第３１卷第２３期
中国机械工程
V o l ．３１㊀N o ．２３
２０２０年１２月
C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N G
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．２８９１Ｇ２８９７打造智慧物流与供应链，助力智能制造
«智慧物流与智慧供应链»导读
霍艳芳㊀王㊀涵㊀齐二石
天津大学管理与经济学部，天津,３０００７
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大中国 歌词㊀㊀导语㊀在智能制造环境下，打造智慧㊁高效的供应链，是制造企业在市场竞争中获得优势的关键.新一代信息技术，如物联网㊁区块链㊁大数据㊁A I 等技术正在重塑物流与供应链行业.面向全产业链整合的智慧化变革正在引领３．０智慧型降本增效新时代的来临.国务院办公厅«关于积极推进供应链创新与应用的指导意见»明确指出，到２０２０年形成一批适合我国国情的供应链发展新技术和新模式,
基本形成覆盖我国重点产业的智慧供应链体系，中国成为全球供应链创新与应用的重要中心.作为«智能制造系列丛书»的一个分册,«智慧物流与智慧供应链»一书面向制造业智能制造升级改造的现实需求，从管理角度探寻作为智能制造系统连接器的物流与供应链系统的设计与管理的数字化问题.该书力图初步回答：什么是物流与供应链的智慧化?智慧物流与供应链与传统物流和供应链的主要区别是什么?其体系框架包含哪些内容?构建智慧物流与智慧供应链体系需要解决什么问题?如何基于该系统为组
织创造价值?如何与智能制造协调发展以支持降本增效目标的实现?全书按照«智能制造系列丛书»主旨精神和要求，在重视物流与供应链系统工程属性的同时，更关注面向整体系统绩效优化的管理属性，在物流与供应链管理框架的知识框架体系内，站在服务智能制造的角度，阐述新一代信息技术对物流与供应链系统的挑战，并从原理㊁技术㊁方法以及应用等方面对数字化转型策略作出应答，为智能制造和物流发展提供支持.
收稿日期:２０２０１００８
１㊀智慧物流与智慧供应链的概念与特征
物流与供应链活动自古有之，但直到２０世纪
初期，伴随着产业和商品流通的发展才得到广泛
重视并逐渐发展成为独立学科，并随第三方物流的普及而成为独立的产业部门.作为连接各个经济单元的桥梁和纽带，物流与供应链对提升制造业竞争力的作用不言而喻.统计资料表明，就单个企业而言，根据业务类型㊁企业地理区域以及产品和材料的质量/价值比率，物流成本一般占销售额的５％~３５％.供应链管理的有效实施可使企
业总成本下降２０％左右，按时交货率提高１５％以上，订货到生产的周期时间缩短２０％~３０％，
生产率提高１５％以上.因此，现代企业的竞争已经转变为供应链的竞争，这一点已经成为共识，每个独立企业最终能否成功取决于管理层对该公司复杂商业关系的综合能力.在产业分工不断深化㊁资
源要素全球配置的背景下，供应链已深度嵌入我国生产和流通的各个环节，成为连接供给侧和需求侧的关键纽带，有助于转变发展方式㊁优化经济结构㊁转换增长动力，充分发挥促进资源优化配置和经济质量㊁效率提升的重要作用，培育新增长点㊁新动能，推动经济发展质量变革㊁效率变革㊁动力变革.
随着新一代信息技术的发展和深入应用，物流与供应链产业也迎来了向智慧化转型的产业革命.以互联网为依托，广泛应用物联网㊁大数据㊁云计算㊁人工智能等新一代信息技术，实施数字化转型，是物流与供应链产业助力智能制造产业升级的不二选择. 智慧物流 强调物流活动各个环节在有效感知和高效学习的基础上，物流过程数据智慧化㊁网络协同化和决策智慧化，支持企业降本增效和可持续发展目标的实现.它具有三个特征：互联互通㊁数据驱动；深度协同，高效执行；自主决策，学习提升. 智慧供应链 是在智慧物流的基础上，将智慧化扩展到整个供应链上的各个环节而形成的现代供应链系统.它以客户需求为导向，以提高质量和效率为目标，以整合资源为手段，结合物联网技术和现代供应链管理的理论㊁方法和技术，在供应链全链网可感㊁可视㊁可控的基础上，实现产品设计㊁采购㊁生产㊁销售㊁服务等全过程高效协同.
与传统供应链相比，智慧供应链具有更多的市场要素㊁技术要素和服务要素，注重系统优化与全供应链的绩效，更加强调全链网的信息分享与协同.通常，智慧供应链应具有如下特点:①技术渗透性更强，强调对客户需求的全过程精准分析与有效管理;②可视化和移动化特征更为明显;③协同㊁配合更高效，供应链链主更凸显;④更强
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调以制造企业为切入点的平台功能.因此，在智慧供应链环境下，商流㊁信息流㊁资金流和物流得以更高效连接，整个供应链过程可感㊁可视㊁可控，从而最大程度为各利益相关方实现价值.
智慧供应链对智能制造的支撑作用主要体现在研发㊁生产管理㊁库存管理以及采购管理等方面，全方位帮助企业提升快速响应订单的能力.在产品研发管理上，可以帮助企业协同产品开发体系，让顾客参与产品开发过程；在需求与计划管理上，可以帮助企业智能地进行需求预测和制定计划；通过建立智能化的采购平台，帮助企业实现数字化㊁智能化的物料采购，减少流程，提升效率，降低成本；智能化的生产与调度将帮助企业快速㊁合理地排产并对生产进度进行有效的控制；构建智能化的仓储管理系统将对快速变化的物料智能识别㊁定位㊁分拣㊁配送，帮助企业减少库存，降低运营成本.最后，智慧的供应链离不开物流与信息流的协同互动，供应链计划形成的信息流和供应链执行形成的实物流共同构成了智慧供应链的价值，建立智能化的物流系统将打通供应链上下游企业，真正提升企业运营效率.
智慧供应链对企业最大的改变就是思维模式的变化.智慧供应链不再是企业的某个人或某个部门在思考，而是整条供应链在思考.如果没有良好的智慧供应链基础，那么制造智能化基础也就变得零碎，不成系统，再好的智能产品也都可能变成 僵尸机器人 ；而失去动态供应链全过程适时智能化监控的智能制造，也仅仅是解决了看得
见的智能化，没有解决逻辑的智能化，于是供应链仍旧无法思考；如果没有智能化的供应链引导，智能制造仅仅是生产模式的转变，无法形成商业模式的创新和升级.
２㊀智慧物流与智慧供应链的系统架构２．１㊀智慧物流与智慧供应链系统的智慧化机理无论是智慧物流还是智慧供应链系统，之所以能够实现智慧化目标，其基本原理在于通过物联网㊁传感网与现有的互联网实现整合，在大数据㊁人工智能㊁云计算等现代信息技术的支持下，通过智能获取㊁智能传递㊁智能处理和智能利用，实现对物流全过程的精细㊁动态㊁科学的管理，最终实现智慧化决策与运行的目标.
２．２㊀智慧物流系统架构
智慧物流系统是对传统物流系统的改良，是对传统信息平台的更新换代，在技术定位上，是采用云计算㊁物联网㊁三网融合等新一代技术打造的智慧物流体系的物流平台.它主要是通过在各个业务层次运用先进的信息化技术㊁设备，并进行有效的物流信息获取㊁传递㊁处理㊁控制和展示，提高了整个系
统的智能化水平，从而提高了整个系统的运行效率.
从技术上讲，智慧物流基于物联网技术在物流业应用而提出，根据物联网技术架构，智慧物流也包含感知层㊁网络层㊁应用层三层技术架构，如图１所示.其中，感知层是智慧物流系统的 神经末梢 ，是智慧物流系统实现对货物感知的基础
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图１㊀智慧物流系统技术架构
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是智慧物流的起点，其主要作用在于识别物体㊁采集信息.感知层通过多种感知技术，如条码自动识别技术㊁R F I D 感知技术㊁G P S 移动感知技术㊁传感器感知技术㊁红外感知技术㊁语音感知技术㊁机器视觉感知技术㊁无线传感网技术等实现对物品的感知.网络层是智慧物流的神经网络与虚拟空间，主要由各种私有网络㊁互联网㊁有线和无线通信网㊁传感网等组成，用于连接智慧物流系统的 神经末梢 与 神经中枢 ，并实现 神经中枢 之间的信息交互.应用层是智慧物流系统的 神经中枢 ，是用户(包括人㊁组织和其他系统)的接口，它充分利用平台层数据，与行业需求相结合，实现物流的智能应用，具有物流作业㊁物流管理与控制㊁物流决策支持三个功能.
罗钢
从管理视角看，智慧物流主要通过基于平台的集成化管理与控制实现对信息的有效管理，支撑物流业务的智慧化运营.按照管理内容的覆盖面与具体化程度，智慧物流系统的神经系统可以
演员于越从智慧化平台㊁数字化运营㊁智能化作业三个层面体现，如图２所示.智慧化平台是 大脑 ，负责开
放整合㊁共享协同，解决注入大数据网络布局㊁行业洞察㊁供应链深度协同等宏观问题，并通过综合市场关系㊁商业模式㊁技术创新等因素进行全局性的战略规划与决策，输出行业解决方案，统筹协同各参与方；数字化运营是不同的 神经中枢 ㊁负责串联调度，依托云化的信息系统和智能算法，连接㊁调度各参与方进行分工协作；而智能化作业是 四肢 ，负责具体的作业执行，依托互联互通㊁自主控制的智能设施设备，在仓储管理系统(WM S )㊁仓储控制系统(W C S )
㊁运输管理系统(T M S )等业务运作系统的智能调度下，实现物流作业的高效率㊁低成本.目前，智慧物流系统的应用主要集中在产品智慧可追溯系统㊁可视化智慧物流调度管理系统㊁以及智慧物流配送中心等方面，并且正在向其他相关领域扩展
.
图２㊀智慧物流系统的管理架构
㊀㊀与传统物流管理不同,
智慧物流通常以平台化的方式为智慧物流管理提供支持.智慧物流信息平台利用大数据的信息技术，将参与机构的信息及物流服务进行整合，支持智慧物流商物管理㊁智慧物流供应链及智慧物流业务的实施.如图３
所示，智慧物流信息平台以物流服务一体化㊁物流过程可视化㊁物流交易电子化㊁物流资源集成化㊁物流运作标准化和客户服务个性化为目标，可为物流运作提供有力支撑，可解决长期存在的物流业务彼此独立运作㊁缺乏整合㊁物流业务之间难以无缝衔接的问题，从而达到降低物流成本㊁提高效率㊁提升管理和服务水平的目的.
２．３㊀智慧供应链系统体系架构
智慧供应链 的概念由复旦大学罗钢博士于
２００９年首先提出，指的是结合物联网技术，现代供应链管理理论㊁方法和技术，在企业中以及企
业间构建的，能够实现供应链的智能化㊁网络化和自动化的技术与管理综合集成系统.随着新一代信息技术的广泛采用以及 工业４．０ 浪潮的推动，整个制造业供应链都在朝着智能制造迈进，在此环境下，打造智慧㊁高效的供应链，是制造企业在市场竞争中获得优势的关键.
罗戈研究院在２０１７年提出了智慧供应链图
谱，根据管理层级将智慧供应链自上而下分为三个
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图３㊀智慧物流信息平台业务体系
好看的韩国偶像剧部分，包括智慧化平台(决策层)㊁数字化运营(管
理层)㊁自动化作业(作业层).如果把智慧物流比
作人，那么智慧化平台是 大脑 ，数字化运营是 中枢 ，而自动化作业则是 四肢 .智慧化平台层主要包括预测与计划㊁供应链产销协同和控制
塔，以及对这些决策功能提供支撑的大数据㊁云端
和算法的优化.数字化运营通过系统连接作业
层，支持决策层.从管理层次上讲，这个系统层面
更偏供应链执行，即更多关注物流和运营，包含车
辆管理㊁运输管理㊁过程管理和仓储管理，未来会
更多地涉及到物联网.自动化作业主要是仓储作
业和运输作业.基于不同的仓储配送需求，其涉
及的内容和模式也各不相同.
也有学者从供应链管理信息系统的角度构建了智慧供应链金字塔，从整个供应链管理的视角对智慧物流系统进行协同㊁全面监控和管理.该体系将智慧供应链信息系统分为四层.最底层是系统互联㊁数据交换平台，为供应链各参与方或同一参与方的其他应用系统进行互联对接集成，完成数据共享协同的基础设施.第二层是计划协同平台，支持服务商和运营模式的协同.控制塔是第三层，强调供应链管理的可
视㊁可控和可量化，实现对供应链全过程的全面监视㊁异常控制和量化考核.金字塔的最顶层是商务智能和决策支持系统，基于规则库㊁知识库和决策支持体系，可以完成诸如成本绩效分析㊁方案推演及优化等基本的决策支持功能，并支持供应链更高层次智慧化目标的实现.
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３㊀智慧物流与智慧供应链主要子系统分析３．１㊀智慧物流设施规划与设计
设施规划与设计是物流与供应链管理体系中的设计内容，它以物流系统的空间静态结构(布局)为研究对象，从系统的动态结构  物流分析出发，探讨设施的区域定位㊁局域布置规划的目标㊁意义及设计原则，着重研究规划与设计过程中的理论方法与步骤，通过设施最合理㊁最经济㊁最有效的布置使得物流系统的动态因素(人㊁财㊁物㊁信息)的流动达到高效率和低成本.设施规划与设计工作质量的好坏直接决定着物流与供应链系统后期乃至全生命周期的运营效率与效果，良好的设计能够避免运行阶段出现问题㊁造成巨大浪费，因此必须加强对设施规划与设计的管理.
针对传统工厂设计中只关注工厂布局㊁场地规划㊁设备平面布置等粗线条活动，而忽视设备加工能力匹配问题㊁物流成本问题㊁中间在制品问题及人员配备，并且几乎不考虑设计方案对市场及企业战略的适应性等问题,«智慧物流与智慧供应链»重点介绍了全生命周期精益设计(d e s i g nf o r l e a n p r o d u c t i o n,D L P或d e s i g nf o rT o y o t a p r oＧd u c t i o ns y s t e m,D T P S)模式.精益设计的内容包括生产组织设计㊁物流系统设计㊁信息系统设计和企业组织设计.显然精益设计是一个面向全生命周期的设计㊁改善和管理系统，精益思想体现在需求分析到设计㊁投资决策㊁生产㊁销售再回归到需求的整个闭环过程.从工厂设计阶段开始就彻底消除浪费，是一种事前预防和改进理念，可从根本上避免 亡羊补牢 式的事后改进做法.３．２㊀智慧运输与配送管理
智能运输系统(i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t s y s t e m, I T S)又名智能交通系统(i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t aＧt i o n s y s t e m,I T S)，是一种将先进的信息技术㊁数据通信传输技术㊁电子控制技术及计算机处理技术等综合运用于整个交通运输管理体系页建立起的实时㊁准确㊁高效的综合运输管理体系.与传统的提高交通运输水平的手段相比,I T S不是单纯依靠建设更多的基础设施㊁消耗大量资源来实现以上目标和功能，而是在现有或较完善的基础设施上，将先进的通信技术㊁信息技术㊁控制技术有机结合，综合运用于整个交通运输系统，实现其目标和功能，其关键技术包括车联网㊁无车承运人以及智慧物流信息系统等.
当前我国的I T S主要应用于以下几个方面：智能化交通管理系统；以电子不停车收费为代表的智慧运营管理技术；智能终端的规模应用；对运载工具如各种客运车辆㊁货运车辆的动态跟踪和监管；智能终端以及信息系统管理平台的结合应用.
随着智慧物流的发展，作为智慧物流重要环节的配送领域也发生着巨大的变化.智能配送不仅可以实现配送信息的自动识别㊁配送信息的自动预警，而且能实现配送路径优化，对配送路径进行智能化管理，在智慧物流的配送领域实现了一大创新，将配送效率大大提高的同时，也尽可能地降低了物流成本.通过智能配送技术的实施，重构配送中心和网络节点，支持分销渠道多样化㊁大批次小批量进货㊁配送方式混合㊁集约㊁协同配送等智能的配送方案规划系统，从而大大提升配送管理的效率.相关设施设备包括无人机㊁快递自提柜㊁机器人等.路径优化算法和大数据技术是常用的数据管理技术.
«智慧物流与智慧供应链»通过实例具体展示了这些新兴技术在运输和配送系统的应用模式.３．３㊀智慧仓储管理
智慧仓储是物流系统发展的高级阶段，仓配数据接入互联网系统，通过对数据的集合㊁运算㊁分析㊁优化㊁运筹，再通过互联网分布到整个物流系统，实现对现实物流系统的智慧管理㊁计划与控制.智慧仓储系统具有管理系统化㊁操作信息化㊁储运自动化㊁数据智慧化㊁网络协同化㊁决策智能化这六个特性，能够实现仓储信息的自动抓取㊁自动识别㊁自动预警㊁智能管理等多项功能，支持非接触式货物出入库检验，问题货物标签信息写入，检验信息与后台数据库联动，从而显著提高货物出入库效率，改善库存管理水平，进而全面推动仓储配送业与制造业㊁商贸业的融合发展，从而提高效率㊁降低成本，提升仓储服务能力和整体发展水平.物联网㊁云概念与云仓储㊁仓储机器人等新一代信息技术是支撑智慧物流系统的关键技术.３．４㊀智慧库存管理
库存管理的核心问题是确定合理的库存量，这需要解决两个问题：一是何时订货，即确定订购点；二是订多少货，即确定订购批量.为解决和优化库存管理问题，人们开发了很多库存管理技术，典型的包括A B C分析㊁E O Q模型㊁定期订货模型㊁M R P/E R P/D R P㊁报童模型等.随着信息技术的发展以及企业计划范围的不断扩大，库存管理也跨越单个企业边界延伸到整个供应链，通过加强供应链信息的可视化和供应链成员的合作，实现库存目标的优化.
与传统库存管理相比，供应链库存管理作为一
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世界电影票房排行榜>滕丽名老公打造智慧物流与供应链，助力智能制造  «智慧物流与智慧供应链»导读  霍艳芳㊀王㊀涵㊀齐二石