面向汽车混流装配的SPS模式下物流均衡化方式研究

1、面向汽车混流装配的sps模式下物流均衡化方式研究 摘要 混流生产线是当前汽车行业被各厂商采用最广泛的生产组织方式。 文章为实现汽车厂商降低成本和提高产 品装配质量,重点研究了 sps 配送模式 下混合品种汽车装配线产前物流的 运作, 涉及总装排程、 零部件拣选和物流信息传递等方面,探索均衡化物流的实现路径 。 论文 首先在理论部分构建了论文理论 框 架 , 涉 及 sps 配 送 和 均 衡 生 产理 论 。分析了 混流装配线的 sps 物流配送运作模式 和流程,系统阐述均衡生产理论,涉及均衡生产的内容、 均衡生产实现的两个阶段以及均衡生产的数学模型, 同时提出在汽车混流装配线中最重要的目标是

2、装配工时均衡化和零部件消耗速率均衡化。 随后 文章 基于 sps 配送模式 ,设计出 sps 模式下均衡生产实 现路径 : 通过 总装排程 , 建立考虑零部件拣选质量的混流装配线 多目标 排序模型, 并用遗传算法求解多目标模型; 在零部件拣选方面 , 研究如何通过零件设施布局、 实施标准 作业和消除拣选作业浪 费实现作业均衡, 以提高拣选质量, 降低人员负荷; 在物流信息控制方面 , 设计了基于缩短配送循环时间的均衡化信息流传递机制, 并将研究重点集中在以时间为主线的物流信息控制, 探讨如何实现工序同期化和缩小批量规模等内容。 接下来论文 结合国内某著名汽车厂商 l 公司实 施产前精益物流案例

3、, 通过 总装 排程、 零部件拣选 和物流控制三个方面 应用单量份配送模式下物流均衡流程方案, 实际实施效果证明产前物流配送准时化程度、 配送质量、 人员作业负荷均有大幅改善。 最后对论文进行总结, 指出均衡化物流是汽车行业生产未来发展必由之路,并总结了论文研究不足之处。关键词 : 均衡生产 产 前物流 单量份配送 混流装配 遗传算法iabstract mixed model assembly line is the most widely used production organization in automotive industry. in order to reduce costs

4、 and improve the products quality, the article focus on the logistics equilibrium based on sps for mixed model assembly in motor industry, including the assembly scheduling, component selection and the transmission of logistics informationfirstly, the article constructed the theoretical framework, i

5、nvolving the the sps distribution model and balancing production theory. the author analyze the fundamental model and process for sps, and explain the equilibrium theory, which is composed of the contents, the two stages and the maths model. in many occasion, to achieve spare parts consumption rate

6、equalization and working hours equalization are the two most important goals for the mixed model assembly line. based on the sps model, the article give the approach how to achieve equilibrium. for the assembly part, a ranking model is design and considers the components chosen quality, and the auth

7、or use the genetic algorithm to solve the multi-objective model. for the component selection, the author try to improve the selecting efficiency by facility layout, implementation of standard operating and eliminatming the waste. for the transmission of logistics information part, the research focus

8、 on the logistics information control mechanism which base on time control and shorten the delivery cycle timenext, combined with the implementation of lean logistics for a well-known domestic automobile manufacturers l company ,the paper succeed to achieve the logistics equilibrium based on sps for

9、 mixed model assembly. the result shows significant improvement in degree on time, distribution quality and errors in selection.finally, the author summarizes the thesis innovation and inadequacies key words : balanced production; prenatal logistics; set parts supply; genetic algorithms; mixed model

10、 assembly lineii目录第一章 绪论 1 1.1 研究背景1 1.2 研究目的和意义2 1.3 研究现状及文献综述 3 1.3.1 单量份配送模式(sps )研究综述. 3 1.3.2 均衡生产研究综 述 4 1.3.3 产前物流研究综述 6 1.4 研究内容、方法及创新性 8 1.5 论文结构10 第二章 sps 和生产均 衡化相关理论. 11 2.1 sps 模式相关理论 11 2.1.1 传统物料上线方式. 11 2.1.2 单量份配送基本运行模式. 12 2.1.3 单量份配送模式的基本流程 13 2.1.4 单量份配送模式的目标和应用范围 13 2.1.5 单量份配送模式

11、的优势和要求14 2.2 均衡生产相关理论. 16 2.2.1 均衡生产概述 16 2.2.2 总量均衡17 2.2.3 按品种的数量均衡. 18 2.2.4 均衡生产的两个阶段 20 2.2.5 均衡生产的数学模型 22 第三章 单量份配送模式下均衡物流的设计 24 3.1sps 模式下均衡物流 整体设计24 3.2 总装环节物流均衡化的实现. 25 3.2.1 混流装配线排序模型的建立 26 3.2.2 遗传算法求解多目标排序模型28 3.3 拣选环节作业均衡化的实现. 29 3.3.1 设施布局的优化设计 29 3.3.2 实施标准作业 31 3.3.3 消除浪费33 iii3.4 基于

12、信息流控制的物流均衡化 35 3.4.1 缩小批量规模35 3.4.2 实现工序同期化. 35 第四章 l 公司产前物 流均衡化实现的案 例分析37 4.1 l 公司产前物流现 状概述 37 4.2 l 公司产前物流不 均衡问题38 4.2.1 总装计划排程存在问题. 38 4.2.2 筐式拣选中心零件拣选作业不均衡39 4.2.3 筐式拣选中心向进口件中转库要货信息不均衡 39 4.3 总装对筐式拣选中心物料需求均衡化的实现41 4.4 筐式拣选中心作业均衡的实现43 4.4.1 拣选作业均衡实现的思路 43 4.4.2 改进零件布局并优化人员行走路线45 4.4.3 为拣选制定标准作业49

13、 4.4.4 筐式拣选中心改善前后效果对比 52 4.5 筐式拣选中心向进口件中转库要货物流均衡化的实现54 4.5.1 筐式拣选中心向进口件中转库均衡要货的实现思路. 54 4.5.3 缩小搬运批量并实现工序同期化 55 4.5.4 实现缩短循环时间 56 4.5.5 进口件中转库均衡化供货流程. 59 4.5.6 筐式拣选中心均衡化要货流程. 60 4.5.7 改善后均衡要货效果64 第五章 结论及展望. 66 5.1 文章总结及结论66 5.2 论文创新贡献及未来研究方向66 参考文献. 68 发表论文和参加科研情况说明. 71 致 谢. 72 iv第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 研

14、究背景 (1 )汽车行业发展现状及面临问题 随着国民经济的发展, 国民消费水平日益提高, 作为消费领域重要支撑的汽车行业在经济发展过程中扮演越来越重要的角色。 近几年汽车需求迅速增长,2005 年全国汽车销量仅 575 万辆, 但 2011 年国内汽车市场全年销量已突破 1800万辆 。 需求的增加在极大推动 汽车工业的发展 的同时, 也对车厂商带来巨大的挑战。 厂商面临的挑战主要表现为三个方面:第一,消费者 随 着 消 费 水 平 的 提 高 ,对汽车产品的多样化和个性化提出更高的要求, 厂商需要及时应对消费者的需求变化, 以维持现有市场份额; 第二, 面对如此巨大的汽车消费市场, 国产、

15、合资、外资企业纷纷加入其中,近年来汽车行业内部竞争愈演愈烈, 尤其是 2010 年汽车消费刺激政策的出台, 致使各厂商纷纷扩张产能, 据中汽协公布数据, 至 2015年汽车行业 产能有望突破 4000 万辆,行业极有可能面临严重的产能过剩 ,且当前已经初露端倪。 这会给当前行业内部竞争带来更大压力, 促使各厂商在终端市场展开价格战, 行业盈利能力下降趋势难以避免。 鉴于此, 厂商会逐步将战略重点转向内部控制, 如何降低产品生产成本成为厂商面临的重要挑战; 第三, 汽车产品结构复杂, 零部件众多, 成千上万的零部件制造商组成了汽车行业庞大而又复杂的产业链条 , 如何通过控制供应链的物流供应, 保

16、证产品生产质量, 是厂商另外一个重要着眼点。 (2 )汽车生产面临质量和成本的双重挑战 厂商面临是上述挑战中,降低生产成本是厂商保持利润增长最重要的途 径 。而根据物流冰山理论, 制造行业的生产成本中, 物流成本占据 70% 之 高, 而汽车行业由于零部件众多更是如此, 而如何控制复杂的产前物流, 降低物流成本是降低汽车生产成本的关键所在。 另一方面, 2008-2010 年间丰田在全球的召回事件导致其 5 年首次出现亏损, 以及大众今年的 “刹车门” 事件, 对整个行业带来巨大冲击, 近年来保证汽车生产质量是各厂家关注的重点。 而 “召回门” 和 “刹车门” 的根源都在于零部件故障,从源头控

17、制零部件的配送 、 拣 选 、 检 验 等 环 节 ,防止质量零部件 流入总装环节, 并确保合格零部件的 jit 供应是解决 问题的关键所在。 因此, 对汽车制造产前物流的研究, 是汽车厂商降低生产成本, 提高产品1第一章 绪论 质量的重要保证。 1.2 研究目的 和意义 (1 )零部件物流均衡化的必要性 当前主要汽车厂商 生产均采用混流生产方式, 混流装配线(mixed-model assembly line ,mmal) 概念最早由 kilbridge md 和 wester 提出, 并被分为两1种主要类型 。 混流装 配线 是指在一定的时间内, 在一条 装配线上同时生产出多种不同型号的产

18、品, 产品品种可以随顾客需求变化而做出调整 。 混流装配能在短期内, 尽可能的满足不同顾客的个性化需求, 从而是企业能够快速响应市场需求的变化, 降低库存数量, 减少生产过程在制品, 缩短产品生产时间, 进而节约流动资金以降低生产成本, 提高企业产品竞争力。 混流装配是同时生产多种类型产品的有效方式, 它使得生产系统在维持低量库存的前提下, 能够快速响应市场需求的变化。 其一般形式 是: (1) 生产线上 n 种 产品是联系、 混合投入 的; (2)生产线上的 n 种产品一般是规格和型号不同, 但是工艺和结构类似; (3) 生产过程中,不同产品之间的转换基本上不需要调整生产线。 混流生产给生产

19、组织带来最 大的困难在于如何将所需零部件准时、 准量得供应到总装线旁边, 物流的供应和计划的排程 达到生产均衡 是实现 jit 的关键的两点。通过 装配环节合理得计划排程,将汽车产品以市场 需求 的速度平均的生产,实现零部件消耗的均衡, 使得零部件厂商和中间物流供应商对于零部件需求有可预期的需求信息, 能有效实现物料的准时供应。 因此, 在汽车总装过程中, 均衡生产是 实现准时化生产的基础。 (2 )零部件物流均衡化的目的和意义 本文将研究重点集中于如何实现零部件配送均衡化, 目的 主要基于如下几个方面 : 第一, 提高零部件消耗速率 稳定 性。 由于每个循环内生产的种类和数量都一样, 因此后

20、工序向前工序领取或向零部件仓库领取的零部件种类和数量比较稳定, 向供应商订货的类别和数量也比较稳定。 第二, 保证设备和人力负荷稳定化,提高利用率。 各个生产阶段所需求的种类及数量稳定, 会使各工序以及供应商的生产 负荷也较稳定, 设备和人力利用率也较高。 第三, 降低在制品和库存量。在制品库存量与生产批量 成正比, 均衡化生产需减少批量, 因此库存也将大量减少。第四, 提高 对市场的反应速度。 均衡化生产减少批量, 使每一个产品制造周期大幅缩短, 大大提高了市场响应能力。 第五, 使工人操作更加熟 练。 工人在批量较大的生产情况下, 一般各品种每月重复生产一次, 由于相隔时间长, 在切换做另

21、一产品的初起时, 往往作业效率低, 易产生品质问题。 在均衡生产的条件下, 工2第一章 绪论 人每天都要生产不同种类的产品, 通过这种高频率切换的生产方法, 使得工人对这几种产品的操作越来越熟练,有助于提高劳动效率。 因此, 对于采取混流生产方式的汽车厂商, 通过控制产前物流的均衡化, 降低在制品库存, 减少人员、 设备数量, 并进一步实现零部件准时化供应, 是厂商降低生产成本, 提高产品质量的重要途径。 在当前阶段, 我国汽车厂商竞争激烈程度进入白炽化阶段, 各厂商在提 高产品品质和优化内部控制两端相互竞争, 最终体现为产品质量和生产制造成本的控制能力, 而物流均衡化的实现是在生产制造环节对

22、成本控制和产品质量的重要保障。 本文 对于混流装配线产前物流均衡化实现的研究, 一方面能推动物流理论学术研究的发展, 具有重要的学术研究意义,另一方面对于优化汽车行业物流环节、 缩减物流成本, 进而推动我国汽车工业的发展,具有现实的指导意义。 1.3 研究现状 及文献 综述 1.3.1 单量份 配送模 式(sps )研究综 述 单量份配送 (set parts supply ,sps ) 指在与生 产线分离的物流配送区, 按照多品种均衡化混流生产的产品上线顺序, 将满足装配单位产品的零部件提前拣选成组,并装载至特定运输工具(一般为筐车) ,配送至生产线侧,随产品沿生产线流动, 筐车装载的部件按

23、工序装配到产品上的过程 。 邬万江基于单量份配送基本模式,系统研究了单量份配送模式的流程,涉及 零部件 的 订 货 、 入 库 、 存 储 、2拣选、 出库等环节 。 覃 祖宾以上汽通用五菱汽车推行 sps 物料上线项 目, 对项目推行进行详述,并以推行前后的效果对比证明 sps 能大幅减少线旁 场地占用面积, 改善员工总装环节作业环境, 消除生产安全隐患, 提升产品装配质量, 减3少因缺件漏件导致的停线时间, 并分析了 sps 系统对于工段建设的作用 。 张硕等研究了一汽轿车股份有限公司 sps 系统,研 究主要针对一汽大众一次内饰、二次内饰拣零部件选环节的所采用的 sps 系统 ,阐述了随

24、动装置设置原理,研4究角度更多是机械动力学方面 。 侯炜研究了 sps 系统运行的原理、 内 涵及优势和劣势,并以上海汽车临港工厂在实施 sps 系 统为例 ,阐述了单量份配送系统5实施过程中需要考虑的因素, 包括零部件分类, 工位划分等 。 汪玉 春、 齐二石等研究了 sps 运行模式 和原理,阐述了单量份配送的优势在于提高物流系统对总装需求变动的灵活性、 降低配送错漏配率, 提高总装产品的质量和可动率、 提高总装装配作业人员的作业熟练程度、 进一步专业化分工并提高作业标准化程度、3第一章 绪论 缩短总装线长度的同时减少生产线旁物料占用面积、 降低生产线设备投资、 优化装配人员作业水平缩短装

25、配时间, 并以一汽为例研究了单量份物流上线模式的推6进过程和推进效果 。 刘海波在前述 sps 运行 模式研究基础上, 重点研究了单量份物料配送模式适用范围,并得出结论大件不适合 sps 系统,而 中小件采 用单量份上线具有多方面的优势,最后以丰田堤工厂为例,分析了 sps 模式在生产效率提 高、降低成本和改善品质管理等方面的效果。 耿炜以上海通用(沈阳)北盛汽车运行 sps为研究对象, 分析了系统实施中管理体系、 场地准备、 流 程开发、 流程培训及执7行等环节, 并着重研究开发信息管理系统的流程 。 王建华研究了 sps 物料上线系统的功能优势, 阐述了该系统通过打破柔性化生产线旁的空间限

26、制实现对上海通用柔性化生产的支持, 并从另一层面研究了 mas 亮灯分拣系统对 sps 系统运行的支持辅助作用 ,该研究重点关注 sps 模式 下物流系统和信息流系统的有效8契合 。 通过对 已有研究文献的梳理, 发现大部分文献对于 sps 研究主要集中 在两方面:一是研究 sps 零件 拣选系统运行模式,探讨该模式的 适用范围及优势;二是研究企业实施 sps 零 件拣选系统 的流程,包括实施准备、实施过程、如何实现信息系统对物流系统的支持 。已有研究更多关注于 sps 系统的实施 和运行效果, 而对于运行过程中的控制优化并没有相关人员进行研究, 尽管部分研究涉及sps 对生产现场带来的 挑战

27、, 如对拣选环节上 游零部件配送准时化 和均衡化、零部件拣选质量 (低错漏 配率) , 但并未研究相 应的解决措施。 因此, 基于 sps 运行模式,研究如何提高拣选质量,同时实现上游零部件供 应 的 准 时 化 和 均 衡 化 ,具有较高研究价值和生产实践指导意义。 1.3.2 均衡生 产研究 综述 按照日本 目白大学 门田安弘教授在其著作 新丰田生产方式 中, 完 整得构建了均衡生产的要素技术体系, 将均衡生产按内容划分为总量均衡和按品种的数量均衡, 按 “均衡” 的 内涵分为工时均衡和零部件需求速率的均衡。 按照第二种分类方式,现有研究综述如下: 第一, 对零部件需求 消耗速率均衡的研究

28、 。 零部件消耗速率均衡是传统意义的均衡生产, 学术界对此研究主 要从生产系统实际运行角度切入, 具体通过控制9终端需求, 在拉动式生产方式下, 通过合理的计划排程实现零部件消耗的均衡 。对于均衡化的研究 , 丰田公司在丰田生产方式 (toyota production system ,tps )中 最早提出以 各零部件使用速率均匀化为调度目标,并采用目标追踪法(goal 4第一章 绪论 10chasing algorithm ,gca ) 求解模型 。 由于目 标追综法容易陷入局部最优, 随后学者提出各种智能算法求解该模型,如遗传算法、模拟 退 火 算 法 、 蚁 群 算 法 、11 12粒

29、子群算法 等 ,并对各种算法做出 改进,如扩展贝叶斯算法 、蚁群 算法 、13粒子群算法 。 单一追求 各零部件使用速率均匀化, 经常与实际生产差距较大,同时考虑多目标的排序模型对实际生产更具有指导价值, 因此学者提出了其它不同的目标函数,如最小化工位的闲置与超载时间、最小化 装 配 线 产 品 切 换 时 间 、最小化最小生产循环周期等, 并建立多目标排序 模型, 典型如董建华等 针对单级混流装配线排序问题, 提出了一种混合遗传禁忌搜索算法 , 并通过一个混流装配14线排序实验,分别利用遗传算法和遗传禁忌搜索算法进行求解 ,此 外还有叶15 16明、王宁生 ,范明海 等针对多目标排程问题的研

30、究 。 以上对 零部件消耗速率均衡的研究 , 局限在只考虑装配环节, 从生产计划方面展开, 但 近两年学术研究热点逐渐转向研究多级混流装配线的排序问题。 如熊福力等在研究汽车混流装配排程问题时考虑涂装车间的颜色批量约束, 建立 涂装17车间与总装车间两阶段的 排序模型 。叶明等 则同时考虑了涂装车间的颜色批18量约束, 以及涂装与总装车间之间的缓存区, 建立 带有缓存区的 多级排序模型 。王炳刚等研究了包含混流装配线和零部件加工线的多级优化排序问题, 以 均衡化混流装配线的零部件消耗和最小化加工线总的切换时间为优化目标, 建立优化数19学模型 。曾敏刚等提 出零部件入厂物流 均衡化的设计流程,

31、包括订单、集货20平和接收 均衡化 实现的流程,但局限于宏观的入厂物流 ;何新,黄 志刚从计21划层面分析了丰田公司车辆计划, 得出结论物 料供应 均衡化 是 jit 的 必要条件 。 第二, 对工时均衡的研究。 工时均衡是在门田安弘关于均衡化的要素技术体22系中,广义的均衡化,研究主要是围绕 设计阶段的混流装配线平衡问题 ,目前已有大量学者进行了深入研究, 主要考虑各工作站负荷平衡问题。 thomopoulos 以最小化总惩罚成本为目标建立了关于生产线负荷平衡的数学模型, 并采用启发23式算法进行求解 。 随 后,thomopoulos 采用 组合优先图的方法, 将混流装配线转化为单一品种装

32、配线进行处理, 并采用单一品种装配线平衡的技术和方法寻求24混流装配线的平衡 。 随后,roberts sd 和 villa cd 建立了整数规划模型, 用以求解混流装配线平衡问题, 但由于此模型为单一流水线平衡的修正, 模型中变量个数和约束条件随着工作站个数增多而呈爆炸性增长, 在生产实践中并未得到应25用 。dar-ei em 在 kilbridge 和 wester 等人研 究基础上,从工作站类型、产品投放规律、 输送系统等方面研究了混流装配线的主要特征, 并对其进行详细分类26 27。bukchin j 研究了基 于订单生产的混流装配线平衡问题 。simaria as 针对混流装配线上

33、存在并行工作的情况,建立了数学模型并采用遗传算法进行求解28 29。 国内宋华明提出对混流装配线采用并行设计方法, 以解决装配线平衡问题 。 5第一章 绪论 上述 对生产均衡化的 研究并未考虑零部件配送 质量 的影响 (配送质量指配送过程中实现 jit 的程度 ,准时、准量、零错漏配率表示配送质量最高) ,其假设30均为 零部件能够准时、准 量、按所需零部件准确无误地供应到装配线 。但实际生产实践中, 尤其对于以汽车生产为代表的混流装配线运行, 零部件配送质量对总装线的平稳运行影响显著, 错漏配现象导致总装线停线风险问题突出。 因此结合零部件配送质量, 在实现零部件配送准时化的情况下, 研究如

34、何实现生产均衡化,可在学术研究领域为生产实践的均衡化和准时化的 实 现 提 供 有 力 的 支 持 。 1.3.3 产前物 流 研究 综述 对于混流装配线的产前物流, 主要分为入厂物流和厂内物流。 入厂物流主要研究外部供应商和主机厂之间零部件供应问题,包括建立外部供应商供货机制(供货频率、供货批量、供应商评价等) ,划分与供应商权责,建立第三方物流公司, 确定物流运输模式等方面。 厂内物流即狭义的产前物流, 即场内物流, 主要研究主机厂内部的物流运作,涉及零部件库存控制、产 前 装 配 、 零 部 件 排 序 、物料上线方式的选择等问题。 (1 )入厂物流的研究现状 对入厂物流的产生源于生产制

35、造领域的专业化分工, 如于汽车、 机械 等产业链较长的产业, 主机厂规模化、 专业化扩张的同时, 将大量零部件的生产从内部转移到外部。 国外一批学者最早对入厂物流进行了广泛研究 , 并将研究重点集中在入厂物流的运作模式和各大制造出厂(主要是汽车行业)的运作模式 :holmstorem 和 aavikko 以芬兰的 sbaa-vulmet 汽车厂为例,研究了决策支持系统在入厂物流所起的重要作用, 得出供应商的供货频率、 每次供货数量以及安全库存量是影响入厂物流的关键因素 的结论, 并提出决策支持系统需要具备确定供应31商的供货 频率和品种和协调多个供应商供货的功能 。 vonderembesec

36、t 针对采购环境和采购功能的变化, 根据从厂商收集的数据进行统计分析, 认为厂商建立系统的供应商评价体系, 并与供应商建立长期战略合作伙伴关系, 是入厂物流在新32的采购环境下应采取的应对策略 。richcdarosn 提出引入第三方物流公司为主机厂入厂物流提供全面的解决方案, 包括来自信息系统的支持, 合理的绩效评价体系和奖惩机制, 并明确供应商和第三方物流公司的权责, 同时采用多方措施实33现供应商到第三方物流公司、第三方物流公司到主机厂的准时供应 。harrosin通过对通用- 菲亚特、戴姆勒- 克莱斯勒、雷诺- 尼桑、福特- 沃尔沃 等汽车公司入34厂的分析和总结,提出入厂物流主要的运

37、作模式 。gonzalez 研究了 两种主要的入厂物流运作模式: 一是集货运输方式,以实现满载运输;二是采取满载运输6第一章 绪论 的方式将零部件由供应商运至中转仓库, 然后采取混合装载的方式运送至主机厂35。svensson 提出建立 供应链入厂物流脆弱性评价指标体系,评价指标 涉及 服务水平、偏差幅度、趋向和结果四个维度。richcatdson 研究了通用 汽车合资组建的第三方物流负责入厂物流的运行效果, 总结 出入厂物流采用第三方物流公司36方式 运营成功的关键因素有事件管理、网络设计以及准时供货 。 随着国内汽车行业的发展, 入厂物流亦成为学术研究热点。 蒋啸冰从三个角度对汽车制造业零

38、部件入厂物流模式进行分类。 按物流主导方分为第三方物流模式、 供应商主导模式和主机厂主导模式; 按物流需求方式分为拉动式物流模式和推动式物流模式; 按零部件入厂物流运作方式分为 jis 板模式、milk run 调达模37式、jit 看板模式、vmi 模式 、 直接上线模式 和 cross docking 模式 。 蓝青松 、徐广卿以上海通用为研究对象, 对其使用循环取货方式代替传统入厂物流进行深入分析, 并围绕卡车安排及司机安排、 路线网络的建立、 三位卡车货物装载三个38方面设计了循环取货路线 。蒋佳震等对入厂 物流的内容和管理目标进行系统性的研究, 提出汽车制造企业入厂物流的基本模型。

39、并在分析总结国内主流的非整合入厂物流整合模式的基础上, 提出基于 llp 领导物流合作伙伴 关系 的入厂39物流模式,并结合传统模式进行仿真对比 。 赵彭捷利用层次分析法对“订单40式”入厂物流模式进行研究,并利用相关软件对其作出优化设计 。 尤艳丽等从仓 储供货、 产销订货等角度研究了入厂物流出现的问题, 并以上海大众为研究对象, 提出实现单件订货、 订单生产、 优化供货方式、 引入第三方物流等物流管41理策略能有效提升主机厂企业竞争力 。刘陆 从物流、信息流、资金流 等方面研究了 faw-vw 国产化零部件运输流程,并重点研究了前期项目管理理论和方法在 faw-vw 国产化零件入厂运输中的

40、应用。 李永麒将入厂物流模式进行分类总结, 概括为循环取货、 送货方式、 供应商园区中转和组件运输方式, 并指出当前国内制造厂商入厂物流模式主要为循环取货和直接取货 (面向供应商园区的供42应商)方式 。 (2 )厂内物流的研究现状 国外对厂内物流的研究最早集中在物料的库存控制方面, 随后研究热点转移到物料供应问题。如美国 ibm 公司管理专家 约瑟夫.奥列基博士于上世纪 60 年代中期提出了物料需求计划,即 mrp 的管理 思想。随后在 70 年代,mrp 进一步将能力需求计划、 采购管理、 车间作业计划等纳入系统, 克服了传统库存管理的缺陷,形成制造资源计划系统(mrpii ) 。 随后由

41、于制造 行业竞争加剧,厂商处于压缩成本、提高质量的考虑,愈来愈重视对制造环节 产 前 配 送 物 流 的 优 化 ,涵盖零部件库存控制、 上线方式的选择、 物流信息化等。 罗克韦尔自动化公司最早与合作伙伴共同开发了产前物料控制系统,包括 pps 生产拉动系统 、物料拉7第一章 绪论 灯实时拉动系统、 物料看板拉动系统。 pps 生 产拉动系统即 production pull system ,该系统集成了 rsnetlinx 集成通讯网络架构 、ibm 的汽车行业 abi 软件平台、罗克韦尔公司的 contrologix 控制系统平台,是主要面向汽车制造过程中物料实时请求与拉动的自动化信息管理

42、系统。 物料拉灯系统即在生产现场安装特定数量的物料呼叫按钮, 用以反馈生产现场的物料需求信息, 同时对车间的物料需求计划进行分析统计。 物料看 板拉动系统是基于丰田公司 jit 理念开发的 物料管理 系统, 主要适用于小件和通用件的物料传送。 随后 choi 针对汽车 装配 线提出一种动态物料配送系统, 该系统首先对物料消耗的种类、 数量和时间做出估计, 随后43配送工根据系统指示进行物料配送 。andrea 对不同看板控制策略下的管理装配系统进行性能评估,通过控制看板的传递数量实现对零 部 件 物 料 流 动 的 掌 控 ,并利用排队论模型测算系统的制造水平 (包括不合格品的平均延误时间、

43、产品的平均通过率等) 。国内亦有 大量学者对此开展了广泛研究, 如曹振新、朱云龙研究了轿车装配物流配送的拉动系统和 看板运作流程, 并提出物料断点的概念, 讨44论了物料出现 min/ 时的处理方式 ;房殿军等将主机厂零部件根据属性45分类,并对各类别选择不同物料上线方式 ; 王宁,何瑛在物料上线方式分类的基础上, 设计了汽车生产线物料上线要货安灯系统, 包括流程设计、 硬件和软46件需求等 。 但对于研究如何实现零部件产前配送物流 均衡化的相关文献甚少, 仅有而针对零部件配送中心 (仓库) 到总装环节零部件配送作业, 尤其是在物流信息控制层面 如何实现 均衡化配送,是实现 jit、减少 零部

44、件错漏配、提高装配质量的重要保证, 具有重要的学术理论研究价值, 同时对汽车行业生产管理实践具有现实的指导意义。 1.4 研究内容 、 方法 及创 新性 (1 )课题 研究内容 本文研究内容集中在影响汽车混流装配线的物料供应均衡化实现的三个方面 , 从总装排序、 信息流的控制 、 拣选环节研究物料均衡化需求的实现 , 设计了sps 模式下零部件物料 配送均衡化的实现流程 ,具体如下所示: 在总装 排程方面 , 主要研究在拉动式生产方式的前提下, 根据市场订单需求,将生产计划进行分解, 在混流装配线下合理安排各种车型每天的生产数量和生产顺序,以实现零部件消耗 速率的均衡 ;同时在 sps 模式下

45、,对总装 排序的过程中将拣选环节的零部件拣选质量纳入考虑范围, 即优先保证零部件消耗速率的均衡,同时降低拣选环节的错配、漏配现象。 在零部件拣选方面 , 主要研究在前述给定的 计划排程前提下, 研究如何实现8第一章 绪论 拣选的作业均衡, 即工时平衡。 研究重点主要集中在如何通过零件设施布局、 实施标准作业和消除拣选作业浪费实现作业均衡, 以提高拣选质量, 降低 人员负荷。 在物流信息控制方面 , 主要设计了均衡化信息流传递机制。 即缩短配送循环时间 (ct ) 。 在缩短配 送循环时间层面, 将研究重点集中在以时间为主线的物流信息控制,探讨如何实现工序同期化和缩小批量规模等内容。 (2 )课

46、题研究方法 数学建模方法。 在均衡生产理论章节, 基于一个最小循环单元, 为实现零部件消耗速率均衡化, 运用运筹学中距离空间的理论方法, 用距离空间描述零部件消耗均衡化水平; 建立了装配 (拣选) 作业工时均衡化的数学模型; 在总装环节计划排程部门,在 sps 模式下同时 考虑零部件配送质量和零部件使用速率均衡化的 建立 多目标排序模型。 智能算法。 为求解多目标排序模型, 本文 借鉴遗传算法求解旅行商问题 (tsp )采用 实数染色体的编码方法 , 设计了求解排序模型的遗传算法。 并用 mtlab 编程,实现算法的求解。 系统设计方法。 总装、 物流信息控制、 零部件拣选等 涵盖了汽车产前物

47、流的多 个环节 , 本文为实现物流配送的均衡化, 针对汽车装配产前物流的特性, 基于sps 物料上线模式, 在 不同的环节采取不同的控制方式, 系统完成了 均衡物流实现的流程设计。 (3 )课题创新性 研究视角的创新。 对于汽车产前物流均衡化的研究, 已有研究成果主要集中在总装环节的计划排程, 并将研究重点放在排序模型目标函数的构建, 以及求解算法的优化, 仅有个别研究将总装和涂装环节纳入一起研究。 本文将研究视角转移到 同时包括总装排程和产前物流的优化控制, 即同时考虑总装、 物 流信息 控制和零部件拣选三个方面 : 基于 sps 模式的总装 和零部件拣选节拍保持严格一致,在考虑拣选质量既定

48、的总装排程下, 通过控制物流信息, 以时间为主线, 实现前端零部件 配送的均衡化。 此视角下对产前物流的理论研究, 突破了传统研究陷于建模和求解而实践指导意义 微乎其微的局限, 这更有利于生产实践的推广。 总装排序 建模的创新。 传统研究在总装 计划排程数学建模时, 均以零部件均衡化为首要优化目标, 次要考虑的目标包括 最小化工位的闲置与超载时间、 最小化装配线产品切换时间、 最小化最小生产循环周期 等。 本文在前人研究成果基础上,首次提出在 sps 模 式下将拣选质量纳入排序模型,即建立同时考虑拣选质量和零部件消耗均衡化的多目标计划排程模型。 针对 sps 模式的研究创 新。 对 sps 模

49、式现有的 研究成果主要侧重于介绍 sps基本运作方式,并结合企业实际应用案例示例 sps 物料上线方式的 推广,并阐9第一章 绪论 述它的 优势。但在混流装配下,由于 sps 模式 和总装环节保持物料严格一一对应, 节拍严格一致, 对零部件供应的准时化要求极高, 本文将研究重点放在如何控制拣选作业的 工时均衡化, 以降低拣选的错漏配, 具体 通过零部件设施布局的优化、 标准作业的实施以及消除浪费等方法实现, 可有效提高拣选质量, 同时结合物流信息控制实现上游零部件供应的准时化和均衡化。 1.5 论 文结构 本文主要分为五个模块, 在从总装排序、 信息 流的控制、 拣选环节研究物料均衡化需求的实

50、现,设计了 sps 模式下零部件 物料配送均衡化的实现流程,并结合实际案例展示了汽车混流装配产前物流均衡化的实现 。 论 文 结 构 如 下 所 示 : 第一章提出课题研究研究背景, 基于国内汽车生产面临的挑战 , 指出产前物流均衡化的必要性, 论证了课题研究的目的和意义; 接下来梳理了当前研究综述,主要从单量份物料配送模式、 均衡生产和产前物流三个领域展开, 系统总结了前人研究成果, 并指出相关研究的不足, 这也是本文研究侧重点所在; 后半部分主要概况可课题研究内容, 给出研究主要框架, 并阐述了论文主要采用的研究方法和论文创新点。 第二章是论文的理论部分,主要包括单量 份配送模式理论和均衡

51、生产理 论 。关于单量份配送模式理论部分, 首先在总结传统物料上线方式的基础上, 分析了单量份物料配送的基本运行模式, 阐述了单量份配送模式的基本运作流程, 并归纳出单量份配送模式的目标和适用范围, 最后指出该模式的优势, 以及单量份配送模式有效运行所需要必备的前提条件。 关于均衡生产理论部分, 主要阐述了均衡生产的内容, 即总量均衡和按品种的数量均衡 , 在此基础上分析了均衡生产实施的两个阶段,最后定义了均衡生产的数学模型。 第三章是论文的核心, 也是论文创新点的体现之处。 首先 设计了包括总装排程、 零部件拣选和上游物料需求的信息流控制三个方面 的均衡物流实现路径。 接下来分三部部分具体阐

52、述均衡物流的实现: 总装方面主要建立了混流装配线计划排程模型, 并设计遗传算法求解; 拣选方面 从设施布局、 标准作业的实施、 消除浪费的手段论述实现均衡的路径; 基于信息流控制的物流均衡化实现的本质是缩短循环时间,主要通过缩小批量规模和实现工序同期化实现。 第四章是案例部分, 结构和内容均 基于第三章。 以 l 公司为例, 基于 l 公司产前物流不均衡现状的分析, 从总装计划排程、 拣选作业均衡化、 物流要货信息均衡化三个方面应用了第三 章的理论,实现了产前物流均衡化。 第五章为本文结论。 在总结全文的基础上, 得出均衡化是汽车混流装配的必经之路的结论;并重点突出文章创新点,同时指出后续研究方向。 10第二章 sps 和生产均衡化相关理论 第二章 sps 和 生产均衡化相关理论 2.1 sps 模式