梁 瑋
(風神物流有限公司,廣東 廣州 510800)
在汽車主機廠內設立的自動化立庫,常見的主要是滿足零部件或半成品自動化緩存和揀選功能的需求,通常設置在兩個加工工序車間之間,至少與其中一個貫穿相連。規(guī)劃該類立庫硬件設備時,主要需根據(jù)物流模式和作業(yè)流程確認設備功能需求,根據(jù)物流參數(shù)確認設備作業(yè)能力。其中最重要的3個物流參數(shù)為:存儲單元的容器尺寸,單元化部品的出入庫流量和單元化部品的庫存量,它們分別決定了立庫的單元貨格尺寸要求、存取設備(如堆垛機、穿梭車等)的出入庫頻率要求和存儲設備(貨架)貨位的數(shù)量要求,并以此進行設備的型號選擇和數(shù)量計算。本文以D公司H工廠的沖壓件立庫規(guī)劃為例,對這3個物流參數(shù)的計算方法進行分析,進而得出對應的立庫設備參數(shù)要求。
沖壓件從沖壓線尾下線后,經(jīng)過暫存,再根據(jù)下道工序“焊裝”的要料需求進行出庫,并供給到焊裝線邊。由于沖壓件的經(jīng)濟批量需求,具有一定的庫存,倉儲面積占用大,頻繁的出入庫作業(yè)占用勞動力多,采用自動化立體倉庫可有效解決以上問題。
沖壓件自生產(chǎn)下線至按需供給到焊裝工序,主要流程如圖1所示。
整體模式如圖2所示。①沖壓件滿容器下線入庫和空容器供給;②沖壓件滿容器和空容器存儲;③沖壓件料架自動編組并向焊裝料位供給。
圖1 現(xiàn)狀與自動化流程對比
圖2 D公司H工廠沖壓立庫模式
通過分析前后工序產(chǎn)線特點和沖壓件特點,按最大生產(chǎn)體制和產(chǎn)能測算物流參數(shù)。
3.1.1 產(chǎn)能信息。設沖壓車間共有Z條沖壓線,每小時平均理論沖壓次數(shù)分別為ASPH1,ASPH2,…,ASPHZ(單位:件/h),共產(chǎn)出n種沖壓件,單班作業(yè)時間為TZ。設焊裝車間共有y條主線,每條主線看做均衡生產(chǎn),生產(chǎn)節(jié)拍分別為TT1,TT2,…,TTy,共生產(chǎn)m種車型,單班作業(yè)時間為Ty。第i種沖壓件對應第j種車型的單班產(chǎn)量為Pij。
代入D公司H工廠相應數(shù)據(jù),得沖壓產(chǎn)能和焊裝產(chǎn)能見表1、表2。
表1 D公司H工廠沖壓線產(chǎn)能表
3.1.2 零件信息。沖壓件的零件信息包括BOM信息、容器信息和排產(chǎn)信息,如圖3所示。
表2 D公司H工廠焊裝線產(chǎn)能表
圖3 沖壓件信息分類
其中,差異比例指的是差異件(一般零件名相同,零件號僅末尾相差一位)在同種車型的用量比例,如零件同為右前翼子板,僅顏色有差異,這幾種零件的比例值總和為1。
以D公司H工廠部分右翼子板和右側圍外板為例,通過EXCEL表整理數(shù)據(jù)見表3。
表3 沖壓件信息匯總表示例
沖壓件排產(chǎn)的特點有:(1)內制件按相對固定種類排產(chǎn)。(2)沖壓批量與車型產(chǎn)量正相關。(3)部分零件產(chǎn)出時為一模多件。即部分零件沖壓1次同時產(chǎn)出2件或更多件。一模多件對計算沖壓件出入庫頻率的影響很大,因此需歸納零件排產(chǎn)規(guī)律,統(tǒng)計一模多件比例,對一模多件的零件下線流量賦予多倍值。
D公司H工廠的零件多為一模兩件,信息匯總見表4。
3.2.1 容器尺寸。若存儲的零部件品種比較單一,容器標準化程度較高,根據(jù)存取需求和經(jīng)濟能力確定是使用現(xiàn)有容器,還是重新定制容器,按貨態(tài)最大尺寸統(tǒng)一容器尺寸即可。若存儲的零部件品種較多,則可能存在多種容器尺寸。這種情況下,重新定制容器成本較高,可以就現(xiàn)有容器分類測算貨格尺寸。
設立庫采用的容器長、寬、高分別為l,w,h(單位:mm),結合容器尺寸,考慮側向間隙、垂直間隙及寬度方向間隙等安全距離,可得到貨格尺寸L,W,H(單位:mm)。其中,側向間隙a1主要考慮堆垛機的重復定位誤差、堆垛機或貨架立柱的垂直程度誤差等,垂直方向的上部間隙h1、下部間隙h2主要考慮堆垛機起升機構的停準誤差和貨叉的定位誤差等,留出安全距離。寬度方向間隙b需保證貨叉作業(yè)時不與貨架干涉。各方向的間隙取值視預留空間而定,一般取50-200mm[1]。若一個貨格設定大于1個貨位,還需考慮貨格內單元貨位之間的安全距離a2。
在容器尺寸基礎上,在長、寬、高各方向增加與貨格間的安全距離,可得到貨格尺寸。設單個貨格內有k個單元貨位(k≥1),即:
表4 沖壓件信息匯總表示例
沖壓件是典型的多品種多容器類零件,現(xiàn)有容器尺寸種類多,不同種類沖壓件對應的容器大部分都沒有通用性。D公司H工廠沖壓3條線的200種零件,現(xiàn)有容器總數(shù)量約4 650個,尺寸眾多,僅按長度嚴格細分,就有35種。按是否帶輪劃分,側圍和部分頂蓋為帶輪容器,其他均不帶輪,需配合臺車轉運。在未來零件尺寸維持不變的前提下,可沿用原有料架,按長、寬、高所在范圍,將容器尺寸分為8類,分類原則如圖4所示。
圖4 容器尺寸分類原則
為節(jié)省空間,使每貨格多放置容器,采用橫梁式貨架,部分容器寬邊對應巷道。在長、寬、高加上相應的間隙后,貨格尺寸設計結果見表5。
表5 貨格尺寸分類表
3.2.2 出入庫流量。沖壓件的入庫頻率是由沖壓線下線直至進入庫的流量確定的,出庫頻率是由從庫區(qū)出庫到焊裝線上線的流量確定的。本文中流量以每小時出入的容器總數(shù)為準。
(1)沖壓下線流量。每小時沖壓次數(shù)有2種表示方式,其中SPH表示每小時(不含生產(chǎn)停止時間)理論沖壓次數(shù),GSPH表示每小時(含生產(chǎn)停止時間)的實績沖壓次數(shù)。
設第i種沖壓件沖壓批量為BQi,總生產(chǎn)時間為Ti,直接生產(chǎn)時間為 ti,則:
如果無法知曉確切的直接生產(chǎn)時間,可按經(jīng)驗值將直接生產(chǎn)時間視作占用整體生產(chǎn)時間的75%。
通常SPH>GSPH,為確保存取設備正常穩(wěn)定運行,給予設備參數(shù)足夠的冗余,規(guī)劃時按較大的SPH值計算每條生產(chǎn)線對應的沖壓件下線流量。
設第z條沖壓線的沖壓次數(shù)計為SPHz,在該條產(chǎn)線上排產(chǎn)i種沖壓件,一次出產(chǎn)ni件,則沖壓件最大瞬時流量為:
Z條沖壓線瞬時最大總流量為:
在立庫設備入庫頻率匹配沖壓件下線瞬時最大流量時,能完全保證沖壓件即時入庫存儲而不會在入庫口產(chǎn)生堵塞,也不需要額外在立庫旁另設置冗余緩存區(qū)域。由于瞬時最大總流量是假設每條生產(chǎn)線同時產(chǎn)生最大瞬時流量來測算的,按此推算的設備出入庫頻率較大,影響實際設備使用率。因此測算完畢,還需統(tǒng)計歷史排產(chǎn)計劃,驗證最大流量。
以D公司H工廠沖壓線為例,對不同沖壓線生產(chǎn)不同零件時的SPH值計算得表6。
表6 D公司H工廠沖壓線SPH值
沖壓件基本為大件,容器均為鐵架,計算流量以單個料架為單位。對沖壓線1,一模一件沖壓件中,最小SNP側圍=13,一模多件沖壓件中,最小SNP翼子板=20,一次最多沖2件,則架/h;對沖壓線2,由于不排產(chǎn)側圍或頂蓋,一模一件沖壓件中,最小SNP后地板=50,一模多件沖壓件中,最小SNP冀子板=20,一次最多沖2件,則架/h;對沖壓線3,一模一件沖壓件中,最小SNP側圍=13,一模多件沖壓件中,最小SNP翼子板=20,一次最多沖2件,則架/h。3條沖壓線瞬時最大總流量為F0=f1+f2+f3=186架/h。
(2)焊裝上線流量。焊裝產(chǎn)線特點是:2條焊裝線節(jié)拍共90JPH,對內制件的需求頻率較穩(wěn)定,可認為出庫流量直接由內制件上線節(jié)拍計算求得。
設第i種沖壓件對應車型j的單班產(chǎn)量為Pij,對應第j種車型的差異比例為xj,第j種車型單車用量為PCj,共有n種沖壓件,m種車型,單班作業(yè)時間為Tw。則焊裝上線流量為:
D公司H工廠的焊裝上線流量,可對照零件信息EXCEL表(格式參見表3),測算得送至焊裝線的上線流量為58.25架/h。
(3)容器需求量。設第i種沖壓件的容器需求量為Qi,安全庫存量為SSi,沖壓件單次生產(chǎn)批量為BQi,鈑金占用容器數(shù)量為c,線邊料位占用容器數(shù)量為d,備用容器數(shù)量為Ri,則第i種沖壓件容器需求量為:
n種沖壓件的總需求量為:
由于線邊料位是長期占用容器的,備用容器無需存放在立庫中,則立庫庫容數(shù)量S可看做容器總量減去線邊料位占用量和備用量的結果,即:
在規(guī)劃D公司H工廠沖壓立庫時,容器數(shù)量總需求是按通用容器和專用容器之和來計算的。其中,通用容器指同類零件可共用的容器,使用通用容器的零件尺寸標準化程度較高,尺寸統(tǒng)一,典型的沖壓件為左/右側圍;專用容器指同類零件由于尺寸差異而采用的不通用容器,容器尺寸差異較大,除側圍以外的沖壓件容器均按專用容器計算。
由式(10)、(11)可知,側圍容器需求數(shù)量=(1.5天側圍總產(chǎn)量+1個沖壓批量的側圍總產(chǎn)量)/SNP側圍+鈑金占用容器數(shù)量+線邊料位占用容器數(shù)量。
其中,1.5天側圍生產(chǎn)所需容器用量為安全庫存量,1次沖壓所需容器量為單次生產(chǎn)用量,鈑金占用容器數(shù)量按經(jīng)驗值計為1,線邊料位占用容器數(shù)計為2。
由式(10)、(11)可知,第i種沖壓件(不含側圍)專用容器需求數(shù)量=1個沖壓批量/SNPi+安全庫存量/SNPi+鈑金占用容器數(shù)量+線邊料位占用容器數(shù)量。
其中,安全庫存量按4小時庫存量計算,每種零件鈑金占用容器數(shù)為1,線邊料位占用容器數(shù)為2。
按該方法測算得沖壓件容器總需求數(shù)為4 101個,減去線邊占用量,可視作立庫庫容需求量,計算得3 701個(參見表7)。
表7 D公司H工廠沖壓立庫容器需求測算結果
在物流參數(shù)測算過程中得到D公司H工廠的沖壓立庫設備能力要求如下:
(1)存儲能力:立庫庫容需求為3 701個貨位;容器數(shù)量總需求為4 101個;容器尺寸需求:最小容器L1 320mm×W1140mm×H1 040mm;最大容器L3 620mm×W1 920mm×H1 900mm。
(2)存取能力:堆垛機處理能力需求:單次入庫能力186架/h,單次出庫能力58架/h,復合作業(yè)能力(含空容器回庫)488架/h。
(3)出入庫輸送能力:要求AGV等出入庫設備的入庫能力186架/h,出庫能力58架/h,總出入庫能力(含空容器回庫)488架/h。
存儲單元的容器尺寸、單元化部品的出入庫流量、單元化部品的庫存量是立庫規(guī)劃中最重要的3個物流參數(shù)。由本文所述的物流參數(shù)測算方法,能快速得到D公司H工廠沖壓立庫設備能力的要求,并可作為通用邏輯,結合實際應用場景,推廣到其他主機廠生產(chǎn)工序間的自動化立庫規(guī)劃過程中。
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[1]劉昌祺.自動化立體倉庫規(guī)劃與設計第五講本期主題:自動化立體倉庫的參數(shù)選擇與比較(下)[J].物流技術,2012,(4):70-72.