沖壓自動(dòng)化立庫(kù)物流參數(shù)計(jì)算方法

梁 瑋

（風(fēng)神物流有限公司，廣東 廣州 510800）

1 引言

在汽車主機(jī)廠內(nèi)設(shè)立的自動(dòng)化立庫(kù)，常見(jiàn)的主要是滿足零部件或半成品自動(dòng)化緩存和揀選功能的需求，通常設(shè)置在兩個(gè)加工工序車間之間，至少與其中一個(gè)貫穿相連。規(guī)劃該類立庫(kù)硬件設(shè)備時(shí)，主要需根據(jù)物流模式和作業(yè)流程確認(rèn)設(shè)備功能需求，根據(jù)物流參數(shù)確認(rèn)設(shè)備作業(yè)能力。其中最重要的3個(gè)物流參數(shù)為：存儲(chǔ)單元的容器尺寸，單元化部品的出入庫(kù)流量和單元化部品的庫(kù)存量，它們分別決定了立庫(kù)的單元貨格尺寸要求、存取設(shè)備（如堆垛機(jī)、穿梭車等）的出入庫(kù)頻率要求和存儲(chǔ)設(shè)備（貨架）貨位的數(shù)量要求，并以此進(jìn)行設(shè)備的型號(hào)選擇和數(shù)量計(jì)算。本文以D公司H工廠的沖壓件立庫(kù)規(guī)劃為例，對(duì)這3個(gè)物流參數(shù)的計(jì)算方法進(jìn)行分析，進(jìn)而得出對(duì)應(yīng)的立庫(kù)設(shè)備參數(shù)要求。

2 流程和模式

沖壓件從沖壓線尾下線后，經(jīng)過(guò)暫存，再根據(jù)下道工序“焊裝”的要料需求進(jìn)行出庫(kù)，并供給到焊裝線邊。由于沖壓件的經(jīng)濟(jì)批量需求，具有一定的庫(kù)存，倉(cāng)儲(chǔ)面積占用大，頻繁的出入庫(kù)作業(yè)占用勞動(dòng)力多，采用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可有效解決以上問(wèn)題。

沖壓件自生產(chǎn)下線至按需供給到焊裝工序，主要流程如圖1所示。

整體模式如圖2所示。①?zèng)_壓件滿容器下線入庫(kù)和空容器供給；②沖壓件滿容器和空容器存儲(chǔ)；③沖壓件料架自動(dòng)編組并向焊裝料位供給。

圖1 現(xiàn)狀與自動(dòng)化流程對(duì)比

圖2 D公司H工廠沖壓立庫(kù)模式

3 參數(shù)測(cè)算方法

通過(guò)分析前后工序產(chǎn)線特點(diǎn)和沖壓件特點(diǎn)，按最大生產(chǎn)體制和產(chǎn)能測(cè)算物流參數(shù)。

3.1 數(shù)據(jù)需求

3.1.1 產(chǎn)能信息。設(shè)沖壓車間共有Z條沖壓線，每小時(shí)平均理論沖壓次數(shù)分別為ASPH1,ASPH2,…,ASPHZ（單位：件/h），共產(chǎn)出n種沖壓件，單班作業(yè)時(shí)間為TZ。設(shè)焊裝車間共有y條主線，每條主線看做均衡生產(chǎn)，生產(chǎn)節(jié)拍分別為TT1,TT2,…,TTy，共生產(chǎn)m種車型，單班作業(yè)時(shí)間為Ty。第i種沖壓件對(duì)應(yīng)第j種車型的單班產(chǎn)量為Pij。

代入D公司H工廠相應(yīng)數(shù)據(jù)，得沖壓產(chǎn)能和焊裝產(chǎn)能見(jiàn)表1、表2。

表1 D公司H工廠沖壓線產(chǎn)能表

3.1.2 零件信息。沖壓件的零件信息包括BOM信息、容器信息和排產(chǎn)信息，如圖3所示。

表2 D公司H工廠焊裝線產(chǎn)能表

圖3 沖壓件信息分類

其中，差異比例指的是差異件（一般零件名相同，零件號(hào)僅末尾相差一位）在同種車型的用量比例，如零件同為右前翼子板，僅顏色有差異，這幾種零件的比例值總和為1。

以D公司H工廠部分右翼子板和右側(cè)圍外板為例，通過(guò)EXCEL表整理數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 沖壓件信息匯總表示例

沖壓件排產(chǎn)的特點(diǎn)有：（1）內(nèi)制件按相對(duì)固定種類排產(chǎn)。（2）沖壓批量與車型產(chǎn)量正相關(guān)。（3）部分零件產(chǎn)出時(shí)為一模多件。即部分零件沖壓1次同時(shí)產(chǎn)出2件或更多件。一模多件對(duì)計(jì)算沖壓件出入庫(kù)頻率的影響很大，因此需歸納零件排產(chǎn)規(guī)律，統(tǒng)計(jì)一模多件比例，對(duì)一模多件的零件下線流量賦予多倍值。

D公司H工廠的零件多為一模兩件，信息匯總見(jiàn)表4。

3.2 物流參數(shù)測(cè)算方法

3.2.1 容器尺寸。若存儲(chǔ)的零部件品種比較單一，容器標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，根據(jù)存取需求和經(jīng)濟(jì)能力確定是使用現(xiàn)有容器，還是重新定制容器，按貨態(tài)最大尺寸統(tǒng)一容器尺寸即可。若存儲(chǔ)的零部件品種較多，則可能存在多種容器尺寸。這種情況下，重新定制容器成本較高，可以就現(xiàn)有容器分類測(cè)算貨格尺寸。

設(shè)立庫(kù)采用的容器長(zhǎng)、寬、高分別為l,w,h（單位:mm），結(jié)合容器尺寸，考慮側(cè)向間隙、垂直間隙及寬度方向間隙等安全距離，可得到貨格尺寸L,W,H（單位:mm）。其中，側(cè)向間隙a1主要考慮堆垛機(jī)的重復(fù)定位誤差、堆垛機(jī)或貨架立柱的垂直程度誤差等，垂直方向的上部間隙h1、下部間隙h2主要考慮堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)的停準(zhǔn)誤差和貨叉的定位誤差等，留出安全距離。寬度方向間隙b需保證貨叉作業(yè)時(shí)不與貨架干涉。各方向的間隙取值視預(yù)留空間而定，一般取50-200mm[1]。若一個(gè)貨格設(shè)定大于1個(gè)貨位，還需考慮貨格內(nèi)單元貨位之間的安全距離a2。

在容器尺寸基礎(chǔ)上，在長(zhǎng)、寬、高各方向增加與貨格間的安全距離，可得到貨格尺寸。設(shè)單個(gè)貨格內(nèi)有k個(gè)單元貨位（k≥1），即：

表4 沖壓件信息匯總表示例

沖壓件是典型的多品種多容器類零件，現(xiàn)有容器尺寸種類多，不同種類沖壓件對(duì)應(yīng)的容器大部分都沒(méi)有通用性。D公司H工廠沖壓3條線的200種零件，現(xiàn)有容器總數(shù)量約4 650個(gè)，尺寸眾多，僅按長(zhǎng)度嚴(yán)格細(xì)分，就有35種。按是否帶輪劃分，側(cè)圍和部分頂蓋為帶輪容器，其他均不帶輪，需配合臺(tái)車轉(zhuǎn)運(yùn)。在未來(lái)零件尺寸維持不變的前提下，可沿用原有料架，按長(zhǎng)、寬、高所在范圍，將容器尺寸分為8類，分類原則如圖4所示。

圖4 容器尺寸分類原則

為節(jié)省空間，使每貨格多放置容器，采用橫梁式貨架，部分容器寬邊對(duì)應(yīng)巷道。在長(zhǎng)、寬、高加上相應(yīng)的間隙后，貨格尺寸設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 貨格尺寸分類表

3.2.2 出入庫(kù)流量。沖壓件的入庫(kù)頻率是由沖壓線下線直至進(jìn)入庫(kù)的流量確定的，出庫(kù)頻率是由從庫(kù)區(qū)出庫(kù)到焊裝線上線的流量確定的。本文中流量以每小時(shí)出入的容器總數(shù)為準(zhǔn)。

（1）沖壓下線流量。每小時(shí)沖壓次數(shù)有2種表示方式，其中SPH表示每小時(shí)（不含生產(chǎn)停止時(shí)間）理論沖壓次數(shù)，GSPH表示每小時(shí)（含生產(chǎn)停止時(shí)間）的實(shí)績(jī)沖壓次數(shù)。

設(shè)第i種沖壓件沖壓批量為BQi，總生產(chǎn)時(shí)間為Ti，直接生產(chǎn)時(shí)間為 ti，則：

如果無(wú)法知曉確切的直接生產(chǎn)時(shí)間，可按經(jīng)驗(yàn)值將直接生產(chǎn)時(shí)間視作占用整體生產(chǎn)時(shí)間的75%。

通常SPH＞GSPH，為確保存取設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行，給予設(shè)備參數(shù)足夠的冗余，規(guī)劃時(shí)按較大的SPH值計(jì)算每條生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)的沖壓件下線流量。

設(shè)第z條沖壓線的沖壓次數(shù)計(jì)為SPHz，在該條產(chǎn)線上排產(chǎn)i種沖壓件，一次出產(chǎn)ni件，則沖壓件最大瞬時(shí)流量為：

Z條沖壓線瞬時(shí)最大總流量為：

在立庫(kù)設(shè)備入庫(kù)頻率匹配沖壓件下線瞬時(shí)最大流量時(shí)，能完全保證沖壓件即時(shí)入庫(kù)存儲(chǔ)而不會(huì)在入庫(kù)口產(chǎn)生堵塞，也不需要額外在立庫(kù)旁另設(shè)置冗余緩存區(qū)域。由于瞬時(shí)最大總流量是假設(shè)每條生產(chǎn)線同時(shí)產(chǎn)生最大瞬時(shí)流量來(lái)測(cè)算的，按此推算的設(shè)備出入庫(kù)頻率較大，影響實(shí)際設(shè)備使用率。因此測(cè)算完畢，還需統(tǒng)計(jì)歷史排產(chǎn)計(jì)劃，驗(yàn)證最大流量。

以D公司H工廠沖壓線為例，對(duì)不同沖壓線生產(chǎn)不同零件時(shí)的SPH值計(jì)算得表6。

表6 D公司H工廠沖壓線SPH值

沖壓件基本為大件，容器均為鐵架，計(jì)算流量以單個(gè)料架為單位。對(duì)沖壓線1，一模一件沖壓件中，最小SNP側(cè)圍=13，一模多件沖壓件中，最小SNP翼子板=20，一次最多沖2件，則架/h；對(duì)沖壓線2，由于不排產(chǎn)側(cè)圍或頂蓋，一模一件沖壓件中，最小SNP后地板=50，一模多件沖壓件中，最小SNP冀子板=20，一次最多沖2件，則架/h；對(duì)沖壓線3，一模一件沖壓件中，最小SNP側(cè)圍=13，一模多件沖壓件中，最小SNP翼子板=20，一次最多沖2件，則架/h。3條沖壓線瞬時(shí)最大總流量為F0=f1+f2+f3=186架/h。

（2）焊裝上線流量。焊裝產(chǎn)線特點(diǎn)是：2條焊裝線節(jié)拍共90JPH，對(duì)內(nèi)制件的需求頻率較穩(wěn)定，可認(rèn)為出庫(kù)流量直接由內(nèi)制件上線節(jié)拍計(jì)算求得。

設(shè)第i種沖壓件對(duì)應(yīng)車型j的單班產(chǎn)量為Pij，對(duì)應(yīng)第j種車型的差異比例為xj，第j種車型單車用量為PCj,共有n種沖壓件，m種車型，單班作業(yè)時(shí)間為Tw。則焊裝上線流量為：

D公司H工廠的焊裝上線流量，可對(duì)照零件信息EXCEL表（格式參見(jiàn)表3），測(cè)算得送至焊裝線的上線流量為58.25架/h。

（3）容器需求量。設(shè)第i種沖壓件的容器需求量為Qi，安全庫(kù)存量為SSi，沖壓件單次生產(chǎn)批量為BQi，鈑金占用容器數(shù)量為c，線邊料位占用容器數(shù)量為d，備用容器數(shù)量為Ri，則第i種沖壓件容器需求量為：

n種沖壓件的總需求量為：

由于線邊料位是長(zhǎng)期占用容器的，備用容器無(wú)需存放在立庫(kù)中，則立庫(kù)庫(kù)容數(shù)量S可看做容器總量減去線邊料位占用量和備用量的結(jié)果，即：

在規(guī)劃D公司H工廠沖壓立庫(kù)時(shí)，容器數(shù)量總需求是按通用容器和專用容器之和來(lái)計(jì)算的。其中，通用容器指同類零件可共用的容器，使用通用容器的零件尺寸標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，尺寸統(tǒng)一，典型的沖壓件為左/右側(cè)圍；專用容器指同類零件由于尺寸差異而采用的不通用容器，容器尺寸差異較大，除側(cè)圍以外的沖壓件容器均按專用容器計(jì)算。

由式（10）、（11）可知，側(cè)圍容器需求數(shù)量=(1.5天側(cè)圍總產(chǎn)量+1個(gè)沖壓批量的側(cè)圍總產(chǎn)量)/SNP側(cè)圍+鈑金占用容器數(shù)量+線邊料位占用容器數(shù)量。

其中，1.5天側(cè)圍生產(chǎn)所需容器用量為安全庫(kù)存量，1次沖壓所需容器量為單次生產(chǎn)用量，鈑金占用容器數(shù)量按經(jīng)驗(yàn)值計(jì)為1，線邊料位占用容器數(shù)計(jì)為2。

由式（10）、（11）可知，第i種沖壓件（不含側(cè)圍）專用容器需求數(shù)量=1個(gè)沖壓批量/SNPi+安全庫(kù)存量/SNPi+鈑金占用容器數(shù)量+線邊料位占用容器數(shù)量。

其中，安全庫(kù)存量按4小時(shí)庫(kù)存量計(jì)算，每種零件鈑金占用容器數(shù)為1，線邊料位占用容器數(shù)為2。

按該方法測(cè)算得沖壓件容器總需求數(shù)為4 101個(gè)，減去線邊占用量，可視作立庫(kù)庫(kù)容需求量，計(jì)算得3 701個(gè)（參見(jiàn)表7）。

表7 D公司H工廠沖壓立庫(kù)容器需求測(cè)算結(jié)果

在物流參數(shù)測(cè)算過(guò)程中得到D公司H工廠的沖壓立庫(kù)設(shè)備能力要求如下：

（1）存儲(chǔ)能力：立庫(kù)庫(kù)容需求為3 701個(gè)貨位；容器數(shù)量總需求為4 101個(gè)；容器尺寸需求：最小容器L1 320mm×W1140mm×H1 040mm；最大容器L3 620mm×W1 920mm×H1 900mm。

（2）存取能力：堆垛機(jī)處理能力需求：?jiǎn)未稳霂?kù)能力186架/h，單次出庫(kù)能力58架/h，復(fù)合作業(yè)能力（含空容器回庫(kù)）488架/h。

（3）出入庫(kù)輸送能力：要求AGV等出入庫(kù)設(shè)備的入庫(kù)能力186架/h，出庫(kù)能力58架/h，總出入庫(kù)能力（含空容器回庫(kù)）488架/h。

4 結(jié)論

存儲(chǔ)單元的容器尺寸、單元化部品的出入庫(kù)流量、單元化部品的庫(kù)存量是立庫(kù)規(guī)劃中最重要的3個(gè)物流參數(shù)。由本文所述的物流參數(shù)測(cè)算方法，能快速得到D公司H工廠沖壓立庫(kù)設(shè)備能力的要求，并可作為通用邏輯，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，推廣到其他主機(jī)廠生產(chǎn)工序間的自動(dòng)化立庫(kù)規(guī)劃過(guò)程中。

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[1]劉昌祺.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)規(guī)劃與設(shè)計(jì)第五講本期主題:自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的參數(shù)選擇與比較(下)[J].物流技術(shù),2012,(4):70-72.