多尺寸塑料周轉(zhuǎn)箱優(yōu)化汽車(chē)零部件物流研究

張文杰 李正軍

摘 要：隨著精益思想在汽車(chē)物流中的應(yīng)用，汽車(chē)零部件的物流包裝容器正由多樣化向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化改進(jìn)，其中塑料周轉(zhuǎn)箱尤為受到廣泛關(guān)注。目前在零部件物流過(guò)程中主要還是使用瓦楞紙箱，并且在不同環(huán)節(jié)還存在更換包裝的現(xiàn)象；而塑料周轉(zhuǎn)箱還主要只在主機(jī)廠內(nèi)部使用，沒(méi)有起到優(yōu)化整個(gè)供應(yīng)鏈的作用。通過(guò)模型構(gòu)建，研究塑料周轉(zhuǎn)箱的多尺寸選取以及多個(gè)不同尺寸周轉(zhuǎn)箱的堆碼優(yōu)化問(wèn)題，可以進(jìn)一步推廣塑料周轉(zhuǎn)箱的使用，從而優(yōu)化汽車(chē)零部件物流系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)零部件物流；塑料周轉(zhuǎn)箱；系列尺寸；堆碼方式

中圖分類(lèi)號(hào)：F253.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： With the development of lean thinking in the automotive logistics， logistics packaging of auto parts is moving from diversification to the series and standardization and then emerged； At present， the corrugated boxes is still the mainly logistics package in the parts logistics process， and there is also the phenomenon of the replacement of packaging in different links. Instead， plastic returnable container is mainly used in OEMs， without optimization in entire supply chain. This article will explore how to choose the size of plastic returnable container and stacking problem of a plurality of multi-size container， which aims to promote plastic returnable container and optimize parts logistics.

Key words： auto parts logistics； plastic returnable container； series size； stacking mode

0 引 言

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，零部件的物流效率和成本問(wèn)題受到普遍關(guān)注，雖然國(guó)內(nèi)汽車(chē)零部件物流在管理理念和方式上已有所引進(jìn)和創(chuàng)新，但零部件的物流包裝仍呈現(xiàn)多樣化和不規(guī)范的現(xiàn)象，局部有所改善，整體效益不夠。汽車(chē)零部件的體型、大小、質(zhì)量極其復(fù)雜，對(duì)于物流包裝條件的要求各有不同，大的如發(fā)動(dòng)機(jī)總成，不僅體型大，而且質(zhì)量重，而小的零部件如北油器配劑針既小又輕，質(zhì)量?jī)H幾克，這就給汽車(chē)零部件的包裝運(yùn)輸造成極大困難，如何優(yōu)化汽車(chē)零部件包裝，提高汽車(chē)零部件的運(yùn)輸效率？要優(yōu)化汽車(chē)零部件物流，就必須要有一套規(guī)范的物流包裝器具來(lái)連接供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)。

汽車(chē)零部件物流作為汽車(chē)物流中重要的一環(huán)，是連接汽車(chē)供應(yīng)鏈體系中各級(jí)零部件供應(yīng)商、整車(chē)生產(chǎn)企業(yè)及終端用戶(hù)的紐帶，是集現(xiàn)代運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、保管、裝卸搬運(yùn)、包裝、流通加工及物流信息等服務(wù)于一體的綜合性管理體系。在這個(gè)管理體系中需要合適的紐帶將各部分連成一個(gè)整體，即一套合適的物流包裝。目前超過(guò)半數(shù)的企業(yè)不同程度的采用國(guó)際上比較先進(jìn)的循環(huán)取貨物流模式，塑料周轉(zhuǎn)箱是該模式中重要的物流包裝器具。

1 目前汽車(chē)零部件物流包裝容器使用現(xiàn)狀

汽車(chē)零部件很多，在其物流的集散工作中，塑料周轉(zhuǎn)箱主要用在主機(jī)廠內(nèi)物流，在其它環(huán)節(jié)尚未投入使用。盡管目前仍有少部分的零部件供應(yīng)商采用紙箱為標(biāo)準(zhǔn)包裝容器，但隨著零部件物流模式的不斷進(jìn)步，采用可循環(huán)使用的塑料周轉(zhuǎn)箱已成為汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)和物流服務(wù)商的首選和趨勢(shì)。

在此過(guò)程中，第三方物流企業(yè)管理主要業(yè)務(wù)，協(xié)調(diào)供應(yīng)商和主機(jī)廠的零部件供應(yīng)，同時(shí)很多小型物流企業(yè)摻雜其中。不管是零部件的生產(chǎn)商還是汽車(chē)主機(jī)廠，都積極采用精益生產(chǎn)，一次生產(chǎn)的批量越來(lái)越少，倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)量減少，生產(chǎn)線上的在制品減少；從原材料到成品，一切都在運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)著的產(chǎn)品能夠在需要的時(shí)間以合適的數(shù)量安全的到達(dá)指定地點(diǎn)，雖然運(yùn)輸費(fèi)用增多，但是在供應(yīng)鏈的其它地方得到更多的利益。

面對(duì)精益物流的高速周轉(zhuǎn)、小批量、多批次特點(diǎn)，在零部件入廠之前使用了大量的瓦楞紙箱和木箱，周轉(zhuǎn)越快意味著產(chǎn)生的廢棄物越多，而且常用的紙箱和木箱已經(jīng)不再適合精益物流的質(zhì)量管理和實(shí)時(shí)跟蹤，無(wú)法順暢的連接各環(huán)節(jié)。面對(duì)不斷的變化，可以采用可循環(huán)使用的系列塑料周轉(zhuǎn)箱與托盤(pán)構(gòu)成集裝整體單元，以局部整體應(yīng)對(duì)精益物流的變化。

在塑料周轉(zhuǎn)箱應(yīng)用于汽車(chē)物流的研究中，多位學(xué)者專(zhuān)家進(jìn)行了深入研究，如：左新宇[1]從多方面闡述了塑料周轉(zhuǎn)箱在入廠物流中的優(yōu)勢(shì)；李波[2]闡述了物流包裝標(biāo)準(zhǔn)化的意義，并提出汽車(chē)零部件包裝的要求；曾敏剛、朱佳[3]提出三種方案設(shè)計(jì)相同尺寸的運(yùn)輸包裝；陳暉[4]提出零部件物流配送的標(biāo)準(zhǔn)化才能持續(xù)優(yōu)化物流系統(tǒng)。

綜述來(lái)看，以汽車(chē)零部件物流運(yùn)作整體流程為背景，在多批次、小批量快速周轉(zhuǎn)運(yùn)輸中，如何在眾多尺寸的塑料周轉(zhuǎn)箱進(jìn)行選擇以及將多個(gè)不同尺寸的塑料周轉(zhuǎn)箱進(jìn)行堆碼優(yōu)化設(shè)計(jì)，是一個(gè)非常值得研究的問(wèn)題。

2 多尺寸塑料周轉(zhuǎn)箱的選取模型構(gòu)建

在不同尺寸塑料周轉(zhuǎn)箱的選取上，要以現(xiàn)行托盤(pán)尺寸作為標(biāo)準(zhǔn)，然后考慮自身互相組合以及汽車(chē)零部件的尺寸[5]。我國(guó)的托盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)是1 000×1 200mm和1 100×1 100mm兩種規(guī)格，在尺寸、結(jié)構(gòu)和作業(yè)方式等方面基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化[6]。系列化塑料周轉(zhuǎn)箱必須能和托盤(pán)形成一個(gè)完整的物流包裝單元，并在整個(gè)物流過(guò)程中保持統(tǒng)一。

標(biāo)準(zhǔn)物流包裝尺寸的制定主要是基于包裝貨物的物流合理化，尺寸可以從物流基礎(chǔ)模數(shù)尺寸（600×400mm）按倍數(shù)系列推導(dǎo)出來(lái)，然后再根據(jù)組合和零部件等的尺寸選擇合適的尺寸（得到的長(zhǎng)和寬的尺寸要大于200mm）。按照1 000×1 200mm標(biāo)準(zhǔn)托盤(pán)進(jìn)行劃分得到的尺寸規(guī)格，見(jiàn)表1。

以上通過(guò)分割方法得到的尺寸能夠保證包裝尺寸與集裝尺寸的協(xié)調(diào)， 但包裝外尺寸還必須與內(nèi)裝物尺寸相協(xié)調(diào)。內(nèi)裝物尺寸應(yīng)與箱體尺寸相近或成倍數(shù)關(guān)系，以便充分利用箱內(nèi)空間，提高托盤(pán)和汽車(chē)的空間利用率，因此物流包裝可以根據(jù)零部件自身屬性從以上分割尺寸中選擇合適的尺寸。

對(duì)單個(gè)零部件來(lái)說(shuō)，選取方法是從分割尺寸中選取包裝尺寸與零部件在水平方向的投影尺寸成倍數(shù)關(guān)系，這個(gè)倍數(shù)的大小則與每批供應(yīng)的個(gè)數(shù)相互關(guān)聯(lián)。模型構(gòu)建如下：

設(shè)包裝尺寸M×Nmm，M>N，零部件在水平方向的投影X×Ymm，X>Y，包裝容器的壁厚為Smm，正整數(shù)J，I。

z值越小，則說(shuō)明空間的利用率越高，z值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的M，N（均為系列尺寸）即為最優(yōu)包裝尺寸。周轉(zhuǎn)箱的高度由車(chē)廂高度、零件普遍尺寸區(qū)間和取件人機(jī)工程來(lái)確定并形成一個(gè)高度鏈（例如h，2h，3h…），這樣便于箱體之間的相互配合與協(xié)調(diào)，現(xiàn)行的塑料周轉(zhuǎn)箱高度主要是兩個(gè)高度。

面對(duì)眾多的汽車(chē)零部件，首先要進(jìn)行合理的分類(lèi)，分類(lèi)原則包括：外形、重量、包裝安全等級(jí)、批次需求量等。然后對(duì)每一類(lèi)進(jìn)行M、N的選擇，同時(shí)采用不同J、I的大小減少系列箱子的種類(lèi)。當(dāng)外包系列尺寸確定以后，即可有針對(duì)性進(jìn)行內(nèi)包裝設(shè)計(jì)和相關(guān)襯墊的設(shè)計(jì)。

3 多個(gè)不同型號(hào)塑料周轉(zhuǎn)箱的組合堆碼優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著精益生產(chǎn)與精益物流日漸推進(jìn)，無(wú)論在零部件入廠物流還是售后物流中，某種零部件一次的運(yùn)送量很可能無(wú)法堆滿托盤(pán)的一層，更別說(shuō)整托盤(pán)堆碼同型號(hào)的周轉(zhuǎn)箱，因此有必要研究多個(gè)不同塑料周轉(zhuǎn)箱在同一個(gè)托盤(pán)上的堆碼問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[7]，目前普遍應(yīng)用于汽車(chē)零部件物流的塑料周轉(zhuǎn)箱，主要包括以下幾種規(guī)格，見(jiàn)表2。

由于其尺寸的多樣性，堆碼不再像單一規(guī)格的塑料周轉(zhuǎn)箱一樣，問(wèn)題可描述為：如何使用數(shù)量最少的托盤(pán)裝載一定數(shù)量若干種規(guī)格的長(zhǎng)方體箱子。可以認(rèn)為，其目標(biāo)是在滿足規(guī)定約束條件的前提下，合理布局箱子在托盤(pán)上的位置，減小托盤(pán)上的無(wú)用空間，托盤(pán)使用總數(shù)目最小。模型構(gòu)建如下：

在塑料周轉(zhuǎn)箱的高度設(shè)計(jì)上，尺寸規(guī)格較少且以倍數(shù)規(guī)范，因此高的周轉(zhuǎn)箱可以想象成同樣長(zhǎng)寬尺寸的多個(gè)小箱子垂直擺放在一起，在以下建模中以現(xiàn)有規(guī)格的周轉(zhuǎn)箱高度為例，將其簡(jiǎn)化為h和2h兩個(gè)規(guī)格；總共Q個(gè)周轉(zhuǎn)箱，其中前m個(gè)為高度為h的周轉(zhuǎn)箱，后n個(gè)為高度為2h的周轉(zhuǎn)箱，則等價(jià)為m+2n個(gè)高度為h的周轉(zhuǎn)箱，第i當(dāng)m

如圖1所示為托盤(pán)平面圖，塑料周轉(zhuǎn)箱子水平放置。無(wú)論托盤(pán)還是箱子，將長(zhǎng)邊尺寸稱(chēng)為長(zhǎng)度，短邊尺寸稱(chēng)為寬度，箱子高度固定為h和2h。研究目標(biāo)是將所有給定的周轉(zhuǎn)箱裝載到最少數(shù)量的托盤(pán)上。

模型的輸入?yún)⒘咳缦拢?/p>

數(shù)學(xué)模型如下：

式（2）～式（5）確保托盤(pán)每層上的箱子之間不重疊；只有位于同一托盤(pán)上同一層的箱子數(shù)目超過(guò)1時(shí)才檢查是否重疊，這種情形的考慮反映在式（6）；式（7）～式（9）保證周轉(zhuǎn)箱的完整性和唯一性，即所有箱子都安排了地方，且每個(gè)箱子只在一個(gè)托盤(pán)上的某一層上；式（10）和式（11）是保證任何一層的周轉(zhuǎn)箱不會(huì)超出托盤(pán)的平面之外；式（12）和式（13）分別考慮的是托盤(pán)上的堆碼的高度不可超過(guò)托盤(pán)的貨物限高和限重；式（14）和式（15）確保高度為2h的箱子的上下兩部分水平重合垂直疊放，且兩者在同一個(gè)托盤(pán)上。

以1 200×1 000mm和1 100×1 100mm兩種型號(hào)的托盤(pán)為例，提供模型求解，可以得出塑料周轉(zhuǎn)箱在托盤(pán)上奇數(shù)層平面布局圖，見(jiàn)圖4與圖5。

4 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)零部件物流是現(xiàn)代汽車(chē)物流的重要組成部分，比一般物品的運(yùn)輸、配送更具有專(zhuān)業(yè)性、復(fù)雜性。在各環(huán)節(jié)高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，若其中任何一環(huán)變成瓶頸，將降低整體效率，因而它們對(duì)物流包裝容器的要求更加嚴(yán)格。使用系列化的塑料周轉(zhuǎn)箱可以異中求同、同中存異，起到優(yōu)化整體物流供應(yīng)鏈的作用。其中的同要求尺寸要滿足標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸鏈，異則體現(xiàn)在尺寸的系列化和內(nèi)部設(shè)計(jì)的多樣化，在同、異之間要求系列化尺寸必須和托盤(pán)的堆碼進(jìn)行匹配。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李波. 汽車(chē)零部件取貨物流中的包裝標(biāo)準(zhǔn)化[J]. 物流技術(shù)與應(yīng)用，2010（4）：85-87.

[2] 左新宇. 塑料周轉(zhuǎn)箱在汽車(chē)零部件物流中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)物流與采購(gòu)，2011（6）：50-51.

[3] 曾敏剛，朱佳. 汽車(chē)零部件運(yùn)輸包裝尺寸標(biāo)準(zhǔn)化研究[J]. 工業(yè)工程與管理，2013，18（2）：31-38.

[4] 陳暉. 汽車(chē)零配件的標(biāo)準(zhǔn)化物流配送研究[J]. 物流工程與管理，2015，37（5）：163-164.

[5] 李正軍，陳薪文. 托盤(pán)包裝在汽車(chē)零部件物流中的應(yīng)用與改進(jìn)[J]. 包裝學(xué)報(bào)，2010，2（1）：46-49.

[6] 趙皎云. 中國(guó)物流技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)化概述[J]. 物流技術(shù)與應(yīng)用，2015（5）：31-36.

[7] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 汽車(chē)零部件物流塑料周轉(zhuǎn)箱尺寸系列及技術(shù)要求[Z]. 2012.

[8] 高建華，楊汝清. 混料托盤(pán)裝載問(wèn)題的建模[J]. 中國(guó)機(jī)械工程，2002，13（18）：1564-1566.