汽车混流装配线物料动态配送研究
总装车间SPS系统的优化设计与实现方法
车辆工程技术111机械电子0 引言 在当今个性化的时代，汽车厂家生产的品类越来越多，专线生产单一规格车型的生产模式由于不具有经济性已经退出历史的舞台。
当今主流的汽车生产线，通常混线生产3种以上的车型。
为了解决生产线混流生产与操作工位边物流存储区域不足的矛盾，丰田公司最先在其精益生产模式中提出了有效解决该问题的方法——零部件成套供应（SPS），目前国内的大部分汽车厂也开始学习应用该方法用于总装混流生产中。
1 典型SPS 自动配送系统组成与原理介绍 在SPS 系统布局中，集配区的功能是实现物料的分拣，拣料员按照生产序列单，在集配区将同一台车的各种物料分拣并放置在同一台料车上。
满载的料车从拣料区出发，被送到装配区，装配区的功能是实现物料的装配，装配工按照安装工艺，从料车拿取物料并将其安装在车身上。
每台车的物料拿取装配完成后，空料车被从装配区送返回集配区，进行后续待装配车辆的分拣。
见附图1所示。
总装车间SPS 系统的优化设计与实现方法林 骥,王天生（上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西 柳州 545007）摘 要：介绍了汽车制造业总装车间SPS（Set Parts Supply 零部件成套供应）自动实现配送、随行的原理、案例与运行过程中的问题，通过对存在的问题进行深入分析，文章提出了一种提高SPS 自动配送系统运行可靠性的优化设计方法。
关键词：SPS系统；设计；优化 料车从集配区到装配区的配送，随着生产智能化的发展，已由人工配送的方式转向采用AGV 全自动配送的模式，其流程描述如下： （1）AGV 牵引空料车进入集配区域，通过人工进行配料； （2）当人工配料完成后，工作人员通过按钮盒给AGV 发送所配物料上线点（在最后一个分拣工位装2键按钮盒，分别是车门右侧上线点和车门左侧上线点），AGV 牵引2台满料车至上线点缓存区； （3）当上线点行程开关检测到没料车，发送信号给缓存区的AGV，AGV 接到信号自动启动，运行至上线点，AGV 与料车自动脱钩分离； （4）分离后的AGV 单机自动启动，运行至下线处的AGV 等待点进行等待； （5）上线点通过自动上线机构把料车送上随行同步带，让料车跟着生产线同步运行，料车随随同步带运行至下线点，通过下线点自图1 SPS 系统布局动下线机构使料车与随行线分离； （6）料车下线后，通过自动下线机构使料车之间安全连接，发送信号给在等待点的AGV，使AGV 自动启动，AGV 运行至下线点，升降销自动启动与第一台空料车挂钩，挂钩完成，AGV 自动启动，牵引2台空料车沿既定的路线进入集配区，完成一个循环； （7）循环。
汽车行业MES系统中物料拉动子系统的设计与实现 陈勇
汽车行业MES系统中物料拉动子系统的设计与实现陈勇摘要：社会经济的快速发展，对汽车行业MES系统带来了新的机遇与挑战，有必要对其物料拉动子系统展开深入研究与探讨，并采取最优化的实施措施，达到事半功倍的效果。
本文首先概述了相关内容，分析了拉动式物料配送问题，并研究了拉动式物料配送系统的建立问题，望该课题的研究，对后续相关工作的实践能够起到借鉴与参考作用。
关键词：汽车行业；MES系统；物料拉动；子系统1前言在汽车行业MES系统应用中，物料拉动子系统的设计是一项综合性较强的系统性工作，如何取得最为理想的效果，保证顺利进行，备受业内人士关注。
本文从实际出发，结合相关先进理念，对该课题进行了深入研究，阐述了个人的几点认识。
2概述近年来市场的需求越来越多变和个性化，许多适用于大批量制造的刚性生产线正在被逐步改造为小批量多品种的柔性生产线，因此要求企业内部建立起高效、快速的物流系统与现代生产制造系统相适。
但国内企业的生产物流状况普遍比较落后，还处于粗放的拉动配送阶段，生产线的高效率和现场物流的繁杂、低效已经成为制约企业快速发展的瓶颈。
本文主要围绕建立一个高效的物料拉动式配送系统，在正确的时间以正确的方式送需要数量的物料到所需的产线工位。
3物料配送方式简介无论是20世纪60年代美国IBM公司奥列基博士提出的物料需求计划（MRP），还是20世纪90年代美国著名IT咨询公司GarinerGrouPInc提出的企业资源计划系统（ERP），这些系统都只是强调企业之间的大物流配送，并且基本思想都是准备一定量的库存，按照提前期长短区别各物料下达订单的优先级，从而保证在生产需要时所有物料都能配套备齐，从根本上来说这些都是一种“推动式”的物料配送方式。
直到准时生产（JustInTime，JIT）的出现，生产线物料配送方式才发生了根本变化。
但现在国内仅有的理论研究也主要以定性描述为主，定量研究只是集中在配送路径和配送目标的选择上，对如何确定配送周期和配送规则的研究却很少。
总装车间物流配送方案
8米
内饰前区
44米
包车上/下线导轨
物流通道
8米
内饰后区
物料存储区,宽2300mm 操作通道,宽1000mm
包车限位导轨,间距1400mm 操作通道,宽1000mm
物料存储区,宽2300mm
SPS小车走向
人行通道
A区
B区 C区
……
打包区物料摆放原则:物料按生产线装配分左、右；料盒零件先打包,料架零件后打包；不同车型 的物料分区摆放；同车型的通用件摆放一起,分配置的物料摆放一起； 手工标识:通用件不粘贴标识；分配置的物料粘贴标识,比如:低配粘贴黄色标识,中配粘贴红色标 识,高配粘贴黑色标识等； 操作:比如打包1个低配车的物料,先把通用件打包,分配置的就拿标有黄色标识的物料；
装载重量 (Kg) 15 15 15 15 15 15 15
毛重 (Kg) 0.7 1.1 1.6 2.8 2.5 3.5 2.95
颜色 （总装） 5015蓝色 5015蓝色 5015蓝色 5015蓝色 5015蓝色 5015蓝色 5015蓝色
种类 L(mm)
W(mm)
小型 中型 大型
1200
1400 1600 2000
三种车型的内饰打包区估计需要80米长的打包区； 生产线速3分钟/辆,1个人不可能在3分钟内完成80米长的打包线,所以必须按每人3分钟能完成的打 包量,把打包区分A,B,C,D等区域,流水线打包,确保打包区每3分钟完成1个包车；
DPS亮灯系统就是手工操作方式的智能系统,按照车身BOM配置表来实现,避免手工操作的错误；
总装车间物流配送方案
生产管理部—物流科 2017-05-19
8#总装车间一条生产线三种车型：M12,M12E,B40；6#车间6000㎡作为总装仓储中心； 生产时间：两班，单班8小时； 生产线速度:20台/小时； 配送距离:≤1公里；
基于Milk-run 的车间物流配送系统优化研究
第36期2018年12月No.36December ，2018作者简介：施冠栋（1987—），男，上海人，工程师，学士；研究方向：物流规划。
摘要：文章详细阐述了汽车零部件公司车间物流的应用现状，并对工厂车间物流循环配送系统进行了规划与实施，建立了循环配送系统的关键评估指标、实施方案。
实践证明该模式大大提高了生产效率并降低了生产成本。
关键词：车间物流；循环配送；关键评估指标；实施方案中图分类号：F253.9文献标识码：A江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information基于Milk-run 的车间物流配送系统优化研究施冠栋（上海汇众萨克斯减振器有限公司，上海201100）0引言国内市场和全球经济的波动给制造企业带来了巨大的运营风险。
而与此同时，客户对供货的要求也从原先的批量供货逐渐转变为定制产品的小批量供货。
这些现有竞争环境所产生的特性迫使制造企业对其管理和生产结构做出根本性的改变。
通过消除生产中浪费的精益管理来进行改善，而厂内物料供应作为精益生产系统的一个重要改善方向具有极高的研究价值。
厂内物料供应使用循环配送（Milk-run ）系统在汽车工业中越来越受欢迎，其目标是优化物料配送流程并提高物料供应的可靠性，该系统涉及物料拣配、运输和交付给内部客户指定的工艺、生产区域的过程。
但现有的Milk-run 系统多应用于供应商入厂物流，所以研究适合企业实施厂内Milk-run 系统的方法才能有效改善厂内物料供应。
1Milk-run 系统的起源及应用现状Milk-run 一词来源于20世纪前英国和美国的一种典型的牛奶配送方式。
运作模式是通过送牛奶的小男孩把可以重复使用的牛奶瓶按照固定的路线送到顾客处，并回收空奶瓶。
在理想情况下，配送牛奶是在与先前给客户的奶瓶进行直接交换的情况下进行的，所以不会出现多送牛奶或牛奶变质的风险。
这个配送理念已经转化为企业物流的一种模式，多用于汽车制造业，是主机厂使用同一卡车按照预先设定好的路线和时间按照次序到供应商处收取货物，同时装卸零件和空容器，最终将零部件送到主机厂仓库或生产线的一种运输模式。
基于SPS的单台配送模式规划与设计
1432020.09/物流技术与应用摘 要：在汽车生产过程中，零部件从仓库配送至线边工位的最后100米至关重要，物流配送模式的选择，会对配送效率乃至整个工厂的生产效率产生巨大影响。
本文基于对SPS配送模式优势及局限性的客观分析，重点对SPS的规划与设计要点进行了介绍，认为SPS单台配送模式利用精益生产理论可弥补传统配送模式的不足，提高供应链最后100米的物流管理水平，提升其物流配送效率。
关键词：汽车生产、配送模式、SPS、规划设计基于SPS的单台配送模式规划与设计文/ 赵红伟 张学栩 周霖 刘洵 杨超 肖旺 卢卓汽车行业的供应链管理，主要是围绕汽车生产执行供应链过程中，零部件从供应商到最终生产工位之间的物流、业务流、信息流的控制以及规划。
零部件从仓库配送至线边工位这最后100米至关重要，物流配送模式的选择，会极大地影响配送效率，从而影响整个工厂的生产效率。
近年来，随着TPS精益物流思想在我国汽车生产行业的深入，厂内物流配送客户，即生产线对物流配送的要求越来越标准化、精细化和高效化，迫使对物流配送方式进行调整，寻求更加精益的物流配送方式，以适应现代整车制造的生产需求。
同时，为了打造高效配送物流体系，现代化的物流设备及物流信息管理技术被大量使用，使物流配送作业集标准化、信息化为一体。
目前，上汽、广汽、东风、长安、一汽和奇瑞、比亚迪、吉利等国内整车制造企业已在物流配送环节不同程度地推行了新的配送方式SPS，部分企业还引用了现代化的物流设备AGV和物流信息管理技术DPS，以实现高效的物流配送体系。
一、物流配送模式对比1. SPS简介SPS（Set Parts Supply）是丰田公司准时化物流广泛应用的一种单量份向生产线配送的方式。
它是指和临近生产线分离的另一个SPS区场地，将一辆份的零件拣选出来或进行分装后，按照顺序提供给生产线上操作者的方式。
简言之，SPS物流就是在恰当的时间将正确的物料配送至指定的工位后，不需要判别便可取件装配，消除不必要的非增值动作。
汽车混流装配线的排产优化
广西工学院毕业论文论文题目汽车混流装配线的排产优化---柳州裕信方盛汽车饰件有限公司为例姓名梁荣欢系别管理系专业工业工程班别工业工程082指导教师何恒日期 2012年4月3日摘要：多品种小批量混流生产能够快速、灵活地组织生产特定的产品，从而响应市场日益变化的不同需求。
这种新的生产模式已被越来越多的大型汽车制造企业所采用，但与之相关的投产排序问题也日益成为研究的热点。
本文概述了国内外轿车混流生产的应用状况及混流装配线的投产排序优化对于提高企业生产效率的重大意义，介绍了该课题在国内外研究状况及能用于解决该课题的遗传算法的基本原理和运行步骤。
通过研究“柳州裕信方盛”实行的多品种混流生产方式，发现优化投产顺序可以降低目前存在于不同装配工位工作负荷不均衡导致暗灯停线频率的现象。
这种现象因混流装配线上不同产品所需的装配工艺和装配时间不同而难以避免，并造成一定的浪费。
本文以工作负荷均衡化为投产排序目标建立了数学模型，并运用遗传算法对该数学模型进行解算。
本文按上述遗传算法编写MATLAB程序，通过算实例验证了该算法和MATLAB程序的可行性。
结合“柳州裕信方盛”三课汽车内饰件装配车间的应用实例的研究，通过对混流生产线上的车型进行排序，在理论上验证了该投产排序方法能有效降低制造成本，为企业带来收益。
最后在总结全文的基础上，提出了对多品种混流生产调度系统的展望。
关键词：汽车、装配线、MATLAB，多品种混流生产，遗传算法，投产排序AbstractMany kinds of small batch mixed flow production can fast flexibility to organize production of specific products, response to changing market needs. This new production model has been more and more large car manufacturing enterprise used, But the related production scheduling problems are also increasingly become the research focus.This paper summarizes the domestic and foreign cars mixed flow production application status and mixed flow assembly line production of the sort to improve production efficiency optimization of the great significance,introduces the domestic and foreign research status and project can be used to solve this topic, the basic principle of genetic algorithms and operation procedures.Through the study of a “YuXin FangCheng LiuZ hou” margin of mixed flow mode of production,find optimization can reduce production order at present are found in different assembly location imbalance working load in dark light stop line frequency phenomenon. This phenomenon for mixed flow on the assembly line for different product assembly process and assembly time different and hard to avoid, and cause certain waste. This paper work load equilibrium production in order to target a mathematical model is set up,and the use of genetic algorithms in the mathematical model for calculating.This paper according to the above writing MATLAB genetic algorithm,through the calculation examples show that the proposed algorithm is and the feasibility of MATLAB. Liuzhou margin FangCheng letter with three class car inner decoration assembly workshop examples of application of research, through to the mixed flow line type of order, in theory to prove the production scheduling method can effectively reduce the production cost, for enterprise to bring in revenue last on the basis of summing up,proposed to the many kinds of mixed flow production scheduling system outlookKeywords:car、 assembly line、MATLAB、 variety of batch mixed flow production 、genetic algorithm、 Put into production order目录摘要： (II)Abstract (III)第一章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1．2 研究的目的 (2)1.3 研究的意义 (2)1.4国内外研究状况 (3)1.4.1国外研究状况 (3)1.4.2国内研究状况 (3)第二章汽车混装配线排产的优化目标 (5)2．1汽车混流装配线概念 (5)2．2 汽车混流装配线的特点 (5)2．3汽车混流装配线问题描述 (6)2.4混流装配线不平衡现象及其产生原因分析 (7)2.5混流装配线投产排序的必要性 (8)2.6求解混流装配线投产顺序的主要算法 (9)2.6.1几种主要算法 (9)2.6.2遗传算法基本原理 (10)2.6.3遗传算法的实现形式 (10)2.6.4遗传算法的运行步骤和流程图 (11)第三章混流装配线的投产排序数学建模及排序方法 (13)3.1混流总装线投产排序建模思想 (13)3.2混流装配线投产排序数学建模 (13)3.3基于遗传算法混流总装线投产排序模型解算 (16)3.4运用软件MATLAB求解 (18)第四章应用范例及效果评估 (21)4.1柳州裕信方盛汽车饰件有限公司驾驶舱装配车间简介 (21)4.2驾驶舱装配车间混流生产模式介绍 (22)1、生产车型及配比 (22)2、生产模式及节拍 (22)3、产线人员编制及问题描述 (22)4、各类车型相关工作站的装配工时 (23)4.3实例计算及评估 (23)第五章全文总结和展望 (26)致谢： (27)参考文献 (28)第一章绪论引言：随着现代科学技术的迅猛发展，产品生命周期大大缩短，同时由于用户需求的多样性，单一品种、大批量的生产方式已不再适应用户对商品的多样化需求。
混流装配线平衡和排序问题研究综述
混流装配线平衡和排序问题研究综述李同正;杨才君;孙林岩【摘要】In this paper, balancing and sequencing of mixed model assembly line are discussed based on existing research. The main research constraints and methods are analyzed from three aspects. Those are balancing, sequencing, the integration of balancing and sequencing. Then, some special mixed model assembly line are pointed out. Finally, we propose some new directions for mixed model assembly line in the future.%系统地总结了现有的混装线平衡和排序的主要研究内容,从混装线平衡、混装线排序及混装线平衡与排序的集成三个方面对现有了研究进展与研究方法进行了分析和总结,并对一些特殊形式的混装线进行了分析,最后提出了混装线平衡与排序问题需要进一步研究的几个方向.【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2012(030)007【总页数】10页(P900-909)【关键词】混流装配线;平衡;再平衡;排序【作者】李同正;杨才君;孙林岩【作者单位】西安交通大学管理学院,西安710049;西安交通大学管理学院,西安710049;西安交通大学管理学院,西安710049【正文语种】中文【中图分类】TP29装配线是大批量、标准化产品的典型生产系统，人们生活和工业生产中的大部分物品都是在装配线上生产出来的.传统的装配线只进行单一型号产品的生产：产品或工件连续地投放到装配线上，通过传送装置从一个工作台移动到下一个工作台，每个工作台重复执行数个操作.这种简单装配线生产效率高、成本低，在福特时代获得了巨大的成功.近年来，随着顾客对产品的个性化需求的提高，以及模块化设计和换模技术的发展，传统的简单装配线逐渐发展为多产品混合生产的混流装配线（简称混装线）.混装线采用柔性设备和多技能操作工人，以大批量生产的成本和速度提供个性化的定制产品，在汽车、消费电子、白色家电、家居、服装等产业中得以广泛应用[1].在装配线中，不同工作台的工作内容差别使各工作台的负荷并不完全相等，而工件在各工作台上的滞留时间是近似相等的，因此，需要通过平衡设计使分配到各工作台的工作负荷尽量均衡.在混流生产方式中，不仅存在工作台之间的负荷不均，还存在同一工作台内不同型号产品的工作内容差别，例如汽车装配中，装电动天窗和装手动天窗一般在同一个工作台进行，但所需时间和零部件可能不同.因此，在混装线的平衡设计过程中，首先需要对各型号产品的生产量进行预测，确定各型号产品的生产频率，计算各任务的平均负荷，然后进行任务分配，以使得预测需求模式下各工作台的平均负荷尽量接近.此外，由于不同型号产品在同一工作台上的负荷并不完全相同，如果高负荷工件连续地到达同一工作台，就会造成该工作台的负荷过载；而如果高、低负荷工件总是交替到达，则可以避免该问题.因此，在日常运行中，还需要根据订单信息确定所需各型号产品的投产顺序，以降低负荷过载，这就是混装线排序.混装线平衡的主要工作是为各工作台分配任务，往往涉及到设施的重新布置、装夹具的重新设计，以及对工人进行培训，因此平衡工作不宜频繁进行，是一个中长期决策.混装线排序则需要明确的顾客订单信息，是每天或每班都要进行的工作，属于短期决策问题.目前，混装线平衡与排序的研究主要表现在以下几个方面：①只考虑混装线的平衡.对任务进行分配，使各工作台的平均负荷尽量接近，包括初次平衡与再平衡两类；②只考虑混装线的排序.假定混装线已经平衡，只需要确定各型号产品的投产顺序，以降低负荷过载，主要方法有汽车排序、平准化调度和汽车排序三类；③混装线平衡与排序的集成研究.同时考虑平衡与排序，实现整体最优.④一些特殊形式的混装线平衡与排序研究.主要是双边线、U型线、配备机器人的混装线以及拆装线等.下面将分别对其进行分析.混装线平衡包括两类：初次平衡与再平衡.传统的研究主要针对初次平衡，并将其简称为混装线平衡；由于需求模式、技术变化等原因导致原来平衡的混装线不再平衡，需要进行的重新平衡称为再平衡.混流装配线是指同一条装配线生产几种不同型号的产品，每一型号的产品都有与之相对应的任务作业时间，加工任务先后顺序约束（先后顺序图，如图1所示），以及市场需求量.混装线平衡（Mix－model Assembly Line Balancing，MALB）是在满足所有产品的加工顺序、市场需求量以及其它约束的前提下，将组装任务分配给各工作台（k，k＝1，…，K），对所有的产品都实现各工作台负荷的尽量均衡.在同一条混装线上的多个产品大都源于同一基础产品，一般可以将它们的先后顺序图合并为一个综合顺序图[2-4]，任务的作业时间随具体型号而变化.从而需要对平衡周期内的各型号产品的需求量做出预测，依据各型号的生产频率计算各任务的平均作业时间.早期的研究根据这种综合顺序图和平均作业时间将混流装配线转化为简单装配线[5]，其目标是保证每个工作台装配不同型号产品的平均加工时间尽量平衡，称之为“纵向平衡”（Vertical Balancing）.对于某些行业如汽车等，产品的型号过多，难以预计每种型号的产量，只能较准确地预测每种配置选项的概率，Boysen等人（2009）建立了一种基于配置选项的综合顺序图来研究这种品种众多的混流装配线平衡问题[6].综合顺序图的形成意味着将生产不同型号产品所需的相似任务分配到相同的工作台.这些相似任务通常需要相同的技能和设备，将它们分配到同一工作台可以减少设备投资，提高专业化水平，但废除这一限制，将它们分配到不同的工作台却可以提高装配线的平衡程度，降低长期运行成本，Bukchin 与Rabinowitch（2006）综合考虑了长期运行成本和投资成本间的替代关系[7]. 通过纵向平衡可以保证各工作台内的加工时间尽量均衡，然而，由于加工不同产品的相同任务可能所需作业时间不同，所以可能出现加工不同产品时各工作台的负荷并不均衡.这就涉及到装配线的投产顺序，即排序问题.混流装配线平衡设计会对投产时的排序产生较大影响：对任意工作台而言，如果任务分配能保证加工不同型号产品时的负荷都相似，那么任意投产顺序都会产生满意的结果；如果节拍时间较大或者各工位有足够长的距离来平衡负荷波动，也能容易地找到满意的投产顺序.为了降低混流装配线排序的难度，可以最小化各工作台装配不同型号产品时所需作业时间的差异，这就是水平平衡（Horizontal Balancing）.研究者为水平平衡提出了各种目标函数.其中，为了保证加工不同型号产品的负荷相似，Thomopoulos （1970）提出最小化各工作台装配不同型号产品时所需要作业时间与加工不同产品时的平均工作台作业时间的总差异[2]；Decker（1993）提出最小化各工作台装配不同型号产品时所需要作业时间与加工不同产品时的平均工作台作业时间的最大差异[8]；Domschke（1996）提出最小化各工作台装配不同型号产品时所需作业时间与节拍时间的总差异[9]；Merengo等人（1999）设定了较大的节拍时间保证负荷不过载，从而在后期不需要排序，但较大的节拍时间降低了装配线的生产效率[10]；Vilarinho与Simaria（2002）以各型号的预计产量为权重，在平衡过程中保证一定概率的产品型号满足生产节拍要求，从而在负荷过载与装配线效率之间实现一定的均衡[11].在现代经济环境下，市场需求模式经常发生季节性波动，如：对卡车生产线而言，春夏季的工程用车比例高，到了秋季则长途运输用车比例较高.而混装线平衡的前提是确定的或可推测的市场需求模式，当产品型号组合模式发生变化时，原来的最优平衡方案可能不再有效，混装线需要重新平衡.为了应对这些变化，需要对装配线进行再配置（Reconfiguration）或再平衡（Rebalancing）[12].所以混装线平衡不仅包括初次平衡，还包括为适应新需求模式的再平衡.再平衡时，每个工作台都有了固定的位置，具有资源和空间的约束，此时平衡的目标不再是最小化工作台的数量；同时，节拍时间往往也是由销售决策决定.此时，只需要能在给定的工作台数目和节拍时间约束下找到可行解就足够.所以，再平衡主要考虑的是各工作台间的负荷尽量平衡[9，13-14].Gamberini等人（2006）在再平衡过程中提出了需要考虑到两种成本[15]：①设备移动的成本.对于一些小型设备，可以随工作台的变化而移动.但对于一些大型设备，一旦固定下来就很难调整位置，此时需要将大型设备的工序也随之固定到了原来的工作台上；当然，如果必须移动该类设备，则需要考虑成本（搬运成本）.为了减少设备的移动，Gamberini等人提出了最大化初次平衡结果与再平衡结果的相似度；②任务重新分配的人工成本.在任务重新分配的过程中，除了设备的移动成本外，还存在人员的培训费用.针对具体工作需要对操作工人进行专业培训的，因此任务分配调整会导致培训成本.然而由于这些成本难以测量，他在具体求解过程中将目标“最小化任务分配调整的成本”转化为目标“最小化任务分配调整”.目前有关混流装配线平衡的研究主要还是针对第一次平衡，对再平衡的研究还比较少，并且多是在装配线已经平衡的情况下考虑再平衡，此时约束较多平衡难度大、成本高.与中长期规划的混装线平衡问题不同，混装线排序则是短期决策内容：在每天或者每班都需要决定按何种顺序生产产品.排产顺序决定了每个工作站负荷的高低，以及物料需求的进度，这些都与成本相联系.所以，在混流装配系统排序过程中，一般优化以下两个目标[16-17]：1）工作负荷过载（Work overload）.负荷过载是指操作人员不能在规定的时间、空间内完成任务的现象.对于混流装配线上各工作台而言，生产不同的产品通常需要不同的作业时间.如果多个高负荷的产品类型连续到达同一工作台，就会导致该工作台的负荷过高.而如果高、低负荷的产品类型总是交替生产，就可以避免工作台的负荷过载.2）准时化目标（Just－in－time objectives）.不同类型的产品需要不同的物料和零部件，因此混装线的排序影响着物料需求的进度.实现准时化（JIT）供应的前提之一在于物料需求的时间平稳性，否则就需要较高的安全库存以应对需求高峰期的产能不足.以准时化为核心的排序方法旨在实现物料需求在整个计划周期内的均衡. 与这两个基本目标（最小化负荷过载或保持平稳的物料消耗速度）对应，文献中主要有三类排序方法：型号排序（Mix－model Sequencing）、平准化调度（Level Scheduling）、汽车排序（Car Sequencing）. 其中，型号排序与汽车排序以最小化工作负荷过载为目标；而平准化调度则是以准时化为目标，实现物料需求的时间均衡化.混装线平衡的节拍时间通常是根据装配不同型号产品时的平均加工时间确定，因此在生产有些型号产品时作业时间会超过节拍时间，而生产有些型号产品时会低于节拍时间.如果作业时间长的型号连续地到达同一工作台，操作工就无法在下一个工件到达之前返回其左侧边界，而必须不断向右侧边界移动，并最终导致作业任务无法在工作台的左右边界之内完成，此时就会出现负荷过载的现象.型号排序问题的主要目标就是最小化工作负荷过载（wkt）（K—工作站数量；T—单次循环生产的产品数量）[18-20]，如下所示：为了实现负荷过载最小，需要将作业时间长的型号与作业时间短的型号交替到达工作站.然而，由于不同产品的在同一工作站内的作业时间不同，同一产品在不同工作站内的作业时间也有差异，而且所有工作台上的投产顺序都是相同的，所以难以找到一种排序使得所有的工作站都实现作业时间长与作业时间短的任务交替到达.在同步装配线上，为了降低排序的难度，可以将生产量分解为多个最小产品集（Minimal part set，MPS），每个集合由不同型号产品构成，采用相同的投产顺序重复生产每个MPS[21]，每个MPS包含的产品数量就是单次循环生产的产品数量.具体而言，根据工作台特征、装配线特征以及考虑不同的目标函数，型号排序问题又分为不同的形式，最近文献研究了这些不同形式的型号排序问题[22].Dar－EI （1978）考虑到实际生产过程中，有的装配线只允许工人在特定的工作区间内操作（封闭型工作站），有的装配线可以让工人到临近工作区间内操作（开放型工作站），Dar－EI分析了既有封闭型工作站又有开放型工作站（混合型装配线）的排序问题[23]；Inman和Leon（1994）在对并行工作台的混装线排序的研究中，考虑了两类不同形式的并行工作台[24]：设立新的工作台与原工作台并排，以及在原工作台内增加工人，每个工人完成原操作的一部分，后者比前者更容易实现；赵晓波教授对丰田生产模式中的混装线排序进行了研究，考虑到在该生产模式中当任意工作台发生负荷过载时工人都可以中断传送带，他以最小化传送带中断时间为目标，研究了该问题[25-27].作为“丰田生产模式”的重要组成部分，平准化调度受到了广泛关注[28].平准化调度是通过生产调度平滑物料需求，以最少的安全库存实现准时化供应.为了实现这一目标，首先要把每种物料的平均消耗速率设为目标消耗速率，并在随后投产排序中使实际物料消耗速率最大程度地接近目标消耗速率.假设有M个类型的产品，由P种零部件组成，如果用amp表示每单位m产品所需零部件p的数量，dm表示m产品的需求量，T表示单次循环生产的时间，则零部件p的目标消耗速率可以表示成[16]：如果用ymt表示从0到时间t之间，组装m产品的数量.这样，目标函数可以表示成[16]：由于企业制造战略和产业特点的差异，不同企业选择的定制点往往不同，可能是面向订单的组装（ATO），也可能是面向订单的制造（MTO）等.因此，上述表达式中的p可能是部件，也可能是产成品、子组装模块、甚至原材料.由于平准化调度的重要理论价值和应用前景，近年来，大量学者研究了该问题[29-32].Miltenburg（1989）分析了该问题数学模型的特性[33]，从特性出发提出了在不同阶段使用的3种求解算法，并且在小规模问题与大规模问题中都能得到较好的结果；Sumichrast与Russell（1990）比较了已经出现的算法[34]，发现Miltenburg提出的算法结果最好，效率最高；Ding与Cheng（1993）在此基础上[35-36]，提出了一种更简单的算法，能得到Miltenburg一样好的结果，并且速度更快；Leu等人（1997）比较Toyota的目标追逐法[37]、Miltenburg和Sinnamon在1989年提出的“Look－ahead”方法、以及束搜索方法，得出束搜索得出的结果最好；Inman与Schmeling（2003）在文中考虑了模型转换过程中的调整时间[38]；Zhang和Bolat等考虑了交付时间以尽量减少延迟交付的类型数量[39-40].我国学者赵晓波与周兆英（1998）首先研究了混装线的投产顺序问题[41]，随后的研究主要集中于平准化调度.赵伟等人（2000）采用遗传算法和模拟退火求解了多级混流装配线的平准化调度问题[42].孙新宇等人（2003）采用蚁群算法来求解[43]，林献坤等人（2006）提出了求解此问题的粒子群算法[44].在平准化调度中，大部分模型都是以产品投入时间来衡量物料消耗的平准化程度，因此不受装配线平衡的影响.宋华明与马士华（2006）则以产品产出时间来衡量物流的平准化，考虑了产品加工时间的差异，从而使平准化调度也依赖于平衡方案[45].黄刚等人（2007）根据装配车型关键件的不同[46]，引入了车型相似度的概念，并采用了小生境遗传算法，目标是最大化总相似度.由于汽车的配置选项很多，如果把每一种选项组合视为一个型号，那么汽车型号的数量将非常巨大.汽车排序方法以隐含的方式最小化负荷过载，通常规定一系列的排序规则Hi∶Ni，要求从任意时刻开始在其后Ni辆车的连续生产过程中，选项i出现的频度不超过Hi次.Parrello（1986）根据汽车工业的实际应用首次提出了该问题[47]，但这一方法也可以应用到其它行业的混流装配线排序问题中.排序规则Hi∶Ni源于对工作台能力约束的考虑，例如：假定60%的汽车需要天窗，并假定一个操作工安装每个天窗所需时间是节拍时间的5倍，那么需要3个天窗操作工.安装天窗的能力约束要求天窗选项在投产顺序中的频度为每5辆车出现3次，即3∶5或更少.本质上，汽车排序问题就是约束满足问题（Constraint Satisfaction Problems，CSPs），一般采用约束规划（Constraint Programming，CP）进行求解[48-49].由于约束的可满足性，该类问题的求解要么能够得到找到解满足所有约束，要么就不存在可行解.Bergen等（2001）针对一类特殊的汽车排序问题提出硬、软两类约束[50]，将软约束以成本的形式放入目标函数中，求满足硬约束的最优解；Drexl等（2001）针对汽车排序问题提出整数规划（Integer Programming，IP）模型[51]；Fliedner等（2007）在此基础上进一步修改了目标函数并采用分支定界法求解该类问题[52].当问题规模比较小时，以上的精确算法能够得到较好的解，但对于大规模问题，则难以在短时间内找到最优解.近年来研究者提出许多启发式算法：Hindi、Ploszaski（1994）第一次采用贪婪算法求解汽车排序问题[53]；Warwick等（1995）提出采用遗传算法求解汽车排序问题[54]；Cheng等（1999）使用进化算法解决了福特汽车公司的汽车排序问题[55]；Gottlieb（2003）提出并比较了汽车排序的6类不同贪婪算法并得出“基于动态利用率”的贪婪算法结果最好[56]；Gottlieb 等[56]、Puchta（2002）[57]、Parello（1986）[58]等人采用不同的局部搜索方法对汽车排序问题进行研究；Ribeiro等（2008）采用变邻域搜索方法解决了雷诺汽车公司的多目标汽车排序问题[59]；Gottlieb（2003）、Gravel等（2005、2006）[60-61]将蚁群算法用于求解该问题；Solnon 等（2008）对已有的该方面研究进行了总结[62].目前，对汽车排序问题的研究中，较多地采用启发式算法，同时关注实际企业中的汽车排序问题的研究也越来越多.在实际生产中，企业既希望“最小化负荷过载”实现高效生产，同时又能“保持平稳的物料消耗速度”降低库存成本.对此，Miltenburg（1990）提出同时考虑这两个目标，并采用动态规划方法进行求解，但他的研究中只考虑了单个工作站的总装线排序[63].在考虑“最小化负荷过载”与“保持平稳的物料消耗速度”两个目标时，主要有两种方法：（1）寻找第一个目标的最优解集，然后在其中找使得第二个目标也最优的解，作为整体最优解.Leu等（1997）采用该方法求解，最后发现在一系列最优解中，有的负荷变化较小而物料需求变化较大，另外一些物料需求变化小而负荷变化较大，两者不能同时达到最优[37]；（2）将两个目标乘以相应的权重，整合为同一个目标进行优化.Korkmazel与Meral（2001）在赋予两者权重时提出当工作站数目较少或者每个工作站处理不同产品的工作时间差异较大时，“最小化负荷过载”应该占较大的权重[64]；反之，则应该赋予较小的权重.目前，这方面的研究还比较少，随着企业对两者的同时关注，将两个目标同时考虑的研究会越来越多.在混装生产系统中，平衡是中长期决策，排序是短期决策，一般先进行平衡决策，然后根据平衡结果进行排序.平衡时，首先对平衡计划周期内的需求信息进行预测，确定各产品的生产量，并计算各任务的平均作业时间，然后进行任务分配以保证各工作台的平均负荷尽量均衡，以及每个工作台生产不同产品时负荷变化最小；排序时则主要根据接受的订单信息，确定所需生产产品的投产顺序.由于平衡代价高，且平衡时不具备排序所需的确切需求信息，因此通常将平衡与排序分别考虑.事实上，如果在平衡时就已知投产顺序，那么就可以更有效地评估任务分配方案，找到最优的平衡方案.Karabati与Sayin（2003）研究了非节拍化同步混流装配线上，以最小化循环时间目标，给定投产顺序条件下的平衡问题[65].赵晓波等人针对节拍化混流装配线，以最小化负荷过载为目标研究了该问题[66].平衡与排序是两个相互影响的决策.基于平衡方案可以找到最优投产排序；基于投产排序，也可以找到最优的平衡方案[66].然而将排序与平衡分开考虑，只是针对单一问题找到最优的方案，但并不一定实现整体最优[67]，只有将两个目标同时考虑才能最大程度地优化装配线效率.Riekiek等人（2000）提出了同时考虑平衡与排序的集成化方法，该方法首先根据初步设定的节拍时间，以最小化工作台数目和水平平衡为目标进行平衡，然后根据任务分配方案进行测试化排序[14].如果排序后得到装配线效率满足要求，则方案通过；否则，重新调整节拍时间，再次进行平衡和排序.在该方法中，平衡与排序虽然不是同时决策的，但它们可以彼此交互，循环迭代交，因此比分离的方法更为有效.为了同时优化平衡和排序这两个决策，Kim等人（2000）提出了协同进化算法，目标是最小化多技能工人的数目，并将该方法拓展到了U型混流装配系统中[68].Sawik（2003）研究了柔性装配系统中，同时考虑平衡与排序决策的问题，目标是最小化一组产品的完工时间.他构建了混合整数规划模型，但只有小规模问题才能利用该模型通过精确算法求解[69].Bock等人（2006）也考虑了平衡与排序集成决策问题，还考虑了许多现实因素（如：生产过程的扰动、临时工工资等），并利用分布式计算方法解决了该问题[70].宋华明等人（2003）探讨了平衡与排序的关系，提出了混流装配线平衡的并行设计方法为：平衡、排序、反馈，并采用协同进化算法进行优化[71].以上将平衡和排序同时考虑的研究一般假设：①手工装配线，手工装配线的再平衡相对容易，每当需求模式发生变化，需要进行排序时，都可以重新平衡；②产品型号组合变化不大的装配线，产品型号组合稳定，在进行平衡决策时可同时进行排序.然而，尽管手工装配线比较容易进行再平衡，不需要考虑设备搬运成本，但再平衡的过程中需要对任务重新分配，对员工进行重新培训，再平衡导致的人员培训成本仍不可忽视；另一方面，在现代市场中，需求模式总是随时间和季节不断发生变化，基本上不存在产品组合不变的生产系统.所以，在现实中将两者集成考虑还是比较难以实现的.进入21世纪以来，装配线还发生了进一步的变化.双边装配线、U型装配线和配备机器人的装配线以其高效率、高柔性在生产系统中得以广泛应用.此外，随着社会环保意识的加强，产品回收的规模化，拆装线的应用成为一种必然的趋势.目前关于装配线的大部分研究都是针对单边装配线，但在客车、卡车等大尺寸产品的生产过程中，广泛使用双边装配线.在双边装配线中，操作者可以在线的左右两端进行作业，从而使任务分配具有更大的灵活性.因此双边装配线不仅可以缩短长度，降低在制品数量，提高工具共享水平，还可以提高平衡水平.Bartholdi（1993）首次提出了双边装配线平衡问题[72]，Kim等人（2000）提出了求解双边装配线平衡问题的遗传算法[73]；此后Lee与Kim等人（2001）提出了组分配策略，最大化分配到同一工作台作业的相关性及相关作业之间的松弛时间[74].目双边混装线的研究已经引起了较多研究者的关注，但目前这方面的研究结果还较少.与直线型混装线相比，U型装配线能够更有效地利用多技能工人，更适合于多型号产品的混流生产，在企业得到了广泛应用.目前对U型混装线的研究主要集中于平衡方面，如Miltenburg与Wijngaard（1994）首次提出了U型装配线平衡问题。
SPS盒式配送在汽车座椅装配线的应用
部 件厂商纷纷加大制造 和研发力度， 将更多更好的产品快 速地投入 到激 烈的市场竞争之中。 汽车 由上 万个 零部件所 组成 ， 如今 先进 的模块 化封 装已经大大 简 化了 总 装部件数 和避免了潜在 的系统 质量问题， 如汽 车座椅即交 由专业 的汽 车座椅 专业供应商 生产组 装 ， 最后才在 汽车厂组 装到对应 车辆 上
了 物 料 的 捡 取 和
装 盒 工作 。同 步 料 盒 为 定 制 品 ，为 确 保 上 线 ，采 用 了与
图一 ：生产物 流总体 布局
生 产 线 辊 道 宽 度 去。 现在， 面对各个 客户的个性 要求 ， 汽车座椅产 品趋 向复杂化 和多元 匹 配 的 ＥＵ — Ｈ 型 化， 多品种的混 流共 线生产 凭借其较 高的 设备利用 率和较 低的设备 投 标 准 箱 （ 空 箱 尺寸
汽车座椅 作为大型的内饰件， 其总装产品Ｂ Ｏ Ｍ主要 由骨架 ， 发泡 ， 料盒 识别和 检验时 间， 生 产节拍也 从原来的 ３ ８ Ｊ Ｐ Ｈ 提升 到了 ４ ０ Ｊ Ｐ Ｈｔ 与 面套， 小机 构 ， 安全 气囊 ， 塑料 件和 紧固件等 所组 成 。 混 流生 产 中， 作 增 量相对的 ， 除 需特殊 存储的零件和共用件外， 其他全 部物料实现 了同 为核心件 的骨架和 气囊等在各 个配置中共用， 很少变化 ， 可采 用传统方 步 料盒 配送 ， 从而 线旁 料架 减少了１ ５ ％， 循 环 配送量也 降低 了 ， 从 而生 式， 配送 至线旁 ， 然后按生 产计划 及时补货即可 ， 对于和 配置相关的大 产 性面积和物 流费用实现了节约。 件， 如发泡和面 套等 ， 可采用分 线预装再供 应总线 的形式 。 剩下 和配 置 总之， Ｓ Ｐ Ｓ 盒式 配送能 实现汽 车座椅混 流生 产中个性 化零件 的精 相关 的各类 零件都采 用Ｓ Ｐ Ｓ 料 盒配送 ， 这样 的好处是 ： １ ． 由于不用在线 确配送， 节约线旁生 产性面积 ， 且提 升装配线生 产节 拍。 此外 ， Ｓ Ｐ Ｓ 盒式 旁放 置所有配 置的库存 ， 所 以暂存 区面积大 大节省， ２ ． 当生产 计划变化 配送对 于具备 多品种 混流 装配 线的其他 行业 企业也 适用 ， 实现降 本增 时， 物 料 的变化传 递给Ｓ Ｐ Ｓ 配送系统 ， 替 换相应 的料盒 即可， 不会对总 效， 帮助企 业在竞争激 烈的市场 环境中提升竞争力。 体 的物料 排序产生影 响ｔ ３ ． Ｓ Ｐ Ｓ 料盒 配送 的中小物料 都按位 放置， 与流 水 线同行， 方便 工人 直接拿 取， 省下 了去线旁料 架走动 拣货和取件的 时 间， 提高 了生 产效率 ｔ ４ ． 物 料在放 入Ｓ Ｐ Ｓ 料盒 的过 程 中， 可对 物料可进 行 质量 预检 ， 避免缺 陷零件流 入装 配线 ， 提升总装 质量 水平 ； ５ ． 料盒 内 物 料 的数量 按照对应 产品Ｂ Ｏ Ｍ的 配置而确 定 ， 待装 配完成后 ， 料盒 内 的物 料将全 部取 出， 如发现有多余物料 ， 便 可方便 地辨识 出漏 装问题 ， ６ ． 另外 ， 对应不 同的 零件装 配， 安装 所需要 的专用工具 也可放入料 盒一 起 配送 ， 而不必专 门设置在线 旁定位 ， 例如安 装 塑料涨 钉的胶锤 ， 在 需 参考文献 要 的 时候 随相应 零件 一起 配送 ， 完 成安装 后随 料车 回收即 可。 所以， ［ １ 】 丁雪婷 ． Ｋ Ｊ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ 物料 配送 在 发动机 生产 线的应 用【 Ｊ 】 ． 汽车 与配 Ｓ Ｐ Ｓ 盒 式 配送方 式能 改善 多品种座 椅的 混流 生产物 流状 况 ， 为进一 步 件， ２ ０ １ ０ （ ４ ５ ） ： ５ ４ －３ ５ ． 提 高座椅总 装产能和提升 装配质量提供了有 效的保障 。 ［ ｚ ｌ ａ ： 建 华， 奚冰． 柔性化 生产模 式中的物料 配送信息 系 统【 Ｊ ］ ． 上海汽 以下 以某专业 汽车座椅生产企业 的总 装厂为例， 实际介绍Ｓ Ｐ Ｓ 盒 式 车， ２ ｏ ｌ ｏ （ ６ ） ： ３ ２ —３ ５ ． 配送方式 的具体应用和成效 。 该厂 目前具 备两条混流 生产线 ， 主要 针对 ［ ５ ｌ 金光， 乐德 林 ， 冯鸿等． Ｔ Ｐ Ｓ 在广汽丰 田零部件厂内物 流系统中的应 用 不同的座椅类型而分， 一线 生产轿车座椅 ， 二线生产Ｓ Ｕ ｖ ’ ＭＰ Ｖ￥ １ Ｉ 商务 ［ Ｊ 】 ． 物 流技 术与应 用， ２ ０ １ ５ （ ５ ） ： １ ２ ２ －１ ２ ９ ． 车 等的座椅 ， 每 条生产线 针对多个客户的多个车型供货 ， 总装线 上的产 作者简 介 品配置类型多而丰富， 其 生产物流 总体布局如图一所示。 马晓亮（ １ ９ ８ ０ 年—） ，男， 上海人 ， 工程师， 硕士生。
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混 流 装 配 线 （ ｑ ｅ ｃｎ ｘｄ ｍｏ ｅｓ ｏ ｎ ａｓｍｂｙ ｓ ｕ ｎ ｉｇ ｍｉｅ ｄ ｌ ｎ ａ ｓｅ ｌ ｅ
矩 阵 、 发式 算 法 、 启 目标 导 向 法 、 代 算 法 、 线 性 整 数 迭 非
规 划 等 用 于 零 部 件 消 耗 及 配 送 的 研 究 上 ［ ９， 物 料 动 ４ ｔ使 －
ｔｅｏｄ ｒｔ ｔｅ ｏｅａ ｒ ｂ ｓ ｇｔｅ Ｒ Ｉ ｏ ｉ ｎｉ ｔｅｂ ｄ ｎ ｈ ｃｕ ｌｐｏ ｕｔ ｎ ｐｏ ｒｓ， ｈｎ ａｓｓｅ ｈ ｆｃｅｃ ｆ ｈ ｒｅ ｏ ｈ ｐｒｔ ｓ ｙ ｕｉ ｈ ＦＤ ｔ ｄ ｔ ｈ ｏｙ ａ ｄ ｔｅ ａｔａ ｒｄ ｃｉ ｒｇｅｓ ｔｅ ｓｅｓｓｔｅ ｅ ｉｎｙ ｏ ｏ ｎ ｅ ￣ ｏ ｉ
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用性 。
关 键 词 ：惩 罚 函 数 ； 流 装 配 线 ； 料 配 送 混 物
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ Ｐ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０ ５ － ９ ８ ２ １ ）９ ０ ４ － ３ ２ ８ ７ ９ （０ ０ ０ － ０ ３ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｙ ｍ ｉ ａ ｅ ｉ ｌ ｓ ｐ ｙ ｓ ａ ｃ ｆ ｄ ｎａ ｃ ｍ ｔ ｒａ ｕ ｐｌ
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摘 要 ：为 解 决 汽 车 混 流 装 配 线 物 料 准 确 地 动 态 配 送 问 题 ，设 计 了基 于 Ｒ Ｉ 技 术 的 汽 车 混 流 装 ＦＤ
配 的 零 部 件 动 态 配 送 方 案 。 通 过 Ｒ Ｉ 识 别 跟 踪 实 际 生 产 进 度 ， 配 送 单 动 态 地 发 给 配 送 人 员 ， 用 ＦＤ 将 采 惩 罚 函 数 对 人 员 配 送 效 率 进 行 考 核 ， 计 算 配 送 开 始 的 最 佳 时 间 。 合 算 例 验 证 了 方 案 的 可 行 性 和 实 并 结
了采 用条码 技 术 实现 对 汽车 制造 物料 配送 的管理Ｉ ； Ｉ 谭
种 典 型 的 混 流 装 配 ， 在 同 一 条 装 配 线 上 生 产 不 同 种 它
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Ｅｍｂ ｄ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｌｇ ｅ ｄｅ ｃ ｎ ｏ ｙ
汽 车 混 流装 配 线 物 料 动 态配 送 研 究
王 旭 ， 芳 珍 ， 文 川 张 李 （． 庆 大 学 贸 易 与 行 政 学 院 ， 庆 ４ ０ ４ １重 重 ０ ０ ４； ２重 庆 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 庆 ４ ０４ ） ． 重 ０ ０４