淺析整車廠車體分配中心庫(kù)容量規(guī)劃方法

黃林林

（上汽通用汽車有限公司，上海 201206）

隨著工業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大，土地政策收緊及成本上升，自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)已成為現(xiàn)代物流系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)之一。從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性及入出庫(kù)效率來(lái)看，貨架長(zhǎng)高比是系統(tǒng)合理規(guī)劃的重要指標(biāo)，而系統(tǒng)庫(kù)容量直接決定貨架尺寸，因此，系統(tǒng)庫(kù)容量作為整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)依據(jù)，其設(shè)定的合理性顯得尤為重要。傳統(tǒng)物流自動(dòng)立體庫(kù)主要作為離線物料存儲(chǔ)，其庫(kù)容量根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，綜合考慮貨物的入出庫(kù)量、入出庫(kù)形式、存儲(chǔ)周期、安全庫(kù)存量、缺貨率目標(biāo)值等因素設(shè)定。但整車廠車體分配中心，形式上雖是自動(dòng)立體庫(kù)，但其實(shí)際為上下游生產(chǎn)線的一部分，主要是服務(wù)于上下游車間的生產(chǎn)平衡及車型再排序，因此，其庫(kù)容量將直接影響上下游車間正常生產(chǎn)，應(yīng)根據(jù)上下游車間生產(chǎn)需求合理設(shè)定。

1 車體分配中心簡(jiǎn)介

車體分配中心BDC 是聯(lián)接汽車整車廠三大車間（車身、油漆、總裝）的輸送系統(tǒng)。目前廣泛使用的車體分配中心與三大工藝車間的布局如圖1 所示，由兩大循環(huán)路徑組成：車身車間至油漆車間的白車身循環(huán)路徑；油漆車間至總裝車間的油漆車身循環(huán)路徑；其中主體是自動(dòng)立體庫(kù)（ASRS）的應(yīng)用，白車身及油漆車身均進(jìn)庫(kù)暫存。

圖1

自動(dòng)立體庫(kù)及相關(guān)機(jī)運(yùn)系統(tǒng)，作為上下游車間的緩沖區(qū)，其主要功能：（1）平衡車身、油漆、總裝三大車間生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)班次差異；（2）緩沖各車間進(jìn)出口一定時(shí)間的停機(jī)影響，以維持上下游車間正常生產(chǎn)；（3）滿足總裝車間以線平衡或準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)序?yàn)槟康牡能囆驮倥判蛞螅唬?）滿足工程車或雪橇臨時(shí)存儲(chǔ)需求。以上功能需求，全基于自動(dòng)立體庫(kù)的相應(yīng)庫(kù)容量得以實(shí)現(xiàn)，因此，本文將針對(duì)整車廠車體分配中心庫(kù)容量的規(guī)劃方法進(jìn)行深入探討。

2 傳統(tǒng)庫(kù)容量規(guī)劃方法

根據(jù)上述車體分配中心的功能定義，其庫(kù)容量由以下四方面構(gòu)成：

（1）緩存容量（緩沖各車間進(jìn)出口一定時(shí)間的停機(jī)影響）；（2）計(jì)劃波動(dòng)容量（平衡各車間的生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)班次差異化）；（3）排序容量（以線平衡或準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)序生產(chǎn)為目的的再排序容量）；（4）其他容量（工程車或雪橇臨時(shí)存儲(chǔ)等固定容量需求）。

由于整車廠生產(chǎn)模式的不同，一些工廠的車體分配中心不以再排序?yàn)橹饕δ埽虼耍瑐鹘y(tǒng)庫(kù)容量規(guī)劃方法，僅考慮緩存容量及計(jì)劃波動(dòng)容量。

緩存容量以各車間的緩沖時(shí)間為設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)各車間的歷史停機(jī)數(shù)據(jù)設(shè)定最大可接受停機(jī)時(shí)間為緩存時(shí)間。緩存容量設(shè)計(jì)原則：1/3 緩存容量用于白車身儲(chǔ)存；1/3 緩存容量用于油漆車身儲(chǔ)存；預(yù)留1/3 空位，考慮到兩個(gè)車間同時(shí)出現(xiàn)大停機(jī)的可能性微乎其微，因此，該預(yù)留空位為油漆車間入口停機(jī)引起的白車身儲(chǔ)存或總裝車間入口停機(jī)引起的油漆車身儲(chǔ)存共用。假設(shè)緩沖時(shí)間設(shè)定為45min，以48JPH（Job Per Hour）整車廠為例，其毛速度CT（Circle Time）為64s，則45min 緩存時(shí)間相當(dāng)于在立庫(kù)內(nèi)需儲(chǔ)存43 輛白車身或油漆車身，因此，緩存容量總共為129 個(gè)。

計(jì)劃波動(dòng)容量由上下游車間規(guī)劃產(chǎn)能及生產(chǎn)班次決定，即需設(shè)定庫(kù)容量滿足一天內(nèi)上下游間的最大產(chǎn)量差。各車間出入口故障引起的產(chǎn)能波動(dòng)，由緩存容量吸收，計(jì)劃波動(dòng)容量不考慮。假設(shè)各車間產(chǎn)能如下：（1）車身車間凈產(chǎn)能 30JPH，每天兩班，每班8 小時(shí)。（2）油漆車間、總裝車間凈產(chǎn)能48JPH，每天一班，每班10 小時(shí)。

以一天為周期，各車間一天產(chǎn)量平衡為480 輛。

車身車間出口每小時(shí)產(chǎn)量為30 輛車，兩班8 小時(shí)制，油漆及總裝車間每小時(shí)為48 輛車，單班10 小時(shí)制，則每天車身車間較其他車間多生產(chǎn)6 小時(shí)，總共產(chǎn)出180（6×30）輛，即需有180 個(gè)空庫(kù)位用于儲(chǔ)存車身車間多生產(chǎn)的180 輛白車身用于第二天油漆車間生產(chǎn)；第二天油漆車間以每小時(shí)多生產(chǎn)18 輛車，共10 小時(shí)，消耗前一天白車身庫(kù)存，在單班完成生產(chǎn)后，車體分配中心內(nèi)空出180 個(gè)空庫(kù)位用于車身車間的錯(cuò)班生產(chǎn)，達(dá)到整個(gè)工廠生產(chǎn)平衡。

傳統(tǒng)庫(kù)容量規(guī)劃中，計(jì)劃波動(dòng)容量是可以根據(jù)工廠規(guī)劃的生產(chǎn)模式準(zhǔn)確計(jì)算的。一般情況下各車間或上下游的生產(chǎn)模式及產(chǎn)能是平衡的，表1 的錯(cuò)班生產(chǎn)模式僅是生產(chǎn)啟動(dòng)階段或特殊時(shí)期的需求，因此基于精益規(guī)劃，實(shí)際庫(kù)容量取緩存容量或計(jì)劃波動(dòng)容量之間的大值。

3 以線平衡為目的再排序庫(kù)容量規(guī)劃方法

由于車型、配置不同，在總裝車間各工位對(duì)應(yīng)的操作時(shí)間不同，隨著在產(chǎn)車型的增多，可能導(dǎo)致某一時(shí)間段，連續(xù)超工時(shí)車輛進(jìn)入總裝，導(dǎo)致總裝整條線超時(shí)，從而影響車間產(chǎn)能。為保證在各別工位超時(shí)情況下，整條線不會(huì)超時(shí)而停線，需對(duì)進(jìn)入總裝車間裝配序列的車型進(jìn)行線平衡再排序，以優(yōu)化進(jìn)車序列，減少超工時(shí)車連續(xù)進(jìn)入。

車型再排序涉及眾多離散因素及車型調(diào)度策略，是一個(gè)交互影響的復(fù)雜離散系統(tǒng)，無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)得出排序容量。因此，規(guī)劃上需引入離散系統(tǒng)仿真軟件，如Plant Simulation，對(duì)整個(gè)車體分配中心進(jìn)行建模，分析不同調(diào)度策略下的合理庫(kù)容量。

該模型涉及兩個(gè)系統(tǒng)輸入(車身車間出口、油漆車間出口)，兩個(gè)系統(tǒng)輸出（油漆車間進(jìn)口、總裝車間進(jìn)口）以及自動(dòng)立體庫(kù)。主要輸入如下：

（1）各系統(tǒng)輸入&輸出口獨(dú)立運(yùn)行，在操作時(shí)間、設(shè)備開動(dòng)率、平均故障時(shí)間、平均故障間隔時(shí)間等影響下，在一定范圍內(nèi)隨機(jī)波動(dòng)，模擬車間出入口能力；

（2）高速堆垛機(jī)等機(jī)運(yùn)設(shè)備運(yùn)動(dòng)參數(shù)及立庫(kù)儲(chǔ)存策略模擬自動(dòng)立體庫(kù)設(shè)備；

（3）車型或配置比例、進(jìn)入總裝的線平衡排序規(guī)則等再排序信息。假設(shè)如表1 所示。

表1

油漆車間出口根據(jù)車型比例隨機(jī)生成油漆車身，油漆車身進(jìn)入立庫(kù)暫存，在系統(tǒng)預(yù)熱階段，關(guān)閉系統(tǒng)出口，使立庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)存一定量的油漆車身，作為再排序庫(kù)存；完成預(yù)熱后，系統(tǒng)出口開啟，立庫(kù)根據(jù)表格的規(guī)則，檢索庫(kù)內(nèi)符合要求的油漆車身進(jìn)入總裝裝配序列，如無(wú)匹配車型則記錄為失敗。

設(shè)定再排序成功比例作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，調(diào)整再排序庫(kù)存及庫(kù)容量，進(jìn)行多次仿真實(shí)驗(yàn)，綜合兼容緩沖需求及計(jì)劃波動(dòng)需求，仿真得出合理的庫(kù)容量值。由于白車身進(jìn)油漆車間無(wú)排序需求，從精益角度出發(fā)，為有效地減小庫(kù)容量，策略上可使白車身優(yōu)先直接進(jìn)油漆車間，一是避免堆垛機(jī)頻繁運(yùn)行，降低立庫(kù)存取能力；二是使庫(kù)容量最大可能用于油漆車身排序使用。

4 以準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)序生產(chǎn)為目的的再排序庫(kù)容量規(guī)劃方法

準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)序生產(chǎn)不同于線平衡僅為總裝車間產(chǎn)能服務(wù)，其涉及面更廣，從車身車間入口排產(chǎn)訂單生成到總裝車間整車下線，甚至包括零部件供應(yīng)商的生產(chǎn)訂單序列。因此，其對(duì)車體分配中心的再排序要求更為嚴(yán)格，但相對(duì)地，對(duì)車體分配中心的排序策略卻較為簡(jiǎn)單，車體分配中心僅作為執(zhí)行單元，按車型訂單順序恢復(fù)初始排產(chǎn)序列，如無(wú)法恢復(fù)序列，則檢索當(dāng)前所需序列的相同車身進(jìn)行替換即可，否則記錄為失敗。因此，研究準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)序再排序庫(kù)容量，必須先進(jìn)行車型亂序分析。

車型序列的亂序主要來(lái)自兩方面：（1）車身車間各工藝線的下線返修，返修車返回至主線引起的亂序；（2）油漆車間各工藝線的下線返修以及自身的色塊排序生產(chǎn)需求，引起的車身序列亂序。

其中，油漆車間是主要的亂序來(lái)源，由于生產(chǎn)排色的需求，需把進(jìn)來(lái)的白車身根據(jù)色塊重新排序，如圖2，各儲(chǔ)存道按色塊儲(chǔ)存，以使噴涂色塊越大越好；加上各工藝線的下線，導(dǎo)致車身序列經(jīng)過(guò)油漆車間形成較大亂序。

圖2

亂序分析主要是車身序列質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，即記錄車身進(jìn)入及離開車間時(shí)的車身序列，統(tǒng)計(jì)車身滯后或提前情況，假設(shè)圖2 中，第一行序列整齊的15 臺(tái)車身進(jìn)入車間，第二行為實(shí)際輸出序列，其中有11 臺(tái)車身與原始序列不同，第三行顯示兩者的比較值，6 臺(tái)提前到達(dá)（負(fù)數(shù)），5 臺(tái)滯后到達(dá)（正數(shù)），絕對(duì)值則代表提前或滯后到達(dá)的車輛間隔數(shù)。第三行即為序列質(zhì)量。

一般情況下，現(xiàn)有車間可通過(guò)記錄實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；新工廠規(guī)劃則需采用Plant Simulation 等軟件，模擬油漆車間進(jìn)行分析，采集序列質(zhì)量。如圖3，對(duì)某一油漆車間仿真，分析統(tǒng)計(jì)的序列質(zhì)量，結(jié)果顯示最大滯后893 輛車，最大提前207 輛車，大部分車落在滯后170 至提前150 范圍內(nèi)。

圖3

以序列質(zhì)量為基礎(chǔ)，準(zhǔn)序率為設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)定車體分配中心排序容量，如圖4，排序容量之間為可再排序窗口，即該窗口內(nèi)提前或滯后的車身進(jìn)入車體分配中心后，暫存至立庫(kù)，根據(jù)車型序列檢索出庫(kù)，完成車身再排序，記為準(zhǔn)序車身；反之，如提前或滯后車身在排序窗口之外，則車體分配中心庫(kù)容量不足以支持再排序，需檢索相同車身替換，替換成功則記為準(zhǔn)序車身，無(wú)替換車身則記為亂序車身；相同車身的替換，涉及眾多離散因素，需由Plant Simulation 仿真具體分析；在規(guī)劃初期，可將排序窗口外的車身，均記為亂序車身。這樣即可根據(jù)準(zhǔn)序率設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)定合理的排序容量。

圖4

假設(shè)工廠生產(chǎn)節(jié)拍為60JPH，可排序時(shí)間為2 小時(shí)，則排序容量為120 個(gè)庫(kù)位，即可再排序窗口為-120 ～120；亂序情況在這個(gè)范圍內(nèi)的車身，經(jīng)車體分配中心再排序后，均可記為0（準(zhǔn)序）；其余不在該范圍內(nèi)的車身，記為不等于零（亂序）；從而得出油漆車身經(jīng)車體分配中心后，準(zhǔn)序率可達(dá)74.94%。同線平衡再排序庫(kù)容量規(guī)劃方法一樣，總庫(kù)容量仍需根據(jù)規(guī)劃的車體分配中心功能需求及整車廠生產(chǎn)模式，綜合考慮緩沖容量、計(jì)劃波動(dòng)容量等。

5 結(jié)語(yǔ)

車體分配中心傳統(tǒng)庫(kù)容量規(guī)劃方法主要以各車間的緩存時(shí)間為設(shè)計(jì)指標(biāo)，而隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，整車廠生產(chǎn)模式的變更，對(duì)車體分配中心的功能需求也在變化，典型的以線平衡或準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)序生產(chǎn)為目的的再排序需求。實(shí)際規(guī)劃中，應(yīng)以功能需求為導(dǎo)向，設(shè)定合理的設(shè)計(jì)指標(biāo)，結(jié)合仿真手段綜合考慮各功能容量，不可簡(jiǎn)單計(jì)算疊加。