基于循環(huán)取貨的汽車零部件物流仿真模型研究

文/ 孫 堃 梁文馨

隨著循環(huán)取貨模式廣泛應(yīng)用，汽車制造業(yè)的供應(yīng)鏈管理也在發(fā)生改變

循環(huán)取貨（Milk-run）是汽車物流行業(yè)的專用術(shù)語，是指卡車按照規(guī)定的路線和時(shí)間依次到不同的供應(yīng)商處，卸下上一次收走貨物的空容器，并將該處零部件裝車，最終將所有零部件送到汽車整車生產(chǎn)商倉庫或生產(chǎn)線的一種公路運(yùn)輸方式。這種運(yùn)輸方式既提高了車輛的裝載率，又能及時(shí)供給汽車生產(chǎn)所需的零部件，最大程度上實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)（JIT）供給。

目前，關(guān)于循環(huán)取貨的研究，主要集中于路徑優(yōu)化、庫存模型、配送策略等幾方面內(nèi)容，想要更深入研究這些內(nèi)容，建立物流仿真模型是重要的研究方法。循環(huán)取貨仿真可使用多種物流仿真軟件，其中FlexSim是一款數(shù)字虛擬企業(yè)的仿真軟件，在生產(chǎn)制造和物流倉儲方面應(yīng)用較廣，眾多學(xué)者也通過該軟件對循環(huán)取貨模型進(jìn)行仿真。在物流仿真中，Enterprise Dynamics也是應(yīng)用較廣的一款軟件，Enterprise Dynamics是一個(gè)以對象為導(dǎo)向的建模仿真工具，可仿真任何復(fù)雜動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)、物流系統(tǒng)。

因基于FlexSim的循環(huán)取貨仿真已有較多研究，且FlexSim的建模數(shù)量有限，如有更加復(fù)雜的環(huán)境，會(huì)存在一定局限性，所以本文選擇Enterprise Dynamics對汽車零部件物流的循環(huán)取貨進(jìn)行仿真，從各個(gè)角度清晰展示循環(huán)取貨的流程。

圖1 傳統(tǒng)汽車零部件物流模式與循環(huán)取貨模式對比

一、循環(huán)取貨流程分析

循環(huán)取貨的基本特點(diǎn)在于“多頻次、小批量、定時(shí)性”，零部件在汽車生產(chǎn)商方和零部件供應(yīng)商之間進(jìn)行小批量、高批次的移動(dòng)。它采用閉環(huán)運(yùn)作模式，卡車按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的行使路線，在預(yù)定的時(shí)間依次經(jīng)過多家供應(yīng)商，直到卸下所有空容器并裝載滿車的零部件，最后按照預(yù)定的配送時(shí)間抵達(dá)生產(chǎn)商倉庫或車間完成零部件交付，不僅保證了車輛的滿載，且能保證零部件的及時(shí)供應(yīng)。

圖2 循環(huán)取貨流程圖

圖3 循環(huán)取貨汽車生產(chǎn)商元件設(shè)計(jì)

圖4 循環(huán)取貨供應(yīng)商A元件設(shè)計(jì)

相比之下，傳統(tǒng)的汽車零部件物流模式則是由多輛車輛分別到不同的供應(yīng)商處裝載零部件，每輛車只裝載一個(gè)供應(yīng)商的零部件，最后送至生產(chǎn)商處，這樣的配送模式必然存在車輛無法滿載的問題，而導(dǎo)致供應(yīng)失調(diào)以及資源浪費(fèi)等。傳統(tǒng)汽車零部件物流模式與循環(huán)取貨模式對比，如圖1所示。

循環(huán)取貨的流程如下：

（1）卡車司機(jī)從汽車生產(chǎn)商的倉庫裝載空托盤，并拿到零部件清單以及路線規(guī)劃。

（2）按照路線規(guī)劃開往該次取貨的第一個(gè)供應(yīng)商處, 如卸貨區(qū)空閑，卸下屬于該供應(yīng)商的空托盤，卸完后，如裝貨區(qū)空閑，則按提貨清單裝載規(guī)定數(shù)目的零部件；如無空閑，則等待區(qū)排隊(duì)等待。

（3）裝卸完成后，如果此供應(yīng)商不是最后一站，司機(jī)開往下一站供應(yīng)商處，轉(zhuǎn)至重復(fù)開始第2步，否則司機(jī)開始返回生產(chǎn)商。

（4）卡車回到汽車生產(chǎn)商卸下零部件，本次提貨結(jié)束。

循環(huán)取貨流程，如圖2所示。

二、循環(huán)取貨模型設(shè)計(jì)

1.元件設(shè)計(jì)

Enterprise Dynamics中的元件有不同的圖標(biāo)和功能，由于該軟件中可用來裝載多種貨物且可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)脑挥腥萜鳎视萌萜髂M卡車進(jìn)行裝卸運(yùn)輸；從汽車生產(chǎn)廠商裝車的用來返還供應(yīng)商的空托盤，用三種不同顏色的產(chǎn)品模擬；從三個(gè)供應(yīng)商處裝載的三種不同類型的零部件，用另外三種不同顏色的產(chǎn)品模擬；規(guī)定的路線，用傳送帶連接；汽車生產(chǎn)商負(fù)責(zé)提供車輛和空托盤，并存儲從三個(gè)供應(yīng)商處取得的零部件，用兩個(gè)源元件產(chǎn)生卡車和托盤，并用打包器模擬托盤裝車的過程；供應(yīng)商處的功能包括提供零部件，以及卸貨和裝貨，故用源元件產(chǎn)生零部件，用打包器和拆包器模擬裝卸過程。循環(huán)取貨仿真模型元件類型，如表1所示。

2.模型初建

模型由一個(gè)汽車生產(chǎn)商（Automobile manufacture）和三個(gè)零部件供應(yīng)商（SupplierA、SupplierB、SupplierC）組成。生產(chǎn)商及供應(yīng)商的各元件設(shè)計(jì)圖，如圖3、圖4、圖5和圖6所示。

3.流程設(shè)計(jì)

4DScript是Enterprise Dynamics的編程語言，所有的命令都是通過4DScript語言進(jìn)行執(zhí)行，通過修改語言模板參數(shù)以及自定義語言命令完成循環(huán)取貨流程設(shè)計(jì)：

圖5 循環(huán)取貨供應(yīng)商B元件設(shè)計(jì)

圖6 循環(huán)取貨供應(yīng)商C元件設(shè)計(jì)

表1 循環(huán)取貨仿真模型元件類型

（1）通過控制源元件（Source1）對產(chǎn)生的空托盤打標(biāo)簽1，2，3，以產(chǎn)生三種不同類型的空托盤，供應(yīng)商A、B、C的托盤分別為紅（C1）、黃（C2）、綠（C3）。對Source1的控制如下：

（2）源元件（Source2）產(chǎn)生卡車。

（3）節(jié)點(diǎn)連接三個(gè)隊(duì)列將三種空托盤送至打包器（Assembler1），實(shí)現(xiàn)空托盤和卡車的裝載。并在Assembler1的table中設(shè)定三種托盤的裝載數(shù)量。（由于該版本中Assembler難以控制多個(gè)數(shù)量，只能在總數(shù)為10以下時(shí)可按數(shù)量裝載，故數(shù)量設(shè)定為個(gè)位數(shù)模擬卡車裝貨過程）。

（4）完成集貨的卡車沿著傳送帶到達(dá)第一個(gè)供應(yīng)商A，進(jìn)入拆包器（Unpack1）進(jìn)行卸貨，由于暫時(shí)無法模擬只將紅色托盤卸下的過程，故將三種托盤全部拆包，然后通過控制節(jié)點(diǎn)設(shè)置三條通道，紅色托盤直接通過Sink1模擬歸還供應(yīng)商A的過程。黃色和綠色托盤分別通過傳送帶至打包器（Assembler2）再次裝到卡車上。節(jié)點(diǎn)send to的控制代碼為label([type],i)。

（5）裝著C2和C3的卡車?yán)^續(xù)駛?cè)氪虬鳎ˋssembler3），此時(shí)，源元件（Source3）產(chǎn)生供應(yīng)商A提供的零部件P1，并通過控制Source3對P1打標(biāo)簽4，設(shè)置顏色為黑色，P1進(jìn)入Assembler3裝入卡車，設(shè)定裝載P1的數(shù)量為3。Source3的控制代碼為：setlabel([type],4,i)；Color(i) :=Colorblack。

（6）此時(shí)卡車裝載了C2、C3、P1，沿著傳送帶繼續(xù)開往第二個(gè)供應(yīng)商B，進(jìn)入拆包器（Unpack2）進(jìn)行卸貨，在B處需卸下空托盤C2，故設(shè)置兩個(gè)Queue元件對其進(jìn)行控制。

對Queue3的控制為當(dāng)標(biāo)簽值小于4時(shí)，進(jìn)入1通道，即C2、C3進(jìn)入1通道連接的下一個(gè)隊(duì)列元件，而P1進(jìn)入2通道連接的打包器（Assembler4）；代碼為if(Label([type], last(c)) < 4, 1, 2)。

對Queue4的控制為當(dāng)標(biāo)簽值小于3時(shí)，進(jìn)入1通道，否則進(jìn)入2通道，即C2進(jìn)入1通道連接的sink2歸還供應(yīng)商B，C 3進(jìn)入2通道連接的打包器（Assembler4）。代碼為if(Label([type], last(c)) < 3, 1, 2)。

進(jìn)入Assembler4的C3和P1裝入卡車。

圖7 卡車裝載空托盤數(shù)量控制

圖8 卡車裝載零部件數(shù)量控制

圖9 循環(huán)取貨模型連接圖

圖10 汽車生產(chǎn)商空托盤裝載圖

（7）裝有C3和P1的卡車進(jìn)入打包器（Assembler5），此時(shí)，源元件（Source4）產(chǎn)生供應(yīng)商B提供的零部件P2，并通過控制Source4對P2打標(biāo)簽5，設(shè)置顏色為藍(lán)色，P2進(jìn)入Assembler5裝入卡車，設(shè)定裝載P2的數(shù)量為2。

（8）裝載了C3、P1、P2的卡車沿著傳送帶駛往第三個(gè)供應(yīng)商C，進(jìn)入拆包器（Unpack3）進(jìn)行卸貨，在C處需卸下空托盤C3，仍然設(shè)置兩個(gè)Queue元件對其進(jìn)行控制。

對Queue6的控制為當(dāng)標(biāo)簽值小于5時(shí)，進(jìn)入1通道，否則進(jìn)入2通道，即C3、P1進(jìn)入1通道連接的下一個(gè)隊(duì)列元件，而P2進(jìn)入2通道連接的打包器（Assembler5）；代碼為if(Label([type], last(c)) < 5, 1, 2)。

對Queue7的控制為當(dāng)標(biāo)簽值小于4時(shí)，進(jìn)入1通道，否則進(jìn)入2通道，即C3進(jìn)入1通道連接的sink3歸還供應(yīng)商C，P1進(jìn)入2通道連接的打包器（Assembler5）。代碼為if(Label([type], last(c)) < 4, 1, 2)。

進(jìn)入Assembler5的P1和P2裝入卡車。

（9）裝有P1和P2的卡車進(jìn)入打包器（Assembler6），此時(shí)，源元件（Source5）產(chǎn)生供應(yīng)商C提供的零部件P3，并通過控制Source5對P3打標(biāo)簽6，設(shè)置顏色為灰色，P3進(jìn)入Assembler6裝入卡車，設(shè)定裝載P3的數(shù)量為3。

（10）裝載零部件P1、P2、P3的卡車完成提貨，沿傳送帶返回至汽車生產(chǎn)商處卸下所有零部件。循環(huán)取貨流程結(jié)束。

卡車裝載空托盤數(shù)量，以及最后裝載零部件數(shù)量控制，如圖7、圖8所示。

圖11 供應(yīng)商A裝卸圖

圖12 供應(yīng)商B裝卸圖

圖13 供應(yīng)商C裝卸圖

4.模型連接

用通道連接各元件，通道的作用是沿著該路徑發(fā)送產(chǎn)品并傳遞信息，從而將所有元件連接成一個(gè)整體。產(chǎn)品從輸入通道進(jìn)入某個(gè)元件，再從輸出通道離開該元件。循環(huán)取貨模型連接效果，如圖9所示。

三、循環(huán)取貨仿真效果

運(yùn)行仿真模型，即可看到空托盤和零部件在生產(chǎn)商和供應(yīng)商之間流動(dòng)：

1.卡車從汽車生產(chǎn)商裝載C1（紅5個(gè)）、C2（黃3個(gè)）、C3（綠2個(gè)）三種空托盤，開往供應(yīng)商A。汽車生產(chǎn)商空托盤裝載效果，如圖10所示。

2.卡車到達(dá)供應(yīng)商A，卸下C1（紅）托盤，并裝載C2（綠3個(gè)）、C3（黃2個(gè)）托盤和零部件P1（黑3個(gè)）開往供應(yīng)商B。供應(yīng)商A裝卸效果，如圖11所示。

3.卡車到達(dá)供應(yīng)商B，卸下C2（綠）托盤，并裝載C3（黃2個(gè)）托盤和P1（黑3個(gè)）、P2（藍(lán)2個(gè)）零部件開往供應(yīng)商C。供應(yīng)商B裝卸效果，如圖12所示。

4.卡車到達(dá)供應(yīng)商C，卸下C3（黃）托盤，并裝載零部件P1（黑3個(gè)）、P2（藍(lán)2個(gè)）、P3（灰3個(gè)）返回汽車生產(chǎn)廠商。供應(yīng)商C裝卸效果，如圖13所示。

四、結(jié)論

通過Enterprise Dynamics模型仿真，卡車實(shí)現(xiàn)了從汽車生產(chǎn)商到三家供應(yīng)商的循環(huán)取貨過程，可見循環(huán)取貨模式能充分利用運(yùn)輸資源，避免了空車返回的損失，且可實(shí)現(xiàn)零部件的及時(shí)供應(yīng)。但由于軟件元件有限，某些方面仍有設(shè)計(jì)不合理之處，如用托盤模擬的卡車如裝載數(shù)量過多，后面卸貨的過程會(huì)出現(xiàn)某些數(shù)量錯(cuò)誤，并且也無法實(shí)現(xiàn)只將一種產(chǎn)品卸貨的過程。如深入研究，后期可在模型中加入時(shí)間窗以及訂單數(shù)等條件約束，實(shí)現(xiàn)循環(huán)取貨模式的優(yōu)化設(shè)計(jì)。