汽车总装车间物流配送仿真及优化研究

包伟伟BAO Wei-wei；董方岐DONG Fang-qi；邢晓威XING Xiao-wei

（中汽研汽车工业工程（天津）有限公司，天津 300300）

0 引言

对处于规划阶段或者运营阶段的工厂物流配送方案的规划和优化问题，可通过离散系统仿真方法对其开展相关的性能指标评价[1]，具体可以对物流方案[2]、库存水平[3]、设备参数[4]等设计指标进行验证与优化，用于指导和优化设计方案。汽车工厂总装车间具有生产节拍高、生产工序及流程复杂、物料配送的准时化和齐套化要求高等特点[5]，存在故障停机、缺料或等料等随机因素的影响，车间平面布局、物料库存容量设计和物流配送方案的优劣将直接影响整个车间及至整个工厂的生产效率和成本，本文采用Automod 仿真软件对汽车总装车间的物流配送场景进行仿真优化研究。

1 研究背景

1.1 总装车间物流规划整体概述

某汽车企业总装车间的物流规划包含到货验收、卸货转运、入库上架、分拣备料、投料上线5 个模块，到货验收至分拣备料模块均由库存管理系统WMS 管控过程数据集信息，投料上线采用物料拉动系统LES 呼叫拉动任务单的方式，数据信息源头均为信息系统发起。

1.2 物料分类及配送拉动方式

该总装车间物料及配送方式分为四种：大件采用顺序上线JIS 模式、中小件采用成套上线SPS 模式、中大件采用“1 物流”（投料形式为货架且线边只能存放1 个货架的物料）模式、小件采用双箱物流模式。所有物料均由LES系统呼叫上线，呼叫指令传达方式分为两种，JIS 和“1 物流”通过线边软按灯来呼叫，双箱物流和SPS 分拣区通过生产拉动系统PPS 自动呼叫，其中第一种方式需要精确计算按灯提前期，以确保呼叫及时性、准确性。

1.3 生产现状及存在问题

在“1 物流”的情况下，线边位置不满足双箱，物料只能存放1 货架，为了不影响生产正常运行，需要人工计算每种物料的呼叫提前期（即每个物料的呼叫拇指数，在到达拇指数后通过软按灯或触摸屏呼叫后投料人员即时投料），经过一定周期的积累形成提前期约定，不同产能节拍下的需重新计算。具体问题如下：①线边物料的呼叫提前期计算复杂，还需要在不同产能节拍进行适时调整，多凭经验判断；②投料员接收呼叫信息之后，无法判断等待组单期，只能及时投料，存在大量的单筐投料情况，导致配送工时浪费和配送车辆的利用率低。

2 仿真目标与仿真输入

2.1 仿真目标

表1 仿真目标及内容

2.2 仿真输入

①生产计划及作息制度：总装车间设计产能30JPH，节拍为120 秒，生产班次为单班，具体作息制度略，表2 为生产计划表。

表2 生产量纲和生产计划

②物料相关数据：PFEP（Plan For Every Part）表注明了所有与仓储、搬运和使用该物料相关的信息，内饰线所需物料的PFEP 表如表3 所示，主要信息包括每种物料的编号、消耗定额、投料位置、上线时间、零件分类、存放位置、投料容器类型、投料容器的尺寸和容量、投料方式、物料拉动方式、投料设备、组挂箱数、投料地点、线边箱数等。

表3 物料PFEP 数据表

3 系统建模与仿真

3.1 输入数据处理

准备仿真程序需要读取的数据，提取出excel 表中的投料地点、工位编号、货架编号、货格编号、线边箱数、线边停车站点编号、上架时间等数据并进行数字化处理，以便仿真程序读取。

3.2 建模与仿真逻辑

①生产线启动运行前备好所有线边物料；②系统运行开始，按照装配线节拍和物料消耗定额，开始消耗线边物料；③按灯系统发现线边物料不足，通知装配线控制系统停止主线设备运行；④按灯系统发现线边货架配件数量小于拇指数，通知看板系统显示送货通知；⑤车辆调度系统根据看板通知信息，组织车辆送货；⑥配料组根据主线计划信息，组织配件配盘备料；⑦牵引车将配件送到线边货架，关闭按灯。（图1）

图1 生产线组成及运行逻辑图

3.3 建立总装车间仿真模型

总装车间的基础仿真模型包括涂装后PBS 线、内饰线、底盘线、最终装配线、座椅线、轮胎线、动力电池线、前后桥分装线等，仿真模型的工艺流程和物流逻辑与实际生产线一致。

3.4 建立物流配送仿真模型

在总装车间仿真模型的基础上，建立内饰线物流配送的仿真模型，主要包括内饰线所需物料的存储位置区、配送路线、各工位线边缓存区、牵引车辆及组挂的模型和相关参数，如图2 所示。模型建立后，导入数据进行仿真试验。

图2 总装车间物流配送仿真模型

4 仿真结果分析

当产能节拍为10JPH、牵引车速度为5 公里/小时，可得到如表4 的仿真输出数据，不同的牵引车数量和不同的物料呼叫拇指数，对应不同的停线时间和牵引车满载率。当满载率要求为80%以上时，可选取当配置8 辆牵引车，拇指数为5 时，牵引车满载率80%以上，停线时间为零，表明物料配送及时，满足生产节拍要求。

表4 仿真输出数据

仿真模型可进行多因素多水平的仿真实验，最终可得出各零件合理的呼叫拇指数和牵引车数量，并可根据实际的生产计划、产能节拍和资源配置要求，修改相应输入数据后，快速进行仿真验证，得到优化数据，支撑物流配送方案的规划，实现资源的有效利用。

5 结论

仿真结果表明，应用离散仿真技术能有效地对物流方案、库存水平、设备数量及参数等设计指标进行验证与优化，以降低生产成本和提高资源利用率。对仿真过程和结果的分析，还能帮助发现输入数据存在的问题，进一步帮助挖掘生产运营管理中存在的问题，这也是仿真技术的应用效果之一。同时，仿真模型和脚本程序的建立，往往具有可复用性和可快速修改性，方便在相似仿真场景中快速调用，缩短仿真周期。