基于仿真的混流装配线物料供应策略研究

      文章编号：1002-3100(2019)09-0032-06

      中图分类号：F253 文献标识码：A

      随着客户定制化需求的增加，越来越多的汽车生产企业采用了柔性化的混流装配线，物料配送的效率、准确率、降低成本等要求日益受到人们的重视。汽车混流生产总装线旁的库存空间有限，只能存放少量的零件，需要频繁地及时补充库存才能保证高速装配线的顺利进行。由于不同车型共线生产，各种车型需要装配的零部件不同，企业每天的生产计划也不同，对于不同车型共线生产场景下的物流配送系统的设计优化成为企业要重点考虑的问题。

      从近年来国内外关于装配线物料配送问题的研究动向来看，国内外学者运用了大量的研究方法，现有的方法主要分为定性研究和定量研究。近年来，在文献中已经越来越关注将零部件运输到装配线过程中物料供给策略选择方法的定性标准。Wnstrm和Medbo从一般角度讨论了材料供应系统的设计选择以及材料供给设计和包装实践对装配系统性能的影响[1]。他们采取以操作者为中心的观点，并专注于组织和人体工程学方面。Hua and Johnson讨论了影响台套与批量配送选择的因素，突出了仍有待解决的研究问题[2]。更笼统地说，Hanson and Brolin深入讨论了影响台套配送和连续供应之间选择的大多数因素，同时也提供了来自厂内实验的经验证据[3]。

      定量研究主要集中在物料配送优化模型的设计上，最早研究配送模式的最优组合的是Caputo和Pelagagge，他们采用了基于经济价值的ABC物料分类对应不同的配送方式组合试验对比的方法来选择配送方式[4]，并进一步开发了遗传算法进行方式选择的物料分类优化[5-6]。随后，Caputo等人不仅为台套配送开发了详细的规划模型[7]，还开发了看板配送和线边供应的连续供应系统的规划模型[8]。Limère等人利用线性规划模型对成套配送和线边供应策略进行最佳的零件分配[9]，并相继扩展该模型以考虑可变操作员的步行距离[10]。然而，他们忽视了JIT的替代方案，只考虑了与拣取、运输、套件准备以及物料补给相关的工人成本。Vijaya Ramnath出等人开发了多标准决策支持系统，根据定量和定性因素选择装配系统中的物料供给策略，主要关注台套配送与看板配送[11]。

      以上研究多采用组合搜索的方法寻求系统最优设置，少有研究涉及物料配送模式与混流装配线系统特征匹配关系，或者决定物料配送策略最佳选择的关键要素分析等。因此，本文针对汽车装配等混流生产系统的物料供给过程建立仿真模型，设计多种场景下的物流配送策略或调度方法，并结合仿真试验进行分析，探索装配线系统和零件的相关参数、计划方案与物料供给策略之间的关系。

      二、混流装配线物料配送问题概述

      混流装配线物料配送主要目标是以最低成本提供与装配序列对应的物料，根据物料的需求、尺寸等特征，一般可以设计不同类型的物料配送模式，即根据装配计划按序列设计齐套配送的Kitting模式、按批量配送的线边库存LS(Line Stocking)模式以及需要及时配送的Kanban模式等。物流配送系统需要选择设置合理的配送模式，配送模式的选择直接决定了任务的组合、调度方式以及物料配送路径、载具等系统各环节的软硬件配置，其范围贯穿了物料配送系统从物料出库到最后进入装配线的全部过程。所以，要想设计好的物料配送系统应该考虑到每日的生产计划，将正确的物料按正确的数量在正确的时刻运送到正确的地点，本文将重点研究物料供给策略的选择问题来满足物料配送目标并降低配送成本。为了设置合理的物料供给策略，需综合考虑以下因素的影响：

      (1)零部件类型及体积。在混流装配车间中，零件类型的多样性与体积的差异会影响打包容器的选择，又因为不同运输车的容量大小不同，即运输车一次所装的打包容器和运输趟数都会随之不同，所以同样会影响物料供给策略的选择。

      (2)生产计划中的品种组合变动。在混流装配过程中由于客户需求的不确定性导致每日的生产计划在不停的变动，所以生产线上的产品品种组合也将有多种变化，这直接影响了配送物料的顺序和数量等参数。

      在一个物料配送系统中，无论是计划改变还是现场某一个因素的改变都会导致整个系统运作发生巨大的变化，并且由于本文研究的配送系统同时牵涉生产、配送以及仓库等多方面问题，问题的复杂性、随机性可想而知。对不同类型的零件在变动的生产计划下选择不同的物料供给策略时，不仅要考虑实际的意义还要考虑可行性。因此，下文将通过对物料配送系统进行仿真建模，设计不同场景的仿真试验来探究装配线系统和零件的相关参数、计划方案与物料供给策略之间的关系。

      三、混流装配线物料配送模型构建

      （一）案例研究

      R公司作为一家专业的物流配送公司主要负责汽车制造D公司的物料配送，其为D公司的生产车间提供零部件调达运输、场内零部件配送、整车运输及售后零部件运输等全方面的专业服务。如图1所示，R公司的物料配送系统由中转配送中心和混流装配生产车间组成，为保证物料配送根据生产计划按时完成，系统作业需及时将零部件从中转配送中心向混流装配生产车间配送。中转配送中心有5个存储区域、4个出货平台，装配生产车间有与4个出货平台相对应的4个人货平台，装配生产车间有4个物料暂存区和1条生产线。该配送系统主要的作业流程有备货作业、牵引作业、出货作业、运输作业、入库作业，以等待上线及牵引上线。