准时生产中工厂物流能力提高

准时化生产在提高企业生产管理柔性、快速适应市场变化、缩短交货期、降低生产运营成本等方面发挥积极作用［1-3］。在汽车制造领域，精益生产方式被越来越多的制造厂商所采纳，而精益生产的核心技术在于实现生产过程的准时化，即要求汽车生产供应链的各个环节能够按总装线的速度准时地生产与供货，也就是实现拉动式生产。因此，准时化生产与其他生产方式的关键区别在于物料流的触发机制和在制品水平的控制机制［4-5］，除生产流程与信息流程要素外，供货物流如何按准时生产的要求保证物料的准时到位是一个十分重要的因素。目前，各大汽车生产厂商均采用准时化的汽车生产模式，大都将汽车生产物流外包给第三方物流公司来运作，但目前从事汽车制造的第三方物流公司在物流运作、资源配置等方面的管理较为粗放，物流系统中存在着部分环节资源配置失衡和浪费较为严重的现象。

尤其在市场需求变动较快，流水生产线节拍发生变动的情况下，这种现象表现更加突出。因此，如何很好地实现准时生产的供货需求，如何合理地配置各环节物流能力成为各大汽车生产商要面对的难点问题。

目前国内外一些学者针对上述情况进行了有针对性的研究。齐二石、程文明等［6］提出了丰田生产方式的评价体系;曹振新等［7］阐述了混流轿车总装配线上料及时准时配送系统，依据轿车零部件的形状将物料划分为3种配送类型;林筠、李随成［8］作了关于多品种可变流水线的改善研究;Rekiek等［9］阐述了混流汽车生产线的设计和运营，重点分析了生产线各工位的排布、各工位线边物料摆放及生产排序、物料供给顺序等;Battini等［10］基于客户订单的拉动式生产模式下，进行了关于混流生产线的部件供给策略优化研究;文献［11-15］就准时生产方式下混流装配线的物料调度问题作了深入研究，并建立了多种混流装配线的调度模型。李随成、王锐［16］基于流水线不平衡的现状，运用流程作业分析方法对工时定额和作业方法进行了分析。上述文献在汽车生产线物料供给的部分环节作了比较深入的研究，但针对整个汽车生产现场物流实现过程，以及在此基础上定量地计算物流各环节能力的研究甚少。本文将重点研究这一问题。

一般将汽车生产供应物流分为两个阶段，由供应商到主机厂的供货过程称为入厂物流(或供应物流)，而由工厂的缓冲仓库开始到线边(焊装线或总装线)的供货过程称为工厂物流(或现场物流)，如图1所示。

本文研究的范围主要是工厂物流，即供应商车辆到达后，从卸货入库开始直至将物料配送到总装线为止这一物流范围(图1中虚线内的部分)。以某大型乘用车生产的总装工厂为研究背景，针对混流生产线准时供货物流的组织、资源消耗和能力测算进行研究，最终得出面向混流汽车生产线的工厂物流能力需求与平衡的数学模型。

1设施布置及作业流程

汽车生产的现场物流是一个非常复杂的过程，主要由工厂内部缓冲仓库的配货与零部件上线的运输两部分组成，整个物流过程以总装生产线的运行为起点展开。本文假定总装线的运行速度为已知，在此基础上研究生产现场物流的实现过程。汽车生产过程中每种车型的零部件需求种类达3000多种。这些零部件大致分为3大类:一是直接供货零件，即零件由供应商直接送到总装线的相应工位，不经过中间库存，如汽车座椅、轮胎、发动机等，这类零部件的准时供货由厂商与供应商之间直接协调，确定供货方案;二是库存零件，即零件先由供应商送至总装工厂的内部仓库(缓冲仓库)，再由配送工人依据生产需求从库房运送到生产线旁的库存区域(线边库存);三是自制零件，即在主机厂内生产的零部件，如冲压车间生产的车体件等。本文主要以第二和第三大类零部件的供货为实例，研究准时供货的实现及资源的消耗规律。本例中工厂内部设施的布局及此类零部件在主机厂内的物流路线如图2所示。其中，从库房接收外部供应商零部件开始，到将其配送上线为止的物流过程包括:验收、卸货、搬运入库、在库管理、分拣、集配/排序作业、厂内运输、配送上线、容器回收、折叠打包等作业。如零部件为自制件，供应过程可分为转运入库、在库管理、集配/排序作业、厂内转运、配送上线、容器回收、容器折叠打包等作业。具体作业流程如图3所示。

2现场物流的供给方式

根据实地考察，作者将汽车生产物流的供应方式进行如下分类。按照供应顺序可分为同步供给模式和批量供给模式;按照供给设备可以分为叉车供给模式、台车供给模式和AGV小车供给模式。其中，同步供给是指按照汽车生产线生产作业顺序和生产速度(节拍)供给零部件的作业方式。在这种供给模式下，零部件供应商与汽车主机厂实现生产信息共享，供应商据此安排生产和为总装线同步补给物料。这种方式主要应用于前述的第一大类零件，如轮胎、发动机、保险杠、玻璃等(不在本文研究的范围内)。批量供给是指先将零部件放入相应的仓库，作业人员按照生产需要将适当数量的零部件供给至相应的工位。批量供给是现场物流中的主要供给模式，也是本文讨论的主题，一般适用于体积较小、重量较轻、专用性不强、使用率较高的零部件，如紧固件、内饰件等。对于批量供给的零部件一般使用台车送货，作业人员驾驶机车牵引若干平板台车将零部件送至生产线。按照作业人员在工位处投放物料的方式不同，台车供给又可分为物料上架供给和台车置换供给两种。物料上架供给指作业人员将零部件的包装箱手工卸货放至工位处，同时将用完的空包装箱收回;台车置换供给则是作业人员在工位旁将串联的台车拆开，而后将载有零部件的台车推至目标工位旁，同时将空台车接到牵引车上，最后驶向下一个目标工位，如此反复。叉车供给模式、台车供给模式及AGV小车供给模式顾名思义，依照供给过程中使用的供给工具而命名，且在物流作业中渗透在同步供给和顺序供给中，本文不再赘述。

3资源消耗模型建立

现实生产条件下，台车供给模式占了整个物流作业的90%以上，故在物流作业资源消耗的分析中，主要以台车供给模式下的作业为重点分析建立起资源需求的模型。在模型建立中，以总装线的需求为计算起始点，根据每条总装线的产量来确定物流供应过程中各环节的资源(如人力、设备等)需求，建立数量分析模型的过程，本文采用零部件的容器体积和台车的最大容积，通过工时作为中间变量来计算资源需求。

3．1工时消耗模型

根据流程分析和系统细分，将每个系统中的工时消耗分为3部分:从仓库至生产线工位的往返运输耗时、在仓库卸车位点将零部件卸放至料位处耗时及其他工序耗时，主要包括验收、分拣、集配台车、空容器打包、物料上线等。3部分耗时分别用T1、T2、T3表示。T1=Sv×∑ki=1∑pj=1Nijn。其中，Nij=MijVijV1，Mij=Qi，PijSNP[]ij。Nij为运送i车型j部件到某工位需台车总数;Mij为i车型j部件需求量(用包装个数来衡量)，在台车置换供给模式下，由于一个台车只能供给一个包装单位的零部件，故此时Nij=Mij;Vij为i车型j零件的容器体积;S为零部件从仓库运至生产线往返距离，每类零件取其平均距离;v为牵引车行驶速度(按工厂规定的限速执行);n为牵引车牵引的台车数;［］为向上取整，例如［2.2］=3，［2.8］=3;Qi为单班次i车型的产量;Pij为某工位i车型j零件的单车需求量;SNPij为单容器存放i车型j零件的数量;V1为单个台车运载的体积，台车运载体积因物料而异。在模型中，各作业系统的V1按照工厂标准作业相关规定取值。T2=∑ki=1∑pj=1(MijVij)V[]2×tl。

其中，V2为卡车运载体积，卡车体积会有所不同，在该模型中将卡车体积标准化;tl为单辆标准卡车卸载和空容器装车的时间。T3=∑ki=1∑pj=1∑qg=1(Mijtg)。其中，tg为单个容器除运送和卸车以外其他工序耗费时间，如分拣、集配台车、空容器打包、物料上架等。则系统消耗的总工时为T=T1+T2+T3。其中，牵引车司机运输供给作业工时需求为T运输供给=T集配台车+T上料+T卸空容器+T1=∑ki=1∑pj=1Mij(t集配台车+t上料+t卸空容器)+Sv×∑ki=1∑pj=1Nijn。

卸车位点叉车卸货作业工时需求为T卸车=T2=∑ki=1∑pj=1(MijVij)V[]2×tl。分拣作业工时需求为T分拣=∑ki=1∑pj=1(Mijt分拣)。集配作业工时需求为T集配=∑ki=1∑pj=1Mij(t集配台车+t卸空容器)。

3．2资源需求计算

在计算得到总需求工时后，可以根据各物流环节工时消耗推算人员需求量，进而得出主要设备的需求数据，如叉车、台车的需求数量。其中，系统内工人需求为N=T/t，t为每个工人单班次净工作时间;i环节工人需求为ni=ti/t，ti为作业流程中第i环节单个班次内的总工时需求量;系统总的工作负荷为η总=(N/N0)×100%，N0为系统内现有工人数;i环节工作负荷为ηi=(ni/ni')×100%，ni'为i环节现有工人数。

4算例分析

本节依据主机厂某日的生产计划来计算各个作业单元(班组)的工作量，进而推算实际的人员需求数量及负荷，以此为例来详解整个计算过程，同理可以推算设备数量的计算过程，不再赘述。计算步骤可分为:部件归类、作业流程分析、工序耗时及作业参数设定和计算等。首先根据作业班组、供给模式、车型将零部件分为若干大类;然后结合前文第1部分的流程分析分别赋予各种部件相对应的作业工序，同时设定工序耗时及作业参数;最后根据数学模型分别计算各部分的作业工时消耗，进而推算出各环节的物流能力需求。

在开始计算前，需要在物料管理系统中调出各作业单元所负责的全部物料清单(BOM表)。物料清单应包括物料的作业班组、零件号、零件名称、对应车型、SNP(单位包装内零件数目)、单车需求量、供给模式、供给工位、零部件包装规格(长、宽、高)，同时还应获取各车型的生产计划。之后根据现场作业情况，设定BOM表各个零部件的物流作业工序耗时，如单位包装的分拣时间、集配时间、物料供给至料位时间、空容器打包时间等，同时结合标准作业规定的卡车体积，以及牵引车行驶的速度、运输路程、台车的装载体积等参数。算例中的计算参数规定如下:单班工作时间605min，总装线生产节拍1.3min，单个台车的最大装载体积为1.5m3，牵引车单次牵引6个台车，卡车规格为12.9m×2.45m×2.4m，牵引车行驶速度5m/s。最终形成物流作业工时消耗信息表，在visualstudio环境下，利用CJHJ编程语言，通过SQL查询语言操作数据库，按前文建立的数学模型进行计算得出结果，如表1和表2所示。

由表1可知，在当前的生产安排下，A库各作业班组的工作强度均较高，其中供给班工作强度达88.46%，集配班工作强度达80.56%，而C库作业班组的工作强度最低，供给班和集配班的工作强度分别为63.64%、66.67%。据我国《劳动强度分级》相关规定，劳动时间率≥77%即为“很重”强度劳动，故在当前生产计划下，A库的物流能力和C库的物流能力分布不够平衡，A库的物流能力不足，应给A库增加工作人员和设备，提高其物流作业能力。从表2中可知A库中，卸车、运输供给和分拣3个工序的工人作业强度均较高，故应提高这3个工序的物流能力。

5结论

在汽车工业中，市场需求的不稳定和汽车型号的多样化需求极大增加了零部件消耗数量的波动，从而导致装配厂内生产物流管理的混乱。本文所提出的混流汽车生产线物流工时消耗规律和能力测算的数学模型能够快速计算出物流工时消耗与汽车车型和数量变化之间的规律，从而根据计算结果适当地增加或减少部分环节的人工和设备的安排，从而使整条物流供应链条上各环节能力均衡，便于汽车厂物流管理和作业管理。另外，在计算过程中得到的物流作业工时消耗信息表可以作为工厂信息系统重要组成部分，从而提高工厂物流部运营的快速反应能力。