SUMA2.0在汽車生產(chǎn)物流中的應(yīng)用探究

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

1 引言

隨著制造業(yè)的發(fā)展以及客戶定制化需求提升，汽車制造復(fù)雜度不斷提高，加之汽車零件種類眾多，生產(chǎn)物流過程必須進行揀選排序操作，才能在有限的生產(chǎn)區(qū)域中實現(xiàn)多樣化的物流供應(yīng)。傳統(tǒng)的操作方式通常是人到貨物的揀選模式，各車企通常通過布局的優(yōu)化來提高揀貨效率，降低無效走動，或通過設(shè)備及技術(shù)的應(yīng)用[1]來提升操作效率。近年來，被稱作SUMA2.0的貨到人[2]揀貨形式逐漸在汽車生產(chǎn)物流中出現(xiàn)，通過減少人員走動，將人員的操作更多轉(zhuǎn)化為有效的生產(chǎn)力。本文從布局和流程出發(fā)，分析比較傳統(tǒng)揀貨模式與SUMA2.0的區(qū)別，理論分析面積、人員崗位等資源投入，得出SUMA2.0可以降低面積需求的結(jié)論，提出最小面積比系數(shù)Cmin等關(guān)鍵參數(shù)，分析了SUMA2.0實現(xiàn)揀貨前物料搬運人員節(jié)省條件下各參數(shù)之間的關(guān)系曲線，通過實例驗證了分析結(jié)果。

2 傳統(tǒng)揀貨模式與SUMA2.0

汽車生產(chǎn)物流中，傳統(tǒng)的揀貨模式通常包括從存儲區(qū)域通過鏟車編組，牽引車向揀貨區(qū)域配料，揀貨區(qū)由人工拖動料車揀貨以及揀貨后的料架由牽引車運輸上線等操作。SUMA2.0的方式則可將流程簡化為鏟車從存儲區(qū)域?qū)⒇浳镧P運至揀貨區(qū)入口，揀貨區(qū)由自動化搬運設(shè)備[3]（如AGV）將貨物精準(zhǔn)搬運到揀貨人員身邊揀貨，完成揀貨后的料架由牽引車運輸上線。如圖1所示。

圖1 流程對比

從布局上看，傳統(tǒng)揀貨模式的揀貨區(qū)通常包含物料存放區(qū)、揀貨通道及物流通道；而SUMA2.0的揀貨區(qū)域則僅有物流存放和物料搬運通道，揀貨點則分散在揀貨區(qū)域外圍，無需占用通道用于行走，如圖2所示。

圖2 布局對比

3 理論分析

基于圖1及圖2的傳統(tǒng)揀貨模式與SUMA2.0之間的流程及面積對比，假設(shè)工廠產(chǎn)能、物料組成、工廠布局等不變，僅考慮揀貨流程相關(guān)區(qū)域的不同點做理論分析和比較。

3.1 面積分析

如圖2所示，傳統(tǒng)揀貨模式布局中，物料逐箱沿著存放區(qū)域連續(xù)擺放，物料一側(cè)是物流通道，用于物料運輸及換箱，另一側(cè)則是用于人工揀貨的揀貨通道。因此，傳統(tǒng)揀貨模式的面積占用可用式（1）表示。

其中，存放區(qū)累計長度為：

式（1）-（2）中，存放區(qū)最大寬W1.0為工廠設(shè)定值，Ka1.0為通道系數(shù)，Li為單零件類包裝長度，dL為長寬間距尺寸，n為零件類別總數(shù)，σL分別為長寬尺寸標(biāo)準(zhǔn)差，取用x為標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)量。

同理可知SUMA2.0所需面積為：

其中，揀貨存放區(qū)寬為：

式（3）中，由于零件類及包裝一致，可令SUMA2.0揀貨區(qū)累計長L2.0=L1.0，Ka2.0為通道系數(shù)。式（4）中，dw為寬間距尺寸，n為庫位數(shù)，σw為長寬尺寸標(biāo)準(zhǔn)差，x為標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)量。

令面積比系數(shù)C為傳統(tǒng)揀貨模式與SUMA2.0所需面積的比值，KW為存放區(qū)寬的比值W1.0/W2.0，KL為累計存放區(qū)累計長度比值L1.0/L2.0，由于該值相等，則：

傳統(tǒng)揀貨模式的布局中，由于考慮道路等一致性，W1.0必須能容納所有的被揀貨物料的包裝尺寸，而W2.0是經(jīng)過尺寸優(yōu)化后篩選的尺寸系列，對于特殊的尺寸，可在特殊區(qū)域存儲，并不影響整體布局，因此，KW≥1。從圖2可以看出，由于傳統(tǒng)揀貨模式布局須同時包含揀貨和物流通道，且考慮車輛交錯，物流通道通常為雙向通道，而由于SUMA2.0的物料搬運可使用智能的調(diào)度系統(tǒng)控制AGV搬運[4]，可以更加有效使用物流通道，因此，SUMA2.0中，除了部分主通道需要雙向通道外，其他通道均可使用單行的方式。因此可知，Ka1.0＞Ka2.0。

由上可知，C值必然大于1，因此可證明，SUMA2.0在布局上可比傳統(tǒng)揀貨模式更加節(jié)省面積。

假設(shè)揀貨包裝一致性較好的情況下，W1.0=W2.0=W0。通常情況傳統(tǒng)揀貨模式的布局下，物料搬運過程中須保留與其他移動非移動物體的間距，至少0.5m間距，則結(jié)合圖2可知：

第一，重點調(diào)研已有的一些重要的語言文字政策在執(zhí)行中存在的問題。政策的制定應(yīng)該充分考慮科學(xué)性，政策的執(zhí)行應(yīng)該充分考慮操作性?？茖W(xué)性的反思需要從歷時和共時的角度切入，操作性主要體現(xiàn)的是經(jīng)驗和教訓(xùn)。

在SUMA2.0中，根據(jù)布局形式的不同，也可以有不同的面積占用效果，假設(shè)大流量的情況下，通道需要雙行，即占用面積最大，考慮0.1m的物料搬運間隙，可知：

由式（5），（6），（7）可知：

圖3 最小面積比系數(shù)Cmin與存放區(qū)寬度W0關(guān)系曲線

由圖3可以看出，當(dāng)W0為2m時，Cmin取值仍大于1.5，即SUMA2.0至少可以比傳統(tǒng)揀貨模式節(jié)省1/3的場地面積占用。對實際應(yīng)用的指導(dǎo)方面，對于須將傳統(tǒng)揀貨模式改造為SUMA2.0的應(yīng)用，圖3也可用于新模式面積需求量的預(yù)估。

3.2 基于人員投入的理論分析

3.2.1 搬運模塊。搬運崗位需求計算公式為：

其中，JPH為每小時產(chǎn)量，Mi為單零件類裝箱數(shù)，v為搬運設(shè)備行駛平均速度，Q為單設(shè)備搬運物料數(shù)量，γ為人員勞動負荷率，l為單環(huán)節(jié)搬運設(shè)備行駛距離， T為單循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)操作動作集合，可通過MTM方法[5]計算獲得，可假設(shè)為定值，shift為單日班次，則：

由圖1可知，傳統(tǒng)模式與貨到人模式的不同點在被揀貨物料的搬運，令每小時流量V=Σni=1JPH/Mi，設(shè)揀貨前后流量分別為Vi和Vl，且令體積膨脹系數(shù)為α=Vl/Vi，結(jié)合式（9）和式（10）可知：

其中，fl為路程長度函數(shù)，且：

根據(jù)假設(shè)，在工廠布局已確定的情況下，考慮兩種揀貨模式的不同，忽略揀貨區(qū)布局變化對運輸距離的影響，可令ll2.0=lt1.0+ll1.0。同時，如要使SUMA2.0的模式在搬運環(huán)節(jié)也可有節(jié)省，即fl≥0，則須滿足下式：

通常情況下，由于考慮質(zhì)量保護、定位及人機工程等因素，揀貨后的單包裝零件裝箱數(shù)降低，則膨脹系數(shù)α＞1，因此可描述lt1.0與vT標(biāo)準(zhǔn)組合及α之間的關(guān)系如圖4所示。

圖4 物料搬運距離與vT標(biāo)準(zhǔn)組合及膨脹系數(shù)α關(guān)系圖

由圖4可以看出，當(dāng)vT值一定時，即物料運輸環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)操作確定的情況下，體積膨脹系數(shù)將很大程度區(qū)別兩種揀貨形式的優(yōu)劣，當(dāng)揀貨后體積膨脹較小時，lt1.0的大小幾乎不影響式（13）的成立，則SUMA2.0必然在搬運環(huán)節(jié)節(jié)省人員；而當(dāng)膨脹系數(shù)變大時，如須使式（13）成立，lt1.0的距離須較小，假設(shè)往返以100m為限，則圖中不同vT值的膨脹系數(shù)分別只允許限制在1.5，2，2.5和3以下。

圖中顯示，vT值也較大程度影響到了對lt1.0及膨脹系數(shù)α的要求，可以說明，在傳統(tǒng)揀貨模式下，物料運輸?shù)念~外流程對人員工時損耗影響較大。因此，物流流程中，應(yīng)盡可能簡化流程，避免多余的操作而造成資源的浪費。

由式（8）可知，SUMA2.0相比傳統(tǒng)揀貨模式占用面積更少，即圖1中的ll2.0必然大于ll1.0，因此，如將傳統(tǒng)揀貨模式改造成SUMA2.0的形式，則應(yīng)將存儲區(qū)域及揀貨區(qū)域向生產(chǎn)區(qū)域更加貼近，以減少ll2.0的值，從而獲得更多的人員節(jié)省。

由式（11）可以看出，在式（13）成立的情況下，流量Vi和單日班次shift越大，可節(jié)省的人員越多，因此可得知，SUMA2.0更適合大產(chǎn)能的工廠。

3.2.2 揀貨模塊。揀貨模塊崗位需求計算公式：

其中，ti為單零件類揀貨耗時，m為每小時零件消耗數(shù)量。

對于傳統(tǒng)揀貨模式，ti=twi+tpi，其中 twi，tpi分別為單次走動和揀貨耗時；對于SUMA2.0的揀貨模式，因貨物搬動部分的工作由設(shè)備完成，人員無需走動，即ti=tpi。由于零件形式是一定的，因此假設(shè)兩種揀貨形式的揀貨操作耗時相同，則可知：

由式（15）可以看出，相比于傳統(tǒng)的揀貨模式，SUMA2.0可以節(jié)省大量的無效走動，且當(dāng)JPH和shift越大，即產(chǎn)能越大的工廠，節(jié)省的人員越多。

4 實例驗證

本文以某大型整車制造廠二樓揀貨區(qū)為例，挑選符合要求的35個排序大類共268個零件號分別按兩種揀貨模式進行實際布局規(guī)劃（如圖5所示）。根據(jù)零件包裝尺寸，可選擇外框?qū)挾瘸叽鐬閃0=1.6m的托盤兼容所有包裝，由圖3可知，Cmin為1.67。實際布局中傳統(tǒng)揀貨模式4 403m2，SUMA2.0使用面積2 731m2，此處如忽略由于實際場地上柱子及其他基建限制造成的面積損失約441m2，可得C為1.92，由于本案例中SUMA2.0排序大類之間布局采用單行道，整個布局中間僅增加一條雙行通道，故C值大于Cmin，符合理論分析結(jié)果。

通過揀貨前后實際流量比較獲得膨脹系數(shù)為1.36，通過MTM核算人員工時獲得vT值為147m，而由于該實際案例倉儲區(qū)出貨口與揀貨區(qū)相接，即lt1.0≈0，因此根據(jù)圖4可知，該工廠可實現(xiàn)搬運環(huán)節(jié)的人員節(jié)省。而根據(jù)MTM核算，SUMA2.0模式可相比傳統(tǒng)揀貨模式節(jié)省5個崗位，揀貨模塊節(jié)省7個崗位，符合理論分析結(jié)果。

圖5 兩種揀貨模式布局圖

5 結(jié)論

本文從流程和布局的角度，比較分析汽車生產(chǎn)物流中傳統(tǒng)揀貨模式與貨到人的SUMA2.0模式的區(qū)別。理論分析面積資源和人員崗位需求，并通過實例驗證。在面積資源需求方面，SUMA2.0模式可比傳統(tǒng)揀貨模式更加節(jié)省空間，本文分析所得的最小面積比系數(shù)Cmin可在揀貨模式改造時用于面積資源的預(yù)估；揀貨前物料搬運方面，當(dāng)膨脹系數(shù)大于3時，SUMA2.0模式很難實現(xiàn)人員節(jié)省，而當(dāng)膨脹系數(shù)較小時，可通過縮小揀貨區(qū)域與生產(chǎn)區(qū)域之間的距離來獲得人員優(yōu)化；揀貨動作方面，SUMA2.0模式可較大程度節(jié)省揀貨人員的走動工時損耗。分析結(jié)果表明，SUMA2.0模式的揀貨模式在汽車行業(yè)具有一定的應(yīng)用意義，在滿足揀貨前搬運不增加人員需求的條件下，工廠的生產(chǎn)規(guī)模越大，SUMA2.0模式的資源優(yōu)化效果越顯著。本文的分析結(jié)果可以為汽車行業(yè)SUMA2.0模式的應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)意義。