SPS模式下物料消耗平准化的混流装配线车型排序

郑勇军

(武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉 430070)



SPS模式下物料消耗平准化的混流装配线车型排序

郑勇军

(武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉 430070)

摘要：在混流生产过程中，针对零部件供应不能实现JIT的问题，提出在SPS物料配送模式下，提高零部件消耗平准化程度。在汽车混流装配线中最重要的目标是零部件消耗速率平准化，建立了混流装配线车辆排序模型。结合W公司实际案例，验证了车型排序在平准化物料消耗中的重要意义。

关键词：SPS物料配送；混流装配线；物料消耗平准化

0引言

为了满足消费者对汽车产品的需求，汽车制造企业必须在更短的时间制造出低成本、高质量的产品[1]。然而近年来对混流装配线的研究主要集中在以下几方面:传统混流装配线平衡[2]和混流装配线的排序[3]。近几年来，研究者基于车型混流排序问题做了大量的研究工作，如熊福力等[4]研究了涂装车间整车颜色约束对汽车混流装配线排产的影响，建立总装车间和涂装车间车型排产模型。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 Chasing Algorithm, GCA)求解模型[5]。叶明等人[6]考虑不同车间(主要包括总装车间和涂装车间)的物流缓存区以及涂装车间整车的颜色约束，建立带有缓存区的多级排序模型。

上述研究并没有考虑到零部件配送过程JIT的实现程度[7]，其中大多数模型的建立都是假设物料能够及时、定量送达装配线旁。但对于汽车生产来说，零部件数量和种类众多，实现JIT配送难度较大，故在汽车制造企业的总装车间，零部件广泛实施单量份配送模式(Set Parts Supply，SPS)，而线旁物料的实际消耗速率与SPS配送速率之间存在一定偏差，直接影响着SPS配载中JIT实现程度。降低两者之间的偏差显得尤为重要，这对理论和实践都有重要的意义。文中考虑在SPS配送模式下，分析汽车车型排产顺序对物料消耗影响情况，从而建立汽车总装过程和零部件配送过程两阶段的混流装配线车型排序模型，对模型采用目标追踪法求解，给出最优的投产排序方案。

1问题描述

1.1SPS物料配送模式

单量份配送是丰田生产方式根据准时化和及时配送理念实施的一种单辆自动物料小车向生产线配送物料的方式[8]。单量份配送是指在物料储存区与装配区分离的情况下，各个物料按照预定的上线顺序，把装配线需要的各种零部件进行拣选并装载至特定运输筐车，随AGV自动小车配送至生产线旁，随后框车跟随总装线一起流动。

与传统配送方式相比，运用SPS能够防止生产线错装、漏装，提高装配质量和效率，减少物料上线点、减少线旁及通道面积，改善现场作业环境，实现生产线作业的安定化,缩短装配的节拍时间，提高作业效率等[9]。

1.2平准化投产的数学模型

在实际汽车总装过程中，总装线上的装配时间、物料种类和物料数量都会影响物料的消耗速率。因此混流装配模式下，理想状况下物料消耗速率与实际消耗速率的差值最小，已成为生产实践中首要考虑的目标[10]，因此文中考虑混流装配线一个最小生产循环单元[11]，目标函数如下:

(1)

2目标追迹算法求解排序模型

混流投产车辆排序基本思想是：当k位置使得D值最小，即选择车型的位置为k时，理想状况下物料消耗速率与实际物料消耗速率的差值最小，此时k位置的车型为最优排序车型。目标追迹法是在k=1时D达到最小值，依次k=2，k=3,…,k=r此时D同时达到最小值，此时的排序为最终确定的投产排序。

步骤一：令k=1,f=0;

步骤四：若k>r程序结束；若k

由于手工计算比较繁琐,而目标追迹法求解比较流程化，在VC++6.0的平台上进行函数编写。

3案例应用与分析

3.1实际案例应用

如今SPS配送模式在企业已经得到了广泛的应用，特别是在汽车制造业的总装车间应用尤为明显。目前国内汽车制造商已有多家物料供应采用SPS上线模式，包括广汽丰田总装车间、一汽大众上汽通用五菱宝骏总装车间等。此案例W公司总装环节一个生产周期内有35辆车、5种车型，总装内饰二采用SPS配送方式为产线配送10种零部件，将其数据作为研究对象。基本数据如表1所示。

3.2排序比较分析

图1所示的投产排序与原有的排序存在较大的差异，车型投产顺序发生了变化。排序的不同必然引起物料需求的不同，故原有车型排序与理论计算车型排序对零部件消耗也不一致。为了更好地比较两种排序模型对物流均衡化的影响，现将2种排序模型对零部件消耗情况做个对比，如图2和图3所示。

分析图2和图3，用目标追迹法优化得到的排序比原有排序对零件连续消耗的情况少，在一段时间内生产更加平准化。根据JIT的生产模式,图3表示对零件连续消耗，意味着SPS必须连续配送,连续消耗的次数越多意味着配送压力越大；而采用目标追迹法求解的排序方案,则可以有效缓解SPS配送的压力,同时可以错开各种零部件配送的高峰期，所以目标追迹法得到的排序模型适用性是可行的。

4结论

混流装配线投产排序问题是混流装配必须解决的关键问题，文中把装配环节与SPS零部件配送环节联系起来，以实际消耗物料速率与理想状态物料消耗速率的差值为目标，从而建

立混流装配线车型排序模型，最终通过目标跟踪算法仿真出车型投产的最优排产顺序，并通过零部件消耗情况对比，验证理论计算得出排序对物料消耗均衡化程度更高，即目标追踪法得出的车型排序比原有排序更合理。文中研究为实现JIT生产以及未来SPS模式在企业的广泛推广，提供了可借鉴的思路，具有理论和实践意义。

参考文献:

【1】张建林,魏大涛.多品种小批量生产管理系统的需求分析[J].航天制造技术,2006,49(5)：32-35.

【2】TAVAKKOLI-MOGHADDAM R,RAHIMI-VAHED A R.Multi-criteria Sequencing Problem for a Mixed-model Assembly Line in a JIT Production System[J].Applied Mathematics and Computation,2006,181(6)：1472-l481.

【3】赵伟,韩文秀，罗永泰.准时生产方式下混流装配线的调度问题[J].管理科学学报,2000,3(4):23-28.

【4】熊福力,严洪森.多级汽车装配车间的集成排产优化模型[J].系统工程理论与实践,2010,30(10):1892-1900.

【5】MONDEN Y.Toyota Production System[M].2nd Ed.Industrial Engineering and Management Press,1991:573-586.

【6】叶明,王宁生.基于递进式蚁群算法求解多目标汽车制造排程问题[J].中国机械工程,2006,17(4):1472-1476.

【7】MILTENBURG J.Level Schedules for Mixed-model Assembly Lines in Just-in-time Production Systems[J].Management Science,1989,35:192-200.

【8】汪玉春,齐二石.精益物流在一汽轿车生产过程中的应用[J].物流技术，2009,29(5):111-114.

【9】覃祖宾.SGMW总装车间SPS运行分析[J].装备制造技术,2011,39(9):124-126.

【10】AL-E-HASHEM S M J M,ARYANEZHAD M B,JABBARZADEH A.A New Approach to Solve a Mixed-model Assembly Line with a Bypass Subline Sequencing Problem[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2011,52(5):1053-1066.

【11】蔺宇,赵宗原.SPS模式下零部件配送质量的混流装配线总装排序[J].工业工程，2013，16(2)：112-116.

Research on Sequence of Mixed-model Assembly Lines in Material Consumption Level Based on Set Part Supply Mode

ZHENG Yongjun

(College of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan Hubei 430070,China)

Keywords:Distribution of set part supply; Mixed-model assembly lines;Level of material consumption

Abstract:To solve the problem that parts supply could not achieve JIT in mixed-model assembly lines, a research is conducted on the optimization of improving parts consumption level when material supply was in the set part supply way. The most important goal was the level of material consumption rate in mixed-model assembly lines. Then a sequence model of mixed-model assembly line was established. Combining with the actual case of W company, it is proved that the value of the sequence in stabilization of the material consumption is important.

收稿日期：2016-02-22

作者简介：郑勇军(1991—)，男，硕士研究生，主要研究方向为汽车总装效率提升。E-mail：1309738553@qq.com。

中图分类号:F273

文献标志码：A

文章编号：1674-1986(2016)05-031-03