损，产业链一体化发展成为行业发展的共识。2021年81家上市企业总计营收7 877.1亿元。其中21家营收超过百亿元，占比达到25.93%。营收低于50亿元的光伏企业有51家，占比为62.96%。营收增长方面，70家企业实现正向增长，占比为86.42%。11家企业为负增长，占比为13.58%。2021年硅料价格最高涨幅达224%，全年涨幅为177%。在此带动下硅料四强的通威股份、特变电工、大全能源赚得盘满钵满，营收全部超100亿，净利润也全部超50亿元。而分析协鑫集成2022年4月30日披露的年报当中能够了解到，企业在2021年的营业总收入达到了47.01亿元，同比下降21.1%，降幅较去年同期收窄；实现归母净利润-19.83亿元，上年同期是-26.4亿元，亏损幅度降低。在2022年一季度，该企业的营业收入达到了12.91亿元，同比涨幅达到了20.4%；归母净利润为2 179万元，上年同期为-8 978万元，同比扭亏。总体上来，光伏新能源产业链的利润呈现较大的差异化，众多竞争对手的快速上涨与协鑫集成的连续几年利润下降形成了鲜明对比。营收和归母利润的降低，使得协鑫集成更倾向于走成本节约路径，继续将生产物流业务外包于第三方物流，从而使得智慧物流的发展受到局限。

2.4.2 产业链上下游企业已布局生产物流体系的竞争优势。以光伏产业链中的知名企业隆基股份为例，公司已经于2018年完成高速背板连接器“数字化工厂”建设，智能制造水平大幅提高。但是该企业于2020年就开始推进生产物流智能化建设，目前已经将制造车间与原材料仓库使用传送带连接在一起，配合AGV搬运机器人以及ERP系统进行线边物流运输，企业生产效率总体提升30%，减少了35%产品送样时间，降低18%生产费用。物料齐套性提高16%，单台套能耗平均降低12%，人均产值提高20%，送样时间从之前的6个月以上提升到了2个月就能送样，产量也从年产量4 700万个上升到年产量6 000万个。此外，在制造业数字化发展的趋势下，金开新能、大全能源、精功科技、中环股份、上机数控均在大力推进“智改数转”的同时，紧密布局生产物流体系，以期望通过物流的“效益背反”属性来实现企业利润的增值，构建“智能生产+智慧物流”的一体化竞争优势。产业链上下游企业的先发动作，也给协鑫集成的生产物流业务带来了显著的冲击。

2.4.3 智能制造企业已开始重视培育智慧生产物流高层次人才。以硅片行业中的知名企业大全能源为例，企业已经构建了自己的专业的生产物流团队，负责设计厂区内的产线规划、工艺流程设计。在低层业务岗位上，比如阁楼货架、立体库、重型货架区的入库、出库操作，以及产内送料等岗位上，也安排了专业的高级工程师负责应对AGV机器人故障，管理系统崩溃，新型软硬件对接使用等诸多情况。这与句容协鑫集成的物流外包商（施奈莱克）忽视生产物流高层次人才培育形成了较大反差。

3 中小型制造业企业生产物流方案升级的优化建议

3.1 企业整体业务架构的优化

首先，新型高效智能制造与工业互联网平台、大数据管理平台、管控集成平台应用融合。其次，建设各类工业管理软件（大数据平台、ERP、MES、WMS、APS+MRP、PDM、CRM等），配套工业互联网支撑系统及进行核心设备智能化、信息化升级。第三，应用数据集成和分析系统，实现各系统基于业务流程的数据建模集成和联动、数据分析和挖掘应用。应用PDM系统，基于统一模型与接口管理技术，结合ERP、MES实现设计数据与制造执行协同管理，完成设计制造一体化优化。实现产品全生命周期的信息和数据管理，并为产品设计与制造一体化建立一个并行化的协作环境。

3.2 生产与物流协同进度智能管控的优化

首先，以MES管理系统为核心，通过与CRM销售管理、APS、ERP、WMS等系统之间的业务流程及数据集成互通，打破内部业务之间的分隔和信息孤岛，并与机台控制终端对接，全面管控生产计划以及整个执行过程，并监管产品质量及库存管理。其次，项目基于MES系统WIP制成品模块及质量管控模块，实现对生产线、产品等实时质量管控有关数据采集集成并对接SPC系统；基于SPC质量分析系统，建立产品质量控制分析模型，形成产品生产全流程质量数据统计分析和追溯能力。第三，应考虑能源效率的优化。项目应用能源管理系统，实现各个区域、工序、产线能耗数据采集、统计、同比、环比、对标分析，评估企业节电空间，指导企业节电措施。同时建设5MWp屋顶光伏电站，实现自用和并网，优化工厂用能结构，促进节能降耗指标达成。

3.3 线边供料AGV配送路径的优化

升级生产物流方案，应考虑定制研发厂内AGV系统和AGV设备，基于AGV系统结合WMS、MES系统联动，实现边仓和组件制造产线工位之间的高频精准物流运送，促进产线无人化目标达成。通过智能物流系统的导入实现物料“收、发、存、储、用”全过程智能物流，基于生产区域需求的全自动配送管理。

项目面向生产过程中设备及制程、工业网络等可能存在重大安全风险问题的领域，基于MES系统和工业网络架构优化及信息安全管控实现风险规避，保障智能安全生产。MES系统结合移动端实现设备及工序运行异常的实时监控，事件触发和历史数据追溯分析功能。项目库存管理优化以WMS系统为核心，实现CRM、MES和ERP系统与WMS之间的生产计划及订单联动，全面优化库存智能管理。进一步控制同时追踪仓库业务的物流以及成本管理整个过程，达到对企业仓库支持制造业务开展的精细化信息管理。智能库存管理优化如图2所示。

图2 智能库存管理优化

4 结语

随着物流业制造业深度融合创新发展的进一步推进，制造业特别是智能制造方面的企业一定会在革新生产物流设备、系统之余，以物流领域的降本增效促进企业整体收益的增长。数字经济的蓬勃发展以及“智改数转”的推进，中小型智能制造企业应不仅关注生产端的技术升级，还应基于供应链的思维加强重视生产物流的智慧化改造和流程优化。