汽車主機廠A循環(huán)取貨路徑規(guī)劃問題

楊 華，王佳慧，陳超健

（天津中德應用技術大學 智能制造學院，天津 300050）

0 引言

為了降低入廠物流成本，提高運作效率，對于小批量、高頻次的汽車零部件，汽車主機廠委托第三方物流公司，按循環(huán)取貨模式從多家供應商提取零部件。對于第三方物流企業(yè)，以汽車主機廠入廠物流循環(huán)取貨實際運作需求為依據(jù)，對循環(huán)取貨過程中取貨器具需求量、運輸車輛選配、取送貨順序、路徑規(guī)劃等問題進行研究。

文獻[1]以安吉汽車物流公司零部件供應商及入廠模式為研究對象,根據(jù)不同類別的零部件供應商分別設計了相應的零部件入廠模式。文獻[2]提出了基于第三方物流的汽車零部件物流Milk-run模式,并設計了實施該模式的運作流程。文獻[3]運用Enterprise Dynamics軟件以一個汽車生產廠商、三家供應商為例,構建了汽車零部件物流循環(huán)取貨的仿真模型。文獻[4]分析了某工廠大量弱異性中小尺寸貨物裝車堆碼特點，研究了入廠物流路徑優(yōu)化決策問題。文獻[5]以B汽車制造企業(yè)零部件入廠物流循環(huán)取貨的實際運作模式為基礎，添加了庫存與時間窗的限制約束條件,設計了改進的蟻群算法進行求解。文獻[6]對三維裝載約束下的零部件循環(huán)取貨路徑優(yōu)化問題進行探討研究。文獻[7]針對汽車零部件產業(yè)中入廠物流模式進行研究，在分析庫存和配送之間的博弈合作關系以及考慮時間窗對影響下，建立了帶軟時間窗約束和庫存約束的循環(huán)取貨入廠物流模型。

上述文獻大多是運用算法對零部件入廠物流循環(huán)取貨路徑優(yōu)化問題進行研究。本文以汽車主機廠A循環(huán)取貨問題為研究對象,從汽車需求實施循環(huán)取貨需求出發(fā)，從主機廠制造部門當日零件需求量、取貨器具需求量、車輛裝載率、取送貨順序、路徑規(guī)劃等方面進行研究，為有效實施循環(huán)取貨提供借鑒。

1 汽車主機廠循環(huán)取貨流程

某汽車主機廠循環(huán)取貨流程如圖1所示。

圖1 某汽車主機廠循環(huán)取貨流程圖

（1）主機廠匯總制造部門對零部件的生產需求，并將制造部門需求發(fā)送至第三方物流補貨看板；

（2）第三方物流依據(jù)接收的看板指令，拉動短駁運輸；

（3）第三方物流將補貨的指令發(fā)送至對應供應商；

（4）供應商登陸系統(tǒng)獲取路線時間及涉及路線零件等信息，并依據(jù)接收到的看板指令進行供貨準備；

（5）第三方物流卡車到達主機廠卸貨口后，由叉車將提前設定的規(guī)格、數(shù)量的空器具自器具存儲區(qū)域叉運至車上。運完成后，卡車駛出卸貨口離開主機廠，按計劃向指定供應商出發(fā)；

（6）到達供應商后，卸下對應空器具，裝上滿器具，完成裝卸后，前往下一個供應商處進行相同步驟，直到全部空器具卸下并裝上零件后，返回主機廠卸貨口卸貨；

（7）零件收貨后，主機廠卸貨口的人員操作系統(tǒng)收貨。

2 入廠物流零部件循環(huán)取貨問題求解

2.1 假設條件

（1）卡車取貨零件重量在滿載情況下也不會達到載重限制，僅考慮車廂容積限制；

（2）每種零件的包裝適于和別的零件同車運輸且零部件在裝車過程中難易程度相同；

（3）零部件供應商供貨量已知、地理位置已知，每次循環(huán)取貨每個供應商只被訪問一次，每條循環(huán)取貨路徑上的任務由一輛車完成；

（4）器具上有固定器具所用凹槽及支架，僅同種器具可以堆垛，本地循環(huán)取貨零件較輕，無壓壞器具及器具內零件的風險，均可堆垛。

2.2 求解步驟

（1）列出不同供應商兩點之間、主機廠到供應商之間的距離矩陣；

（2）計算所有供應商兩點之間、主機廠到供應商之間的節(jié)約里程量，按節(jié)約里程量的大小排序；

（3）根據(jù)主機廠生產車型比例、節(jié)拍、生產時間計算出當日需取貨的零件用量，再根據(jù)器具參數(shù)，計算出當日循環(huán)取貨所需器具數(shù)量；

（4）根據(jù)節(jié)約里程量的大小和各種限制條件，判斷兩點是否可以連接，若不能連接，則換成節(jié)約里程稍小的兩個點，再進行判斷是否可以連接；

（5）重復步驟4，以當日總里程最小為目標，直到所有的點被連接起來，形成最終循環(huán)取貨路線。

3 算例分析

3.1 供應商兩兩之間距離計算

本文選取該廠10 家供貨商，只考慮兩兩供應商及各供應商到主機廠之間的記錄直線行駛距離，見表1。

根據(jù)表1，利用節(jié)約法計算出兩兩供應商之間的節(jié)約里程量，見表2。

表1 兩兩供應商及各供應商到主機廠之間距離

3.2 根據(jù)節(jié)約里程大小排序

依據(jù)表2按節(jié)約里程量的數(shù)值大小，采用降序排列方式得表3。

表2 兩兩供應商及各供應商到主機廠之間節(jié)約里程

表3 節(jié)約里程降序表

3.3 循環(huán)取貨器具用量計算

（1）當日零件需求量。A廠主要生產R、S兩種車型，車型比例為3:2；節(jié)拍為70JPH，兩輛車下車間隔1min；每天按8h工作制，稼動率為87.5%計算。按照車型日產量=生產時長（H）×節(jié)拍（JPH）×稼動率×車型比例計算，R車型日產量294輛，S車型日產量196輛。

以P1 為例,廠家提供代碼為I 的零件，零件類型為大件，用于生產R型汽車，單車用量為2件零件，當日取貨比例為0.5。根據(jù)公式零件單日用量=車型日產量×單車用量×當日取貨比例，得出P1需求I零件為294 件。按這種方法依次算出其他廠家的零件的需求量。循環(huán)取貨當日零件需求量見表4。

表4 循環(huán)取貨當日零件需求量

（2）當日器具需求量。當日循環(huán)取貨的零件采用托盤或周轉箱作為集裝單元組織運輸。

供應商P1、P3、P5、P7、P8、P9、P10所取零件類型為大件，采用周轉箱裝車運輸。以P1為例，零件代碼I 的當日需求量為294 件，周轉箱容量為40 個，依據(jù)零件單日器具量=零件單日需求量/單個周轉箱容量，計算得出P1 所需周轉箱的數(shù)量約為7.35，近似為8個。其他廠家按同樣計算方式依次得出單日所需周轉箱的數(shù)量，見表5。

供應商P2、P4、P6 所取零件類型為小件，先是選用周轉箱集裝，再放在托盤上裝車運輸。以P2為例，零件代碼為II的當日需求量為1 470件，單個周轉箱容量為20 件零件量，整托盤容量為20 個周轉箱量。依據(jù)零件單日器具用量=零件單日需求量/單個周轉箱容量*整托盤容量，計算得出所需整托盤數(shù)量約為3.675，近似為4 個托盤，所需周轉箱的數(shù)量為400個。其他廠家按同樣計算方式依次得出單日所需器具量，見表5。

表5 循環(huán)取貨當日器具需求量

（3）運輸車輛選配。由于進行循環(huán)取貨路徑規(guī)劃，需考慮供應商循環(huán)取貨器具量占車輛體積之間的占比，故選定合適的車輛是重要的一環(huán)，同時考慮器具的長度、寬度和托盤的長與車輛寬度的匹配度。

為方便卸貨操作，選定使用9.4m*2.45m*2.45m的三開翼廂式卡車進行運輸。從表5可知除P1使用器具寬度為1.2m 外，其余廠家托盤及大件器具長度均為1.2m，在車廂寬度方向可容納2排托盤或器具。

（4）單車器具體積占比。對循環(huán)取貨路徑進行規(guī)劃時，考慮供應商循環(huán)取貨器具量占車輛體積之間的占比為約束，計算公式為：器具體積占比=器具體積/車輛體積。

以P1 為例，按周轉箱長為1.4m、寬為1.2m、高為1.15m，根據(jù)車廂尺寸，在長度方向可排6列，在高度方向可堆垛2層。根據(jù)表5可知需取10個周轉箱，只堆碼一層即可，器具體積占比=8*1.4*1.2/（9.4*2.45）/2，約為29.8%（留有空間）。

其他供應商按同樣的計算方式依次得到器具單車體積占比。供應商器具單車體積占比見表6。

表6 供應商器具單車體積占比表

3.4 循環(huán)取貨的路徑規(guī)劃

根據(jù)節(jié)約里程順序表和各個供應商循環(huán)取貨器具占比約束條件，逐步對路徑進行規(guī)劃。若某供應商的器具體積能占用整車容積的85%，則該部分采用“點對點運輸”，即路線由主機廠出發(fā)，前往該供應商取貨后直接返回主機廠卸貨。若兩家供應商合并路線后器具體積占用整車容積不足85%或超過100%時，應重新規(guī)劃路線，路徑規(guī)劃以節(jié)約里程優(yōu)先。

按照以上方法做出路徑規(guī)劃，結果如下：

路線1：主機廠→P7→主機廠；

路線2：主機廠→P8→主機廠；

路線3：主機廠→P3-P5→主機廠。

依據(jù)表3節(jié)約里程降序表、表6供應商器具體積占比表，優(yōu)先選擇序號為1 的路線，連接P3 與P5，合并路線后，兩個廠家的零件裝載至同一車廂中，路線中車廂體積占比為89.6%，驗證車廂可以容納，P3、P5在后續(xù)規(guī)劃中剔除。

路線4：主機廠→P10→P2→P1→主機廠。

依據(jù)表3節(jié)約里程降序表、表6供應商器具體積占比表，在剩余的供應商中選擇，按照距離表順序，連接P2 及P10。合并路線后，體積占比為54.8%，體積占比低于85%的標準值，又因為P1在P2、P10合并路線后的必經之路上，故路線4中合并P1，合并后的體積占比為87.8%，驗證車廂可以容納，P1、P2、P10在后續(xù)規(guī)劃中剔除。

路線5：主機廠→P4→主機廠；

路線6：主機廠→P9→P6→主機廠。

除去上述剔除的模型外，剩下P4，P6，P9。分別兩兩組合，生成以下路線：①主機廠→P4→P6→主機廠，主機廠→P9→主機廠；②主機廠→P4→P9→主機廠，主機廠→P6→主機廠；③主機廠→P6→P9→主機廠，主機廠→P4→主機廠；④合并P6,、P9 加上P4 的一部分，P4 剩下的再取一趟；⑤合并P4 與P9 的一部分，P6 與 P9 剩下的合并；⑥合并 P4 和 P6 的一部分，P9與P6剩下的合并。

一共6 種方案，按照上述方式計算，生成的路線③：主機廠→P6→P9→主機廠，主機廠→P4→主機廠的方案最為合適，路程最短。P4、P6 及P9 從模型中剔除。模型中已無待取零件，本日循環(huán)取貨結束。

由上可以得到循環(huán)取貨供應商路徑規(guī)劃圖，如圖2所示。

圖2 循環(huán)取貨供應商路徑規(guī)劃圖

4 結語

本文結合汽車主機廠A循環(huán)取貨的實際運作模式，對循環(huán)取貨路徑規(guī)劃問題進行了研究。在對當日零件需求量、器具需求量、運輸車輛選配、單車器具體積占比提出計算方法基礎上，選取了汽車主機廠A的部分供應商分布數(shù)據(jù)，運用節(jié)約里程法對循環(huán)取貨路徑規(guī)劃問題進行了研究，以便對其他汽車制造企業(yè)設計循環(huán)取貨路徑優(yōu)化方案，使循環(huán)取貨問題在當今復雜網(wǎng)絡下保持高效和便利提供借鑒意義。