SPS單臺物料動態揀配管理模式在工程機械行業的研究及應用

曾世樑，李文利，文 化，覃 科

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州545007）

1 概述

1.1 裝載機裝配制造業務廠內傳統物流模式

裝載機裝配制造業務的廠內傳統物流模式主要是以批量上線為主，以器具按工位揀配一天的物料量存放于裝配線旁。因一種物料量會占用一個器具或一定量組合量存于器具上，造成裝配線邊配送物料器具用量多、占的面積大，形成裝配線邊庫，員工往返于裝配線邊各種物料器具拿取物料，效率非要低，同時物料帶包裝上線，揀料及流轉過程中極易磕碰、出錯。而隨著市場對工程機械產品品種多樣性、個性化的需求增多，工程機械產品的品種和產量也越來越大，物料的規格也越來越多，產品間的物料差異越來越大，裝載機裝配制造業務的裝配線邊庫管理越來越復雜。

1.2 裝載機裝配制造業務廠內單臺物料SPS配送模式的探索和運用

物料批量配送方式已經無法適應多品種小批量的裝配業務需要，需要建立滿足柔性化裝配需求的物料配送方式來快速應對不同需求的變化，即最佳的柔性化物料配送方式——單臺物料SPS配送模式，物料選擇和空箱返回在SPS揀配區進行操作，裝配員工只負責在隨行的SPS物料小車拿取物料裝配。單臺物料SPS配送的含義：按SPS（Set Parts Supply）物料單臺套供應，物料有序地從SPS分揀區超市料架上取下，按照SPS配貨方式送到指定工位[1]，即集中必要數量的物品，在必要的時間將必要的物料配送到必要的地點。

面對越來越復雜裝配線邊庫管理和挑戰，單臺物料SPS配送模式取消了裝配線邊的物料存儲料架或器具，在裝配線單獨分離出一塊物料揀配場地，應用物流的技術和IT的技術，采用單臺物料SPS配送隨行物料車，在物料揀配場地內完成的按照需要的產品單臺份物料，在必要的時間將必要的物料配送到指定的上線地點同步上線，單臺套的物料與裝配線同步隨行的方式，供應給裝配線裝配員工。單臺物料SPS配送模式體現了精益化的思想，集成必要的數量物品，完成物料拿取隨即裝配完，也是比較實用的防錯技術。

1.3 傳統物料批量配送模式與單臺物料SPS配送對比

傳統物料批量配送模式與單臺物料SPS配送差異對比，如表1所示。

表1 傳統物料批量配送模式與單臺物料SPS配送對比

2 單臺物料SPS配送模式研究和應用

2.1 汽車行業單臺物料SPS配送模式研究

單臺物料SPS配送模式廣泛應用各種企業行業，獲得了非常成熟的運用。從成套揀選、成套配送、物料隨行三個方面[2]策劃及實施，在裝配線分離的另外一個場地，汽車總裝線旁邊一般都有裝配線邊庫，裝配線邊庫會存放半小時、一小時或兩小時左右的零部件，SPS分揀區的物料庫存基準設定，并設置在裝配線使用工位的附近，保證了零部件的迅速供給。汽車總裝是混線生產，多種車型輪流總裝，這樣裝配線邊庫就需要存放多種車型的零部件。裝配線成套供給零部件的貨架所在的區域。由于單臺物料SPS配送臨近裝配線，SPS分揀區的物流作業人員按照生產指示（該指示根據車輛順序生成并按下線實績控制進度）在貨架上揀取一套零部件放于專用的物流周轉容器中，并用物料小車送到線側，實現零部件小批量多頻次的輸送，循環流轉。但是汽車行業SPS分揀區大多采用一物一位的緩存，需要大面積的貨位緩存物料，對場面的面積需求量大，物料使用后容易造成大量的空巢。

2.2 工程機械行業單臺物料SPS配送模式研究

中國國內工程機械著名制造企業SPS應用也比較早，未完全隨行走線，基本采用了汽車行業一物一位的緩存揀配單臺的模式，物料位置點固定，SPS分揀區占用了車間內部大量的面積，并在揀選零部件過程中，形成了大量的空巢。

3 現狀問題及需求分析

工程機械行業裝載機裝配制造業務現狀以傳統批量配送模式，入庫件倉儲依據SAP打印出的揀配單及物料標簽，將1天的配送批量按照工位原則進行分揀，按照裝機上線計劃，將物料批量送到裝配線旁，裝配員工到不同的器具上拿取物料，然后返回裝配線進行裝配，空器具由物流人員集中并大量周轉返回。

配送件依據SAP打印出的裝配發貨單，將1天的配送批量按照器具存載量及配送頻次，運用貨運車輛及叉車將物料批量送到線旁。裝配員工到不同的器具上拿取物料，然后返回裝配線進行裝配，空器具由物流人員送至指定位置，再由貨運車輛運回供方。

裝載機裝配制造業務裝配線機型多達20多種，各型號的生產節拍差異巨大，裝配所需求的物料切換非常頻繁，需求時間不固定，固定工位器具容納多型號的物料或增加不同的工位器具容納多型號的物料，裝配員工識別物料困難，極易錯拿錯裝。按照精益原則要求，需要縮小生產面積，而線旁的工位周圍器具多，現場擁擠，合理布置困難，減小生產面積較為困難；物料揀配員工需要打印揀配單和標簽，并按照工位揀配的方式進行批量揀配，需要在不同的庫位間反復走動，效率低。

4 SPS規劃和應用

4.1 物流模式

單臺物料SPS配送小車隨著裝配板鏈線行走，減少了裝配員工的取料距離，縮短找料時間，防止錯漏裝配，減少物料占用裝配線邊空間。同時，SPS單臺物料小車搭配0.5 t潛伏式牽引式AGV進行配送，掛置3臺套物料，分別向三個單元進行配送并流轉回空器具，配送周期25.2 min，取消了人工拉料，實現自動化配送。入庫件采用活動式倉位，物料采用活動序號，顏色區分，直配件采用固定式倉位.SPS物料配送模式在裝配線的主裝配線、前后車架部裝線和柴變合套部裝線已全部實施運用。同時搭建完整SPS的實施流程，如圖1所示，按流程進行實施。

圖1 SPS實施流程圖

4.2 實施SPS物料類別

經過分析實施后，結合7種常用類型產品及通用件（約10%通用），納入單臺套SPS物料7356種，約占總體物料的78%。實施SPS物料定義及種類數，如表2所示。

表2 實施SPS物料定義及種類數

4.3 SPS功能區域及路線布置

由于場地限制，不能采用汽車行業一物一位的揀配區域布置方式，必須采用精準動態式，為實現精確動態式，對完善了2個提前條件：首先設置倉庫區、集中分揀區（含直配小件寄售區）、排序區、空車停放區、上線區、下線區，圍繞主裝配線和部裝線，設置線旁物料小車上料、下料點，與工藝溝通，確定4個配送單元的線旁物料小車上料、下料點，保留充足的空間和安全距離。其次將原合套車間部分區域更改為單臺套SPS物料集中分揀區域，所有機型的單臺套SPS物料集中于分揀區域，分揀區域同時具有倉儲功能，外部供方提供的物料按照電子揀配系統進行靜態庫位分配及揀入。SPS功能區域及路線布置，如圖2所示。

圖2 SPS功能區域及路線

4.4 SPS設施、設備、器具

對器具進行精益化設計，既要區分工位，同時要區隔不同的物料擺放。首先是增加分揀區料架，料架設計為標準規格2 000×800×1 800，設置為5層，每層設放置標準B箱的位置共計10個。一個標準料架可存放5×10=50種，3 500種物料所需料架為70個。其次是設計單臺套SPS物料小車，裝配主裝配線1-5工位的SPS物料小車需裝載92種物料，裝配主裝配線6-15工位的SPS物料小車需裝載90種物料，前后車架的SPS物料小車需裝載106種物料，合套線的SPS物料小車需裝載86種物料，因此統一按120物料標準存放量設計了鋁型材單臺套SPS物料小車，設計規格1 200 mm×800 mm，提高滿足不同機型的柔性需求。SPS單臺配送小車，如圖3所示。

圖3 SPS單臺配送小車

4.5 揀配人員

根據單臺物料揀配時間的測算，單臺物料SPS揀配人員需求7人，只需要在現有配送人員工作內容變更后即可上崗作業，滿足了單臺物料揀配的需要。

4.6 單臺物料SPS配送模式所帶來的變化

已經采用SPS單臺套配送模式，覆蓋3T—7T機型，這種配送模式減少裝配工67%取料距離，縮短平均找料時間50 s/臺，減少物料占用線邊貨架4個，具體效果如下表3所示。

表3 SPS實施效果分析表

4.7 SPS單臺配送運營要求

對造成停線風險的相關問題需要運營方式進行管理，特別是針對異常管理，如圖4所示。

規范一：防止員工隨意拿取物料。制定管理制度，要求員工在本工位使用物料小車上指定范圍的物料，不能隨意拿取其他工位的物料，不能跨工位拿取其他工位物料小車上的物料。

規范二：及時記錄BOM不準確信息。物料小車上準備BOM更正記錄表，員工使用物料發現BOM不準確時進行手工填寫，最后由物流系統收齊后移交裝配線維護BOM表工藝技術人員，待工藝技術人員審核后在SAP系統上修訂BOM表。

規范三：對物料使用錯誤或裝配損壞進行判定補充。裝配員工使用錯誤或裝配損壞后，報告現場工藝技術人員確定，現場工藝技術人員填寫手工補料申請表，提交現場物流人員后，由現場物流人員至庫房進行補料。

規范四：及時對缺料進行處理。員工查看物料小車上的配送清單，確定是否缺料，確定物料小車上沒有清單上所列物料，向現場物流人員進行報告，由現場物流人員進行取證，確定后填寫手工補料申請表，并至庫房進行補料。

規范五：跟蹤并備注技術變更。技術變更的物料需要在物料小車上配送清單上備注1個月，以提醒物流人員及現場裝配員工了解技術變更的物料，提高裝配的正確性。規范六：將直配小件入庫的賬務處理。裝配線維護BOM表工藝技術人員羅列每種機型的直配轉入庫的小件清單，發于采購部及物流系統，按相關流程進行操作。

圖4 異常問題解決流程

5 后續技術研究和運用

5.1 電子揀選系統運用

現SPS揀配仍依賴與人工識別序列號進行揀配，揀配效率及準確性會受到影響。后續電子揀配系統與MES系統結合，運用指示燈讓員工傻瓜式揀配將大大提升配送效率；可采用每個貨位安裝一個電子標簽，其中前7位標簽值顯示物料號，后5位標簽值顯示數量。每貨位配置一個信號指示燈，當標簽顯示某物料時所對應的貨位指示燈點亮。可將揀配數據通過電子表格形式導入電子標簽軟件，電子標簽根據表格中順序顯示相應的物料號及數量且對應貨位指示燈點亮。此時揀配人員可通過亮的指示燈、顯示的物料號及數量快速及時的揀配物料。當完成正確數量的揀配后揀配人員可通過按下電子標簽的OK按鈕將數據傳回標簽軟件并熄滅此電子標簽。如果在揀配過程中揀配數量不足于標簽顯示值則可通過電子標簽的數字加減按鈕進行實際揀配數量調節，再通過OK按鈕進行確認。當單組標簽所管理的物料揀配完成后此標簽的LED燈息滅。電子標簽軟件將返回的數據與揀配數據進行對比返回數據差異，可將數據進行電子表格導出。同時可實現故障軟件報警功能，如指示燈或電子標簽故障須通過標簽軟件快速提示。

通過電子揀選系統運用，將現狀SPS揀配時間=拿單時間+看單序號時間+行走時間+看貨架序號時間+看單數量時間+揀配數量時間改為采用電子揀選系統時間=拿單時間+掃碼時間+行走時間+看貨架數量時間+揀配數量時間，因此采用電子揀選系統后揀配時間將遠小于現狀SPS揀配時間。

5.2 通用標準件SPS運用

目前通用標準件采用補料形式存儲在裝配線裝配線邊，補料以巡線形式進行補充，物料不足時裝配人員通過信息傳遞。這種形式存在造成線過貨貨架過多、巡線補料存在時差。因此，后續將在單臺套物SPS料小車上增加通用標準件盒，在單臺物料SPS揀配區對通用標準件進行定量補充，實現通用標準件的精益化配送。