多尺寸塑料周轉箱優化汽車零部件物流研究

張文杰 李正軍

摘 要：隨著精益思想在汽車物流中的應用，汽車零部件的物流包裝容器正由多樣化向系列化、標準化改進，其中塑料周轉箱尤為受到廣泛關注。目前在零部件物流過程中主要還是使用瓦楞紙箱，并且在不同環節還存在更換包裝的現象；而塑料周轉箱還主要只在主機廠內部使用，沒有起到優化整個供應鏈的作用。通過模型構建，研究塑料周轉箱的多尺寸選取以及多個不同尺寸周轉箱的堆碼優化問題，可以進一步推廣塑料周轉箱的使用，從而優化汽車零部件物流系統。

關鍵詞：汽車零部件物流；塑料周轉箱；系列尺寸；堆碼方式

中圖分類號：F253.9 文獻標識碼：A

Abstract： With the development of lean thinking in the automotive logistics， logistics packaging of auto parts is moving from diversification to the series and standardization and then emerged； At present， the corrugated boxes is still the mainly logistics package in the parts logistics process， and there is also the phenomenon of the replacement of packaging in different links. Instead， plastic returnable container is mainly used in OEMs， without optimization in entire supply chain. This article will explore how to choose the size of plastic returnable container and stacking problem of a plurality of multi-size container， which aims to promote plastic returnable container and optimize parts logistics.

Key words： auto parts logistics； plastic returnable container； series size； stacking mode

0 引 言

隨著汽車產業的快速發展，零部件的物流效率和成本問題受到普遍關注，雖然國內汽車零部件物流在管理理念和方式上已有所引進和創新，但零部件的物流包裝仍呈現多樣化和不規范的現象，局部有所改善，整體效益不夠。汽車零部件的體型、大小、質量極其復雜，對于物流包裝條件的要求各有不同，大的如發動機總成，不僅體型大，而且質量重，而小的零部件如北油器配劑針既小又輕，質量僅幾克，這就給汽車零部件的包裝運輸造成極大困難，如何優化汽車零部件包裝，提高汽車零部件的運輸效率？要優化汽車零部件物流，就必須要有一套規范的物流包裝器具來連接供應鏈的各個環節。

汽車零部件物流作為汽車物流中重要的一環，是連接汽車供應鏈體系中各級零部件供應商、整車生產企業及終端用戶的紐帶，是集現代運輸、倉儲、保管、裝卸搬運、包裝、流通加工及物流信息等服務于一體的綜合性管理體系。在這個管理體系中需要合適的紐帶將各部分連成一個整體，即一套合適的物流包裝。目前超過半數的企業不同程度的采用國際上比較先進的循環取貨物流模式，塑料周轉箱是該模式中重要的物流包裝器具。

1 目前汽車零部件物流包裝容器使用現狀

汽車零部件很多，在其物流的集散工作中，塑料周轉箱主要用在主機廠內物流，在其它環節尚未投入使用。盡管目前仍有少部分的零部件供應商采用紙箱為標準包裝容器，但隨著零部件物流模式的不斷進步，采用可循環使用的塑料周轉箱已成為汽車生產企業和物流服務商的首選和趨勢。

在此過程中，第三方物流企業管理主要業務，協調供應商和主機廠的零部件供應，同時很多小型物流企業摻雜其中。不管是零部件的生產商還是汽車主機廠，都積極采用精益生產，一次生產的批量越來越少，倉庫存儲量減少，生產線上的在制品減少；從原材料到成品，一切都在運動中，運動著的產品能夠在需要的時間以合適的數量安全的到達指定地點，雖然運輸費用增多，但是在供應鏈的其它地方得到更多的利益。

面對精益物流的高速周轉、小批量、多批次特點，在零部件入廠之前使用了大量的瓦楞紙箱和木箱，周轉越快意味著產生的廢棄物越多，而且常用的紙箱和木箱已經不再適合精益物流的質量管理和實時跟蹤，無法順暢的連接各環節。面對不斷的變化，可以采用可循環使用的系列塑料周轉箱與托盤構成集裝整體單元，以局部整體應對精益物流的變化。

在塑料周轉箱應用于汽車物流的研究中，多位學者專家進行了深入研究，如：左新宇[1]從多方面闡述了塑料周轉箱在入廠物流中的優勢；李波[2]闡述了物流包裝標準化的意義，并提出汽車零部件包裝的要求；曾敏剛、朱佳[3]提出三種方案設計相同尺寸的運輸包裝；陳暉[4]提出零部件物流配送的標準化才能持續優化物流系統。

綜述來看，以汽車零部件物流運作整體流程為背景，在多批次、小批量快速周轉運輸中，如何在眾多尺寸的塑料周轉箱進行選擇以及將多個不同尺寸的塑料周轉箱進行堆碼優化設計，是一個非常值得研究的問題。

2 多尺寸塑料周轉箱的選取模型構建

在不同尺寸塑料周轉箱的選取上，要以現行托盤尺寸作為標準，然后考慮自身互相組合以及汽車零部件的尺寸[5]。我國的托盤標準是1 000×1 200mm和1 100×1 100mm兩種規格，在尺寸、結構和作業方式等方面基本實現了標準化[6]。系列化塑料周轉箱必須能和托盤形成一個完整的物流包裝單元，并在整個物流過程中保持統一。

標準物流包裝尺寸的制定主要是基于包裝貨物的物流合理化，尺寸可以從物流基礎模數尺寸（600×400mm）按倍數系列推導出來，然后再根據組合和零部件等的尺寸選擇合適的尺寸（得到的長和寬的尺寸要大于200mm）。按照1 000×1 200mm標準托盤進行劃分得到的尺寸規格，見表1。

以上通過分割方法得到的尺寸能夠保證包裝尺寸與集裝尺寸的協調， 但包裝外尺寸還必須與內裝物尺寸相協調。內裝物尺寸應與箱體尺寸相近或成倍數關系，以便充分利用箱內空間，提高托盤和汽車的空間利用率，因此物流包裝可以根據零部件自身屬性從以上分割尺寸中選擇合適的尺寸。

對單個零部件來說，選取方法是從分割尺寸中選取包裝尺寸與零部件在水平方向的投影尺寸成倍數關系，這個倍數的大小則與每批供應的個數相互關聯。模型構建如下：

設包裝尺寸M×Nmm，M>N，零部件在水平方向的投影X×Ymm，X>Y，包裝容器的壁厚為Smm，正整數J，I。

z值越小，則說明空間的利用率越高，z值最小時對應的M，N（均為系列尺寸）即為最優包裝尺寸。周轉箱的高度由車廂高度、零件普遍尺寸區間和取件人機工程來確定并形成一個高度鏈（例如h，2h，3h…），這樣便于箱體之間的相互配合與協調，現行的塑料周轉箱高度主要是兩個高度。

面對眾多的汽車零部件，首先要進行合理的分類，分類原則包括：外形、重量、包裝安全等級、批次需求量等。然后對每一類進行M、N的選擇，同時采用不同J、I的大小減少系列箱子的種類。當外包系列尺寸確定以后，即可有針對性進行內包裝設計和相關襯墊的設計。

3 多個不同型號塑料周轉箱的組合堆碼優化設計

隨著精益生產與精益物流日漸推進，無論在零部件入廠物流還是售后物流中，某種零部件一次的運送量很可能無法堆滿托盤的一層，更別說整托盤堆碼同型號的周轉箱，因此有必要研究多個不同塑料周轉箱在同一個托盤上的堆碼問題。根據國家標準[7]，目前普遍應用于汽車零部件物流的塑料周轉箱，主要包括以下幾種規格，見表2。

由于其尺寸的多樣性，堆碼不再像單一規格的塑料周轉箱一樣，問題可描述為：如何使用數量最少的托盤裝載一定數量若干種規格的長方體箱子。可以認為，其目標是在滿足規定約束條件的前提下，合理布局箱子在托盤上的位置，減小托盤上的無用空間，托盤使用總數目最小。模型構建如下：

在塑料周轉箱的高度設計上，尺寸規格較少且以倍數規范，因此高的周轉箱可以想象成同樣長寬尺寸的多個小箱子垂直擺放在一起，在以下建模中以現有規格的周轉箱高度為例，將其簡化為h和2h兩個規格；總共Q個周轉箱，其中前m個為高度為h的周轉箱，后n個為高度為2h的周轉箱，則等價為m+2n個高度為h的周轉箱，第i當m

如圖1所示為托盤平面圖，塑料周轉箱子水平放置。無論托盤還是箱子，將長邊尺寸稱為長度，短邊尺寸稱為寬度，箱子高度固定為h和2h。研究目標是將所有給定的周轉箱裝載到最少數量的托盤上。

模型的輸入參量如下：

數學模型如下：

式（2）～式（5）確保托盤每層上的箱子之間不重疊；只有位于同一托盤上同一層的箱子數目超過1時才檢查是否重疊，這種情形的考慮反映在式（6）；式（7）～式（9）保證周轉箱的完整性和唯一性，即所有箱子都安排了地方，且每個箱子只在一個托盤上的某一層上；式（10）和式（11）是保證任何一層的周轉箱不會超出托盤的平面之外；式（12）和式（13）分別考慮的是托盤上的堆碼的高度不可超過托盤的貨物限高和限重；式（14）和式（15）確保高度為2h的箱子的上下兩部分水平重合垂直疊放，且兩者在同一個托盤上。

以1 200×1 000mm和1 100×1 100mm兩種型號的托盤為例，提供模型求解，可以得出塑料周轉箱在托盤上奇數層平面布局圖，見圖4與圖5。

4 結束語

汽車零部件物流是現代汽車物流的重要組成部分，比一般物品的運輸、配送更具有專業性、復雜性。在各環節高速運轉中，若其中任何一環變成瓶頸，將降低整體效率，因而它們對物流包裝容器的要求更加嚴格。使用系列化的塑料周轉箱可以異中求同、同中存異，起到優化整體物流供應鏈的作用。其中的同要求尺寸要滿足標準化的尺寸鏈，異則體現在尺寸的系列化和內部設計的多樣化，在同、異之間要求系列化尺寸必須和托盤的堆碼進行匹配。

參考文獻：

[1] 李波. 汽車零部件取貨物流中的包裝標準化[J]. 物流技術與應用，2010（4）：85-87.

[2] 左新宇. 塑料周轉箱在汽車零部件物流中的應用[J]. 中國物流與采購，2011（6）：50-51.

[3] 曾敏剛，朱佳. 汽車零部件運輸包裝尺寸標準化研究[J]. 工業工程與管理，2013，18（2）：31-38.

[4] 陳暉. 汽車零配件的標準化物流配送研究[J]. 物流工程與管理，2015，37（5）：163-164.

[5] 李正軍，陳薪文. 托盤包裝在汽車零部件物流中的應用與改進[J]. 包裝學報，2010，2（1）：46-49.

[6] 趙皎云. 中國物流技術裝備標準化概述[J]. 物流技術與應用，2015（5）：31-36.

[7] 中國國家標準化管理委員會. 汽車零部件物流塑料周轉箱尺寸系列及技術要求[Z]. 2012.

[8] 高建華，楊汝清. 混料托盤裝載問題的建模[J]. 中國機械工程，2002，13（18）：1564-1566.