穿梭車密集存儲技術下的汽車零部件物流方案研究

一、課題背景

圍繞高密度、自動化、高效的存儲方式這一發(fā)展方向，“密集存儲”概念應用而生，國內外眾多專家學者、知名物流裝備企業(yè)和物流系統(tǒng)集成商推出了相應的技術、設備及系統(tǒng)解決方案。

其中，運用穿梭車和與之相配套的穿梭車貨架系統(tǒng)作為一個新興的解決方案，在近年的倉儲項目規(guī)劃中發(fā)展很快。相比于傳統(tǒng)的巷道堆垛機，穿梭車更加智能，作業(yè)更加人性化，自動化程度相對來說更高；同時由于設備的作業(yè)巷道更少，可以提供更好的倉儲坪效比。

然而，受制于穿梭車巷道出入庫的局限性，當前的應用主要局限于醫(yī)藥、食品、煙草等少SKU的行業(yè)場景下，尚沒有汽車零部件物流大規(guī)模多SKU品類應用的案列。

二、研究目標

本方案通過打通汽車零部件物流領域中的生產計劃、物流籌措、入廠物流和工廠物流各供應鏈環(huán)節(jié)，將工廠運轉與穿梭車自動化設備結合應用，創(chuàng)建一套適用于汽車零部件物流領域的穿梭車密集存儲庫（簡稱“密集庫”）解決方案。

三、研究意義

方案的實施將對所在部門、汽車零部件物流行業(yè)、物流自動化設備行業(yè)產生積極影響，具體表現(xiàn)為：

對一汽-大眾公司的意義：利用現(xiàn)有庫房面積實現(xiàn)國產化零件存儲功能，優(yōu)化外租庫面積、人員、設備等外包資源，實現(xiàn)單車成本優(yōu)化200元目標。

對汽車零部件物流行業(yè)的意義：大眾汽車體系下的工廠，通過實施此方案，在現(xiàn)有廠房面積下，可以滿足絕大部分國產化供應商零件的倉儲需求，實現(xiàn)零件直通工廠的精益化流程。

對物流自動化設備行業(yè)的意義：創(chuàng)造穿梭車密集存儲設備新的大規(guī)模應用場景，僅中國范圍內的大眾汽車體系工廠的潛在市場將達到數(shù)億元。

四、整體流程概述

汽車零部件物流業(yè)務涵蓋從生產計劃、物料籌措、入廠運輸、工廠物流等多個環(huán)節(jié)，以下將簡述各環(huán)節(jié)的整體流程和前提，并對涉及穿梭車密集存儲應用范圍的工廠物流部分進行詳細闡述：

1.凍結生產計劃

（1）接收銷售訂單。

（2）按周確定生產計劃并將計劃凍結。

2.凍結生產計劃

（1）根據(jù)生產計劃計算零件需求數(shù)和對應的時間。

（2）按照4h為切割單元，合并零件需求。

（3）按照包裝容量圓整，形成箱訂單。

（4）按切割單元依次賦予每個箱訂單以鏈號（1、2、3……30，每周6個生產日總計30個鏈號）。不同于傳統(tǒng)主機廠籌措方法，通過步驟（2）、（3）、（4）的時序切割方法，建立單元貨供貨基礎，是實現(xiàn)整體方案的重要前提。

3.入廠運輸

（1）供應商根據(jù)約定的送貨頻次選擇卸貨時間窗口。

（2）按照鏈號順序依次裝車。

（3）供應商組織送貨或承運商組織循環(huán)取貨。

（4）按照時間窗口到達工廠卸貨。提前確定的時間窗和按鏈號供貨的順序可以緩解工廠庫存壓力。

4.工廠物流

（1）卸貨。

（2）檢驗及收貨。

（3）密集庫入庫。

（4）密集庫預判。

（5）密集庫移庫。

（6）密集庫出庫。

（7）上線。

（8）返空。

五、密集庫的原理與邏輯

1.設備組成

（1）四向穿梭車：可以在一個平面內承載貨物運動的自動導引車.

（2）提升機：四向穿梭車換層的設備。

（3）貨架：共4層，每層120巷道，貨物存儲方向深度15m。

2.基本運行原理

貨物通過穿梭車和提升機承載到達貨架不同位置，根據(jù)不同的鏈號，在巷道深度方向存儲，出入庫遵循后入先出的原則。

3.平面圖

上層為存儲層（簡稱M庫），見圖1。

底層為出庫層（簡稱N庫），見圖2。

4.入庫邏輯

零件到貨后，按規(guī)則入庫，見圖3。

信號1：獲取入庫包裝任務和信息；

判斷1：當前任務的鏈號否存在M庫中存在；

圖1 存儲層

圖2 出庫層

判斷2：此巷道是否有足夠空間存放此零件；

入庫1：進入此巷道；

入庫2：進入一個新的巷道。

5.預判邏輯

零件在生產線需求前2小時發(fā)出預判信號，判斷當前N庫狀態(tài)，提前做好設備工作任務的安排（但不做包裝的實體移動），保證有充足的時間移庫和出庫，如圖4。

信號2：生產線要貨系統(tǒng)提前2h發(fā)送需求包裝預判信號；

判斷4：判斷N庫中是否存在此包裝；

預判1：找到此包裝在M庫中的所有相同的包裝和位置；

預判2：找到預判1中鏈號最小的所有包裝；

圖3 入庫邏輯

圖4 預判邏輯

圖5 移庫&出庫邏輯

圖6 Matlab程序運行結果

預判3：找到預判2中距離巷道出口最近的包裝和位置，定義此包裝為目標包裝，阻擋在出庫和目標包裝之間的貨位定義為阻擋包裝；

判斷5：判斷目標包裝的鏈號與當前M庫中其他所有包裝中最小的鏈號差值是否小于等于1；

預判4：將目標包裝和阻擋包裝鏈號標記為0；

預判5：將目標包裝鏈號標記為0；將阻擋包裝移動到空巷道，（此動作定義為“掏鏈”），并記錄掏鏈的箱數(shù)；

預判6：將獲取的零件虛擬移庫到N+庫（N+為虛擬庫存，用于記錄待出庫零件）。

6.移庫&出庫邏輯（如圖5）

信號3：生產線要貨系統(tǒng)發(fā)送需求包裝出庫信號；

移庫1：找到包裝鏈號最小且箱數(shù)最少的巷道，將距離出庫最近的包裝移庫到N庫；

判斷6：N+庫中是否存在此零件；

出庫1：出N+庫內此需求包裝；

出庫2：出N庫內此需求包裝。

7.掏鏈問題分析

承前文論述，密集庫與其他自動化立體庫方案對比中具備坪效比高、設備投資低等明顯優(yōu)點。但由于應用范圍僅適用于少SKU場景，在汽車零部件物流成百上千SKU的場景下無法實現(xiàn)。本方案通過打通供應鏈各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)單元化供貨，即“鏈號”的運用，巧妙地規(guī)避了SKU的限制。

但不能忽視的是，方案中有凍結生產計劃的前提，實際現(xiàn)場運行過程中難免會出現(xiàn)計劃與實際車序不符，導致前提偏差的情況。這部分問題將導致上段第5步驟預判5的操作出現(xiàn)，從而帶來不必要的“掏鏈”動作，從而浪費設備效率。如果浪費過多，將會大大抵消此方案帶來的收益，固需要通過仿真實驗的方法加以驗證。

六、掏鏈問題數(shù)據(jù)驗證

作者選取了一汽-大眾某車間某天實際生產的車作為數(shù)據(jù)源，通過編程實現(xiàn)以上入庫、預判、移庫和出庫邏輯，統(tǒng)計了每個鏈對應時間段的掏鏈總數(shù)（每天5-6個鏈）。并將數(shù)據(jù)源隨機打亂排序后運行程序500次，保證數(shù)據(jù)可信度，得到如圖6。

結果顯示：掏鏈峰值150、平均值23。峰值僅占一天總搬運次數(shù)的10%。此浪費從整體經濟性角度可以接受，設備效率方面也可以滿足。

七、結論

通過流程方案設計，既利用了四向穿梭車的密集存儲優(yōu)化，又突破了SKU品類的限制。綜上，此方案在汽車零部件物流領域具備可行性和較高的經濟性。