基于容器标准化的智能物流配送

（中国轻工业长沙工程有限公司智能工业设计院，湖南 长沙 410114）

1 背景及意义

以互联网技术为中心的时代，智能化正在席卷一切。《中国制造2025》指出：加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向；着力发展智能装备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型生产方式，全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平[1]。

SF公司是全球大型的风扇、取暖器生产基地，主要生产取暖器、电风扇两大主导系列产品，具备年产700万台取暖器，600万台风扇的生产能力。面对劳动力成本增加、原材料价格上涨、国内市场剧烈竞争导致利润空间收窄等特点，公司从自身战略角度出发，结合已有的工艺和技术设备，提出减员增效的目标，为顺应智能制造的发展趋势，同时要求工厂智能化升级改造。

物流容器的改善作为提效的基础工作，提出以容器标准化辅助智能物流配送。生产实践过程中，物料容器的选择往往根据经验或者参照其他企业确定，既缺乏系统科学的方法，也无法满足本企业物料配套的需要，物料容器的装载容易出现过载或空载的形式，对于容器使用造成较大的损坏，空间利用不充分，企业在周转容器的补充上花费大量的成本。另一方面，非标容器对于智能化物流配送的升级改造也存在诸多阻碍。文章探讨了物流包装尺寸标准化的解决方法及步骤，基于基础模数分割级进系列尺寸,为包装箱尺寸的制定提供了理论依据，结合AGV物料配送，为企业的物流配送提供了科学的工具方法。

2 物流容器存在的问题

2.1 物流容器现状

由需求导致生产的淡旺季，SF公司产品表现出明显的季节性特点，风扇需求旺季在6-9月，取暖器的需求旺季在11-3月。另外，产品销售分为国内市场与国外市场两大块，内贸、出口的不同要求，公司的产品型号达数百种，不同产品型号之间物料差异较大。对应地物料装载的器具数量庞大，具体使用到的器具类别、数量及参数见表1：

2.2 主要问题

不同型号的成品对应的零部件种类多、尺寸大小不一、形状各异，往往需要选用多种物流容器。通过现场反馈，实际生产过程中不同在制品并无明确容器装载。收集使用到的各项容器的尺寸，分析表明大小不同的容器尺寸之间并无关联。装载器具的设计没有考虑到物流周转的需要，只考虑到存储零件的基本功能，而忽视其空间利用率及容器可回收的效率，而容器空间的利用率直接影响着物料存储占用面积，容器可回收效率决定周转容器是否方便及时回收，避免占用生产区域的面积。

3 容器标准化解决方案

3.1 物料尺寸分类

聚类分析是一种建立分类的多元统计分析方法，它能够将一批样本（或变量）数据根据其诸多特征，按照在性质上的亲疏程度在没有先验知识的情况下进行自动分类，产生多个分类结果[2]。对亲疏程度的测量一般有两个维度：第一，个体间的相似程度；第二，个体间的差异程度，通常通过某种距离来测量。相同类别个体特征具有相似性，不同类间个体特征的差异性较大[3]。

将物料尺寸聚类分析，测量不同物料之间的距离。每个尺寸数据视为三维空间上的一个点，统计不同物料之间的尺寸，计算物料之间的“亲疏程度”，即点与点之间的距离越小，表示越“亲密”，越可能聚成一类；点与点之间的距离越大，表示越“疏远”，越有可能分别属于不同的类。

以风扇典型产品的物料尺寸为例，根据BOM表提供的物料信息，将物料尺寸信息转化至长、宽、高三个维度，见表2。

表2 总装物料尺寸信息

通过收集近两年装配线产品下线的种类及数量进行P-Q分析（即产品数量分析），前20类产品的数量占总装配量的86.13%，收集前20类产品的物料尺寸并最终聚集为六类，这六类的中心点见表3。类别1包含15种物料，类别2包含154种物料，类别3包含33种物料，类别4包含21种物料，类别5包含9种物料，类别6包含58种物料。

3.2 容器标准化

物流容器标准化管理在物流管理实践中形成，初步定义如下：物流容器标准化管理是指物料在存储、运输和贸易过程中，为了提高作业效率、保护产品品质、提高空间利用率、降低物流作业成本而设计的物料标准化容器，并体现在合理的标准化容器包装、存放、运输和配送的物流管理方法[4]。

表3 最终聚类中心及数量

容器标准化需要根据物料的尺寸采用聚类分析确定不同物料所属类别，选择标准化的装载容器。而物料容器主要用于仓库和生产车间各工位的物料周转，而不仅仅是存储功能[5]。选用周转箱尺寸的大小需考虑三个方面：（1）物料标准尺寸模数；（2）周转容器大小与托盘的匹配；（3）不同大小周转容器之间相互兼容堆垛[6]。

综合考虑上述三个方面的因素，根据聚类后的类别选择级进系列尺寸的容器系统（即小容器的大小是大容器的一半），如图1所示[7]。系列的选取分为1，1/2，1/4，1/8，1/16等。结合聚类分析出的六类中心，同时考虑原有胶框的利用，提供标准化容器尺寸，见表4。以风扇典型产品的物料归属箱型见表5。

图1 级进系列尺寸图

3.3 智能物流配送

企业风扇、冷风扇各有8条生产线。风扇按照每条线单班11小时的产能1560台计算，冷风扇单班11小时900台。将容器标准化之后的物料配送，将保证线边物料最大存量达两小时，风扇与冷风扇两小时的原材料物流量分别为118托盘、64托盘。成品物流量按每托盘24件计算，11小时风扇总计446托，冷风扇总计296托。物流配送量见表6。

表4 标准箱型尺寸

表5 风扇典型产品的物料归属箱型表

表6 物流配送量

标准化后的容器作为物流改善的基础，较方便地与智能化的物流配送平台对接。由AGV小车实现的智能化物流配送，生产线均成南北向布置，在生产线前端设置物流超市区。由物流人员物料整理后放置在物料架上并推送至物料区的发车点，按下AGV小车呼叫按钮。AGV带走料车，按照既定的轨道发往生产线边，同时带回空料架，等待下一次取料呼叫。具体流程如图2所示，图3是AGV小车顶升空料架返回示意图。

4 智能物流配送效果反馈

实施容器标准化后的智能物流配送与改善前的物料配送系统有较大的变化。首先是物流人员的工作流程得到优化。改善前物流人员的主要工作分为：仓库备料，物料配送，空箱回收。改善后的物流工作集中在仓库备料环节，剩余的工作采用智能物流配送实现，物流人员工作流程对比如图5、图6所示。

图2 AGV配送流程

图3 AGV小车顶升空料架示意图

图4 改善前物流配送流程

物流人员工作流程得以简化同时物流配送效率也得到提升。两小时物流配送效率对比如图6，配送效率提升28.6%。

图5 改善后的物流配送流程

图6 物流配送效率对比

其次，通过规划采用两小时的物料配送原则，以标准化的容器对物料实施分装，使线边库存也得到有效控制。按照风扇、冷风扇各8条线计算，改善前线边物料面积约1 644m2，改善后物料占地面积1 075.2m2。在空箱回收方面，通过空箱之间相互嵌套，回收效率大幅提升，容器可嵌套率达8:1，即8个嵌套的容器占用单个封闭容器的空间，加快了车间内部物流器具的周转效率。

5 总结

以标准化容器为车间物流智能化配送提供了基础。本文提供了物料容器标准化的方法，结合具体的物料尺寸，实现物料分类，将尺寸接近的物料归类，使得同类物料放置在同一标准容器内，不同类别的物料放置在级进系列尺寸的容器中，最大限度利用容器空间，提高了容器的周转效率。标准化的容器配合智能AGV配送构建的智能化物流配送系统，提升了物流配送效率，减少了车间线边物料的占用面积，在容器使用方面加快了容器的周转，节约了企业的使用成本。

[参考文献]

[1]中国国务院.中国制造2025[Z].2015-5-8.

[2]薛薇.统计分析与SPSS的应用[M].北京:中国人民大学出版社,2014.

[3]冯乾,乐美龙,赵毅.物料聚类分析下的仓库货位指派优化[J].辽宁工程技术大学学报,2015,(10):34-35.

[4]黄福华.现代企业物流管理[M].北京:科学出版社,2010.

[5]莫森.基于物流包装尺寸标准化的集合包装优化系统研究[D].重庆:重庆大学,2008.

[6]杨瑞岩.包装单元、搬运单元和集装单元匹配关系建模与优化[D].长春:吉林大学,2013.

[7]（美）汤普金斯,等.设施规划[M].北京:机械工业出版社,2012.