基于FlexSim的某汽車零部件配送中心的仿真研究

鐘柳艷，李 滔，安夢(mèng)雷

(溫州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，浙江 溫州 325035)

浙江某汽車零部件配送中心主要負(fù)責(zé)汽車售后備件的供應(yīng)與中轉(zhuǎn)，自成立以來(lái)，連續(xù)實(shí)現(xiàn)每年備件銷售增長(zhǎng)30%以上.然而，隨著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，客戶需求量的不斷增加，該配送中心出現(xiàn)了作業(yè)效率低下、搬運(yùn)浪費(fèi)大等問題，影響了企業(yè)的生產(chǎn)周期與成本.

車間布局的合理性直接影響物流效率與生產(chǎn)周期等，進(jìn)而影響訂單的提前期與成本.針對(duì)庫(kù)存嚴(yán)重積壓和銷售成本增加等問題[1]，婁慧斌等運(yùn)用系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)(Systematic Lagout Planning,SLP)方法實(shí)現(xiàn)了各作業(yè)區(qū)域布局的整體優(yōu)化[2].針對(duì)鋼板庫(kù)布局優(yōu)化問題，金淳等采用遺傳算法確定了能滿足出庫(kù)作業(yè)要求的最優(yōu)入庫(kù)作業(yè)計(jì)劃及最少的垛位布局[3].針對(duì)某服裝企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)功能區(qū)域布局不合理、資源利用率不高等問題，湯云峰等采用SLP法實(shí)現(xiàn)了布局的優(yōu)化[4].針對(duì)車間設(shè)備布局的多目標(biāo)優(yōu)化問題，王蓀馨運(yùn)用遺傳算法，提出了求解多目標(biāo)設(shè)備布局優(yōu)化模型的有效算法[5].針對(duì)某中藥生產(chǎn)企業(yè)空間利用率低、存儲(chǔ)效率低、作業(yè)差錯(cuò)率高等問題，胡貴彥等利用FlexSim仿真軟件對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行了仿真優(yōu)化[6].目前針對(duì)車間布局優(yōu)化問題的研究方法較多，本文主要借助FlexSim仿真軟件對(duì)浙江某汽車零部件配送中心進(jìn)行仿真，識(shí)別問題并針對(duì)問題進(jìn)行相應(yīng)的改善設(shè)計(jì)，運(yùn)用仿真軟件模擬改善后的方案，為企業(yè)決策提供依據(jù).

1 汽車零部件配送中心問題界定

1.1 汽車零部件配送中心現(xiàn)狀

浙江某汽車零部件配送中心的汽車零部件打包加工屬于多品種小批量的生產(chǎn)模式，備件類型多達(dá)2 158種.根據(jù)ABC原則[7]，備件大致可分為3大類(小件、中件、大件)，各種類型的備件打包工藝不同，需求量差異較大.對(duì)應(yīng)備件類型，配送中心主要設(shè)置3種類型的倉(cāng)庫(kù)，分別為窄巷道庫(kù)、高位庫(kù)和大件庫(kù);使用托盤容納產(chǎn)品，托盤最大容量為100件;使用叉車搬運(yùn)托盤，叉車一次搬運(yùn)1個(gè)托盤.配送中心整體布局如圖1所示.打包區(qū)細(xì)節(jié)如圖2所示.

1.2 汽車零部件配送中心物流路徑分析與問題界定

經(jīng)過實(shí)地調(diào)研，該配送中心存在如下問題：①配送中心內(nèi)部物流線路存在迂回、交叉等問題；②搬運(yùn)距離長(zhǎng)，每批訂單搬運(yùn)距離長(zhǎng)達(dá)1 500 m，搬運(yùn)浪費(fèi)大；③叉車數(shù)量較多，利用率低，且使用機(jī)會(huì)不均衡.

圖1 配送中心整體布局

圖2 打包區(qū)細(xì)節(jié)

2 汽車零部件配送中心的建模與仿真

2.1 模型建立

該配送中心的生產(chǎn)流程(圖3)如下：備件中心將汽車零部件放置在卸貨平臺(tái)上，由工作人員進(jìn)行清點(diǎn)、抽檢，若合格則收貨交接，若不合格則退回供應(yīng)商或基地；班組人員進(jìn)行任務(wù)抽簽后，用叉車將指定產(chǎn)品搬運(yùn)至相應(yīng)工作臺(tái)進(jìn)行打包，完成一托盤產(chǎn)品后再用叉車將產(chǎn)品搬運(yùn)至相應(yīng)貨架.

圖3 配送中心生產(chǎn)流程

2.2 參數(shù)設(shè)置

2.2.1 發(fā)生器參數(shù)設(shè)置

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)置發(fā)生器參數(shù)(表1).

表1 發(fā)生器參數(shù)設(shè)置

發(fā)生器時(shí)間表如圖4所示.

圖4 發(fā)生器時(shí)間表

實(shí)體類型與產(chǎn)品對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示.

表2 實(shí)體類型與產(chǎn)品對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2.2 暫存區(qū)設(shè)置

在正常情況下，暫存區(qū)中的實(shí)體數(shù)量可以作為識(shí)別瓶頸的指標(biāo).因此，可設(shè)置充足的來(lái)料，根據(jù)暫存區(qū)實(shí)際最大容量設(shè)置容量界限，并統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間產(chǎn)出來(lái)衡量效率.暫存區(qū)參數(shù)設(shè)置如表3所示.

表3 暫存區(qū)參數(shù)設(shè)置

2.2.3 布局設(shè)置

以配送中心整體布局為背景建立模型，并將各實(shí)體尺寸按比例進(jìn)行縮放.

2.2.4 處理器參數(shù)設(shè)置

對(duì)工位標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行分析處理，使用Minitab軟件進(jìn)行直方圖線性擬合[8].擬合結(jié)果表明，工位標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)基本滿足正態(tài)分布.

在現(xiàn)場(chǎng)員工均為多能工的前提下，根據(jù)來(lái)料備件各工位標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間計(jì)算ABC類備件(大件、中件、小件)的加工時(shí)間.根據(jù)實(shí)體類型設(shè)置實(shí)體值，并計(jì)算加工時(shí)間(表4).

表4 ABC類備件加工時(shí)間

2.2.5 邏輯設(shè)置

貨車在卸貨平臺(tái)上卸貨后，由質(zhì)檢人員進(jìn)行抽檢，并在完成抽檢后將指令發(fā)送至交接區(qū);交接區(qū)組織班組長(zhǎng)進(jìn)行任務(wù)抽簽，并在完成任務(wù)抽簽后發(fā)送指令至卸貨平臺(tái)，用叉車將產(chǎn)品運(yùn)送至指定班組進(jìn)行打包；班組完成備件打包，備件與托盤合成(最大合成批量為100件)，按產(chǎn)品類型指定庫(kù)位，批量入庫(kù)(入庫(kù)搬運(yùn)用叉車完成，產(chǎn)品上架用堆垛機(jī)完成)；來(lái)料由操作員批量搬運(yùn)至工作臺(tái)暫存，批量設(shè)置為1托盤；工作臺(tái)暫存區(qū)進(jìn)行托盤分解，并將托盤運(yùn)至托盤暫存區(qū).備件暫存在工作臺(tái)，轉(zhuǎn)運(yùn)批量與運(yùn)來(lái)加工的一托盤數(shù)量相等,轉(zhuǎn)運(yùn)完成之前不再接收備件.

汽車零部件配送中心的FlexSim仿真模型如圖5所示.

圖5 汽車零部件配送中心的FlexSim仿真模型

3 汽車零部件配送中心改進(jìn)

3.1 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及數(shù)據(jù)收集后發(fā)現(xiàn)，在目前的車間實(shí)際運(yùn)作中，產(chǎn)品從接收到流水線發(fā)送的安排是隨機(jī)的，各流水線的工作時(shí)間不均衡，配送車間存在叉車運(yùn)輸?shù)木嚯x大、叉車使用效率低等問題.因此，需合理設(shè)置接收產(chǎn)品并分配至流水線的方式，對(duì)分配方式和叉車的搬運(yùn)路徑進(jìn)行改善設(shè)計(jì).可設(shè)計(jì)2種分配方式(A&B)及3種叉車搬運(yùn)方式(Ⅰ，Ⅱ&Ⅲ)，組合出6種可行方案，從不同的組合方案中選出最優(yōu)方案.

3.1.1 分配方式設(shè)計(jì)

(1)先進(jìn)先出規(guī)則分配任務(wù)(A).設(shè)置叉車的搬運(yùn)方式是將產(chǎn)品從接收區(qū)搬運(yùn)到第一條可用流水線(沒有進(jìn)行加工的流水線)，若有新的任務(wù)但是沒有可用流水線，則等待流水線上加工任務(wù)結(jié)束再將等待產(chǎn)品搬運(yùn)到空閑流水線進(jìn)行加工.

(2)指定流水線分配任務(wù)(B).可對(duì)加工流水線進(jìn)行編號(hào).圖6所示，對(duì)模型中13條加工流水線進(jìn)行了編號(hào).

圖6 Ⅰ型流水線區(qū)域模型

根據(jù)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)，小件、中件、大件3類產(chǎn)品的數(shù)量比例約為2∶2∶1，可按照產(chǎn)品數(shù)量比例設(shè)置相應(yīng)產(chǎn)品類別的加工區(qū)域.模型中設(shè)置13條加工流水線，1～5號(hào)、6～10號(hào)、11～13號(hào)分別為3個(gè)打包區(qū)，流水線數(shù)量分別為5條、5條、3條.為方便搬運(yùn)，將同類產(chǎn)品置于同一打包區(qū)打包.產(chǎn)品加工區(qū)域如表5所示.

表5 產(chǎn)品加工區(qū)域

3.1.2 叉車搬運(yùn)方式設(shè)計(jì)

(1)Ⅰ型流水線區(qū)域叉車移動(dòng)路徑.卸貨平臺(tái)產(chǎn)品由1、2號(hào)叉車搬運(yùn)至加工區(qū)域，流水線至貨架前暫存區(qū)由3～10號(hào)叉車搬運(yùn)，11～13號(hào)叉車將貨架前暫存區(qū)的產(chǎn)品根據(jù)產(chǎn)品類別搬運(yùn)到對(duì)應(yīng)的貨架.Ⅰ型流水線區(qū)域模型如圖6所示.Ⅰ型流水線區(qū)域叉車移動(dòng)路徑如表6所示.

表6 Ⅰ型流水線區(qū)域叉車移動(dòng)路徑

(2)Ⅱ型流水線區(qū)域叉車移動(dòng)路徑.卸貨平臺(tái)的產(chǎn)品由2輛叉車搬運(yùn)至3條流水線，流水線至貨架前暫存區(qū)由3～8號(hào)叉車搬運(yùn)，9～11號(hào)叉車將貨架前暫存區(qū)的產(chǎn)品根據(jù)產(chǎn)品類別搬運(yùn)到對(duì)應(yīng)的貨架.Ⅱ型流水線區(qū)域模型如圖7所示.

圖7 Ⅱ型流水線區(qū)域模型

Ⅱ型流水線區(qū)域叉車移動(dòng)路徑如表7所示.

表7 Ⅱ型流水線區(qū)域叉車移動(dòng)路徑

(3)Ⅲ型流水線區(qū)域叉車移動(dòng)路徑.卸貨平臺(tái)至流水線和流水線至貨架前暫存區(qū)共用1～4號(hào)叉車進(jìn)行搬運(yùn)，5～7號(hào)叉車將貨架前暫存區(qū)的產(chǎn)品按不同類別搬運(yùn)到對(duì)應(yīng)的貨架.Ⅲ型流水線區(qū)域模型如圖8所示.

圖8 Ⅲ型流水線區(qū)域模型

Ⅲ型流水線區(qū)域叉車移動(dòng)路徑如表8所示.

表8 Ⅲ型流水線區(qū)域叉車移動(dòng)路徑

3.2 方案的仿真效果評(píng)價(jià)

采用2種分配方式及3種叉車移動(dòng)路徑可組合出6種方案.這里對(duì)每種仿真方案分別仿真10次并求出平均值，可得到表9所示仿真結(jié)果.

表9 仿真結(jié)果

從表9可看出：A-Ⅲ方案和B-Ⅲ方案的叉車使用率均明顯較高；A型方案的叉車數(shù)量從13輛減少到7輛，對(duì)總搬運(yùn)距離影響不大.因此，A-Ⅲ方案和B-Ⅲ方案較優(yōu).

根據(jù)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行分析，完工時(shí)間與總搬運(yùn)距離的關(guān)系如圖9所示.

圖9 6種方案的完工時(shí)間與總搬運(yùn)距離的關(guān)系曲線

從圖9可看出：A型方案(先進(jìn)先出規(guī)則分配)的完工時(shí)間均比B型方案(指定流水線分配任務(wù))的完工時(shí)間少；A型方案比B型方案總搬運(yùn)距離大.

從總搬運(yùn)距離方面看，B-Ⅱ方案的總搬運(yùn)距離最短；從完工時(shí)間方面看，A-Ⅲ的完工時(shí)間最少.

在本文研究的問題中，叉車移動(dòng)距離對(duì)生產(chǎn)效率的影響較小，而方案A-Ⅲ比方案B-Ⅲ節(jié)省完工時(shí)間2 553.3 s，因此，方案A-Ⅲ最優(yōu).

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于FlexSim仿真軟件，對(duì)浙江某零部件配送中心的車間布局及分配方式進(jìn)行仿真；針對(duì)車間布局、分配方式、搬運(yùn)路徑等問題，設(shè)計(jì)了兩種從訂單分配到打包生產(chǎn)線規(guī)則(A & B)和3種叉車搬運(yùn)路徑(Ⅰ, Ⅱ & Ⅲ)的組合方案；通過仿真分析，比較方案優(yōu)劣，最終選取A-Ⅲ方案，即采用先進(jìn)先出規(guī)則分配任務(wù)，卸貨平臺(tái)至流水線和流水線至貨架前暫存區(qū)，共用1～4號(hào)叉車進(jìn)行搬運(yùn)，5～7號(hào)叉車將貨架前暫存區(qū)的產(chǎn)品按不同類別搬運(yùn)到對(duì)應(yīng)的貨架，從而縮短生產(chǎn)周期，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.