面向整車制造過程的SPS物料配送研究

葉建，齊敬慧

（合肥工業(yè)大學機械工程學院，安徽合肥230009）

面向整車制造過程的SPS物料配送研究

葉建，齊敬慧

（合肥工業(yè)大學機械工程學院，安徽合肥230009）

在對SPS（Set parts Supply）模式下的物料配送進行分析的基礎上，提出配送松弛度的概念，以最小配送松弛度為優(yōu)化目標建立模型，提出了啟發(fā)式求解算法，得出SPS配送模式下單AGV（automated guided vehicle）單次配送的速度和套件數量，最后結合某車間物料配送的實例驗證了模型的有效性。

準時制；SPS；物料拉動；配送松弛度

由于混流裝配線生產的產品種類、配置繁多，導致線邊的物料種類和數量不斷增加。為解決生產線邊庫存不足問題、加強物料流控制和零部件的JIT供應，汽車制造企業(yè)普遍采用SPS模式配送物料。文獻[1，2]指出SPS系統(tǒng)的在國外的應用，不僅減少了物料的運輸距離、準備時間和線邊庫存空間，同時它將揀選零件和裝配零件的任務分離能提高裝配效率和裝配質量。文獻[3-6]介紹了SPS在國內的應用情況，實施SPS不僅能降低錯裝、漏裝，還能優(yōu)化零部件揀選分區(qū)問題并實現物料的JIT供應。文獻[7，8]對制造企業(yè)車間的物流模式進行了研究，建立了物料配送模型。

本文基于物料配送建模的研究成果，把配送建模方法應用于SPS系統(tǒng)，提出物料配送松弛度的概念，建立模型，在某一動態(tài)生產隊列下，求解出配送松弛度最小的AGV單車一次配送的配送速度和配送量。

1 SPS介紹

SPS模式的詳細流程見圖1.

由圖1可知，所有物料的搬運工作都是由下述的三個階段完成的，分別為：獲取車身上線隊列并生成對應的揀料單；按照揀料單備料；將備料用AGV送到裝配線上線點后隨生產線流轉完成裝配。

圖1 SPS運行流程圖

SPS模式與傳統(tǒng)模式的區(qū)別：由SPS的運行流程可知，在SPS模式下，零部件的揀選和裝配工作被分離開來，提高了裝配質量和裝配效率，但它需先將零件運到物料打包區(qū)，在打包區(qū)完成分揀操作后再用AGV牽引至生產線，造成了物料的“二次搬運”。

2 問題描述及模型建立

2.1 問題描述

物料配送松弛度是指AGV從物料打包區(qū)把零部件送到上線點處的時間與此次配送的第一套物料的實際使用時間之間的差值，其差值越小則說明物料配送的越準時。本文以AGV為研究對象，將AGV牽引空SPS物料小車到達物料打包區(qū)為配送的觸發(fā)條件。綜合考慮零部件揀料時間，AGV運行時間，已在配送途中的套件數量，線邊庫存余量及最大庫存量，生產線節(jié)拍以及上線點的需求時間窗等約束條件，求解出某一動態(tài)的混流裝配線生產隊列下單AGV單次配送的速度和套件數量。

2.2 模型建立及參數說明

為便于分析問題，做了如下的建模假設：

（1）AGV以設定的速度勻速往返于上線點和物料打包區(qū)。

（2）揀料員以車身為單位串行揀選零部件。

（3）不同種類車輛在物料打包區(qū)的揀料時間不同，但每一種車的揀料時間是一定值。

（4）配送路線是固定的，在車間規(guī)劃時已經設計好運行路線了。

各參數說明如下：

Pi為車輛種類的集合，表示不同車型、配置組合的車輛種類Pi（i=1，2，...n）；Tpi為不同種類車輛在物料打包區(qū)的揀料時間（i=1，2，...n）；C為AGV的最大運載量；V為AGV小車的運行速度（v1≤V≤v2，v1、v2為車間內安全行駛的速度上下限）；D為物料打包區(qū)與上線點之間的距離；LT為零部件配送到上線點處的最晚時間，配送時間窗是（0，LT）；CT為裝配線的生產節(jié)拍（CT為常量）；S0表示上線點處的初始庫存；C0為在途配送的AGV運載量；T0為AGV牽引空SPS小車到達打包區(qū)的時刻。

模型的優(yōu)化目標如下：

UT是該AGV此次配送的第一套物料在上線點處的實際開始使用的時間。

RT是AGV小車把物料從打包區(qū)運到上線點處的實際到達時間。

由（1），（2），（3）式可知：

其中，式（1）為優(yōu)化目標；式（2）表示配送物料的實際使用時間；式（3）表示配送物料的實際到達時間；（4）為目標函數；式（5）為AGV運行速度約束；式（6）為AGV運力約束；（7）為時間窗約束；式（8）為上線點庫存約束。

3 模型啟發(fā)式求解及實例驗證

3.1 模型求解

針對本文模型的特點，設計的啟發(fā)式非線性整數規(guī)劃方法的求解過程如圖2所示：

第一步，以AGV的最大運力去截取動態(tài)生產隊列作為此次的配送量。

第二步，用該配送量去求解優(yōu)化模型，得出配送速度。

第三步，依次判斷該配送量對應的配送速度是否滿足速度、時間窗和上線點的線邊庫存約束，若滿足條件則執(zhí)行第四步，否則執(zhí)行第五步。

第四步，輸出AGV配送速度和配送量。

第五步，將該配送量減1，轉第二步。

3.2 實例驗證

以某整車制造企業(yè)的總裝車間底盤裝配線為例，經過現場調研獲得的部分數據如下表所示，為了保證生產的連續(xù)運行，采用單邊時間窗限制物料的配送，最遲配送時間不超過物料的實際使用時間UT（LT= UT）；各種車輛的構成和揀料時間見表1和表2.

表1 不同車型和配置組合成的車輛種類表

表2 各種車輛的揀料時間表

已知：在途AGV的配送量為C0=4套，上線點處的庫存為S0=2套，在T0時刻AGV達到物料打包區(qū)，令T0=0.此時從MES系統(tǒng)同步的動態(tài)生產隊列為：P1，P1，P1，P2，P2，P4，P4，P4，P4，P4，P8，P8首先取AGV的最大配送量C=5，由式（2）、（3）可知S，RT>UT由式（4）知目標函數的取值大于等于0，顯然不滿足式（7）時間窗約束。

根據設計的求解步驟，將配送量減1即取C=4，此時的目標函數值為正，滿足目標函數的約束。經計算得V=27.69 m/min，因速度不為小數，取V=28 m/min，滿足速度約束式（5）；C=4

綜上可知，最佳配送量C=4，配送速度為V =28 m/min，此時目標值為0.714 3.

4 結論

本文發(fā)現滿載或者定量配送并不一定是最優(yōu)的，給出了在某一動態(tài)生產隊列下配送松弛度最小的AGV的配送速度和配送量的模型。為SPS物料配送的應用和推廣提供了可借鑒的思路，但本文研究的是單AGV小車的單次配送，后續(xù)研究應考慮AGV系統(tǒng)的配送。

[1]Smalley.Toyota′s new material-handling system[J].Lean Man agement Institute.2009，08（30）：12-15.

[2]Monden.Toyota′s production system：An integrated approach to just in time（4th ed.）[M].New York：CRC Press，2011.

[3]王高霖，藺宇.零部件SPS配送的揀選區(qū)柔性分區(qū)問題[J].工業(yè)工程，2013，02（04）：117-121.

[4]藺宇，趙宗原.SPS模式下零部件配送質量的混流裝配線總裝排序[J].工業(yè)工程，2013（02）：112-116.

[5]藺宇，鄧永鋒.基于均衡化的單量份揀選儲位分配方法[J].制造業(yè)自動化，2013（16）：127-130.

[6]汪玉春，齊二石.精益物流在一汽轎車生產過程中的應用[J].物流技術，2009，28（5）：111-114.

[7]葛茂根，劉明周，錢芳，等.基于JIT的多目標總裝準時物料配送方法研究[J].中國機械工程，2011，22（23）：2834 -2838.

[8]蔣麗，丁斌，臧曉寧.以工位為中心的生產物流配送研究[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2009，15（11）：2153-215.

Research on the Set Parts Supply of the Vehicle Manufacturing Process

YE Jian，QI Jing-hui
（School of Machinery Engineering，Hefei University of Technology，Hefei Anhui 230009，China）

Based on the study of the material distribution in SPS mode，the concept of distribution relaxation is proposed，and established the model with the minimum distribution relaxation and take it as the optimization target，obtained the speed and quantity of kits of single AGV（automated guided vehicle）single distribution under the SPS mode.Finally，an example of material distribution in a workshop is used to verify the effectiveness of the model.

just in time；SPS；material pulling；distribution relaxation

TH165.1

A

1672-545X（2017）06-0264-03

2017-03-21

葉建（1991-），男，安徽安慶人，碩士研究生，研究方向：制造過程監(jiān)測與控制；齊敬慧（1990-），女，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：制造過程監(jiān)測與控制。