動力總成制造中拉動式投料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊李安卓，李健馳，陳 佳

（東風(fēng)龍擎動力有限公司，湖北 十堰 442000）

0 引言

隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽車市場正在從增量市場向存量市場轉(zhuǎn)變，汽車產(chǎn)業(yè)不僅要靠產(chǎn)品和技術(shù)，更要從效率、質(zhì)量、成本等角度不斷提升核心競爭力[1]。在此過程中，合理的物流規(guī)劃能有效降低物流配送過程中的各種浪費(fèi)，從而降低生產(chǎn)成本。智能立庫、AGV/RGV、條形碼技術(shù)、RFID 等自動化、信息化技術(shù)在物流系統(tǒng)中已廣泛應(yīng)用[2]，這有效提升了物料配送的效率和準(zhǔn)確率，因此合理有效的配送技術(shù)及系統(tǒng)的研究顯得尤為重要[3]。

拉動式生產(chǎn)的邏輯是：除非需要，否則就不生產(chǎn)[4]，其生產(chǎn)系統(tǒng)中的所有物料流動由實(shí)際需求拉動。因此，拉動式物料配送[5]是根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍和需求拉動物料配送的。信息系統(tǒng)根據(jù)物料需求量、線邊庫存以及期初任務(wù)量，計(jì)算出各工位點(diǎn)所需物料的配送數(shù)量。工作人員針對所需物料進(jìn)行分揀、裝配和備料后，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和物料配送數(shù)量運(yùn)送物料到指定站點(diǎn)，補(bǔ)充生產(chǎn)。

劉磊，等[6]針對離散型小型企業(yè)建立拉動式物料流轉(zhuǎn)模型，并提出以模塊為基礎(chǔ)的物料分類及存儲方式。王旭東，等[7]針對電子生產(chǎn)企業(yè)自動化輸送，開發(fā)“拉動式”合并備料軟件系統(tǒng)，搭建智能視覺分揀與跨層傳輸系統(tǒng)。倪文勝，等[8]通過生產(chǎn)計(jì)劃、物流路線、看板管理等管理方式在叉車制造領(lǐng)域的應(yīng)用，驗(yàn)證了精益生產(chǎn)方式對中國制造業(yè)不僅是可行的，而且效果是非常顯著的。上述文獻(xiàn)雖然對拉動式投料進(jìn)行了研究和應(yīng)用，但是并沒有關(guān)于其在汽車/動力總成裝配制造中的應(yīng)用及研究，沒有提供汽車/動力總成裝配制造業(yè)精益化物流配送相關(guān)的解決方案。

本文以D工廠“拉動式投料”項(xiàng)目為例，介紹應(yīng)用精益、自動化、信息化發(fā)動機(jī)制造物流布局，設(shè)計(jì)“拉動式物料配送投料”系統(tǒng)，開發(fā)配套防錯系統(tǒng)，采用多種物流配送模式共用，解決裝配車間物流浪費(fèi)問題，進(jìn)而建立動力總成制造中拉動式投料精益物流配送模式，為產(chǎn)品工藝復(fù)雜、產(chǎn)品多樣性大、生產(chǎn)體量大的制造業(yè)物流規(guī)劃設(shè)計(jì)提供一定借鑒。

1 物料配送問題

D工廠重型發(fā)動機(jī)裝配線的生產(chǎn)訂單是由整車需求確定，隨著整車車型的不斷新增，重型發(fā)動機(jī)生產(chǎn)訂單呈現(xiàn)“批量小、品種多、需求急”的形態(tài)[9]，導(dǎo)致現(xiàn)有物流能力已無法滿足生產(chǎn)需求。

供應(yīng)商根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)告需求，將物料配送至工廠庫房；生產(chǎn)科在系統(tǒng)上發(fā)布3日滾動計(jì)劃，勞務(wù)人員打印備貨清單進(jìn)行物料備貨準(zhǔn)備，根據(jù)投料清單往裝配線進(jìn)行線邊投料。N+6生產(chǎn)計(jì)劃只能對未來生產(chǎn)進(jìn)行方向指導(dǎo)，無法精準(zhǔn)指示現(xiàn)生產(chǎn)。因此，在這個(gè)過程中就會造成供應(yīng)商將過量/不足的物料配送至庫房，庫房內(nèi)部會產(chǎn)生物料過多、面積不足等現(xiàn)象。

物料配送過程中，車間各工位節(jié)拍無法保證百分之百均衡，各工位對零件消耗速度不一致，經(jīng)常需要人工定期對現(xiàn)場進(jìn)行確認(rèn)后再進(jìn)行配送，或者人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)配送導(dǎo)致現(xiàn)場零件過多或不足，無法根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際消耗情況實(shí)時(shí)投控。

物料下賬是由人工將物料配送簽收單進(jìn)行匯總，然后在每日工作完成后24h內(nèi)，在系統(tǒng)上進(jìn)行掛帳上傳，由工廠自有人員確認(rèn)后進(jìn)行賬目下賬。在這個(gè)過程中，存在人工匯總的誤差，由于時(shí)間性差異導(dǎo)致賬實(shí)不相符。

上述問題的根源在于備投料時(shí)刻和實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間不匹配，所以如何解決什么時(shí)候投料，投多少合適是提升備投料準(zhǔn)確性及效率的關(guān)鍵。

2 拉動式投料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，備投料邏輯基于理論節(jié)拍計(jì)算出備投料數(shù)量和配送時(shí)刻，是預(yù)先設(shè)定好的推動式投料控制系統(tǒng)[10]?！袄瓌邮酵读稀表?xiàng)目的提出，就是為改變現(xiàn)有的備投料模式。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

拉動式投料的開發(fā)，首先需要在系統(tǒng)邏輯上進(jìn)行變更。從倉庫到線邊構(gòu)建基于拉動式、信息系統(tǒng)各環(huán)節(jié)防錯的投料控制系統(tǒng)。以裝配線線邊工位作為一個(gè)小型倉庫進(jìn)行投控，按照零件屬性、大小、SNP值、消耗量等設(shè)置不同的投料批量及安全庫存，并根據(jù)裝配實(shí)際進(jìn)行此小型倉庫的自動扣料、數(shù)據(jù)更新，呼叫補(bǔ)料等作業(yè)。

例如：當(dāng)裝配總成A行至1號工位時(shí)，通過1號工位設(shè)備PLC到位數(shù)據(jù)信號通知拉動式投料系統(tǒng)索引MES-BOM數(shù)據(jù)，查找A總成在1號工位所需的零部件信息（包含品種、數(shù)量），并在1號工位的虛擬線邊倉扣除上述品種及數(shù)量的零部件，此時(shí)虛擬線邊倉自動更新實(shí)時(shí)庫存，根據(jù)前期設(shè)定的1號工位虛擬線邊倉的補(bǔ)貨原則，判斷是否需要呼叫物料補(bǔ)貨。如需要，則在1號工位綁定的工業(yè)手持機(jī)上出現(xiàn)補(bǔ)貨訂單，訂單內(nèi)容包含補(bǔ)貨物料號、數(shù)量、要求補(bǔ)貨時(shí)間。主流程（計(jì)劃拉料）示意圖如圖1所示。

圖1 主流程（計(jì)劃拉料）示意圖

2.2 硬件需求

在系統(tǒng)優(yōu)化的同時(shí)，需要投入相應(yīng)硬件設(shè)施。裝配線線邊硬件主要有：（1）托盤載碼體：記錄、存儲裝配總成信息標(biāo)簽；（2）載碼體讀寫頭：讀寫及刪除載碼體總成信息標(biāo)簽；（3）上線工控機(jī)：上線掃描控制及掃描打印程序控制；（4）條碼打印機(jī)及掃描槍：標(biāo)簽打印及讀寫；（5）部分工位新增PLC控制器：總成信息標(biāo)簽讀寫及信號發(fā)布。庫房硬件主要有：（1）防錯料架[11]、防錯燈及控制系統(tǒng)：針對差異件防錯指示的專用料架；（2）條碼打印機(jī)：標(biāo)簽打?。唬?）工業(yè)手持機(jī)：訂單顯示、標(biāo)簽掃描等；（4）相關(guān)網(wǎng)絡(luò)硬件等。

通過軟硬件的優(yōu)化更新，即可按照如下步驟操作：（1）線邊工人通過掃描條碼，向MES系統(tǒng)請求投料，MES系統(tǒng)校驗(yàn)所需投物料是否全部投完；（2）沒有投完，MES 系統(tǒng)向WMS系統(tǒng)發(fā)出投料請求信號，如果全部投完，則不發(fā)請求；（3）WMS系統(tǒng)向倉庫發(fā)出備料指示；（4）倉庫根據(jù)請求信息，安排投料工備料；（5）投料工根據(jù)指示將物料投送線邊；（6）投料工通過掃描條碼向MES系統(tǒng)發(fā)送已投送零件編碼、數(shù)量、料位等信息，同時(shí)校驗(yàn)投料是否準(zhǔn)確；（7）MES系統(tǒng)把所投物料信息反饋給WMS系統(tǒng)，投送流程結(jié)束。線邊工位信息系統(tǒng)處理流程如圖2所示。

圖2 線邊工位信息系統(tǒng)處理流程圖

在上述條件具備后，可以實(shí)現(xiàn)最理想化生產(chǎn)狀態(tài)下的拉動式投料。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可能會遇到各種異常情況（插單、異常下線、異常停工等），要使拉動式投料在實(shí)際生產(chǎn)情況下順利運(yùn)行，還需要系統(tǒng)能夠自發(fā)對異常問題進(jìn)行判斷和處理。

2.3 防錯系統(tǒng)

異常情況的發(fā)生對于拉動式投料的影響主要是系統(tǒng)扣料數(shù)據(jù)與線邊實(shí)際用量不符，造成投送人員無法準(zhǔn)確掌握線邊實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，影響物料配送的及時(shí)性與準(zhǔn)確性，從而導(dǎo)致拉動式投料的下帳數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致總成報(bào)廢，對企業(yè)造成直接經(jīng)濟(jì)損失。因此，采取必要的防錯手段，可以有效保證新技術(shù)的高效應(yīng)用，同時(shí)提高下線合格率，降低成本[12]。

由于系統(tǒng)采集判斷程序只能通過定時(shí)觸發(fā)，而生產(chǎn)節(jié)拍、周期不固定，所以考慮優(yōu)化漏采集判斷程序?qū)⒉杉畔⑴c生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行對比。將每個(gè)采集點(diǎn)最后一臺采集到的發(fā)動機(jī)ID對應(yīng)到當(dāng)日生產(chǎn)計(jì)劃，對比已采集到的ID號與這一臺ID號之前的計(jì)劃，未采集到的ID判斷為漏采。

X：采集點(diǎn)過點(diǎn)發(fā)動機(jī)ID合集；Y：當(dāng)前采集ID之前的計(jì)劃ID合集。當(dāng)Y?X時(shí)，判斷無漏采集；Y?X時(shí)，存在發(fā)動機(jī)ID屬于Y不屬于X，判斷為該發(fā)動機(jī)ID在X采集點(diǎn)漏采。

以A 點(diǎn)為例說明一種當(dāng)前過點(diǎn)發(fā)動機(jī)漏采集的情況（如圖3所示）。

圖3 漏采集模型

9:00時(shí)，若A點(diǎn)未采集到發(fā)動機(jī)4，當(dāng)前采集ID為發(fā)動機(jī)3，Y=–1,2,3–，X=–1,2,3–，Y?X，判斷無漏采集。

9:30時(shí)，A點(diǎn)當(dāng)前采集ID為發(fā)動機(jī)11，Y=–1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11–，X=–1,2,3,5,6,7,8,9,10,11–，Y?X，“4∈Y”∩“4?X”，判斷為發(fā)動機(jī)4在A點(diǎn)漏采集。

以上是正常生產(chǎn)時(shí)漏采集的判斷邏輯，針對以下三種特殊情況進(jìn)行補(bǔ)充：

（1）發(fā)動機(jī)取消生產(chǎn)，則所有采集點(diǎn)都沒有這一臺發(fā)動機(jī)的過點(diǎn)信息，程序標(biāo)記為未上線，不判斷漏采集；

（2）發(fā)動機(jī)中途下線，則某一采集點(diǎn)之后都沒有這一臺發(fā)動機(jī)的過點(diǎn)信息，需要與裝配線下線臺賬進(jìn)行對比，人工剔除；

（3）異常插單，對生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行補(bǔ)充，更新主計(jì)劃中ID合集。

3 拉動式投料系統(tǒng)應(yīng)用

對以上作業(yè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)往復(fù)，就形成了重型裝配線拉動式投料的主體架構(gòu)。以此為基礎(chǔ)，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)及屬性不同，分別進(jìn)行多種方式共存的操作方式，從而提高整體物流配送及裝配效率。

3.1 系統(tǒng)看板補(bǔ)貨

針對標(biāo)準(zhǔn)件（螺栓、螺帽等）及通用型小件（堵蓋/保護(hù)帽等），采用直供線邊模式，按照系統(tǒng)看板補(bǔ)貨模式運(yùn)行[13]。將線邊工位設(shè)定為微型倉庫，進(jìn)行上、下限庫存設(shè)置；發(fā)動機(jī)過點(diǎn)采集后進(jìn)行線邊倉物料扣料；當(dāng)線邊倉物料低于庫存下限時(shí)，投料工PDA手機(jī)會進(jìn)行提示預(yù)警，從而開始進(jìn)行零件備投料；將備投料零件投控至預(yù)警工位。看板補(bǔ)貨示意圖如圖4所示。

3.2 KIT集配

針對各機(jī)型需求不同的差異件（支架、機(jī)油收集器、調(diào)溫器、齒輪等），采用單量份集配（KIT）模式運(yùn)行[14]。將差異件布置于集配區(qū)；集配區(qū)根據(jù)過點(diǎn)發(fā)動機(jī)信息，采用亮燈按鍵模式，指示投料工進(jìn)行備投料；單量份集配完成后由AGV配送至主線與主線發(fā)動機(jī)對接完成。

針對集配區(qū)零件的備投料，采用微型倉庫模式。根據(jù)集配完成信號進(jìn)行扣料，結(jié)合安全庫存，使用PDA指示庫房人員備投料，進(jìn)行集配料架補(bǔ)貨。KIT集配示意圖如圖5所示。

圖5 KIT集配示意圖

3.3 JIS順序上線配送

結(jié)合裝配線工藝布局、廠房利用率、發(fā)動機(jī)零部件屬性，對中、大型差異件（飛輪、減震器、搖臂等），采用JIS順序集配上線模式運(yùn)行[15]。

以飛輪為例，現(xiàn)生產(chǎn)品種數(shù)為3，標(biāo)準(zhǔn)SNP為16，標(biāo)準(zhǔn)器具規(guī)格為940*940*1 160。按照順序集配模式，根據(jù)主線上線計(jì)劃，庫房備貨人員對不同零件進(jìn)行按序排放，并結(jié)合過點(diǎn)扣料指示，按需按時(shí)配送至線邊。順序集配示意圖如圖6所示。飛輪順序集配后擺放排序見表1，從而便于裝配現(xiàn)場作業(yè)。

表1 飛輪順序集配后擺放排序表

注：1-16代表主線總成裝配順序，A-C代表飛輪品種。

D工廠發(fā)動機(jī)裝試車間拉動式投料運(yùn)行半年以來，生產(chǎn)線物料影響停工時(shí)間基本消除，線邊零件庫存由原來的32量份/工位減少至8量份/工位，部分工位線邊庫存面積優(yōu)化1/3，庫存盤點(diǎn)準(zhǔn)確率提升至99.3%，減少每月人工盤點(diǎn)工時(shí)161h/月，物流配送人員由原來5人減少至4人。由此每年可減少生產(chǎn)物流成本20余萬元。實(shí)踐證明，基于消耗的拉動式生產(chǎn)系統(tǒng)可以大幅提高生產(chǎn)經(jīng)營效率，最終有效提高企業(yè)的競爭力。

4 結(jié)語

動力總成裝配線是汽車產(chǎn)業(yè)中最為核心的生產(chǎn)線，也是整車成本中心中降成本的核心。對混流動力總成生產(chǎn)線，在保證高效快捷的生產(chǎn)節(jié)拍前提下，物流配送和物料的管理是關(guān)鍵。其中，包含關(guān)鍵零部件管理，線邊各工位零件配送、裝配清單、異常處理等情況。在有限的裝配線邊空間下，同時(shí)滿足各種不同機(jī)型總成裝配零件需要，那么就要通過拉動式投料形式，以主線需求為拉動輸入，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間、配送準(zhǔn)確的、恰當(dāng)數(shù)量的零件，減少線邊庫存積壓，節(jié)約資金。拉動式投料系統(tǒng)結(jié)合系統(tǒng)看板補(bǔ)貨、KIT集配、JIS順序上線配送等配送方式，以及防錯系統(tǒng)，有效保證裝配線拉動式投料系統(tǒng)高效運(yùn)行，更加準(zhǔn)確及時(shí)地保證生產(chǎn)物流需要，提高了生產(chǎn)效率，且有效節(jié)約了生產(chǎn)物流成本。