连载(45))数字孪生产业的典型应用场景-2.供应链和物流

文章来源:APS研究
2020-09-25

2. 供应链和物流

产业向智能化和服务化转型使供应链体系向协同化转变,由原来相对稳定的 供应链体系转变为一种更大范围、更灵活、更多向、更社会化的协同体系。在此 过程中存在很多不可避免的不确定因素。供应链流程过长,特别是遇到问题需要 调整时,往往会造成决策不及时而错失商机,或者造成巨大库存积压和资金链问 题。

同时,不断扩展的数字智能技术,使得供应链中信息流、物流、资金流产生 了海量数据,传统方法也难以对这些数据进行有效处理和利用。

为建立一个连续、快速、可持续微调的供应链网络,需要建立供应链和物流 的数字孪生体。基于模型评估每个独特客户的供应链流程执行情况,提出物理资 源和人力资源的最佳利用方案。通过流程镜像实时提供所有供应链相关的业务信 息,提高端到端的可视性和透明度,支持自动决策,提高物流效率和降低成本。

其中仿真是关键技术之一。可对整个复杂供应链与物流系统进行仿真,并实 时接收供应链节点数据,实时预测、决策和反馈调整。

将数字孪生体应用于供应链网络优化,将带来以下方面的优势:

・实时在线的敏捷性:基于采集的供应链实时运行数据可提高供应链决策 速度,在其面对不断变化的环境和难以预见的情况时,能够快速响应;

・通信与协作:供应链物流组织与其供应商、合作伙伴和客户之间可以实 现实时通信与协作,根据可靠、一致的最新数据做出决策;

・点到点的可视化:随时查看整个供应链,实现对其关键绩效的可视化管 理、跟踪流程、掌握进度以及平衡供需;

・智能优化:通过模拟规划和预测结果相结合,优化决策;

・整体决策:建立对供应链的全球运营视图,企业可以实施整体决策。

例如,世界上最大的轴承制造商SKF在其分销网络中构建了一个数字孪生, 包括800多个SKU的主要数据,涵盖五个不同系统的40个安装单元。数字孪生 体技术使该公司的区域化模型转变为全球综合规划模型。根据数字孪生体技术提 供的数据可视性和完整性,供应链规划人员能够从本地运营转变为全球化决策 (图 35)。

确保供应链有效的基本要素是可控的物流系统。DHL公司2019年趋势报告 显示,数字孪生体技术将在物流领域创造价值,虽然尚未在物流领域得到广泛应 用,但许多关键支持技术已经到位。物流部门已经利用传感器跟踪货物,还应用 机器学习和高级分析技术来优化供应链,并从历史装运和运营数据中获得新的见 解。

DHL的物流专业人员甚至正在为仓库提货和车辆装载等任务实施增强现实、 混合现实和虚拟现实应用,这些任务的数据非常适合在这些环境中创建其数字挛 生体。数字孪生体在供应链和物流行业应用的具体实例可以包括(图36):

・包装和容器数字孪生体,如集装箱;

・ 货运数字孪生体,如带有监控温度、包装方向、冲击和振动传感器运输 工具,对敏感、高价值货物随时监控或模拟货运过程;

・ 仓库和配送中心数字孪生体。可将设施本身的3D模型与相连的仓库平 台中收集的物联网数据,以及库存和运营数据(包括单件货物的大小、 数量、位置和需求特征)结合起来,允许公司优化空间利用并模拟货物、 人员和物料搬运设备的移动;

・物流基础设施数字孪生体。仓库和配送中心仅占所有物流基础设施的一 小部分。货物从来源地流向目的地取决于多个要素的协调,包括船舶、 卡车和飞机、订单和信息系统等,其中最重要的是人员。这种复杂的多 利益相关环境在主要的全球物流中心最为明显,如货运机场和集装箱港 口。在这些设施中,信息交换系统的不完善加剧了高效运行的挑战;

・全球物流网络数字孪生体。在物流领域,最终的数字孪生体将是整个网 络,不仅包括上述物流资产,还应包括海洋、铁路、高速公路、街道以 及客户住宅和工作场所等。

数字孪生体在供应链和物流领域应用的价值包括:

・更快的入库及制造。如:数字孪生体将使更多的产品能够被配置和定制, 以满足单个客户的特定需求;谨慎选择供应商地点,采纳运输和货运管 理的新方法;促进与供应商更紧密的合作。通过数字孪生体,制造商可 提前共享需求,也可以了解供应商生产能力;

・优化厂内物流:公司可根据生产线看板调整其交付流程,以适应更短的 交付周期和更高的产品复杂性。例如,工厂需要更加严格地处理材料和 零部件相关数据,以确保产品的数字孪生体与正确的批次代码相关联(追 溯)。或者为了满足定制化小批量和单件生产的要求,调整材料存储和处 理系统,以应对更复杂和多变的材料需求;

・优化售后物流:借助数字孪生体,原始设备制造商或第三方服务合作伙 伴可以在世界任何地方监控产品运行,并向客户提供一系列增值服务, 从远程支持到预测性维护。然而,这些新型服务将高度依赖供应商售后 供应链的有效性,备件的供应和分配将成为许多公司运营模式中日益重 要的因素。为了建立和运营高性能的售后物流和支持能力,公司需要不


断审查备件库存的定位和分配,以保证交付周期符合他们对客户的承诺。 还需要将零件分销与其售后市场和现场服务运营的其他要素紧密联系起 来。例如,他们可能需要将备件交付与服务技术人员到达客户现场相匹 配,或者更多地利用他们的经销商和分销商网络来提供售后服务。售后 供应链还需要在产品的使用寿命结束时对其进行管理。数字孪生体可以 帮助公司最大化退役产品的潜在价值,帮助他们识别设备的确切类型和 内容。获取这一价值需要更复杂的逆向物流流程,并与适当的再制造、 回收和废物管理系统相集成。

协调供应链:找到更明智的方法来平衡网络中的库存成本、可用性和交 付周期。数字孪生体将增加整个供应链的可视化,以便了解实物位置、 自己的库存以及供应商、销售渠道和分销合作伙伴的库存。建立最佳供 应链渠道,优化供应商和制造路线、物流通道和库存地点的配置,以支 持高服务水平,确保公司能够满足他们对客户做出的可用性和响应时间 承诺。同时,数字孪生体使供应链富有弹性,有能力维持意外中断时的 服务级别,从重大事件中快速恢复,以及有效应对需求变化。

增材制造技术对供应链和物流的优化,具体表现在以下三个方面:一是“随 需制造”,根据订单按产品数模进行生产,将有助于减少实体库存和资金积压; 二是“就近制造”,选择物流网络上最快速和便宜的地点,满足交付时间和成本 的要求;三是“万变不离其宗”,简化了原材料的种类和物流,如对各种不锈钢 制品零件,实际只需确保不锈钢粉末库存,而不是保留各种成品库存。

因此增材制造将为供应链和物流带来极大变革。例如UPS和Fast Radius、SAP 合建的分布式制造平台,旨在满足全球供应链不断变化的需求,提供按需制造和 供应链解决方案。其核心是提供一个“虚拟库存”,可以安全地存储客户零件的 数据模型和生产工艺,零部件仅在需要时才进行生产。这消除了制造商物理存储 零件的库存成本。并能够在24小时内立即补充库存。因此,制造商将能够拥有 更多的流动资金去进行研发生产,以提供更快的生产速度和更高的定制水平。

通过将随需灵活制造的定制化生产与UPS的全球供应链解决方案集成在一 起,可协助制造商实现基于云的供应链管理,有效降低其供应链运营成本。具体 的应用形式是:

1 UPS通过特许经营的方式,在全美62家UPS连锁门店开设3D打印服 务,客户首先把数模设计上传给专业的3D打印公司First Radius进行3D打印设 计(备件数模则只需从虚拟数字仓库中提取),然后该部件将会在距离交付目的 地最近的UPS门店进行打印;

2) Fast Radius将增材制造中心设置在美国肯塔基州路易斯维尔的UPS WorldPort工厂内,这种战略性的''跑道尽头”位置使Fast Radius最多可以节约 6个小时的生产时间,这可以为客户提供真正的准时生产;

3) UPS表示,订单最快可能在下单的同一天内发货;

UPS还成立了一个先进的方案解决团队以创建按需3D打印示范中心,制定 供应链解决方案,并进一步将3D打印技术广泛应用于客户群。