平準化與定序化在S汽車裝配企業的應用

高大鵬，張祥杰

（上海汽車集團股份有限公司乘用車鄭州分公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

自2000年以來，我國汽車市場出現井噴式增長，汽車市場銷量增長可分為三個階段：第一階段，從2001年的230余萬輛到2010年突破1 800萬輛，年均增長率高達25%的高速增長階段；第二階段，從2011年開始產銷增長率大幅降低，年均增長率約為9%的正常增長階段；第三階段，2018年開始出現首次下跌，并持續到2020年，預計2021年有望逐步企穩，進入微增長或者橫盤階段。汽車行業的競爭格局也將進入到存量廝殺時代，汽車企業想要在激烈競爭中取勝，一是要滿足用戶個性化需求，二是要不斷精耕細作，探索汽車行業全價值鏈的價值提升，與供應鏈成本的持續優化。

汽車混線生產是從大規模生產向多品種、小批量轉變的關鍵因素，也是滿足用戶個性化需求的前提條件。但與此同時，汽車混線生產也給汽車物流與供應鏈帶來很大挑戰，諸如車型增多帶來零件數量指數級增加，從而帶來庫存水平不斷增加；不同車型對零件消耗速率不同，導致整個供應鏈流量的波峰波谷，進而浪費物流資源，這對作為供應鏈源頭的生產計劃提出了更高要求。

1 平準化與定序化概述

平準化是在多品種混線生產中的一個概念，是相對于批量生產而言的，指以產品裝配線的負荷波動最小為目標，科學合理地編制流水線上各種產品投產的先后順序，使生產的產品品種、產量、工時、設備負荷等全面均衡。在汽車行業，日本豐田汽車通過目標追蹤法，求解生產計劃的排產順序，以滿足生產線裝配工時、物料消耗速率的平準化需求。胡莎基于物料消耗平準化構建了排產模型，并利用Flexsim軟件對優化前后的排產順序進行仿真[1]。丁繼武等基于時段特征構建混流切換模型與混流排程方法，并通過實例驗證了排程結果的有效性[2]。宋華明等從供應鏈視角，構建了準時制系統中各級零部件供應速率平準化的數學模型，并運用模擬退火方法求解排產結果[3]。

目前，對生產計劃的研究大多集中在總裝車間的生產平準化方面，這對總裝車間裝配工時均衡化，供應鏈各環節物流流量均衡化都起到很好的作用。但是，隨著客戶個性化需求不斷增多，一個工廠所兼容的車型也不斷增多，多車型混線生產對焊接車間的物流供應提出更多挑戰，因線邊空間有限，部分零件需隨車型進行切換，為減少切換損失，對焊接車間的生產序列有了組批的需求。而總裝車間的平準化需求與焊接車間的組批需求顯然是矛盾的，這就需要生產計劃排程時借助WBS（White Body Storage，簡稱WBS）/PBS（Painted Body Storage，簡稱PBS）能力，統籌考慮平準化生產與組批生產的需求。

定序化是對生產計劃在平準化基礎上的進一步補充與約束，要求各車間在生產過程中盡可能減少對序列的打亂，并通過WBS/PBS庫區對打亂的序列進行調整，以確保實際生產序列與計劃生產序列一致。順序遵守率是反映定序化優劣的定量指標，該指標直接影響到零部件庫存水平的高低，即若順序遵守率較低，則需要建立較高的庫存應對實際生產序列與計劃生產序列的不一致，反之，則僅需要建立較低的庫存應對實際生產序列與計劃生產序列的不一致。

基于此，本文從總裝車間、焊接車間特點出發，構建兼顧焊接車間組批需求的平準化生產序列，并研究提升實際生產序列順序遵守率的方法。

2 平準化與定序化在S汽車裝配企業的應用

2.1 平準化目標設定

平準化目標設定前，介紹一下整車物料號的概念，整車物料號是由14位（不同企業長度略有不同）字母與數字組成，分別代表著車型平臺、動力總成等配置、內飾顏色、外飾顏色，在企業內部，車型級、配置級、物料號級代表著由粗到細的顆粒度。

平準化目標涉及時間范圍、班級別平準的顆粒度、上線序列平準的顆粒度三個維度，如圖1所示。對于平準化的時間范圍，行業內也有不同選擇，豐田汽車是月度范圍內平準，日產汽車是周度范圍內平準，S汽車為響應市場需求，將月訂單模式優化為周訂單，以及海外車型存在交付時間限制，故S汽車的平準化時間范圍設定為周度范圍內（周間盡可能平準）。對于平準化的顆粒度，結合兩種級別平準化的意義進行設定。班級別平準化對汽車物流與供應鏈流量的均衡化起著決定性作用，為了確保供應鏈各環節流量均衡，對周訂單總量按照物料號的顆粒度平均分配到每個班次，即班級別平準的顆粒度設定為物料號級。上線序列平準化對生產線的裝配工時、物流SPS（單臺車配套）配料工時、物流零部件配送上線工時的均衡化有著至關重要的影響，同時考慮到影響生產與物流工時均衡的因素主要取決于車型+配置，故上線序列平準化的顆粒度定義為配置級平準。

圖1 平準化目標的維度

2.2 生產計劃平準化步驟與方法

每周根據銷售的訂單需求、各車間的產能、生產限制條件策劃生產作業計劃（班次），根據班級別平準化原則，將物料號級別的周訂單平均分配至班次，在物料號級別做到周度訂單每班次總量一致。在班次生產任務確定后，將班次生產任務分解為上線序列，如圖2所示。生產計劃平準化的核心是上線序列平準化，結合平準化目標——生產線的裝配工時與物流SPS配料工時均衡化，本文根據出現率原理，編制生產計劃上線序列。

圖2 生產計劃編制步驟

編制班次上線序列分為三步，從報交計劃倒推，依次得出總裝車間序列、涂裝車間序列、焊接車間序列，具體如圖3所示。其中總裝車間序列是結合生產裝配限制條件，根據出現率原理生成；涂裝車間序列是結合油漆限制條件，以及顏色6臺組批原則生成；焊接車間序列是結合車身限制條件，以及車身12臺組批原則生成。

圖3 班次上線序列編制圖示

其中，總裝車間平準化算法的出現率原理是指根據各配置數量所占當班次生產任務數量的比例大小進行上線順序的選裝。第一輪次選擇各配置的上線順序，即對比V1-V3比例，選取比例最大的配置，第二輪次各配置比例減去已排產數量，對比V1-V3比例，選取比例最大的配置，依此類推，得出上線序列。具體來說，假設生產線有V1、V2、V3共3種配置的車型，需求分別為V1：50臺，V2:30臺，V3：20臺，比例分別為0.5,0.3,0.2，進行平準化計算后，得到總裝順序詳見表1。

表1 出現率算法示例

2.3 定序化方法

針對S汽車情況，定序化有兩層含義，一是上線計劃序列化，且SAP系統序列與實際上線序列一致；二是生產過程中的定序化，通過BDC等硬件以及RC（Route Control,簡稱RC）調度系統等軟件確保上線序列的順序遵守率。

S汽車最初無上線序列，SAP系統發布的是班次各車型批量上線計劃，備貨時無法確定實際投入時間，因此需增加1個班的安全庫存來應對，具體如圖4所示。

圖4 班次無上線序列的零件需求

結合上一節的班次生產計劃平準化，得到可以滿足焊接車間、涂裝車間、總裝車間各自限制的上線序列。此時，SAP系統發布的上線序列是可執行且與實際投入一致，零件只需按計劃需求時間到貨，可減少1個班安全庫存，為應對生產計劃波動，設置2h安全庫存，具體如圖5所示。

圖5 班次有上線序列的零件需求

在S汽車裝配企業，對于生產過程的順序控制采用了兩種控制方法。第一，生產序列邏輯優化。基于焊接車間、涂裝車間、總裝車間的需求計算生產序列，該序列不同于原來的班次批量計劃，是一種可執行序列，從根本上保障了順序遵守。第二，BDC調度+RC調度邏輯優化，設定車輛進出BDC庫區的規則。S汽車前期因為無定序需求，RC調度規則為各車型按照比例放車，未考慮序列，順序遵守較差。現將RC調度規則優化為順序控制，具體如下。

車輛進BDC庫區規則：①入庫車輛的生產序號和已有車輛車道最后一輛生產序號比較，大則入該道；②如果可進入車道多于一道，選擇尾車生產序號較大的一道；③如果沒有任何一道尾車比自己小，則另起一道；④對于③的情況，如果所有車道均有車輛則進入差值絕對最小的車道；⑤滿足區域設定HOLD規則，設定HOLD情況下HOLD車進HOLD道，若無則按上述規則；⑥滿足車道屬性設定，同時滿足當前車道封閉/解封功能；⑦若入車為空撬，系統按車道優先級入空撬。

車輛出BDC庫區規則：

①出庫時計算最后排庫區內空橇，若系統啟用優先排空橇功能后則優先排出。②HOLD車道在未解除HOLD屬性時不出車。③正常車輛按照生產序號的小號優先原則出車。

2.4 實施效果

S汽車從平準化與定序化維度對生產計劃進行優化后，物流與供應鏈收益顯著。一方面對于零部件安全庫存，生產計劃波動的安全庫存從11h下降到2h，大幅降低了庫存面積、庫存資金占用以及庫存管理成本。另一方面平準化的計劃帶來均衡化的零部件消耗，對整個供應鏈運作資源的均衡化也提供了有利條件。

3 結語

隨著豐田精益生產思想深入人心，國內外汽車企業涌現出大量關于生產計劃平準化理論與實踐，但實施效果不盡相同。本文結合S汽車現狀，以及三大車間的線體特點、特殊需求，以及物流與供應鏈運作需求，同時考慮零部件庫存優化，從平準化與定序化角度對生產計劃進行優化，取得一定成效。

當然平準化與定序化思想的導入只是開始，在實施過程中，仍需要精益求精、持續改善。如分析影響物流與供應鏈運作的特殊零件，并添加到平準化算法中；監控、分析順序遵守率差異原因，持續優化改進。