汽车物流调查研究及方法应用

汽车制造企业生产物流物料搬运方式优化问题调查研究及某方法应用
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2011年06
摘要
生产物流是企业物流的关键环节，它的搬运方式与一般的物流运输方式有着明显的区别,企业生产物流有铁路、公路、传送带、叉车等搬运方式，但也受搬运空间跨度较小等其他条件的限制，因此在生产物流中选择合适的搬运方式显的十分重要，本文从定性和定量两个方面出发，分别对生产物流中物流搬运的方式进行优化。

目录
一、案例背景 (1)
二、案例分析 (1)
（一）生产物流中的物料搬运方式的定性分析 (2)
（二）企业生产物流中物料搬运方式的定量优化 (2)
1.假设： (2)
2.数学模型 (3)
（三）举例 (4)
三、案例总结与启示 (6)
一、案例背景
生产物流是企业物流的关键环节。

从生产工艺角度看，工艺是龙头，物流是支柱，所以生产物流是企业在生产工艺中的物流活动（即物料不断地离开上一道工序，进入下一工序，不断地进行搬上搬下、向前运动、暂时停止等活动。

）这种物流活动是与整个生产工艺过程伴生的，实际上已构成了生产工艺过程的一部分。

其过程大体为：原材料、燃料、外构成件等物料从企业仓库或企业的“门户”开始，进入到生产线的开始端，再进一步随生产加工过程并借助一定的搬运装置，一个环节一个环节的“流”，在“流”的过程中本身被加工，同时产生一些废料、余料，直到生产加工终结，再“流”至制品仓库。

从物流角度看，企业生产物流是指生产所需物料在空间和时间上的运动过程，是生产系统的动态表现，换言之，物料（原材料、辅助材料、零配件、在制品、成品）经历生产系统中各个生产阶段或工序的全部运动过程就是生产物流。

如图1所示。

图1 汽车生产物流过程简单示意图
二、案例分析
（一）生产物流中的物料搬运方式的定性分析
企业生产物流的搬运方式与一般的物流运输有着明显的区别，企业生产物流有铁路、公路、传送带、叉车等搬运方式。

由于企业物流的搬运空间跨度较小，局限于同一场所，且在物流移动的过程中物料本身被加工，也可能产生一些废料，因此在整个生产物流过程中物流的质和量也一直发生着变化，甚至有的物料在移动过程中发生了存在形式的变化。

而一般的物流运输仅指物料在较大空间上的移动，在移动的过程中物料的性质和量并不发生变化。

所以企业生产物流的物料搬运方式选择通常是一个决策过程，要充分考虑所搬运的物料的功能和性质。

影响物料搬运方式的因素有：物料特性，物理特性（固体、液体、气体）、大小（长、宽、高）、重量和体积、形状（长、圆、方）、是否易损坏（易碎的、坚固的）、危险程度（易爆的、有毒的）及环境状况（热、湿、粘、脏）等；就物流的量和速率而言，大量的物流需要专门设备或系统，对物流量小的搬运作业，为了提高利用率和节约费用，可和其他相似特性的零部件共用同一设备，物流量和速率也决定着设备的能力和速度；就物料搬运的频率而言，其主要与两次搬运时间间隔和搬运的紧迫性有关，可能是连续的，也可能是离散的，也可能是一次的；就路线而言，其包括行车路径、距离、高度、坡度等方面。

根据以上物料的功能性质，首先定性的选择物料的搬运方式，其结果可能存在一种物料适用几种搬运方式的情况，要在这几种搬运方式中选择一种最优的搬运方式，需要进行企业生产物流的搬运方式的定量优化。

（二）企业生产物流中物料搬运方式的定量优化
上面只是定性的分析了物料搬运方式，没有定量分析。

对于定性分析中可能存在的一种物料同时可以适用几种搬运方式的情况，我们可以通过建立以下数学模型来求得最适合这种物料搬运的方式。

1.假设：
（1）任意两个车间或车间与仓库之间不止一种搬运方式可以采用。

（2）企业总平面布置已知，即车间、仓库、办公楼等的具体位置已知。

（3）任意两个车间或车间与仓库之间的流量及装卸时间已知（由工艺流程图可知）。

（4）不同类型的搬运方式的速度、搬运能力已知。

（5）所有的费用信息已知。

（6）只考虑与物流有关车间或仓库，与物流无关的车间、办公楼等不予考虑。

2.数学模型
（1）目标函数：
其中：从i车间或仓库到j车间或仓库采用第k种运输方式时，第k 种运输方式的车辆的年运营费用。

:从i车间或仓库到j车间或仓库是否采用第k种运输方式。

：第k种运输方式所需要的基建投资费用。

：第k种运输方式计划使用的年限。

K：企业生产物流中物料搬运所采用的四种搬运方式，公路、铁路、传送带、叉车。

其中决策变量为：
目标函数中第一项表示车辆的年运营费用，包括车辆的维修、折旧、工人的工资等费用；第二项表示第k种运输方式的年基建投资费用，包括车辆的购置费用、修建铁路或道路的固定费用等。

把目标函数中第一项第二项合并。

其中：表示从i车间或仓库到j车间或仓库采用第k种运输方式时，第k 种运输方式车辆的年运营费用和年基建投资费用之和。

(2)约束条件有：
①需求约束。

保证任意两个站点之间的流量，可以通过分一定数量的搬运方式满足。

即满足：
② 0或1约束。

取0或1，取0时表示i车间与j车间之间不采用第k种运输方式。

取1时表示i间与j车间之间采用第k种运输方式。

此数学模型可写为：
s.t
此数学模型可归入特殊的整数规划0—1型整数规划。

在此模型中若含有n个变量，则可以产生2n个可能的变量组合。

当n较大时，采用完全枚举法解题几乎是不可能的，一般都采用隐枚举法。

在2n个可能的变量组合中，往往只有一部分是可行解。

只要发现某个变量组合不满足其中一个约束条件时，就不必再去检查其他约束条件是否可行。

对于可行解，其目标函数值也有优次之分。

若已发现一个可行解，则根据它的目标函数值可以产生一个过滤条件，对于目标函数值比它差的变量组合就不必再去检验它的可行性。

在以后的求解过程中每当发现比原来更好的可行解，则以此替换原来的过滤条件，这样可以减少运算次数。

（三）举例
有四个车间①②③④中，如图2所示，其相互之间的平面位置已知，即相互之间的距离已知。

其中物料流程的方向如图中箭头所示，先由定性分析可知：
①—②车间之间物料适用公路、铁路和传送带三种方式运输；
②—③车间之间物料适用公路和叉车运输；
③—④车间之间物料适用于公路和传送带运输。

假设各种运输方式的代码为：公路1，铁路2，传送带3，叉车4。

图2 车间平面位置示意图
则目标函数可写为：
假设： b
121=10;b
122
=5;b
123
=3;b
231
=8;b
234
=4;b
341
=8;b
343
=3;
则此数学模型可以写为：
S．T
此题有7个决策变量，就有27个变量组合，采用隐枚举法可以减少运算次数。

求解过程：
（）T=（0，0，0，0，1，1，1）T
①—②车间的物料采用传送带运输；
②—③车间之间物料适用于叉车运输；
③—④车间的物料采用传送带运输。

三、案例总结与启示
目前企业对生产物流的搬运方式选择，仅停留在根据物料的性质、运量等来选择运输方式的定性方面，未涉及定量方面，这种选择带有一定的主观性。

本文通过建立数学模型，对企业生产物流搬运方式的选择在定量方面进行了分析，使企业生产物流搬运方式的选择带有一定的客观性和可比性。

参考文献
[1]崔介何《企业物流》；北京：中国物资出版社，
[2]胡运权《运筹学教程》；北京：清华大学出版社，$""*3
[3]蔡海涛《运筹学典型例题与解法》；长沙：国防科技大学出版社。