汽車總裝車間物流配送仿真及優(yōu)化研究

包偉偉BAO Wei-wei；董方岐DONG Fang-qi；邢曉威XING Xiao-wei

（中汽研汽車工業(yè)工程（天津）有限公司，天津 300300）

0 引言

對處于規(guī)劃階段或者運(yùn)營階段的工廠物流配送方案的規(guī)劃和優(yōu)化問題，可通過離散系統(tǒng)仿真方法對其開展相關(guān)的性能指標(biāo)評價[1]，具體可以對物流方案[2]、庫存水平[3]、設(shè)備參數(shù)[4]等設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證與優(yōu)化，用于指導(dǎo)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。汽車工廠總裝車間具有生產(chǎn)節(jié)拍高、生產(chǎn)工序及流程復(fù)雜、物料配送的準(zhǔn)時化和齊套化要求高等特點(diǎn)[5]，存在故障停機(jī)、缺料或等料等隨機(jī)因素的影響，車間平面布局、物料庫存容量設(shè)計(jì)和物流配送方案的優(yōu)劣將直接影響整個車間及至整個工廠的生產(chǎn)效率和成本，本文采用Automod 仿真軟件對汽車總裝車間的物流配送場景進(jìn)行仿真優(yōu)化研究。

1 研究背景

1.1 總裝車間物流規(guī)劃整體概述

某汽車企業(yè)總裝車間的物流規(guī)劃包含到貨驗(yàn)收、卸貨轉(zhuǎn)運(yùn)、入庫上架、分揀備料、投料上線5 個模塊，到貨驗(yàn)收至分揀備料模塊均由庫存管理系統(tǒng)WMS 管控過程數(shù)據(jù)集信息，投料上線采用物料拉動系統(tǒng)LES 呼叫拉動任務(wù)單的方式，數(shù)據(jù)信息源頭均為信息系統(tǒng)發(fā)起。

1.2 物料分類及配送拉動方式

該總裝車間物料及配送方式分為四種：大件采用順序上線JIS 模式、中小件采用成套上線SPS 模式、中大件采用“1 物流”（投料形式為貨架且線邊只能存放1 個貨架的物料）模式、小件采用雙箱物流模式。所有物料均由LES系統(tǒng)呼叫上線，呼叫指令傳達(dá)方式分為兩種，JIS 和“1 物流”通過線邊軟按燈來呼叫，雙箱物流和SPS 分揀區(qū)通過生產(chǎn)拉動系統(tǒng)PPS 自動呼叫，其中第一種方式需要精確計(jì)算按燈提前期，以確保呼叫及時性、準(zhǔn)確性。

1.3 生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題

在“1 物流”的情況下，線邊位置不滿足雙箱，物料只能存放1 貨架，為了不影響生產(chǎn)正常運(yùn)行，需要人工計(jì)算每種物料的呼叫提前期（即每個物料的呼叫拇指數(shù)，在到達(dá)拇指數(shù)后通過軟按燈或觸摸屏呼叫后投料人員即時投料），經(jīng)過一定周期的積累形成提前期約定，不同產(chǎn)能節(jié)拍下的需重新計(jì)算。具體問題如下：①線邊物料的呼叫提前期計(jì)算復(fù)雜，還需要在不同產(chǎn)能節(jié)拍進(jìn)行適時調(diào)整，多憑經(jīng)驗(yàn)判斷；②投料員接收呼叫信息之后，無法判斷等待組單期，只能及時投料，存在大量的單筐投料情況，導(dǎo)致配送工時浪費(fèi)和配送車輛的利用率低。

2 仿真目標(biāo)與仿真輸入

2.1 仿真目標(biāo)

表1 仿真目標(biāo)及內(nèi)容

2.2 仿真輸入

①生產(chǎn)計(jì)劃及作息制度：總裝車間設(shè)計(jì)產(chǎn)能30JPH，節(jié)拍為120 秒，生產(chǎn)班次為單班，具體作息制度略，表2 為生產(chǎn)計(jì)劃表。

表2 生產(chǎn)量綱和生產(chǎn)計(jì)劃

②物料相關(guān)數(shù)據(jù)：PFEP（Plan For Every Part）表注明了所有與倉儲、搬運(yùn)和使用該物料相關(guān)的信息，內(nèi)飾線所需物料的PFEP 表如表3 所示，主要信息包括每種物料的編號、消耗定額、投料位置、上線時間、零件分類、存放位置、投料容器類型、投料容器的尺寸和容量、投料方式、物料拉動方式、投料設(shè)備、組掛箱數(shù)、投料地點(diǎn)、線邊箱數(shù)等。

表3 物料PFEP 數(shù)據(jù)表

3 系統(tǒng)建模與仿真

3.1 輸入數(shù)據(jù)處理

準(zhǔn)備仿真程序需要讀取的數(shù)據(jù)，提取出excel 表中的投料地點(diǎn)、工位編號、貨架編號、貨格編號、線邊箱數(shù)、線邊停車站點(diǎn)編號、上架時間等數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)字化處理，以便仿真程序讀取。

3.2 建模與仿真邏輯

①生產(chǎn)線啟動運(yùn)行前備好所有線邊物料；②系統(tǒng)運(yùn)行開始，按照裝配線節(jié)拍和物料消耗定額，開始消耗線邊物料；③按燈系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)線邊物料不足，通知裝配線控制系統(tǒng)停止主線設(shè)備運(yùn)行；④按燈系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)線邊貨架配件數(shù)量小于拇指數(shù)，通知看板系統(tǒng)顯示送貨通知；⑤車輛調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)看板通知信息，組織車輛送貨；⑥配料組根據(jù)主線計(jì)劃信息，組織配件配盤備料；⑦牽引車將配件送到線邊貨架，關(guān)閉按燈。（圖1）

圖1 生產(chǎn)線組成及運(yùn)行邏輯圖

3.3 建立總裝車間仿真模型

總裝車間的基礎(chǔ)仿真模型包括涂裝后PBS 線、內(nèi)飾線、底盤線、最終裝配線、座椅線、輪胎線、動力電池線、前后橋分裝線等，仿真模型的工藝流程和物流邏輯與實(shí)際生產(chǎn)線一致。

3.4 建立物流配送仿真模型

在總裝車間仿真模型的基礎(chǔ)上，建立內(nèi)飾線物流配送的仿真模型，主要包括內(nèi)飾線所需物料的存儲位置區(qū)、配送路線、各工位線邊緩存區(qū)、牽引車輛及組掛的模型和相關(guān)參數(shù)，如圖2 所示。模型建立后，導(dǎo)入數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真試驗(yàn)。

圖2 總裝車間物流配送仿真模型

4 仿真結(jié)果分析

當(dāng)產(chǎn)能節(jié)拍為10JPH、牽引車速度為5 公里/小時，可得到如表4 的仿真輸出數(shù)據(jù)，不同的牽引車數(shù)量和不同的物料呼叫拇指數(shù)，對應(yīng)不同的停線時間和牽引車滿載率。當(dāng)滿載率要求為80%以上時，可選取當(dāng)配置8 輛牽引車，拇指數(shù)為5 時，牽引車滿載率80%以上，停線時間為零，表明物料配送及時，滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求。

表4 仿真輸出數(shù)據(jù)

仿真模型可進(jìn)行多因素多水平的仿真實(shí)驗(yàn)，最終可得出各零件合理的呼叫拇指數(shù)和牽引車數(shù)量，并可根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)能節(jié)拍和資源配置要求，修改相應(yīng)輸入數(shù)據(jù)后，快速進(jìn)行仿真驗(yàn)證，得到優(yōu)化數(shù)據(jù)，支撐物流配送方案的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。

5 結(jié)論

仿真結(jié)果表明，應(yīng)用離散仿真技術(shù)能有效地對物流方案、庫存水平、設(shè)備數(shù)量及參數(shù)等設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證與優(yōu)化，以降低生產(chǎn)成本和提高資源利用率。對仿真過程和結(jié)果的分析，還能幫助發(fā)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)存在的問題，進(jìn)一步幫助挖掘生產(chǎn)運(yùn)營管理中存在的問題，這也是仿真技術(shù)的應(yīng)用效果之一。同時，仿真模型和腳本程序的建立，往往具有可復(fù)用性和可快速修改性，方便在相似仿真場景中快速調(diào)用，縮短仿真周期。