我国装备制造业的研究进展现代仓储物流系统集成的研究.docx
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我国装备制造业的研究进展现代仓储物流系统集成的研究
毕业论文
我国装备制造业的研究进展-现代仓储物流系统集成的研究
摘要……………………………………………………………………1
引言…………………………………………………………………2
一、物流系统概述及行业发展前景……………………………………3
1.1物流系统集成的概述……………………………………………3
1.2行业发展前景……………………………………………………3
二、物流行业发展的基本现状……………………………………7
三、物流系统集成商的要求与发展方向…………………………8
3.1WMS技术应用……………………………………………………8
3.2WCS技术应用……………………………………………………9
3.3自动化技术应用…………………………………………………9
3.4机械设计应用……………………………………………………9
四、物流系统集成的案例分析………………………………………11
4.1项目由来………………………………………………………11
4.2项目系统设计的基本需求……………………………………11
4.3项目最终设计方案……………………………………………12
4.4技术难点与创新点……………………………………………13
4.5后记……………………………………………………………14
五、物流系统集成商的问题…………………………………………15
5.1市场定位及发展方向…………………………………………15
5.2持续的资本投入………………………………………………15
5.3核心技术与人才储备…………………………………………16
5.4强大的供应商体系……………………………………………17
参考文献………………………………………………………………17
致谢……………………………………………………………………17
我国装备制造业的研究进展
-现代物流系统集成的研究
摘要：
我国的装备制造业是为国民经济各部门进行简单生产和扩大再生产提供技术装备的各类制造业，是工业的核心部分。
其中物流板块，作为供应链的一个重要组成部分，一个凌驾于多个行业的庞然大物，随着我国装备制造业的快速发展，新技术、新工艺的大量应用，信息化、智能化的融入，现代物流系统必将更加高度系统集成化，进而物流系统必将完全融入进智能工厂体系中，与智慧产线、智能装车等有机结合，实现工厂一体化管理，节约人力成本，提高生产、转运、仓储、配送等效率。
关键词：
现代物流；庞然大物；系统集成；信息化；智能化；一体化
引言
物流是什么？
大多数人首先想到的可能就是快递，在电商高度发展的今天，每时每刻都有数以万计的快件在世界各地流转，尤其是我国这个拥有14亿人口的庞大市场，快递更是完全融入到我们生活的方方面面。
“快递”仅仅是物流的一种形式，“物流”一词源于国外，通常有两种表述：
logistics和materialflow。
Logistics是“后勤”的意思，与军队有关，最早由军队发现物流的重要性，再由军队引入民间。
materialflow，日本人将其翻译为“物的流动”，此后“物流”便由日本引入中国。
然而直到20世纪80年代末，“物流”一词也只是在行业内被人认知，而真正改变现代物流地位的是“快递”——电子商务的兴起。
由于电商的迅速兴起，“淘宝/天猫”、“京东”的迅速壮大，以及后来的“拼多多”模式的成功，再加上“618”、“双十一”等年度狂欢活动的大力推广，与之相辅相成的“物流”也就为大众所知晓。
那么物流到底是什么？
简单的说物流就是一个系统过程，是产品供应链的组成部分。
而且要在整个过程中，在满足客户对时间和质量的要求的前提下，追求总体成本最低的一个系统过程，而这一个系统过程中往往又包含着装卸、运输、储存、搬运、包装、配送及信息处理等环节。
发展到今天，“物流系统”便成了物流系统集成商定义“物流”的核心概念。
同样在物流技术横跨机械、计算机、电气自动化、数学、建筑、管理学等多个学科的今天，信息化、智能化、一体化也将更多的体现在现代物流系统中。
随着中国制造2025的提出，我国政府实施制造强国战略第一个十年行动纲领的发布，未来我国的装备制造业从体量到质量必将有质的飞跃，而处于其中一个重要环节的现代物流行业也将享受到产业红利带来的飞速发展阶段。
一、物流系统集成概述及行业发展前景
1.1物流系统集成的概述
我国的物流技术，兴起于20世纪80年代，得益于不断扩大的市场需求和不断提升的科学技术，从2005年至今得到了快速的发展。
我国经济是一个由国家主导的、自由、开放、竞争的市场经济，在这样的大背景下，搭上装备制造业高速发展的快车，也使得我国物流技术的发展领先于很多其他领域。
从物流技术层面出发，信息化采集、包装、码垛、输送、仓储、分拣、装车、配送环节的诸多技术，将是未来很长一段时间的重点研究及应用对象。
而现代物流系统集成，就是将这些技术，系统的、合理的有机结合起来，打造成一个系统，并赋予其可扩展性，从而实现与产业链上下游无缝对接。
1.2行业发展前景
1.2.1市场需求，为物流行业的快速发展创造了广阔的宏观环境
随着电子商务的飞速发展，对物流系统的需求越来越强，要求也越来越高。
从2009年11月11日的第一个“双十一”，到2020年的第十二个“双十一”，销售额也从最初的0.52亿飙升到3723亿（仅淘宝/天猫数据），另据国家邮政局监测数据显示，2020年11月1日-11日，全国邮政、快递企业共处理快件39.65亿件，其中11月11日当天共处理快件6.75亿件，同比增长26.16%，再创历史新高。
由此可见，为了满足日益增长的市场需求，必将有大量的资金、技术投入到物流行业当中。
随着消费水平的提高，供求关系的变化，如何保证供求平衡，保证充足且高质量产品库存，成了当前产业链经营者必须考虑的重中之重，从而突显产业链供给中仓储系统的重要性。
在土地资源紧缺、土地成本较高的今天，立体仓储以其占地面积小、储存效率高、信息化管理高等优势，逐步成为现代智能化工厂建设必选项目。
2019年12月，“新冠疫情”在湖北武汉爆发，2020年1月23日，“武汉封城”，至此新冠疫情在中华大地爆发。
党和国家领导人在充分听取医学专家们给出的意见，果断的下达了疫情防控指令，2020年春节能自由行走在马路上的恐怕也只有医护人员、志愿者和快递小哥了。
疫情让经济发展停滞甚至倒退，但关乎民生的超市却没有受到丝毫影响。
疫情的发生促进了超市配送，外卖配送的飞速发展，“天猫超市”、“永辉生活”、“谊品到家”等各式各样的线上超市越来越受到市场欢迎，同时对冷链运输的安全性、时效性也提出了严格的要求。
广阔的市场环境给现代物流行业发展，提供了强劲的动力，同样给物流系统集成商提供了创新的机遇。
1.2.2国内经济环境，为物流行业的快速发展创造了雄厚的资本环境
2020年我国国内生产总值1015986.2亿元，在新冠疫情全球肆虐之际我国依然实现2020年经济增长由负转正，全年2.3%增长。
作为全球第二大经济体，坐拥14亿人口红利，雄厚的资金来源，庞大的市场需求，大量的上市公司、跨国公司支持，为物流行业的快速发展奠定了坚实的物质基础。
从阿里巴巴打造菜鸟网络帝国，到京东牵手科大智能，打造智能物流系统，雄厚的资本投入无疑是成功的关键因素。
在我国经济强劲持久的发展势头下，未来资本必将继续大量涌入。
而与其他发达国家物流发展水平相比，我国物流业尚处于发展期向成熟期过渡的阶段，随着物流企业资产重组和资源整合步伐进一步加快，物流系统的集成化将更加完善。
1.2.3国家政策扶持，为物流行业的快速发展创造了良好的社会环境
现代物流行业属于生产性服务行业，是国家重点鼓励发展对象。
而现代物流行业作为国民经济的基础产业，不仅融合了包装码垛、立体仓储、运输配送等多个产业，也吸纳大量的人力资源，为社会富余闲散劳动力提供了大量就业岗位，同时也为特殊人群提供了更多的兼职机会，为社会稳定发展做出了重要贡献。
现代物流业的发展同时也推动整个产业结构优化升级，其发展程度成为衡量综合国力的重要标志之一。
2020年5月发改委、交通部颁发了《关于进一步降低物流成本的实施意见》，加大中央预算内投资、地方政府专项债券对国家物流枢纽、国家骨干冷链物流基地等重大物流基础设施建设的支持力度。
引导银行业金融机构加强对物流企业融资支持，鼓励规范发展供应链金融，依托核心企业加强对上下游小微企业的金融服务。
充分发挥全国中小企业融资综合信用服务平台作用，推广“信易贷”模式。
落实授信尽职免责和差异化考核激励政策，明确尽职认定标准和免责条件。
鼓励社会资本设立物流产业发展基金。
鼓励保险公司为物流企业获取信贷融资提供保证保险增信支持，加大政策性担保对物流企业的信贷担保支持力度。
发挥商业保险优势，支持保险公司开发物流企业综合保险产品和物流新兴业态从业人员的意外、医疗保险产品。
研究制定2021—2025年国家物流枢纽网络建设实施方案，整合优化存量物流基础设施资源，构建“通道+枢纽+网络”的物流运作体系，系统性降低全程运输、仓储等物流成本。
继续实施示范物流园区工程，示范带动骨干物流园区互联成网。
布局建设一批国家骨干冷链物流基地，有针对性补齐城乡冷链物流设施短板，整合冷链物流以及农产品生产、流通资源，提高冷链物流规模化、集约化、组织化、网络化水平，降低冷链物流成本。
加强县乡村共同配送基础设施建设，推广应用移动冷库等新型冷链物流设施设备。
加强应急物流体系建设，完善应急物流基础设施网络，整合储备、运输、配送等各类存量基础设施资源，加快补齐特定区域、特定领域应急物流基础设施短板，提高紧急情况下应急物流保障能力。
在为解决物流园区发展问题，进一步促进物流业健康发展，财政部、国家税务总局自2020年1月1日起至2022年12月31日止，对物流企业自有或承租的大宗商品仓储设施用地，减按所属土地等级适用税额标准的50%计征城镇土地使用税。
在国家政策的鼓励和引导下，更多物流企业向提供供应链服务方向延伸发展，预示着未来物流业将向多元化、服务网络化和管理现代化的物流企业发展。
1.2.4大量的技术投入与提升，为物流行业的快速发展提供基石，
随着互联网技术的高速发展，网络信息技术不断的融入物流行业。
物联网、云计算、AI智能、5G网络、RFID、BDS导航系统、自动驾驶技术等现代信息技术的应用，实现货物运输过程的全自动化作业和信息化管理，提高物流行业的整体服务水平，增加了可溯源、可定制、可回收等新功能。
自动驾驶技术，一个在汽车行业经常被提到的技术，在此次新冠疫情期间“京东无人配送车”的出现似乎为解决“最后一公里”末端配送问题提供了切实可行的解决方案。
2020年3月10日，阿里达摩院正式成立XG实验室，聚焦5G技术和应用的协同研发，并于4月22日，对外发布全球首个自动驾驶“混合式仿真测试平台”。
伴随着5G网络全面布局，未来“自动驾驶无人车”配合“云监控”不仅可以实时显示配送位置，还可以实时传送视频、音频，足不出户完成“云购物”。
二、物流行业发展的基本现状
自2013年中国物流市场规模首次超过美国成为世界第一以来，2020年全国社会物流总额高达300万亿元，按可比价格计算，同比增长3.5%，总收入10.5万亿元，同比增长2.2%。
2020年货物运输总量463亿吨，其中铁路货运量44.6亿吨，公路货运量342.6亿吨，水运货运量76.2亿吨，民用航空货运量676.6万吨。
全国货物周转量196618亿吨公里，其中铁路货物周转量30371.8亿吨公里，公路货物周转量60171.8亿吨公里，水运货物周转量105834.4亿吨公里民用航空货物周转量240.2亿吨公里。
2020年，全国快递服务企业业务量累计完成833.6亿件，同比增长31.2%；业务收入累计完成8795.4亿元，同比增长17.3%。
其中，同城业务量累计完成121.7亿件，同比增长10.2%；异地业务量累计完成693.6亿件，同比增长35.9%；国际/港澳台业务量累计完成18.4亿件，同比增长27.7%。
随着货运总量逐年递增，在立体仓库方面，根据商务部流通业发展司数据显示，2017、2018年我国新建自动化立体库均超过800座，截至2018年底，全国立体库面积约2.91亿平方米，保有量仅在5000座左右。
GGII数据显示，到2019年中国自动化立体仓库保有量也仅有6000座左右，然而相较于美国拥有各种类型的自动化立体仓库2万多座，日本拥有3.8万多座，德国1万多座，一个拥有14亿人口的大国却只有6000座，较之不禁黯然失色。
三、物流系统集成商的要求与发展方向
作为一个合格的物流系统集成商，首先，在进行物流系统规划时，要明确设计目标，了解业主的需求。
而设计规划方案是业主需求的响应，是结合业主提供的各项数据搭建起的公式、模型。
想做好物流系统设计规划，就要对入库量（收货量）、出库量（发货量）、库存量、拆零量、SKU等数据进行系统的分析。
其次，强大的技术储备，如软件编程、自动化控制、机械设计等核心技术是决定物流系统设计规划能否实现的核心条件。
作为物流系统集成商，只有掌握核心技术，才能不受制于人达到成本与收益的最优化，才能良性发展。
最后，强大的供应商资源，如装备制造供应商、自动化产品供应商、加工厂等是能否做好物流系统项目的基础。
拥有强大的供应商资源，将会给物流集成商们提供优质的产品及服务，帮助其解决项目中出现的各种问题。
3.1WMS技术应用
WMS，通常指仓库管理系统，使用条形码、二维码、RFID等设备标签来管理仓库物流系统,对仓储物流各环节实施全过程控制管理，并对货物进行货位、产品类型、保存周期、出入库等实现信息化标签序列号管理，对订单管理、库存基本信息管理、收货管理、入库管理、出库管理、补库拣选、盘点管理、库存控制、用户管理、接口管理、后台服务等各个环节的规范化作业,同时根据客户的需求制作多种合理的统计报表，实现全程电子化、信息化作业，减少因票据丢失、易错等造成的损失。
仓库管理系统是通过出入库管理、库存管理、调拨管理和盘点管理等功能，有效控制并跟踪仓库业务的物流和成本管理全过程，实现完善的企业仓储信息管理。
该系统从传统的人工管理转变为精确的信息化管理，从事后管控转变为实时管控，提升供应链响应速度，且能实时预警通知管理者需要执行某一环节工作，又可与其他系统的单据和凭证等结合使用，可提供更为完整全面的企业业务流程和财务管理信息，有效的仓库管理系统必将增强公司的整体竞争能力。
WMS的应用当下可应用于生产企业、流通及零售企业、电子商务企业以及第三方物流企业。
一个好的仓库管理系统，既可以统筹物流系统中的各个环节，也可以衔接上下游供应链，提供实时数据，完成智能工厂一体化作业。
3.2WCS技术应用
WCS，通常指仓库控制调度系统，区别于WMS，主要用于对物流仓储系统中物流设备如输送线、堆垛机、RGV、提升机、机器人、AGV等的控制，主要通过接收上层系统下发的任务书，同时实时接收下游设备反馈的数据，优化分解任务、分析执行路径，为上层系统的调度指令提供执行保障和优化，实现对各种设备系统接口的集成、统一调度和监控。
WCS主要功能有，任务管理、设备调度、设备监控、路径规划、物流监控、故障提醒、运行存档等。
通过对物流设备的实时监控，从而实现物流系统自动化管理，实时动态监控，自动分配上层系统下发的任务，多线程任务处理等。
WCS系统不仅仅可以用于物流系统领域，在自动化产线领域也可以大展拳脚。
通过WCS系统，可以精准管控自动化产线物料分配，零部件实时调度，提高流水作业线自动化程度，减少人力资源投入。
3.3自动化技术应用
自动化，是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
广义上讲，自动化囊括机械化、自动化、信息化和智能化。
在物流系统中，对自动化技术的应用十分广泛，输送线、RGV、提升机、AGV、堆垛机、机器人等都是高度自动化的设备。
一个自动化程度高的物流系统除去配送环节需要大量人员外，出入库、补库、盘库，周转等所需的人员相对较少，而较少的人员也仅仅从事管理、录入等工作。
自动化技术的应用是提升生产效率的关键，也是提升产品质量的关键，大量的自动化技术应用在节约人工成本同时，也提高工作效率和安全性，是未来发展的必由之路。
3.4机械设计应用
机械设计，是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。
而一切自动化技术的应用均建立在完备的机械设计基础之上，没有完备合理的机械设计所有的设想方案都将是“纸上谈兵”。
然而作为一个合格的系统集成商，完备的机械设计团队并不是其核心必备的。
在智能制造的大背景下，国内各类设备制造商如“雨后春笋”般先后出现并崛起，“专业设备专业制造”成了设备厂商能长久可持续发展的核心基石。
而作为系统集成商，只需要善于合理利用专业设备制造商为自己提供服务，就能以最节省成本的方式达到收益最大化。
作为系统集成商，虽然不需要完备的机械设计团队，但机械规划团队必不可少。
一个高效率高质量的机械规划团队，是商务能否成功拿到订单的关键因素，也是检验专业设备供应商的是否符合公司需求的“工具”。
四、物流系统集成的案例分析
4.1项目由来
2018年，正值国家电网公司推进“两基一化”建设，实施“仓储物流体系建设提升三年行动计划”的关键时刻，加强电力物资设备仓储物流基础硬件设施和基层物资管理系统建设显得尤为重要，浙江、江苏、湖北等地已建成专门的物资设备智能仓储基地。
同时按照国务院印发的《关于进一步推进物流降本增效促进实体经济发展的意见》，从国家层面对各地提高电力物资设备仓储智能化水平起到了极大促进作用。
智能检储一体化项目，是依托自动化控制、机器人技术、信息管理、立体仓储、电气检测等先进智能技术，提升仓储、运输、分拣、包装等作业效率和仓储管理水平，降低仓储管理成本，节省人力，提高物资设备配送准确性，也使得仓储空间资源得到充分利用，以满足电力公司物资设备集约化管理、提质增效的需求。
为提高配电网的安全运行水平，开展配电终端及故障指示器的供货前抽检、供货后全检、故障分析等工作，全面提升批量化、自动化的检测能力，建设智能的检测平台系统和高效的仓储中心势在必行。
4.2项目系统设计的基本需求
目前电力系统内各检测机构对配电终端、故障指示器等自动化设备的检测设施及配套的仓储设施存在较大差异，资源相对分散，工作效率低，运营成本高，很难进一步满足配电自动化设备大面积推广的需求。
而冀北电力有限公司北戴河疗养院作为全国电力系统职工休闲度假基地，院内冀北电力检测实验室急需建立一套集物流仓储、电气检测于一体的自动化系统作为全国行业示范标杆。
[3]
该系统分为物流仓储和电气检测两大部分，物流输送线既作为产品出入库输送线，同时也承担电气检测流水作业线功能。
从物流系统出发，入库产品分为多个供应商多种型号规格，需要WMS使用条形码设备标签来管理仓库物流系统；从电气检测系统出发，检测方式多样检测平台多样，需要智能检测平台向WMS发送检测产品数据；从自动化程度出发，要求无人化作业全自动控制，需要WCS系统统筹管控输送系统、AGV、机械手、检测平台等。
因此，国网冀北电力公司要求将物流仓储与智能检测平台结合完成检储一体化设计。
实验室分两层，一层是物流收/发货区域，二层是产品检测区及中控室。
检测平台要求需检测DTU（配电终端单元）、故障指示器、TTU（配电变压器远方终端）及FTU（馈线远方终端）四种产品,其中FTU/DTU产品体积较大无法和TTU、故障指示器共库存放，且检测工装无法集成到输送线上。
4.3项目最终设计方案
冀北电力智能检储系统最终方案包括一套自动化立库系统以及配套集成的检测系统、AGV转运系统、WMS管理系统、WCS控制系统、机械手抓取系统等。
物流系统及检测系统布置示意图如图4-3-1所示
图4-3-1
4.3.1自动化立体库系统
自动立体库系统是冀北电力智能检储系统的重要组成部分，配置2台堆垛机，共分为两个存储区（FTU存储区、故障指示器/TTU存储区）。
分别设计有一楼FTU出入库/DTU转运输送系统，一楼故障指示器/TTU出入库输送系统，以及二楼自动盘点及人工入库输送系统。
一楼FTU出入库/DTU转运输送系统主要由链条输送机和辊筒输送机以及90度旋转机构和顶升移栽机构构成，一楼故障指示器/TTU输送系统主要由辊筒输送机和顶升移栽机构构成，二楼自动盘点及人工入库输送系统，主要盘点或人工入库故障指示器/TTU由辊筒输送机组成。
其中FTU/DTU由于体型较大，使用标准托盘入库，而DTU仅由一楼输送系统输送到指定位置，由堆垛机暂代提升机功能，运送到二楼平台。
而一楼故障指示器/TTU由于需要流水线自动检测，则使用定制工装板输送出入库。
4.3.2故障指示器/TTU自动检测系统
故障指示器/TTU自动检测系统，分故障指示器自动检测输送系统和TTU自动检测输送系统，两者系统独立，互不干涉，但都受WCS统一调度。
故障指示器/TTU自动检测系统，含出入库输送机、精准定位装置、自动插接装置、机械手抓取装置和检测系统。
当WCS下达检测指令后，输送系统PLC控制多组（最多同时检测16组）工装板移动到指定位置并完成定位及自动对接，完成后反馈WCS系统，再由WCS告知机械手抓取工装板上另外一部分配件挂装在指定的检测平台上，挂装完成后机械手通知WCS挂装完成，WCS再通知检测系统开始检测。
最后，检测系统完成检测后将数据传输给WCS，再由WCS传递给WMS同时通知输送PLC完成检测执行入库流程。
4.3.3FTU/DTU自动检测系统
由于FTU/DTU体型较大，同时冀北电力检测实验室场地空间有限，故无法利用输送系统运输，此时AGV无人激光导航车刚好满足此应用场景。
该系统由AGV、链条输送机、顶升移栽机构、机械手、检测系统组成。
AGV在接收WCS指令后负责从输送机处转运FTU/DTU到检测平台，通过检测平台机械手和视觉控制系统完成自动对接，整个过程全程由WCS调度控制。
4.3.4自动盘点及人工入库系统
自动盘点，是对每个货架对应坐标的产品品牌、型号、检测数据、数量等进行统计校验，可根据业主需求自主设置盘点时间次数，可完实现全自动化、无人化作业。
人工入库系统，是二楼平台设置的人工操作岗位。
在二楼区域预留一个人工检测区域，该区域由人工对产品进行检测，检测完成后将数据录入系统并传递给WMS，再通过输送系统扫码入库。
4.4技术难点与创新点
冀北电力智能检储系统是国网电力系统第一套检储一体化立体库系统，该系统创新的将自动化检测与仓储物流有机结合。
相较于其他检测系统，该智能检测平台的难点与创新点是在一套平台系统下集成了配变终端（TTU）、故障指示器、配电终端（FTU/DTU）三条不同的自动化检测流水线，配合智能立体仓储、物流系统和跟踪管控等系统，通过综合仿真测试、多自由度移载机械手、智能物流仓储、综合管控等先进技术，多种配电设备检测、仓储、配送、监管同时进行并无缝对接，一键控制，全程可无需人工干预，实现由分散式向集约式检测模式的变革。
堆垛机、激光导航AGV叉车、输送线、立体化仓库等构成的智能立体仓储系统，与产品检测流水线实时同步，依据检测产品类型、检测进度及检测结果自动调度，实现待测产品自动出库及已测产品自动入库，在大幅降本增容的基础上，有效满足了检测机构及配电终端生产企业精细化管理、智能化调度的需求。
4.5后记
冀北电力智能检储一体化系统，作为入职科大智能后独立设计实施的第一个智能物流立体仓储系统，设计耗时3个月，设备加工成套2个月，现场安装调试1.5个月，在调试完成四个月后项目顺利验收。
第二年又对检测系统做了一次升级改造，耗时1.5个月。
此项目，获得2019年
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