黃林林

（上汽通用汽車有限公司，上海 201206）

隨著工業(yè)生產(chǎn)的擴大，土地政策收緊及成本上升，自動立體倉庫已成為現(xiàn)代物流系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)之一。從系統(tǒng)的經(jīng)濟性及入出庫效率來看，貨架長高比是系統(tǒng)合理規(guī)劃的重要指標，而系統(tǒng)庫容量直接決定貨架尺寸，因此，系統(tǒng)庫容量作為整個系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)及設計依據(jù)，其設定的合理性顯得尤為重要。傳統(tǒng)物流自動立體庫主要作為離線物料存儲，其庫容量根據(jù)應用場合，綜合考慮貨物的入出庫量、入出庫形式、存儲周期、安全庫存量、缺貨率目標值等因素設定。但整車廠車體分配中心，形式上雖是自動立體庫，但其實際為上下游生產(chǎn)線的一部分，主要是服務于上下游車間的生產(chǎn)平衡及車型再排序，因此，其庫容量將直接影響上下游車間正常生產(chǎn)，應根據(jù)上下游車間生產(chǎn)需求合理設定。

1 車體分配中心簡介

車體分配中心BDC 是聯(lián)接汽車整車廠三大車間（車身、油漆、總裝）的輸送系統(tǒng)。目前廣泛使用的車體分配中心與三大工藝車間的布局如圖1 所示，由兩大循環(huán)路徑組成：車身車間至油漆車間的白車身循環(huán)路徑；油漆車間至總裝車間的油漆車身循環(huán)路徑；其中主體是自動立體庫（ASRS）的應用，白車身及油漆車身均進庫暫存。

圖1

自動立體庫及相關機運系統(tǒng)，作為上下游車間的緩沖區(qū)，其主要功能：（1）平衡車身、油漆、總裝三大車間生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)班次差異；（2）緩沖各車間進出口一定時間的停機影響，以維持上下游車間正常生產(chǎn)；（3）滿足總裝車間以線平衡或準時準序為目的的車型再排序要求；（4）滿足工程車或雪橇臨時存儲需求。以上功能需求，全基于自動立體庫的相應庫容量得以實現(xiàn)，因此，本文將針對整車廠車體分配中心庫容量的規(guī)劃方法進行深入探討。

2 傳統(tǒng)庫容量規(guī)劃方法

根據(jù)上述車體分配中心的功能定義，其庫容量由以下四方面構成：

（1）緩存容量（緩沖各車間進出口一定時間的停機影響）；（2）計劃波動容量（平衡各車間的生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)班次差異化）；（3）排序容量（以線平衡或準時準序生產(chǎn)為目的的再排序容量）；（4）其他容量（工程車或雪橇臨時存儲等固定容量需求）。

由于整車廠生產(chǎn)模式的不同，一些工廠的車體分配中心不以再排序為主要功能，因此，傳統(tǒng)庫容量規(guī)劃方法，僅考慮緩存容量及計劃波動容量。

緩存容量以各車間的緩沖時間為設計指標，根據(jù)各車間的歷史停機數(shù)據(jù)設定最大可接受停機時間為緩存時間。緩存容量設計原則：1/3 緩存容量用于白車身儲存；1/3 緩存容量用于油漆車身儲存；預留1/3 空位，考慮到兩個車間同時出現(xiàn)大停機的可能性微乎其微，因此，該預留空位為油漆車間入口停機引起的白車身儲存或總裝車間入口停機引起的油漆車身儲存共用。假設緩沖時間設定為45min，以48JPH（Job Per Hour）整車廠為例，其毛速度CT（Circle Time）為64s，則45min 緩存時間相當于在立庫內(nèi)需儲存43 輛白車身或油漆車身，因此，緩存容量總共為129 個。

計劃波動容量由上下游車間規(guī)劃產(chǎn)能及生產(chǎn)班次決定，即需設定庫容量滿足一天內(nèi)上下游間的最大產(chǎn)量差。各車間出入口故障引起的產(chǎn)能波動，由緩存容量吸收，計劃波動容量不考慮。假設各車間產(chǎn)能如下：（1）車身車間凈產(chǎn)能 30JPH，每天兩班，每班8 小時。（2）油漆車間、總裝車間凈產(chǎn)能48JPH，每天一班，每班10 小時。

以一天為周期，各車間一天產(chǎn)量平衡為480 輛。

車身車間出口每小時產(chǎn)量為30 輛車，兩班8 小時制，油漆及總裝車間每小時為48 輛車，單班10 小時制，則每天車身車間較其他車間多生產(chǎn)6 小時，總共產(chǎn)出180（6×30）輛，即需有180 個空庫位用于儲存車身車間多生產(chǎn)的180 輛白車身用于第二天油漆車間生產(chǎn)；第二天油漆車間以每小時多生產(chǎn)18 輛車，共10 小時，消耗前一天白車身庫存，在單班完成生產(chǎn)后，車體分配中心內(nèi)空出180 個空庫位用于車身車間的錯班生產(chǎn)，達到整個工廠生產(chǎn)平衡。

傳統(tǒng)庫容量規(guī)劃中，計劃波動容量是可以根據(jù)工廠規(guī)劃的生產(chǎn)模式準確計算的。一般情況下各車間或上下游的生產(chǎn)模式及產(chǎn)能是平衡的，表1 的錯班生產(chǎn)模式僅是生產(chǎn)啟動階段或特殊時期的需求，因此基于精益規(guī)劃，實際庫容量取緩存容量或計劃波動容量之間的大值。

3 以線平衡為目的再排序庫容量規(guī)劃方法

由于車型、配置不同，在總裝車間各工位對應的操作時間不同，隨著在產(chǎn)車型的增多，可能導致某一時間段，連續(xù)超工時車輛進入總裝，導致總裝整條線超時，從而影響車間產(chǎn)能。為保證在各別工位超時情況下，整條線不會超時而停線，需對進入總裝車間裝配序列的車型進行線平衡再排序，以優(yōu)化進車序列，減少超工時車連續(xù)進入。

車型再排序涉及眾多離散因素及車型調度策略，是一個交互影響的復雜離散系統(tǒng)，無法通過簡單的計算或經(jīng)驗得出排序容量。因此，規(guī)劃上需引入離散系統(tǒng)仿真軟件，如Plant Simulation，對整個車體分配中心進行建模，分析不同調度策略下的合理庫容量。

該模型涉及兩個系統(tǒng)輸入(車身車間出口、油漆車間出口)，兩個系統(tǒng)輸出（油漆車間進口、總裝車間進口）以及自動立體庫。主要輸入如下：

（1）各系統(tǒng)輸入&輸出口獨立運行，在操作時間、設備開動率、平均故障時間、平均故障間隔時間等影響下，在一定范圍內(nèi)隨機波動，模擬車間出入口能力；

（2）高速堆垛機等機運設備運動參數(shù)及立庫儲存策略模擬自動立體庫設備；

（3）車型或配置比例、進入總裝的線平衡排序規(guī)則等再排序信息。假設如表1 所示。

表1

油漆車間出口根據(jù)車型比例隨機生成油漆車身，油漆車身進入立庫暫存，在系統(tǒng)預熱階段，關閉系統(tǒng)出口，使立庫內(nèi)儲存一定量的油漆車身，作為再排序庫存；完成預熱后，系統(tǒng)出口開啟，立庫根據(jù)表格的規(guī)則，檢索庫內(nèi)符合要求的油漆車身進入總裝裝配序列，如無匹配車型則記錄為失敗。

設定再排序成功比例作為設計指標，調整再排序庫存及庫容量，進行多次仿真實驗，綜合兼容緩沖需求及計劃波動需求，仿真得出合理的庫容量值。由于白車身進油漆車間無排序需求，從精益角度出發(fā)，為有效地減小庫容量，策略上可使白車身優(yōu)先直接進油漆車間，一是避免堆垛機頻繁運行，降低立庫存取能力；二是使庫容量最大可能用于油漆車身排序使用。

4 以準時準序生產(chǎn)為目的的再排序庫容量規(guī)劃方法

準時準序生產(chǎn)不同于線平衡僅為總裝車間產(chǎn)能服務，其涉及面更廣，從車身車間入口排產(chǎn)訂單生成到總裝車間整車下線，甚至包括零部件供應商的生產(chǎn)訂單序列。因此，其對車體分配中心的再排序要求更為嚴格，但相對地，對車體分配中心的排序策略卻較為簡單，車體分配中心僅作為執(zhí)行單元，按車型訂單順序恢復初始排產(chǎn)序列，如無法恢復序列，則檢索當前所需序列的相同車身進行替換即可，否則記錄為失敗。因此，研究準時準序再排序庫容量，必須先進行車型亂序分析。

車型序列的亂序主要來自兩方面：（1）車身車間各工藝線的下線返修，返修車返回至主線引起的亂序；（2）油漆車間各工藝線的下線返修以及自身的色塊排序生產(chǎn)需求，引起的車身序列亂序。

其中，油漆車間是主要的亂序來源，由于生產(chǎn)排色的需求，需把進來的白車身根據(jù)色塊重新排序，如圖2，各儲存道按色塊儲存，以使噴涂色塊越大越好；加上各工藝線的下線，導致車身序列經(jīng)過油漆車間形成較大亂序。

圖2

亂序分析主要是車身序列質量統(tǒng)計，即記錄車身進入及離開車間時的車身序列，統(tǒng)計車身滯后或提前情況，假設圖2 中，第一行序列整齊的15 臺車身進入車間，第二行為實際輸出序列，其中有11 臺車身與原始序列不同，第三行顯示兩者的比較值，6 臺提前到達（負數(shù)），5 臺滯后到達（正數(shù)），絕對值則代表提前或滯后到達的車輛間隔數(shù)。第三行即為序列質量。

一般情況下，現(xiàn)有車間可通過記錄實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計；新工廠規(guī)劃則需采用Plant Simulation 等軟件，模擬油漆車間進行分析，采集序列質量。如圖3，對某一油漆車間仿真，分析統(tǒng)計的序列質量，結果顯示最大滯后893 輛車，最大提前207 輛車，大部分車落在滯后170 至提前150 范圍內(nèi)。

圖3

以序列質量為基礎，準序率為設計指標，設定車體分配中心排序容量，如圖4，排序容量之間為可再排序窗口，即該窗口內(nèi)提前或滯后的車身進入車體分配中心后，暫存至立庫，根據(jù)車型序列檢索出庫，完成車身再排序，記為準序車身；反之，如提前或滯后車身在排序窗口之外，則車體分配中心庫容量不足以支持再排序，需檢索相同車身替換，替換成功則記為準序車身，無替換車身則記為亂序車身；相同車身的替換，涉及眾多離散因素，需由Plant Simulation 仿真具體分析；在規(guī)劃初期，可將排序窗口外的車身，均記為亂序車身。這樣即可根據(jù)準序率設計指標，設定合理的排序容量。

圖4

假設工廠生產(chǎn)節(jié)拍為60JPH，可排序時間為2 小時，則排序容量為120 個庫位，即可再排序窗口為-120 ～120；亂序情況在這個范圍內(nèi)的車身，經(jīng)車體分配中心再排序后，均可記為0（準序）；其余不在該范圍內(nèi)的車身，記為不等于零（亂序）；從而得出油漆車身經(jīng)車體分配中心后，準序率可達74.94%。同線平衡再排序庫容量規(guī)劃方法一樣，總庫容量仍需根據(jù)規(guī)劃的車體分配中心功能需求及整車廠生產(chǎn)模式，綜合考慮緩沖容量、計劃波動容量等。

5 結語

車體分配中心傳統(tǒng)庫容量規(guī)劃方法主要以各車間的緩存時間為設計指標，而隨著市場競爭的日益激烈，整車廠生產(chǎn)模式的變更，對車體分配中心的功能需求也在變化，典型的以線平衡或準時準序生產(chǎn)為目的的再排序需求。實際規(guī)劃中，應以功能需求為導向，設定合理的設計指標，結合仿真手段綜合考慮各功能容量，不可簡單計算疊加。