柔性物流系统新特征与新发展

文/尹军琪 北京伍强科技有限公司董事长

编者按：

2014年10月，《物流技术与应用》曾组织一期专题，讨论物流系统柔性化问题。该期专题可以说是切中时代的脉搏，恰逢其时。因为从2014年开始，我国物流技术掀起了一波蓬勃发展的浪潮。除了各路资本大举介入物流技术与装备领域外，柔性化设计与技术成为这一波浪潮发展的主题。其主要表现是：涌现出一大批以研发和提供AGV系统（包括Kiva系统）的企业，并且在电商等多个行业出现了一股建设柔性化物流系统的热潮。5年后的今天，我们重温过去对于物流系统柔性化的讨论，应该有着很多不同的想法和体会。事实上，随着物流技术的变化和发展，柔性化理念已经深入人心，甚至已经成为未来物流技术发展的一个重要方向。有两点是需要特别引起注意的，即：1.个性化与定制化的多变特征，需要柔性化的生产系统与柔性化的物流系统作为支撑；2.以电商为特点的物流中心，由于其业务的巨大不确定性，一方面需要快速部署以满足市场不断变化的需求，另一方面，在共享理念下，从成本角度考虑，要求系统具备通用性、可复制性、可迁移性、可扩充性等基本特征。

正是基于以上背景，本文将换一个角度，重新审视物流系统柔性化及其重要性。

一、柔性化物流系统的新特征

柔性就其本意来说，是与刚性相对应的。柔性代表可变，刚性代表不可变，物流系统如此，其它很多系统如制造业系统也是如此。但是，物流系统的柔性化表现，不完全在于一个物流中心或一项物流装备对于不同业务的广泛适应性，或者说，它不追求一个物流中心对变化莫测的业务的广泛适应性或通用性，因为这在很多情况下是很难做到的。如一个常温库要改造成为一座冷库，其代价是非常昂贵的，反过来也是如此。当然，我们可以通过标准化、模块化产品使其具备更为广泛的适应性。

物流系统柔性化追求的目标往往在于以下几个方面：

1.对于业务量（如订单）随着季节变化，或节日到来的激变的适应性；或：

2.对于系统在搬迁、升级过程中，设备与系统的可迁移性和可增减性；或：

北京伍强科技有限公司董事长尹军琪

3.系统对于环境变化的适应性，如对于柔性制造生产线的支持等。

从这个意义上来说，我们以前讨论的单元化、标准化与模块化等技术，则仅仅是从系统和设备本身的适应性去诠释柔性化的具体内容和内在需求，而非从业务层面去审视系统对于柔性化的需求，尤其是系统的可迁移性，可快速扩充性，以及对环境变化的广泛的适应性等。现在看来，这些需求有时更为迫切。

FMS（柔性制造系统）解决的是个性化和定制化时代生产系统如何提升效率的问题，在此前提下，柔性生产线由于其强大的即时响应能力基本解决了这一问题。显然，就如同没有流水线生产，不能解决大规模生产的效率一样，物流系统虽然也完全可以采用人工搬运完成物流过程（原始的柔性化），但对于海量的电商订单，以及工业4.0下的物流需求等来说，传统的作业方式已经不能适应未来的需求。电商的特点在于其忙闲不均非常严重，此外，搬迁和快速部署系统也是适应业务变化莫测的基本需求，而柔性生产线与其说是生产线，还不如说是一套高度柔性化的物流系统。我们以前所说的定制化生产，只不过是柔性化制造系统的初级阶段，未来的柔性化生产、物流系统，不仅仅要满足定制化的需求，更要满足当产品形式频繁发生巨变的情况下的适应性问题。这是需要从系统—首先是信息系统、供应链系统，然后是设计系统、生产与制造系统，最终是物流系统—高度柔性化才能做到的。

电商的几个变化特征：一是产品的多样性；二是业务的不均衡性；三是增长的不确定性；四是地点的不确定性。这些特性对于物流系统提出了新的要求，而柔性化可以使这一要求得以满足。

令人欣喜的是：5-6年前，Kiva系统还只是亚马逊在其物流中心应用的一个新技术—虽然发源于传统的AGV技术，但对于料箱的搬运，Kiva开了应用的先河。而今天，在中国不仅有了数量惊人的公司在研究和应用Kiva系统，而且Kiva技术的发展也取得了突飞猛进的成就，这是我们看到的物流系统柔性化发展的新特征。

Kiva系统是近几年备受关注的典型柔性化系统

某医药物流中心应用的AGV系统

二、柔性化物流系统的发展状况

对制造业物流来说，柔性制造对物流的需求与过去已经大为不同。以汽车制造为例，组装车间的组装线已经完全拆除，代之以AGV为载体的移动式生产线。这种移动式生产线的最大好处是柔性化。比如说车型的变化，不仅仅是各组件的变化（包括主要元器件的巨变），还有整个工艺路线的变化，各个组装站点构成一个单元，需要组装的汽车通过预先设置好的路线，完成整个组装过程。此外，柔性生产线因为避开了几乎所有的障碍物，所以对于安装工具的配置就灵活得多，这是传统生产线所无法比拟的。

需要说明的是，自动化立体库作为高效的存储系统还是十分必要的，但连接立体库的输送机系统在很多环节已经被AGV取代。在以汽车为代表的制造业，柔性生产线已经成为标准配置。

AGV系统很好的诠释了现代物流对于柔性化的需求，如快速部署、可扩充性和可迁移性等，AGV的灵活性是其它产品所无法取代的。在流通领域，作为AGV技术的代表产品—Kiva系统，给人一种返璞归真的惊喜，这或许是一开始没有想到的。

Kiva的应用与其说是一次大胆的尝试，不如说是一次思想的革命。人们最早并不认同采用AGV去搬运一个箱子，因为那样实在太慢了。然而，当人们突破这一固有的想法时，突然看到的是一片新的天地。不仅是Kiva系统，还有更多的处理箱子的系统，如多层穿梭车、四向穿梭车、旋转货架等，在解决物流中的货到人快速拣选问题时，让人们得到了非常意外的惊喜。

零售业是最先引入Kiva系统的行业，早在2008年前后，亚马逊公司就已经开始部署Kiva系统，Kiva这一名称实际上是一个研制AGV系统的公司。据说，Kiva在亚马逊遍布全球的物流中心中已经布置了上百万台。Kiva在中国的发展也是一个令人惊奇的现象，因为从2015年前后开始，各种以Kiva为主要产品的新兴物流技术企业纷纷诞生，并在短短几年间风靡全国。应该说，电子商务的蓬勃发展给了Kiva一个千载难逢的机会。现在，围绕着Kiva进行研发的公司可能已经有上百家，应该说他们对整个物流行业发展的推动作用是巨大的。

虽然说，柔性化系统并非一个新的名词。早在20年前甚至更早的年代，行业就已经意识到柔性化的重要性，柔性化设计也一直是物流设计的重要内容。有些技术，只是当时苦于柔性化的代价太高而影响了技术的发展。虽然现在关于柔性的理解还处于发展阶段，但我们几乎可以肯定，柔性化是物流系统未来发展的主要方向之一。

三、柔性化物流系统的优势和劣势

首先，物流系统柔性化的优势非常多。

人们往往从成本和效率去衡量一个物流系统的优劣。构成成本的因素很多，比如土建和设备成本的摊销，人工成本可能是所有成本中上升最快也最受人关注的部分，至于服务质量和服务水平对于成本的影响，对很多企业来说，并不将其归类到成本之中。其实，越高的服务质量肯定意味着越高的成本，此外，如果考虑到质量和服务引起的退货成本，则这一成本所占的比重，往往会超出想象，如果进而考虑到企业发展的机会成本，则完全超出了成本的范畴，成为另一个更加严肃的话题。而对效率的理解，可能更多的人会放在具体的业务上，如系统的作业效率等，从而忽略了时间成本和机会成本。所谓的时间成本和机会成本所涉及的方面也有很多，如物流中心建设的周期就与此话题密切相关。电商的发展周期都非常短，并且有越来越短的趋势。机会一旦失去，就不会再来。

物流系统的柔性化技术，对于成本和效率的影响是其主要优势之一。以下试举几例说明。

1.Kiva系统的快速部署和可扩充性对于机会成本的影响是重大的。以电商为例，电商往往具有较大的随机性和不可预测性等特点，当机会来临时，由于物流的影响而使机会错失。这种情况是非常多的。有些企业为了应对这种突然的市场需求，利用人海战术予以解决，不仅成本巨大，效率低下，得不偿失，而且服务质量得不到保障，更加伤害了客户的体验，是一种“饮鸠止渴”的做法。Kiva系统可以分为硬件和软件两部分：硬件部分主要是小车和货架，由于高度标准化和单元化，几乎没有现场安装，最多只是拣选站、地面等非常有限的安装工作，这样极大的减少了设备安装时间；软件部分包括调度与管理软件，这是完全可以在模拟环境下进行测试的系统，因此，现场的调试工作也可以大大减少。这正是系统快速部署和可扩充的基本特性。

2.Kiva系统的可迁移性则在产品共享方面发挥出了极大的优势。无论立体库、输送机系统，还是分拣机等设备，其最大的问题是搬迁困难：不仅成本很高，而且很费时间。Kiva系统的优势在于：不仅搬迁成本低，硬件和软件均可以快速实现搬迁，而且搬迁的时间非常短。这是立体库等系统所无法比拟的。从Kiva系统的可迁移性和可扩充性可以看出，这些设备在未来可以形成批量生产优势，产品的成本和安装调试成本将大幅度下降，系统维护成本也是如此。另一方面，随着市场需求的进一步扩大，未来形成成熟的租赁市场是完全可行的。无论货架单元，还是小车系统，均可以控制在少数的几个规格范围之内，从而实现标准化生产，进而大幅度降低成本。这正是工业化时代的基本特征。

3.柔性化系统在突出“简约”这一特点时，可以做到极致。柔性的意义，在于简约。即可以在设备层面做到按需配置。我们知道，很多实际运行的物流系统，其业务都呈现一定的波动性和增长性（当然也有个别呈现出衰落态势），而柔性系统的极致情形就是根据这一变化的需求配置系统。从需求方面来说，可以大大减少由于设备投资所带来的成本；从供方来说，可以提升设备的使用率，从而实现效益的增加。

其次，柔性化本身没有明显的劣势，只是在各个应用阶段，由于应用水平和相关技术的局限，会表现出一些比较劣势而已。

如AGV与输送系统的比较，会存在性价比问题。在不影响使用的前提下，AGV会导致投资增加，这是其劣势所在。在大部分情况下，柔性化设计会有更大的投入，这是完全可能的。但另一方面，在突出实用性方面，柔性化又往往显得更加“节约”。

柔性化的表现往往是多层次和多方面的。以AGV系统为例，就AGV的导航技术而言，有磁条导航、二维码导航、惯性导航、激光导航、SLAM自然导航等，每种导航技术的柔性化表现方式和程度是不一样的，不能简单地一概而论。在实际设计过程中，不要为柔性而柔性。有些没有必要表现为柔性的地方，采用相对刚性的设计也是必要的。

四、建设柔性化物流系统需要考虑的问题

物流系统的柔性可以分为需求的柔性和系统自身的柔性两个方面。前者是指对业务变化的适应性，后者主要是在业务确定的情形下，系统根据现场情况做出实时调整的能力，如路径优化、交通避让等，在实际应用中要加以区分。

企业在建设柔性化物流系统时，要对自身的需求有比较清楚的认识。

有些系统的需求是不清晰的，或者是不准确的。如电子商务，不仅发展速度不可预测，或预测很不准确，而且完全有可能连业务形式都发生重大变化。这时，充分考虑系统的柔性会有比较好的效果。在建设模式上，如采用总体规划分期实施的策略，就是一种典型的策略。在技术和设备选型上，考虑可移动技术（典型的如AGV技术），使系统具有更大的弹性。在设计指标方面，留出一些余量是必要的。一要考虑短期和长期的需求，二要考虑长期需求中的不确定性。

认真推敲系统需求是必要的，一方面要避免盲目的提出设计指标，另一方面，也要克服过分担忧的心里。

有些系统在可期待的未来，需求是相对确定的。如规划一个工厂的物流系统。这时，过多考虑需求的变化将付出不必要的代价，如空间利用率、产能限制等。同样是工厂物流，我们看到，AGV最早是在车间中使用的，尽管当时的设备价格非常昂贵，但仍然值得采用。因为车间没有更多的空间去布置输送设备。

柔性与刚性是相对的。在实际设计中，并没有什么硬性的指标规定哪些地方采用刚性设计，哪些地方采用柔性设计。以AS/RS为例，尽管AS/RS系统非常刚性，但在充分利用空间方面确有其独到之处，有时甚至不可取代。有时，我们看到亚马逊仓库中成千上万的Kiva小车很是震撼，但Kiva也并非是一种普遍适应的技术，它的优点与缺点都非常明显。在一项具体设计中，要因地制宜采取恰当的策略。

五、未来的发展趋势

可以肯定的是：未来的物流是一个柔性化的世界，会朝着柔性的方向快速发展。

在生产领域：大规模定制化生产是催生柔性化生产系统的主因之一，因为传统的生产模式刚性太强，不容易适应定制化的变化需求。将生产线化整为零，简化为一个个生产单元，以取代刚性的生产线，通过AGV将各单元联系到一起。柔性化生产是通过单元化和标准化实现的。汽车生产线即是一个典型例子。从外部需求来看，车的型号、颜色、功率、性能、外形等，不断发生变化，市场的需求呈现多样化的特征，这就要求生产线具有快速调整的能力，以适应外部不断变化的需求，物流也是如此；从内部需求来看，CELLs生产线必将逐步取代传统的流水生产线。这是从多个维度决定的，不仅仅是为了满足快速变化的定制化生产的需要。更重要的是，随着物流技术的发展，尤其是成本的降低，柔性化生产线显示出了巨大的优势。

在流通领域：柔性化体现在多个方面。其中最关键的方面在于更灵活的配置、更快捷的部署，以适合快速变化的市场需求。以电商为例，从业务需求看，订单的变化往往出乎人的预料，尤其是“双11”购物节的需求量呈爆发性增长，这一方面需要设备和系统具有一定的适应能力，更重要的是，面对高速增长的需求，系统能否及时跟上？因此，需要与业务需求相匹配的系统能力的快速增减能满足要求，同时要兼顾成本控制。

当然，我们也看到，柔性只是一种追求的目标，其实现路径要与当前的技术水平相结合，而不能离开实际需求盲目推进柔性化。此外，柔性系统也有其适应性问题，就如同其它领域一样，未来的世界，应该是多种技术的共存，它们各自找到最佳的应用场景，从而发挥出最大的作用。

人们常说，未来是“软”的。其实，这种“软”就是柔性的一种表现形式。