收稿日期：2014－03－04汽车零部件装配物流仿真研究俞颖（上海汇众汽车制造有限公司，上海200122） 【摘要】以某汽车零部件装配车间为研究对象。根据国内外汽车行业物流特点，分析生产物流系统存在的问题，搭建汽车底盘零部件装配物流配送的静态数学模型，对静态物流配送方案进行仿真实现，通过不断调整物流方案及仿真验证，最终实现提高物流效率的目的。 【Abstract】The automotive component assembly workshop is taken as study object．According to the characteristic of the logistic status of automotive industry around the world，the problem of the production system has been found and the static mathematics model of the logistic distribution can be defined．With the logistic simulation based on computer technology，the basic solution is optimized and enhanced to improve the logistic efficiency finally．
【关键词】汽车零部件装配物流仿真
doi：10.3969/j.issn．1007-4554．2014．05．14
0引言
当今大多数制造企业都处于机械化到自动化转变的过程，而与之相适应的生产物流系统的重要度也逐步
浮上台面，成为了提升企业现场管理能力的重要后盾。就目前来看，很大一部分汽车零部件制造企业都面临着生产制造系统的高效生产与物流系统的低效运作之间的不匹配，标准化、自动化、柔性化的大规模生产制造过程难以与单一简单、人工操作的物流管理系统相适应。同时，由于各企业内部业务、管理活动的特殊性，其物流管理模式的优化，绝不是一个简单复制的过程，必须经过大量理论和实践去验证它的有效性［1］。
1汽车零部件行业物流特点
一直以来，汽车零部件制造行业的物流是国际物流业公认的最复杂、最具有专业性的领域，而科学、合理的汽车零部件物流对整个汽车制造过程中如何在降低生产成本的基础上满足生产需要起到了巨大的作用，体现在如何实现更少的物流环节、更短的物流距离、更低的物流费用、更高的生产效率及更大的经济效益。
一般来说，汽车零部件行业的物流有着以下几大特点。
（1）产品种类繁多。汽车制造所涉及的零部件数以万计，不同的排列组合方式将会对汽车性能产生巨大影响。而为了不断满足客户日新月异的个性化产品需求，让难度颇高的汽车生产物流更加复杂。
（2）包装方式复杂。由于汽车生产所需的零部件众多，涉及的零部件材质也各不相同。金属、橡胶
、塑料、电子元件等不同的零部件材质的包装要求也不尽相同，除了防锈、防潮、防尘、防腐蚀、防磕碰，还需要配合生产线摆放、物流运输及操作
·
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人员取用的需要，而采用各种特殊的包装方式，如
塑料箱、
折叠箱、网格箱、木托盘、专用工位器具等完全各异的包装方式。
（3）配送次数频繁。同样由于汽车制造涉及零部件品种繁多，为了减少库存数量、降低成本压力，小批量多频次的配送模式越来越受到各大汽车制造企业的亲睐，也对汽车行业物流管理提出
了更高、
更新的要求。（4）及时性要求高。“排序供货”、“即时供货”、“寄售”等新型供货模式在汽车制造行业
早已应用广泛，在尽量压缩库存的同时，力图实现准确、高效地响应汽车企业的生产需求。由此可见，物流配送在整个汽车生产过程中起到了极大的作用，因而许多汽车生产商都期望通过对汽车制造过程中的采购、订货、包装、装卸、运输、入库、仓储、开箱、分箱、流通加工、拣选、配送、盘点、信息处理等供应环节的管理改善，加速物资流通、提高库存周转、降低资金压力、节省仓储面积、减少物
流费用、提升生产效率及获得经济效益［2］。
2汽车制造行业物流配送问题分析
从整个物流过程来看，物流的配送过程是一
个非常复杂而又关键的问题，主要可以分为3个方面：定点－配送问题、车辆－路径问题及库存－控制问题。2．1
定点－配送（选址）问题
定点－配送问题（LAP ）一般应用于选址类物
流问题，
即根据物资需求地点的地理位置分布及物资分配关系，来确定某一地理位置周围待配送点的数量和位置，如图1所示。定点－配送模型的实质是通过确定配送中心的建设位置，优化资源配置。因此，定点－配送模型的关键在于如何对总体路径进行优化设计，并通过路径优化原则来最终确定配送中心位置。2．2车辆－路径（运输）问题
车辆－路径问题（VＲP ）一般属于物流网络优化问题，这是在满足一组约束条件的前提下，设计规划一套物资的运输路径，使运输车辆由一个或
多个配送中心向多个地理位置分散的待配送点进
图1定点－配送问题示意图
行配送，最后返回配送中心的过程，如图2所示。
车辆－路径问题的实质是通过确定配送中心及待配送点间的运输路线，并在满足客户需求的同时，实现物流路程最短、物流费用最省、物流时间最短、物
流车辆最少、车辆利用效率最高等物流目标［3］
。
图2
车辆－路径问题示意图
2．3
库存－控制（订货）问题
库存－控制问题（ICP ），一般指的是对于某种
物资的库存，由于生产、销售而逐渐减少到某一预设点（库存数量或库存周期）时，即发出订货需求，来补充之前的消耗过程。库存－控制问题的关键在于保障库存供应的同时，尽量减少库存物资的数量。一般而言，库存－控制问题经常采用的方
法是订货点控制法（t ，S ），即通过固定一段时间t 检查一次库存，同时发出订货需求，每次根据固定
www.dd13
的最大库存量S 及发出订货需求时的库存量I 确定订货数量（S －I ），如图3所示。该策略不需要设定订货点，仅通过固定订货周期及最大库存量进行订货，一般适用于一些需求量不大、重要度不高
·
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的物资需求
。
t ：库存消耗时间，S ：峰值库存，I ：谷底库存，T ：订货提前期
图3周期订货策略图示
3企业物流配送问题分析
目前，该生产基地的装配车间主要涵盖零部
件入库搬运、生产线零部件配送上线、成品下线搬运及总成排序发运四大主要物流功能，如图4所示。该生产基地需要满足3种车型，
副车架、后桥及前悬架三大类主要总成产品的供应，分别由6条装配线实现生产供货。其中，部分装配线目前处于混线生产以提高生产线效率。所有产品在平衡了客户需求及库存情况后，通过集中生产的方式进行产出；同时，根据不同产品涉及的客户生产需求，按照自排序、共排序及非排序等不同的方式进行产品的供货
。
图4
装配车间物流业务流程
同时，鉴于车型B 及车型C 的产品在主机厂
属于共生产线车型，
因此，装配车间也将根据生产节拍的平衡、优化工艺布局，对部分生产线进行合
并，以混线的方式进行产品供应。由于在不同的作业区域存在截然不同的作业需求，因此，针对不同的作业环境需要选择不同种类的搬运设备来提高搬运效率。根据沈阳生产基地装配车间现有的物流业务功能，可以将装配车 间大致分为4种不同的作业区域：零部件仓储区域、生产作业区域、成品下线区域及总成排序发运区域。以下是其物流搬运策略设想。
（1）在零部件仓储区域，一般采用叉车及前移式叉车进行物料的铲运。叉车主要应用于包装体积较大、周转速度较快的地面堆垛类零部件；前移式叉车主要应用于包装体积较小、周转速度较慢、且包装无法堆垛的零部件，因此前移式叉车多用于高位货架区域。 （2）在生产作业区域，一般采用牵引车及E10进行物料的配送上线。牵引车多为1对N 进行配送上线，主要应用于包装体积较小、单件包装消耗速度较慢的零部件；E10多为1对1进行配送上
线，
主要应用于包装体积较大、单件包装消耗速度较快、尤其是单包装消耗时间小于30min 的零部件。
（3）在成品下线区域，一般都是体积较大的总成零件、且搬运距离相对较短，同时考虑到搬运效率的提升，因此一般采用叉车进行驳运。
（4）在总成排序发运区域，与成品下线区域一样是体积较大的总成零件、且搬运距离相对较短，因此采用叉车进行驳运来提高搬运效率。
玻璃门夹4装配车间物流配送数学模型建立
本文的物流配送系统是由一个零部件仓储中
心和多条待配送生产线及待配送工位组成的单一物资配送系统，配送计划是根据总成件的客户需求和相应的物料清单来导出的，配送数量则是由线边库存量、生产任务量及配送响应时间来确定
的，一般由物资管理部门根据需求对物资进行分拣、配料后，再依据生产计划及配送要求进行分
·
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配，以满足生产需求［4］
。
4．1
物料需求的计算
物料需求=客户需求量ˑ单车用量m i =λi J
弯曲弹簧
（1）m =
∑n
i =1
m i （2）
式中：m i 表示物料i 的日需求量（件）；λi 表示物料
清单中物料i 所对应的单车用量（件）；J 表示客户每小时的需求量（台套）；n 表示生产线的物料种类；m 表示生产线物料每小时的总需求量（件）。4．2
物流当量的计算
物流当量=客户需求量ˑ当量包装数q i =
1C i 大件物料20C i
{
小件物料
（3）
式中：C i 表示物料i 的包装容量（件）；q i 表示物料
i 的当量包装数。
根据实际生产情况，预设大件物料1箱可以装满1个工位器具；小件物料20箱可以装满1个工位器具。
f i =q i J （4）f =
∑n
小型迷你封口机怎样封口
i =1
f i
（5）
式中：f i 表示物料i 的每小时物流当量；f 表示生产线的每小时总物流当量。4．3
物料搬运当量的计算
物料搬运当量=物流当量ˑ搬运距离w i =f i d i
（6）w =
∑n
i =1
w i （7）
式中：d i 表示物料i 使用物流搬运设备完成一个配送周期的距离（m ）；w i 表示物料i 的每小时搬运当量；w 表示生产线的每小时总搬运当量。4．4
物料搬运需求时间的计算
物料搬运需求时间=（单次搬运物流设备停
留时间+单次搬运物流设备移动时间）ˑ（物流当量ː单次搬运当量包装）
t ij =
L i F i d i
v j ˑ1000ː60+p j ˑu ()
j
（8）
T j =
∑n
j =1
t ij （9）
式中：v j 表示移动设备j 的行驶速度（km /h ）；p j 表
示移动设备j 单次搬运停留节点数；u j 表示移动设备j 在单个节点的停留时间（min ）；L i 表示物料i 单次搬运的当量包装数；t ij 表示物料i 使用移动设备j 的物流搬运需求时间（min ）；T j 表示第j 种移动设
备的物流搬运总需求时间（min ）。4．5
物流搬运设备需求数量的计算
移动设备需求数量=物料搬运需求时间ː
（单台移动设备工作时间ˑ设备利用率）
Set j =
T j
20ˑ60ˑ80%
（10）
式中：Set j 表示第j 种移动设备的需求数量（台）。
根据实际生产情况，预设单台物流移动设备一天工作3班，也就是20h 的工作时间；理论设备利用率按80%进行计算。
综上所述，通过上述数据的测算，可以从理论上得出整个装配车间的物流移动设备的需求数量。4．6
装配车间物流配送需求测算
通过对BOM （物料清单）的梳理，可将各个零
部件相关所属工位、
零件类型（大件、小件）、单车用量、包装信息（包装类型、单包装容量、是否需要翻包装等）进行物料类别（ABC 类物料）梳理分
析，
从而针对不同的物料采取不同物料搬运设备进行配送。
A 类物料：采用专用工位器具、木箱等原包装
上线的大件物料，或者由于生产线场地的局限导
致物料需求非常频繁的物料，一般采取E10进行准时化配送上线。
B 类物料：物料需求频次较低的大件物料，一般采取牵引车配送上线。
C 类物料：小件物料由于包装较小，一个物流托盘最多可以20种小件物料，因此一般采取牵引车配送上线。
按照上述装配生产线的测算方式，分别对剩
余的各条生产线进行物流配送需求的测算，由此可以看到：E10的需求为2．67辆；牵引车的需求为
2．53辆（其中大件牵引车需要0．42辆，小件牵引
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车需2．11辆）。那么，理论上配备3辆牵引车及3辆E10可以满足整个装配车间的物流配送需求。
5装配车间物流配送仿真实现
本次物流仿真根据该生产基地装配车间物流配送的资源配置（3辆牵引车、3辆E10）及假定的物流路径，对整个装配车间的物料上线配送进行模拟仿真。
通过物流仿真模型的模拟运行，对既定物流搬运设备的运行结果逐一进行分析，并将所有物流搬运设备的运行情况汇总。
根据模拟仿真的运行结果，目前的配送方案存在大量的设备空闲时间。由表1可见，各个移动设备的运行情况存在严重的不平衡，部分移动设备富余较高的空闲时间。同时，由于仿真系统节拍的降低，直接导致移动设备的使用效率均有所下降。因此对于本物流方案来说如何使投入设备的运行更加均衡、进一步减少设备的等待时间是优化的主要方向。
表1物流搬运设备仿真运行空闲时间对比表
设备E10-1E10-2E10-3牵引车-1牵引车-2牵引车-3空闭/%28．4048．674．641．635．738．2
由于所有的物流调整或多或少都会产生企业制造成本的增加，因此希望在方案调整的过程中，通过更少的投入实现更大的物流效益：（1）优化物流设备的配送路径。通过将路线3的配送路径覆盖部分线路2的配送范围，同时路线2的配送路径覆盖部分线路1的配送范围，来减轻各条配送路线的物流负荷；（2）调整E10设备的配送业务量。通过部分B类物料调整定义为A类物料，以此将部分牵引车的配送工作分担至E10进行。
通过对优化后物流方案的再次仿真验证，由表2可见通过配送路线的优化调整，各物流搬运设备的物流利用效率有所提升，根据物流设备80%OEE来看，基本符合物流方案的设计思路；各条生产线的生产节拍也更趋于合理，实现了物流成本的控制。
表2物流搬运设备仿真运行空闲时间对比表
设备E10-1E10-2E10-3牵引车-1牵引车-2牵引车-3原方案/%28．4048．674．641．635．738．2
优化方案/%24．6021．1029．5029．4030．9028．70
6结语
本文以某汽车零部件制造企业的装配车间为研究对象，通过大量文献资料及装配车间生产现场的调研，根据车间生产物流特点，对汽车零部件装配车间的生产物流配送提出了物流配送的初步方案；并
运用现代化的信息技术手段，对所提出的物流配送方案进行验证及优化，最终实现汽车零部件制造企业生产物流的定点、定量、定时配送，有效提高移动设备的利用效率，优化物流人员的配置，提高了生产物流效率。
参考文献
［1］田肇云．生产物流管理［M］．北京：社会科学文献出版社，2006．
［2］刘昌祺．物流配送中心设计
任一农
［M］．北京：机械工业出版社，2001．
［3］张强，荆刚，陈建岭．车辆路线问题研究现状及发展方向［J］．交通科技，2004（1）：60-62．
2dj［4］任星球，张景玲，赵燕伟等．制造企业装配线物料准时配送路径优化问题研究［J］．机械制造，2012（50）：1-4．
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