唐自剛 周炳海

(同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海 201804)

最后一公里配送意義重大，對(duì)企業(yè)的運(yùn)作有著至關(guān)重要的意義[1]。最后一公里轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)制造型企業(yè)，就是原材料從原材料庫運(yùn)送到生產(chǎn)線的服務(wù)。由于這一公里上需要將原材料從各個(gè)站點(diǎn)取出，并準(zhǔn)確配送到正確的位置，所以存在大量的搬運(yùn)。

不增值的搬運(yùn)是生產(chǎn)運(yùn)作中七大浪費(fèi)最明顯的浪費(fèi)之一，減少搬運(yùn)浪費(fèi)將會(huì)為企業(yè)帶來明顯的效益。尤其是在零件復(fù)雜多變的汽車零部件行業(yè)，搬運(yùn)浪費(fèi)的減少，效益尤其明顯。

汽車零部件行業(yè)的最后一公里的顯著特征是配送到線上的料箱和需要從線上撤下的料箱數(shù)量巨大。而Milk run（MR） 這種回收料箱的模式在汽車零部件行業(yè)開始得到推廣。

1 MR的研究現(xiàn)狀及E企業(yè)的物流現(xiàn)狀

1.1 MR國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

MR起源于20世紀(jì)前牛奶配送的過程，經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展形成了一門比較完整的學(xué)術(shù)理論。其基本原理為通過固定線路將商品送到顧客手中，并從顧客手中回收空包裝。一方面回收了包裝材料，另一方面節(jié)約了一次搬運(yùn)過程。

MR在國內(nèi)研究主要為入廠物流的研究，或路徑規(guī)劃優(yōu)化及算法改善的問題。Polak-Sopinska[2-3]研究了廠內(nèi) MR系統(tǒng)中配送工人的勞動(dòng)強(qiáng)度問題，得出配送員搬運(yùn)工作是一個(gè)勞動(dòng)重負(fù)荷勞動(dòng)，提出了解決勞動(dòng)強(qiáng)度較高的建議方案。Alnahhal[4]等研究了車間內(nèi)循環(huán)取料的決策問題，提出車間MR系統(tǒng)的決策問題主要為路線、排程、裝載、配送人員數(shù)量、看板、火車數(shù)量、線路運(yùn)輸頻率等的問題。施冠棟[5]研究廠內(nèi)物流配送系統(tǒng)優(yōu)化，提出廠內(nèi)循環(huán)配送物流系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和實(shí)施方案。Kilic[6]研究了廠內(nèi)MR系統(tǒng)的分類和模型，詳細(xì)闡述了廠內(nèi)MR的分類并給出了模型。Korytkowski[7]等研究了MR系統(tǒng)中物料配送員在干擾狀態(tài)下的效率，并進(jìn)行仿真模擬，得出MR 是一個(gè)非常穩(wěn)定的系統(tǒng)，自身容錯(cuò)性強(qiáng)。Eva Klenk[8]等研究了車間循環(huán)取料的運(yùn)作策略，得出循環(huán)配送系統(tǒng)的料箱數(shù)量是根據(jù)系統(tǒng)的需求來確定的，其峰值會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)瓶頸。

1.2 E公司廠內(nèi)的物流現(xiàn)狀

E公司的產(chǎn)品一般包括兩個(gè)大尺寸零件和3個(gè)小零件尺寸，兩個(gè)尺寸零件通過小尺寸的連接件組合在一起，形成具有連接車門車身的功能部件。

其倉庫內(nèi)物料的存儲(chǔ)采用高架庫位存儲(chǔ)。大尺寸零件采用鐵料箱存儲(chǔ)，單箱存儲(chǔ)量為 800～1000件。小零件采用紙箱存儲(chǔ)，單箱存儲(chǔ)量為200件，每8箱小零件匯成一個(gè)托盤，存放于一個(gè)庫位。

改善前E公司物料運(yùn)送采用叉車搬運(yùn)，以生產(chǎn)批為單位，在最后一公里配送服務(wù)過程中，包含 6種搬運(yùn)階段：（1）原材料從原材料庫到備料區(qū)，采用叉車運(yùn)輸 M1，如托盤上物料超過需求使用量，需要用叉車歸還至原來庫位；（2）原材料從備料區(qū)到線邊地面的運(yùn)輸 M2，采用叉車，一般配送量為單班生產(chǎn)量，大約800件；（3）在制品從線邊地面到工位的運(yùn)輸 M3，大型零件采用料箱由設(shè)備操作工從鐵箱自?。唬?）成品從線邊到倉庫的運(yùn)輸M4，由物料配送員自行取貨；（5）包裝材料從包材區(qū)到線邊的運(yùn)輸 M5，由操作工人自行領(lǐng)??；（6）原材料包裝箱從線邊庫回到配料區(qū)的運(yùn)輸 M6，由物料配送員取回，一般用叉車。

以上6種物料搬運(yùn)發(fā)生的時(shí)間不一致，但存在一定的前后順序。當(dāng)新的原材料運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)時(shí)，舊的料箱已經(jīng)使用完畢，因此其中第（2）種物流和第（6）種物流的時(shí)間間隔很近。當(dāng)一批成品運(yùn)走后，新的產(chǎn)品也需要新的包裝材料，因此第（4）種物流和第（5）種物流的時(shí)間間隔也很近。這種距離間隔近但歸屬于兩個(gè)不同的員工，來了巨大的搬運(yùn)浪費(fèi)。

2 MR在汽車零部件企業(yè)的改善

2.1 超市的設(shè)定

超市具備3個(gè)功能：（1）客戶可以隨時(shí)獲得需要的產(chǎn)品；（2）客戶可以取得需要的產(chǎn)品數(shù)量；（3）客戶只會(huì)取需要的產(chǎn)品。

超市的設(shè)立可以加快物料從配送區(qū)到生產(chǎn)區(qū)的的準(zhǔn)備速度。生產(chǎn)車間的超市就是在倉庫的末端或生產(chǎn)車間的前端設(shè)置一塊空閑區(qū)域，放置斜坡料架，將生產(chǎn)原材料按照預(yù)先規(guī)劃的包裝方式，放置在斜坡料架上，如圖1所示。

圖1 斜坡料架圖

生產(chǎn)車間的超市應(yīng)具有以下五個(gè)特點(diǎn)：（1）從人因工程角度出發(fā)物料取放的高度應(yīng)設(shè)置適宜，不能太高或太低；（2）倉庫補(bǔ)貨端和取貨端應(yīng)位于超市的兩端，以減少取貨人員與補(bǔ)貨人員之間的物流干涉；（3）超市上放置的物料是包裝好的物料，且最小包裝量按照在制品控制量設(shè)定（車間現(xiàn)場(chǎng)需要的單次配送量的整數(shù)分之一），以便配送員取走整箱物料；（4）超市庫位應(yīng)列入庫位管理，需要按照庫位編碼，取貨時(shí)采用掃碼系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，以做到防錯(cuò)；（5）采用斜坡料架，位于斜坡底端的料箱被取走后，下一個(gè)料箱運(yùn)用重力慣性向下滑行到待取位置，以便下一次待取。

實(shí)際運(yùn)用中，物流揀選員工，收到生產(chǎn)看板后，將物料從高架庫整托取下，大型零件拆裝成小型數(shù)量盒，單盒放置50件。小型零件一次分拆按原有塑料包裝按100件放于塑料盒中。

小零件一次分揀完成后放于超市庫位上，減少一次往高位貨架還料的搬運(yùn)動(dòng)作，消除典型的搬運(yùn)浪費(fèi)。大零件在超市進(jìn)行包裝，將原來的線內(nèi)作業(yè)提到線外作業(yè)，增加了生產(chǎn)的實(shí)際時(shí)間，提升了產(chǎn)能。

配送員收到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)看板傳遞信息后，駕駛小火車前往超市，按照看板量快速從超市取下原材料，放置在配送小車上。

采用超市前，倉庫內(nèi)作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 改善前作業(yè)圖

采用超市后，倉庫的作業(yè)流程如圖3所示。

圖3 改善后作業(yè)圖

2.2 看板設(shè)計(jì)及料箱的標(biāo)準(zhǔn)化

E企業(yè)的單元化生產(chǎn)線、超市、成品庫是一種典型的CONWIP系統(tǒng)。成品庫下指令到原材料庫，由原材料庫準(zhǔn)備零件。生產(chǎn)線根據(jù)生產(chǎn)指令到超市提取生產(chǎn)資料。物料進(jìn)入到生產(chǎn)線后，由后工序驅(qū)動(dòng)前工序向前。

CONWIP中，看板是用于在制品控制的有效工具。通過看板，能夠有效的控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的制品。看板設(shè)計(jì)的時(shí)候需要充分考慮到在制品的數(shù)量?？窗逶O(shè)計(jì)按照產(chǎn)出的1/N設(shè)計(jì)。當(dāng)看板數(shù)量過少，則看板控制的在制品數(shù)量較大，會(huì)導(dǎo)致一次搬運(yùn)量太多。當(dāng)看板設(shè)計(jì)過多，則看板控制在制品數(shù)量太少，配送人員就會(huì)長(zhǎng)期處于忙碌狀態(tài)。改善時(shí)在制品控制在2h根據(jù)產(chǎn)能，設(shè)置2h的H=200件。生產(chǎn)計(jì)劃給現(xiàn)場(chǎng)班組長(zhǎng)200件產(chǎn)品BOM對(duì)應(yīng)的原材料看板和需要產(chǎn)出的組件看板。班組長(zhǎng)將原材料看板放置在線邊庫上的空料箱上。

生產(chǎn)開始前，配送員到線邊庫上收集生產(chǎn)看板信息，然后返回超市，按照生產(chǎn)看板信息配送物料到線邊庫或指定的位置。

為了便于搬運(yùn)的碼垛、容器的通用，容器采用對(duì)配送到線邊的料箱統(tǒng)一采用 400mm(L)×300mm(W)×200mm(D)。在一個(gè) MR物料配送中，對(duì)于從事物料從小火車到線邊庫、超市到小火車物料搬運(yùn)，對(duì)于一個(gè)成年男性來說是重體力勞動(dòng)[2-3]。因此塑料箱的尺寸和單個(gè)料箱的容量就需要經(jīng)過嚴(yán)密的設(shè)計(jì)和計(jì)算，來減少員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。單箱控制在15.7kg可以有效的控制員工的勞動(dòng)強(qiáng)度[3]。根據(jù)零件的重量和體積，分別設(shè)計(jì)各類零件單箱的數(shù)量為公式（1）：

式中：Ci為第i個(gè)零件一次配送的料箱的數(shù)量；Wi為單個(gè)零件的重量；TH1為2h在產(chǎn)出；vi為單個(gè)產(chǎn)品的體積；V為料箱的體積；

根據(jù)計(jì)算，生產(chǎn)典型產(chǎn)品A每2h的需求量如表1所示。

表1 A產(chǎn)品兩小時(shí)部件需求量

2.3 現(xiàn)場(chǎng)的改善

傳統(tǒng)的叉車配送物料時(shí)，操作工人開著叉車，從倉庫備貨區(qū)取出物料，沿著通道配送至線邊。一般情況為一整托物料送到現(xiàn)場(chǎng)。運(yùn)送量為單個(gè)班次或單個(gè)生產(chǎn)批的使用量。生產(chǎn)過程中，物料配送員，進(jìn)行下一個(gè)班次的備料，物料準(zhǔn)備區(qū)為1個(gè)班次的物料，且平鋪在地面。生產(chǎn)開始前，物料配送員開始往各個(gè)工站配送物料。配送前將物料放置在一個(gè)托盤上或數(shù)個(gè)托盤上。這樣現(xiàn)場(chǎng)會(huì)預(yù)留一個(gè)大約3.6平米的空閑區(qū)(三個(gè)托盤位)給物料托盤。

現(xiàn)有的布局模式下，小火車配送的大尺寸物料有兩種方式存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)：（1）平鋪在地面；（2）以一定的高度碼在線邊。由于MR的小包裝特性，第（1）種會(huì)讓員工頻繁彎腰取貨，增加職業(yè)病風(fēng)險(xiǎn)。第（2）碼垛容易帶來生產(chǎn)的安全性隱患，不適用于循環(huán)取料小火車物料的配送。

對(duì)于尺寸小的零件，如果放在線邊，使用時(shí)再搬運(yùn)到線上，會(huì)造成2次搬運(yùn)浪費(fèi)，因此需要對(duì)生產(chǎn)單元現(xiàn)場(chǎng)做出必要的改善。

將原有的線邊庫改為采用斜坡料架，斜坡料架的放貨端正對(duì)通道。斜坡料架的取貨端為裝配線員工U型缺口。在料架的兩端貼上二維碼，放入物料前，采用位置確認(rèn)匹配以達(dá)到防錯(cuò)。

對(duì)于小尺寸零件，在零件使用工位設(shè)計(jì)料斗。料斗的容量需要滿足配送員直接從小火車將小零件運(yùn)送到料斗，如圖4所示。

圖4 線上料斗

為了減少配送員與操作員工的走動(dòng)帶來的將料斗上料點(diǎn)設(shè)置在線體遠(yuǎn)離操作員工的背面，U型裝配線之間的維修通道為實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)輸提供了條件。

2.4 小火車的設(shè)立

車間內(nèi)物流轉(zhuǎn)運(yùn)工具通常為叉車，但是叉車不適用于相同位置的多次重復(fù)物流[8]。而廠內(nèi)MR的帶來的最大表現(xiàn)形式為工站之間的多次重復(fù)物流。且這種小批量多批次的物流方式較叉車搬運(yùn)是更高效和成本更低的[9]。而MR在廠內(nèi)物流的表現(xiàn)形式為小火車。小火車需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便最佳，小火車設(shè)計(jì)時(shí)主要常見的問題有4個(gè)。

1)路線的設(shè)計(jì)及規(guī)劃。E企業(yè)的廠房為自行設(shè)計(jì)建造。在原始設(shè)計(jì)車間時(shí)，以最大化利用車間面積，放最多設(shè)備為主要目標(biāo)。在布局設(shè)計(jì)上共享兩條通道，采用3排裝配線，如圖5所示。

圖5 改善前物流線路圖

在已有的車間進(jìn)行設(shè)計(jì)物流線路的時(shí)候，不考慮大型布局調(diào)整，通過觀察可以明顯看出，現(xiàn)有布局中第2排裝配線和第三排裝配線共用一個(gè)物料通道，在叉車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這種方式不會(huì)造成大的影響。在小火運(yùn)行時(shí)，第2條物流通道的擁堵率明顯高于第一條物流通道的。因此調(diào)整U型線開口方向，以降低物料通道的擁堵率，調(diào)整后的布局如圖6所示。

圖6 改善后物流線路圖

對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)，原材料運(yùn)行線路為：（成品庫已經(jīng)將生產(chǎn)需求按照 2h的物料量通過電子看板傳輸?shù)匠校?/p>

RIRM：小火車從超市出發(fā)，帶著已經(jīng)包裝拆包好的物料運(yùn)送到裝配線線邊庫（或上料點(diǎn)）。

R2RM：物料配送員與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)完成物料/空箱交換，并取走看板，將空料箱帶回超市。

成品運(yùn)行路線：

RIFGI：小火車2 從成品庫出發(fā)，按照既定的線路，將包裝材料送到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與現(xiàn)場(chǎng)做成品/空箱交換。

R2FGI：小火車將成品拉回成品庫入庫，完成一個(gè)循環(huán)。

2)配送時(shí)間間隔問題

根據(jù)德國廠內(nèi)MR實(shí)施指南，小火車的配送路線循環(huán)上時(shí)間Tcyc如公式(2)：[9]

其中：td為小火車在單個(gè)循環(huán)上的行駛時(shí)間；tl表示小火車在單個(gè)循環(huán)時(shí)，從超市裝載的時(shí)間；tc表示小火車在單個(gè)線路上，線邊庫交付的總時(shí)間。t?表示配送不搬運(yùn)物料的行走時(shí)間，配送員上下車時(shí)間以及小火車加速和減速時(shí)間。

當(dāng)CT≥Tcyc時(shí)，小火車運(yùn)行正常，當(dāng)CT

CT越大，在保證產(chǎn)出的條件下，根據(jù) little 定律要求需要控制的在制品在制品越多。單次配送的物料越多，進(jìn)而影響到小火車的拖車的數(shù)量。

3)小火車的數(shù)量

小火車的目的控制在制品，提升效率。且在Milk run 系統(tǒng)中應(yīng)盡量減少小火車的數(shù)量[6]小火車的數(shù)量N計(jì)算方法如公式(3)：

其中，n為單節(jié)小火車上放置料箱的數(shù)量。

4)小火車車上布局問題

為了便于托盤的直接上下貨，小火車的拖車尺寸一般為1.2m×1.0m，單層可以放置小料箱數(shù)量為6箱，單個(gè)小車可以放置12箱至24箱物料。根據(jù)看板設(shè)計(jì)結(jié)果，單工位需要車的數(shù)量為 0.5車至 1車。由于生產(chǎn)線的特殊性，相鄰兩個(gè)裝配線物料補(bǔ)充點(diǎn)間距（大約 4m）大于兩節(jié)拖車的間距（大約2.4m）。如果不考慮小火車車上布局，容易造成位于車尾的裝配線需要的物料在車頭。配送員和線邊庫進(jìn)行交換的距離就加大，增加t?和tc。增加tc表示增加配送員負(fù)重搬運(yùn)的距離，配送員的工作強(qiáng)度因此增加。高強(qiáng)度的工作，容易導(dǎo)致員工的抱怨或離職[3]。

因此小火車的合理平面布局有利于減少配送員與線邊庫/供料點(diǎn)的交付時(shí)間，降低tc,進(jìn)一步縮小Tcyc，提高M(jìn)R的運(yùn)行效率?；诿織l裝配線都采用同樣的逆時(shí)針物流。第i +1個(gè)配送點(diǎn)與第i個(gè)配送點(diǎn)位于的車位關(guān)系由公式（4）確定：

式中：Lj表示Ci+1與ci裝配線線邊庫間距；l表示小火車拖車長(zhǎng)度；Ci+1表示第i+1個(gè)站點(diǎn)位于的車的編號(hào)。

具體示意圖如圖7所示。

圖7 配送點(diǎn)與小火車示意圖

2.5 效果評(píng)價(jià)

將車間的物料搬運(yùn)從傳統(tǒng)的叉車搬運(yùn)改善為MR系統(tǒng)，改善效果明顯，有效的控制了在制品數(shù)量，減少了搬運(yùn)的浪費(fèi)，并且一定程度上提升了產(chǎn)能。具體表現(xiàn)為：小零件備料時(shí)從高架庫到地面的搬運(yùn)次數(shù)減少 2/3。將小零件從線邊庫到設(shè)備邊上的搬運(yùn)從線內(nèi)轉(zhuǎn)移到線外，節(jié)約操作工人時(shí)間，提升產(chǎn)能。改善前大零件的揀選工作也從線內(nèi)移到線外，大小零件的線內(nèi)外轉(zhuǎn)移，提升了 6.3%的產(chǎn)能。將原有的在制品數(shù)量從8h控制為2h提升了車間的形象。項(xiàng)目在E公司實(shí)施時(shí)得到了良好的效果。

3 結(jié)語

MR在汽車零部件車間物流改善中可以量化的效益就是減少搬運(yùn)，控制在制品數(shù)量。文章描述了MR 改善的超市設(shè)定、看板設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)改善和小火車設(shè)計(jì)四個(gè)步驟，并分析了四個(gè)步驟的實(shí)際收益。分析得出 Milk Run 模式比傳統(tǒng)叉車搬運(yùn)物料在物料從倉庫到配料區(qū)，物料從配送員交付到生產(chǎn)線方面的搬運(yùn)次數(shù)有明顯的減少。

在單線運(yùn)行的車間，合理設(shè)置?？空军c(diǎn)，并根據(jù)產(chǎn)線布局規(guī)劃小火車上物料擺放點(diǎn)有利于降低配送員的工作強(qiáng)度，也有利于縮短小火車運(yùn)行時(shí)間。