李 俚，陳昱晉，程萌萌，江美慧

(廣西大學(xué)廣西制造系統(tǒng)與先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004)

在多品種、小批量生產(chǎn)物料配送研究中，配送批次、配送間隔和批量是衡量物流精益水平和管理成本的關(guān)鍵因素。武保全等[1]認(rèn)為，庫(kù)存水平與配送批量直接相關(guān)，配送間隔與頻次呈反比例關(guān)系，并基于此設(shè)計(jì)了批量固定、間隔時(shí)間浮動(dòng)的動(dòng)態(tài)配送模型；韋香情等[2]提出時(shí)間倒排的方法，從時(shí)間和數(shù)量維度建立生產(chǎn)排程時(shí)區(qū)模型，以最遲完成時(shí)間約束保證作業(yè)完成；黨立偉等[3]結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)節(jié)拍，設(shè)計(jì)了一種基于配送的物料清單(bill of material, BOM)確定配送周期的循環(huán)準(zhǔn)時(shí)化配送模型，以此計(jì)算各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確物料需求量；李彥超等[4]結(jié)合產(chǎn)能與提前期信息，設(shè)計(jì)了一種直送看板供應(yīng)方法；蔣增強(qiáng)等[5]建立了基于配送成本最優(yōu)的時(shí)區(qū)配送模型。現(xiàn)有的定時(shí)不定量補(bǔ)貨方法多是依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行規(guī)劃、以生產(chǎn)節(jié)拍為基礎(chǔ)建立模型的，在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)無法及時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)線實(shí)時(shí)狀況的情況。生產(chǎn)車間作為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)程無法完全與節(jié)拍時(shí)間吻合時(shí)，這種以計(jì)劃為導(dǎo)向的配送方式極易產(chǎn)生線邊呆滯或缺料，而且現(xiàn)有研究方法大多圍繞配送上線的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與數(shù)量進(jìn)行研究，較少考慮物料發(fā)運(yùn)前的分揀換裝時(shí)間，因此易導(dǎo)致實(shí)際執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)斷層。

本文以A企業(yè)汽車電子開關(guān)組裝車間生產(chǎn)物料投料為研究對(duì)象，梳理工位生產(chǎn)物料需求，拉動(dòng)上線物料流動(dòng)邏輯，計(jì)算上線投料的時(shí)間序列，提出一種“剛性”(rigid)物料需求計(jì)劃與“柔性”(flexible)產(chǎn)線需求結(jié)合的觸發(fā)方法，構(gòu)建生產(chǎn)物料精準(zhǔn)配送模型，以期實(shí)現(xiàn)物料配送的均衡化，有效控制線邊庫(kù)存與改善物料呆滯。

1 “剛性”“柔性”觸發(fā)配送模型構(gòu)建

工位生產(chǎn)物料需求時(shí)間是整個(gè)生產(chǎn)物料配送任務(wù)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)(又稱觸發(fā)點(diǎn))，根據(jù)生產(chǎn)線排產(chǎn)計(jì)劃和工位物料需求計(jì)劃，采用作業(yè)倒排方式，建立車間物料配送作業(yè)排程計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)車間物料時(shí)區(qū)批量精準(zhǔn)配送。

1.1 時(shí)區(qū)生產(chǎn)揀選配送任務(wù)觸發(fā)模型

基于生產(chǎn)物料配送的服務(wù)特性，依據(jù)作業(yè)倒排原則，生產(chǎn)物料需要提前2個(gè)時(shí)區(qū)完成換裝分揀，提前1個(gè)時(shí)區(qū)完成物料配送上線。因此，對(duì)任意時(shí)區(qū)m生產(chǎn)所需物料，其揀選換裝作業(yè)、配送作業(yè)觸發(fā)時(shí)間通過倒推物料的揀選作業(yè)時(shí)長(zhǎng)、配送作業(yè)時(shí)長(zhǎng)以及生產(chǎn)時(shí)區(qū)的時(shí)長(zhǎng)獲得，物料觸發(fā)揀選作業(yè)任務(wù)時(shí)間模型和物料配送作業(yè)任務(wù)觸發(fā)時(shí)間模型如式(1)和式(2)：

TFm,x=Pstm-Pktm-2Tzm

(1)

TPm,x=Pstm-DLtm-Tzm

(2)

式中：TFm,x為m時(shí)區(qū)所需物料分揀換裝作業(yè)觸發(fā)時(shí)間；Pstm為m時(shí)區(qū)生產(chǎn)開始時(shí)間；Pktm為物料分揀作業(yè)時(shí)長(zhǎng)；Tzm為生產(chǎn)m時(shí)區(qū)時(shí)長(zhǎng)；TPm,x為m時(shí)區(qū)所需物料分揀換裝作業(yè)觸發(fā)時(shí)間；DLtm為m時(shí)區(qū)的配送作業(yè)完成時(shí)長(zhǎng)。

根據(jù)作業(yè)任務(wù)觸發(fā)模型，形成物料配送系統(tǒng)作業(yè)任務(wù)時(shí)序甘特圖，如圖1所示。

圖1 物料配送系統(tǒng)時(shí)序甘特圖

由圖1可以看出，每個(gè)時(shí)區(qū)m中均包含所在時(shí)區(qū)的生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)、(m+1)時(shí)區(qū)物料的分揀換裝與(m+2)時(shí)區(qū)物料的配送發(fā)運(yùn)作業(yè)。通過構(gòu)建物料配送系統(tǒng)的時(shí)序關(guān)系模型，明確各個(gè)配送作業(yè)間的銜接關(guān)系與觸發(fā)方式，形成時(shí)間維度的物料配送信息。

1.2 生產(chǎn)線物料需求“柔性”觸發(fā)計(jì)算模型

根據(jù)時(shí)序模型形成的時(shí)間維度和生產(chǎn)線產(chǎn)能，建立物流需求時(shí)間節(jié)點(diǎn)與物料數(shù)量關(guān)系模型，確立各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的物料揀選、配送作業(yè)數(shù)量，指導(dǎo)生產(chǎn)投料作業(yè)[6-7]。

1.2.1訂單占用產(chǎn)線時(shí)區(qū)數(shù)量計(jì)算

訂單需要在不同的生產(chǎn)線安排生產(chǎn)，生產(chǎn)線通常按照單位時(shí)區(qū)時(shí)長(zhǎng)和產(chǎn)能進(jìn)行排產(chǎn)，根據(jù)訂單n的產(chǎn)品數(shù)量，即可確定每個(gè)訂單生產(chǎn)時(shí)占用產(chǎn)線時(shí)區(qū)的數(shù)量，如式(3)所示。

(3)

式中：AQn,w為訂單n在生產(chǎn)線w生產(chǎn)時(shí)所占用的時(shí)區(qū)數(shù)量；Tw為生產(chǎn)線w單位時(shí)區(qū)時(shí)長(zhǎng)；Cw為產(chǎn)能；Qn為訂單n的產(chǎn)品數(shù)量。

1.2.2產(chǎn)線物料需求數(shù)量計(jì)算

根據(jù)式(3)分別計(jì)算每個(gè)訂單占用的時(shí)區(qū)數(shù)量，并將生產(chǎn)任務(wù)分別安排至各個(gè)時(shí)區(qū)。由于生產(chǎn)線物料需要經(jīng)常切換，因此通常定義訂單切換、換型清線操作的時(shí)區(qū)為換型時(shí)區(qū)，其他為非換型時(shí)區(qū)。

1)非換型時(shí)區(qū)物料需求數(shù)量。

對(duì)于非換型時(shí)區(qū)，訂單n在該時(shí)區(qū)的物料需求量跟產(chǎn)能、單位時(shí)間耗量與該物料x在該產(chǎn)品的BOM有關(guān)，某生產(chǎn)線某時(shí)區(qū)生產(chǎn)訂單n所需物料為：

XQn,x,w,k=Cw×Tw×BOM

(4)

式中：XQn,x,w,k為生產(chǎn)訂單n所需物料x在生產(chǎn)線w生產(chǎn)時(shí)第k時(shí)區(qū)內(nèi)需求的數(shù)量。

2)換型時(shí)區(qū)物料需求數(shù)量。

對(duì)于換型時(shí)區(qū)，則需要分別計(jì)算換型前訂單n與換型后訂單(n+1)的物料x需求量，對(duì)于時(shí)區(qū)k內(nèi)，換型前物料x需求量等于訂單n對(duì)物料x的總需求量減去k時(shí)區(qū)前訂單n對(duì)物料x的總消耗量，而換型后訂單(n+1)對(duì)物料x的需求量等于時(shí)區(qū)剩余時(shí)長(zhǎng)、產(chǎn)能與該產(chǎn)品使用的物料x的BOM的乘積。設(shè)THw為生產(chǎn)線w的換型時(shí)間，則換型前和換型后物料需求量分別為：

(5)

(6)

式中：XQn+1,x,w,k為換型后物料需求量；l為時(shí)區(qū)。

由于換型時(shí)區(qū)內(nèi)前后訂單可能對(duì)同一物料存在需求，將式(5)和式(6)的物料需求進(jìn)行合并，得到式(7)：

XQk,w,x=XQn-1,x,w,k+XQn,x,w,k

(7)

式中：XQk,w,x為生產(chǎn)線w在k時(shí)區(qū)對(duì)物料x的需求量，其值為換型前訂單(n-1)與換型后訂單n對(duì)物料x的需求量的和。

1.2.3生產(chǎn)線時(shí)區(qū)配送量計(jì)算

設(shè)FQk,w,x為k時(shí)區(qū)生產(chǎn)線w的物料x分揀數(shù)量，PQk,w,x為k時(shí)區(qū)生產(chǎn)線w的物料x配送數(shù)量，根據(jù)作業(yè)排程模型，同一生產(chǎn)線同一物料在k時(shí)區(qū)的需求量就是(k-1)時(shí)區(qū)的配送數(shù)量以及(k-2)時(shí)區(qū)的分揀數(shù)量。

1)若物料x在連續(xù)時(shí)區(qū)內(nèi)需求小于1整箱，則以實(shí)際需求數(shù)量XQn,w,k進(jìn)行分揀配送，由式(8)計(jì)算。

FQk-2,w,x=PQk-1,w,x=XQn,w,k

(8)

2)當(dāng)連續(xù)時(shí)區(qū)內(nèi)對(duì)同一物料存在非整箱的連續(xù)物料需求時(shí)，以最小整箱數(shù)進(jìn)行補(bǔ)貨，待線邊庫(kù)存不足以支持一個(gè)時(shí)區(qū)生產(chǎn)時(shí)再次補(bǔ)貨。設(shè)YQk,w,x為k時(shí)區(qū)生產(chǎn)線w線邊物料x余量，當(dāng)實(shí)際需求數(shù)量大于等于SPU(最小單元化數(shù)量)時(shí)，補(bǔ)貨量等于SPU的最小連續(xù)需求數(shù)量減去余量再乘以SPU數(shù)后取整，補(bǔ)貨量由式(9)計(jì)算。

FQk-2,w,x=PQk-1,w,x=

min∑XQk,w,x>SPU

(9)

3)在最后一次補(bǔ)貨時(shí)，以準(zhǔn)確尾數(shù)補(bǔ)足，由總需求量減去已配送量得到，由式(10)計(jì)算。

(10)

最后一批補(bǔ)足的尾數(shù)等于總需求量減去已配送量，由于式(9)中的限制條件是最小連續(xù)需求量大于SPU，因此最后補(bǔ)貨的尾數(shù)一定是非整SPU的。

2 實(shí)證研究

2.1 計(jì)劃排布

1)日排產(chǎn)計(jì)劃信息排布。

以A公司信息系統(tǒng)里11月15日的主生產(chǎn)計(jì)劃為例，結(jié)合1.1所建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)汽車電子開關(guān)組裝車間生產(chǎn)物料投料上線作業(yè)計(jì)劃安排信息進(jìn)行排布。該車間日工作時(shí)長(zhǎng)為22 h，以2 h為一個(gè)時(shí)區(qū)，共11個(gè)時(shí)區(qū)，排布的當(dāng)日排產(chǎn)日計(jì)劃信息見表1。

表1 排產(chǎn)日計(jì)劃信息表

2)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃時(shí)區(qū)分拆。

結(jié)合主生產(chǎn)計(jì)劃與產(chǎn)線產(chǎn)能，計(jì)算每個(gè)訂單的占用時(shí)區(qū)數(shù)量，將訂單生產(chǎn)數(shù)量分拆至各時(shí)區(qū)，得到每個(gè)時(shí)區(qū)內(nèi)(包括換型時(shí)區(qū)和非換型時(shí)區(qū))每種成品的生產(chǎn)量，見表2。

表2 組裝車間生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)區(qū)分拆表

3)車間生產(chǎn)時(shí)區(qū)物料需求計(jì)算。

依據(jù)式(3)，結(jié)合車間工位BOM表，計(jì)算每個(gè)訂單所占用時(shí)區(qū)的數(shù)量，得到車間工位物料需求計(jì)劃，同時(shí)，依據(jù)式(4)～式(7)，計(jì)算生產(chǎn)線某時(shí)區(qū)生產(chǎn)訂單所需物料，得到每個(gè)時(shí)區(qū)內(nèi)每種物料的消耗數(shù)量。以車間電路總成與基板集成兩種物料為例，通過計(jì)算，得到物料需求詳細(xì)時(shí)區(qū)計(jì)劃，見表3。

表3 物料需求時(shí)區(qū)計(jì)劃表

4)車間生產(chǎn)物料投料作業(yè)安排。

為了精準(zhǔn)有效地供應(yīng)車間工位生產(chǎn)物料，采用生產(chǎn)物料計(jì)劃倒排原則，結(jié)合表3和式(1)～(2)，對(duì)11月15日的車間生產(chǎn)需求物料的揀選、發(fā)運(yùn)作業(yè)進(jìn)行信息倒排，得到物料揀選時(shí)區(qū)表與物料配送時(shí)區(qū)表。再結(jié)合物料供應(yīng)流動(dòng)鏈的庫(kù)位信息、換裝信息，將物料揀選時(shí)區(qū)表與物料配送時(shí)區(qū)表轉(zhuǎn)換成面向揀選、換裝與發(fā)運(yùn)等具體作業(yè)的單據(jù)?？紤]作業(yè)倒排和車間生產(chǎn)的作息時(shí)間，料號(hào)為N0670140040與N077869950BH的物料，在11月15日第一個(gè)時(shí)區(qū)需要使用，故倒排至前一天進(jìn)行分揀與發(fā)運(yùn)。汽車電子開關(guān)組裝車間11月15日物料揀選作業(yè)安排表和物料發(fā)運(yùn)作業(yè)安排表見表4和表5。

表4 物料揀選作業(yè)安排表

表5 物料發(fā)運(yùn)作業(yè)安排表

從表4和表5可以看出，車間物料換裝揀選、發(fā)運(yùn)作業(yè)安排可以精確到小時(shí)、分鐘級(jí)別，在投料作業(yè)上實(shí)現(xiàn)物料流、信息流、作業(yè)流的一體化流程控制和有效執(zhí)行，為車間物料流動(dòng)鏈各節(jié)點(diǎn)作業(yè)和庫(kù)存需求提供精準(zhǔn)控制依據(jù)。

2.2 線邊庫(kù)存改善效果分析

將物料配送模型應(yīng)用于車間投料后，使得生產(chǎn)線的實(shí)際需求、生產(chǎn)線的生產(chǎn)進(jìn)度與物料需求狀況清晰地傳遞至倉(cāng)庫(kù)，倉(cāng)庫(kù)分揀、發(fā)運(yùn)作業(yè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)明確。采集某汽車電子開關(guān)組裝車間改善前2018年6—9月的庫(kù)存數(shù)據(jù)和改善后2019年6—9月的庫(kù)存數(shù)據(jù)，并對(duì)車間物料庫(kù)存周轉(zhuǎn)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到效果對(duì)比圖和物料庫(kù)存周轉(zhuǎn)曲線圖，分別如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 2018年改善前6—9月庫(kù)存數(shù)據(jù)折線圖

圖3 2019年改善后6—9月庫(kù)存數(shù)據(jù)折線圖

圖4 原材料改善效果對(duì)比圖

從圖3和圖4可以看出，改善后，在物料使用量增加的情況下，線邊庫(kù)存量大幅度降低，庫(kù)存周轉(zhuǎn)率明顯提高，原材料的月平均庫(kù)存周轉(zhuǎn)率由改善前的3.5次提高到4.7次。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)多品種、小批量生產(chǎn)需求，結(jié)合推式生產(chǎn)和拉式生產(chǎn)特點(diǎn)，在現(xiàn)有時(shí)區(qū)配送方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種準(zhǔn)時(shí)性物料上線的時(shí)序模型。通過模型對(duì)配送前的分揀換裝動(dòng)作進(jìn)行倒排，理清配送各環(huán)節(jié)間的時(shí)序關(guān)系，保證了配送作業(yè)的準(zhǔn)時(shí)性、物料供應(yīng)的敏捷性，最大限度降低線邊庫(kù)存，減少了庫(kù)存呆滯與物料品質(zhì)降低的風(fēng)險(xiǎn)。