以工位为中心的生产物流配送优化_蒋丽
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DOI：10.13196/j.cims.2009.11.75.jiangl.024
第 15 卷第 11 期 2 0 0 9 年 11 月
计 算机集成制造系统
Computer Integr ated M anufacturing Sy stems
文章编号: 1006 - 5911( 2009) 11 - 2153 - 07
Vo l. 15 N o. 11 N ov. 2 0 0 9
以工位为中心的生产物流配送优化
蒋 丽, 丁 斌, 臧晓宁
( 中国科学技术大学 管理学院, 安徽 合肥 230026)
摘 要: 为解决准时生产配送模式下拣货效 率低、配 送成本高的 问题, 提 出了以工位 为中心的 生产物流配 送思
想, 从而优化制造业总装车间生产物流配送。以总配送时间最小为目标函数, 建立车间配送优化调度模 型, 采用遗传
算法求解该模型。模拟算例表明, 该模型有效且可行, 为制造企业生产物流配送优化提供了可参考的模型和算法。
关键词: 工位; 生产物流; 物料配送; 优化调度; 物料超市
中图分类号: C93
文献标识码: A
Workstation-oriented production l ogistics distribution optimization
J I A N G Li, D I NG Bin, ZAN G Xiao-ning ( Scho ol of M anagement, Univ ersity of Science & T echno log y o f China, Hefei 230026, China) Abstract: T o optimize the production log istics distribution of manufacturing a ssembly w or kshop, an idea of w orkstation-oriented pro duction logistics distribution w as put for war d to deal with low picking efficiency and high distribution co st problems in Just-In-T ime( JIT ) distribution. T he o ptimized w or ksta tion distributio n scheduling model w as e stablished to minimize the to tal distribution time. G enetic alg orithm wa s adopted to so lv e the optimization model. Finally , a simulation e xample model was presented to demonstrate the feasibility and validity o f the pr oposed model. Co nsequently , the study o ffered model and algo rithm r efe rences fo r pro ductio n log istics distributio n optimizatio n in e nter prises. Key words: w o rkstation; pr oductio n log istics; ma te rial distributio n; scheduling o ptimiza tion; ma te rial supermar ke t
0 引言
生产物流是指在生产过程中, 从原材料采购到 在制品、半成品等各道生产工序的加工, 直至制成品 进入仓库的全过程物流活动[1 ] 。生产物流的研究以 工厂布局、工艺流程和车间装卸搬运优化为主要内 容, 在保证生产顺利的条件下, 确定机械装备和仓库 等工厂设施的位置, 合理分配加工任务和资源, 合理 化车间装卸搬运作业和车间物料配送调度。车间布 局方面, 文献[ 2 ] 采用空格填充曲线法缩减解空间, 通过空格填充的方法求解车间单元布置方案。文献
[ 3 ] 提出平面相邻图的方法, 以节点表示部门, 满足 相邻关系的两部门用一条弧线连接, 采用启发式算 法寻求连接各相邻部门弧线上的物流量达到最大的 布置方案。文献 [ 4] 提出了在非等面积生产单元布 置条件下, 缩减解空间的 两阶段优化的布 置方法。 车间调度方面, 文献[ 5 ] 首先提出了求解生产调度问 题的最优解法则, 推进了生产调度理论和方法的研 究。文献[ 6 ] 提出了求解车间调度问题的启发式算 法; 文献 [ 7 ] 提出了一种柔性工作车间调度的粒子群 算法。仓储优化方面, 文献 [ 8] 提出了基于分类存储 策略的多项式时间动态规划算法; 文献[ 9 ] 比较了分
收稿日期: 2008-10-27; 修订日期: 2008-12-23。 Received 27 Oct. 2008; accepted 23 Dec. 2008. 基金项目: 安徽省自然科学基金资助项目( 070416277X) 。Foundation item: Project supported by the A nhui Provincial Natu ral Science Founda-
tion, China( No. 070416277X) . 作者简介: 蒋 丽( 1983 - ) , 女, 四川宜宾人, 中国科学技术大学管理学院博士研究生, 主要从事物流与供应链管理等的研究。
E-mail: jianglix@ mail. ustc. edu. cn。
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计算机集成制造系统
第 15 卷
类存储、随机存储和基于容量存储在人工作业中效 率的差异。
以上生产物流的研究文献集中在车间调度、仓 储优化、车间布局等领域, 重视的是车间布局和工艺 流程的优化。本文基于制造企业总装车间准时生产 ( Just i n T ime, JIT ) 配送批量小、批次多、总装车间 存储区拣货量大的特点, 从物料存储和配送角度优 化了一类制造企业总装车间的物料配送问题, 提出 了一种/ 以工位为中心0的总装车间物料配送模式。
1 以工位为中心的物流配送模式基本思想
流水线装配极大地提高了企业的生产效率, 如 汽车工业、机械制造业等, 但流水线旁空间有限, 存 放的物料不能太多, 需要频繁、精确地配送来保障生 产的顺利进行。目前, 总装车间典型的物料配送流 程是: ¹ 当流水线旁某工位的库存量少于最低保障 量时, 装配工通过按钮发出配送请求; º配送人员到 车间存储区拣取物料; »将拣好的物料装车; ¼ 将物 料配送到工位; ½ 将空箱送回车间仓库。
这种拉动式配送流程存在以下缺点: ¹ 物料仓 库不能为工位提供主动配送服务, 只能根据工位需 求预测提前准备物料, 准确度低, 存储费用高; º该 配送模式下, 仓库物料按类别存放, 对于多批次、小 批量配送而言, 当物料流转速度加快时, 车间仓库需 进行频繁的拣货, 拣货时间和配送成本急剧增加, 配 送速度受到限制。因此, 当前的工位物料配送流程 已经制约了车间小批量、多批次 JIT 配送, 需要一种 新的配送模式来提高车间配送效率。
以工位为中心的模式下物料配送是面 向工位 的、主动式的配送, 由车间物流部门和供应商( 或引 进第三方 物流) 依据 生产计划 和物料 清单( Bill o f Mat erial, BOM) 预测工位需求量和需求时间, 主动 对工位准时配送物料。该模式能有效提高仓库和供 应商的预测精度, 合理安排物料配送。以工位为中 心的配送模式包括直接配送、存储区配送和补货配 送三种物料配送方式。
( 1) 直接配送 物料由供应商直接配送到工位。 当前, 供应商管理库存( Vendor M anag ed Invent ory , VM I) 的方式在汽车制造行业得到普遍应用, 汽 车制造企业外购件只有上了生产线后, 其所有权才 发生转移。因此, 对于存储费用高、资金占用多且供 应商与制造企业处于同一地区的物料, 可采取物料
直送工位的方式。供应商与制造商之间实现充分的 信息共享, 供应商及时获取车间配送中心所下达的 物料需求量和需求时间, 在配送中心要求的时间窗 内将物料送达车间工位。而直接配送方式下物料质 量由供应商负责, 合格率必须达到 100% 。该配送 方式是制造企业实现零库存的保障, 也利于供应商 库存成本的控制, 但前提是制造企业与供应商建立 长期战略合作关系, 并且供应商也必须有能力配合 制造企业。
( 2) 存储区配 送 由 车间存储区配送 到工位。 当直接配送方式对供应商的要求较高, 且多个供应 商同时直接配送多种物料时, 如果车间计划或操作 不当, 极易导致配送的混乱。同时, 直接配送风险性 也较高, 供应商一旦出现意外事故, 极易造成生产线 的停工。因此, 大部分供应商不适宜采用直接配送。 对于不 能实现 直接 配送 的物 料, 需 采用 采购 ) 存 储 ) 配送的存储区配送方式。在该方式下, 物料根 据生产的需求批量采购和存储, 由车间配送中心依 据工位 BOM 表、日生产计划和生产节拍, 确定每个 工位的物料需求时间和需求量, 安排配送车辆在存 储区装货后对车间工位进行配送。
( 3) 补货配送 指生产线材料员或仓库保管员 不定期补货。生产线很多工位需要螺帽、螺栓等标 准件, 还有一些辅助材料, 这些件价值低、数量多, 为 简化配送, 设定工位安全库存量, 当库存量低于安全 库存量时, 由生产线材料员或仓库保管员不定期批 量补货。
以工位为中心的配送模式的研究重点是存储区
配送, 本文主要阐述了存储区配送模式下/ 以工位为 中心0的物料存储策略, 设计了物料配送流程。
以工位为中心的存储策略是指物料存储区不再 按物料类别分区, 而是依据工位划分。物料存储区被 整合为多个/ 物料超市0, 一个工位所需的所有物料存 放在同一个/ 物料超市0内, 而一个/ 物料超市0可能存 放多个工位的物料, 同一/ 物料超市0内, 物料可以按 照工位或类别划分为子区域存放, 这种物料的存储方 式是面向工位的, 即以工位为中心的存储。存储区配 送不再需要在整个物料存储区范围拣货, 而是由/ 物 料超市0 对工位实施 分区域的物 料配送。
以工位为中心的 存储策略吸取筐式配送的优 点, 将车间物料存储区划分为检货区、拆货区、快速 配送通道、存储区和补货配送区, 如图 1 所示。
第 11 期
蒋 丽 等: 以工位为中心的生产物流配送优化
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直接配送 件由 供应 商负责 配送, 物 料到 达总 装车间从配送通道直接送 达工位。补货配送件由 生产线材料保管员或仓库保管员 从补货配送区拣 货后批量 配送。其他物 料采 购后 经过检 货、拆分 后送达各/ 物料 超市0存 储, 并按 照配 送计划 对工 位实施配送。
存储区配送包括以下几个流程: ( 1) 订货流程 根据生产数据定义物料的安全库存、订货库存 和最大库存, 盘点存储区物料, 低于安全库存时, 向 供应商或物料仓库发出物料订单。 ( 2) 卸货流程 物料到达总装车间后, 在卸货区卸货, 将物料送 至拆分区。 ( 3) 检查流程 包括质量检查、数量检查等内容, 不合格的物料 发送到不合格区或退给供应商, 合格物料进入拆分 和再包装流程。 ( 4) 拆分、再包装流程 合格物料依据/ 物料超市0 所需物料种类 和数 量, 对该批次物料进行拆分, 按物料存储特点, 部分 物料包装需要转换, 转变为适合存储特点的专用器 具, 贴条码送到各/ 物料超市0存储。 ( 5) 存储流程 采用以工位为中心的存储策略, 一个工位所需 的所有物料统一存放在一个/ 物料超市0中, / 物料超 市0 内 不同 物料 按照 类 别 或 工 位 存放 在 巷 道 划 分 的 子区域内。价值低、数量多的标准件和辅助材料存 放在补货区, 补货区的物料可采取分类存储或随机 存储的策略。 物料存储区应重视物料存放器具的标准化和单
第 15 卷第 11 期 2 0 0 9 年 11 月
计 算机集成制造系统
Computer Integr ated M anufacturing Sy stems
文章编号: 1006 - 5911( 2009) 11 - 2153 - 07
Vo l. 15 N o. 11 N ov. 2 0 0 9
以工位为中心的生产物流配送优化
蒋 丽, 丁 斌, 臧晓宁
( 中国科学技术大学 管理学院, 安徽 合肥 230026)
摘 要: 为解决准时生产配送模式下拣货效 率低、配 送成本高的 问题, 提 出了以工位 为中心的 生产物流配 送思
想, 从而优化制造业总装车间生产物流配送。以总配送时间最小为目标函数, 建立车间配送优化调度模 型, 采用遗传
算法求解该模型。模拟算例表明, 该模型有效且可行, 为制造企业生产物流配送优化提供了可参考的模型和算法。
关键词: 工位; 生产物流; 物料配送; 优化调度; 物料超市
中图分类号: C93
文献标识码: A
Workstation-oriented production l ogistics distribution optimization
J I A N G Li, D I NG Bin, ZAN G Xiao-ning ( Scho ol of M anagement, Univ ersity of Science & T echno log y o f China, Hefei 230026, China) Abstract: T o optimize the production log istics distribution of manufacturing a ssembly w or kshop, an idea of w orkstation-oriented pro duction logistics distribution w as put for war d to deal with low picking efficiency and high distribution co st problems in Just-In-T ime( JIT ) distribution. T he o ptimized w or ksta tion distributio n scheduling model w as e stablished to minimize the to tal distribution time. G enetic alg orithm wa s adopted to so lv e the optimization model. Finally , a simulation e xample model was presented to demonstrate the feasibility and validity o f the pr oposed model. Co nsequently , the study o ffered model and algo rithm r efe rences fo r pro ductio n log istics distributio n optimizatio n in e nter prises. Key words: w o rkstation; pr oductio n log istics; ma te rial distributio n; scheduling o ptimiza tion; ma te rial supermar ke t
0 引言
生产物流是指在生产过程中, 从原材料采购到 在制品、半成品等各道生产工序的加工, 直至制成品 进入仓库的全过程物流活动[1 ] 。生产物流的研究以 工厂布局、工艺流程和车间装卸搬运优化为主要内 容, 在保证生产顺利的条件下, 确定机械装备和仓库 等工厂设施的位置, 合理分配加工任务和资源, 合理 化车间装卸搬运作业和车间物料配送调度。车间布 局方面, 文献[ 2 ] 采用空格填充曲线法缩减解空间, 通过空格填充的方法求解车间单元布置方案。文献
[ 3 ] 提出平面相邻图的方法, 以节点表示部门, 满足 相邻关系的两部门用一条弧线连接, 采用启发式算 法寻求连接各相邻部门弧线上的物流量达到最大的 布置方案。文献 [ 4] 提出了在非等面积生产单元布 置条件下, 缩减解空间的 两阶段优化的布 置方法。 车间调度方面, 文献[ 5 ] 首先提出了求解生产调度问 题的最优解法则, 推进了生产调度理论和方法的研 究。文献[ 6 ] 提出了求解车间调度问题的启发式算 法; 文献 [ 7 ] 提出了一种柔性工作车间调度的粒子群 算法。仓储优化方面, 文献 [ 8] 提出了基于分类存储 策略的多项式时间动态规划算法; 文献[ 9 ] 比较了分
收稿日期: 2008-10-27; 修订日期: 2008-12-23。 Received 27 Oct. 2008; accepted 23 Dec. 2008. 基金项目: 安徽省自然科学基金资助项目( 070416277X) 。Foundation item: Project supported by the A nhui Provincial Natu ral Science Founda-
tion, China( No. 070416277X) . 作者简介: 蒋 丽( 1983 - ) , 女, 四川宜宾人, 中国科学技术大学管理学院博士研究生, 主要从事物流与供应链管理等的研究。
E-mail: jianglix@ mail. ustc. edu. cn。
2154
计算机集成制造系统
第 15 卷
类存储、随机存储和基于容量存储在人工作业中效 率的差异。
以上生产物流的研究文献集中在车间调度、仓 储优化、车间布局等领域, 重视的是车间布局和工艺 流程的优化。本文基于制造企业总装车间准时生产 ( Just i n T ime, JIT ) 配送批量小、批次多、总装车间 存储区拣货量大的特点, 从物料存储和配送角度优 化了一类制造企业总装车间的物料配送问题, 提出 了一种/ 以工位为中心0的总装车间物料配送模式。
1 以工位为中心的物流配送模式基本思想
流水线装配极大地提高了企业的生产效率, 如 汽车工业、机械制造业等, 但流水线旁空间有限, 存 放的物料不能太多, 需要频繁、精确地配送来保障生 产的顺利进行。目前, 总装车间典型的物料配送流 程是: ¹ 当流水线旁某工位的库存量少于最低保障 量时, 装配工通过按钮发出配送请求; º配送人员到 车间存储区拣取物料; »将拣好的物料装车; ¼ 将物 料配送到工位; ½ 将空箱送回车间仓库。
这种拉动式配送流程存在以下缺点: ¹ 物料仓 库不能为工位提供主动配送服务, 只能根据工位需 求预测提前准备物料, 准确度低, 存储费用高; º该 配送模式下, 仓库物料按类别存放, 对于多批次、小 批量配送而言, 当物料流转速度加快时, 车间仓库需 进行频繁的拣货, 拣货时间和配送成本急剧增加, 配 送速度受到限制。因此, 当前的工位物料配送流程 已经制约了车间小批量、多批次 JIT 配送, 需要一种 新的配送模式来提高车间配送效率。
以工位为中心的模式下物料配送是面 向工位 的、主动式的配送, 由车间物流部门和供应商( 或引 进第三方 物流) 依据 生产计划 和物料 清单( Bill o f Mat erial, BOM) 预测工位需求量和需求时间, 主动 对工位准时配送物料。该模式能有效提高仓库和供 应商的预测精度, 合理安排物料配送。以工位为中 心的配送模式包括直接配送、存储区配送和补货配 送三种物料配送方式。
( 1) 直接配送 物料由供应商直接配送到工位。 当前, 供应商管理库存( Vendor M anag ed Invent ory , VM I) 的方式在汽车制造行业得到普遍应用, 汽 车制造企业外购件只有上了生产线后, 其所有权才 发生转移。因此, 对于存储费用高、资金占用多且供 应商与制造企业处于同一地区的物料, 可采取物料
直送工位的方式。供应商与制造商之间实现充分的 信息共享, 供应商及时获取车间配送中心所下达的 物料需求量和需求时间, 在配送中心要求的时间窗 内将物料送达车间工位。而直接配送方式下物料质 量由供应商负责, 合格率必须达到 100% 。该配送 方式是制造企业实现零库存的保障, 也利于供应商 库存成本的控制, 但前提是制造企业与供应商建立 长期战略合作关系, 并且供应商也必须有能力配合 制造企业。
( 2) 存储区配 送 由 车间存储区配送 到工位。 当直接配送方式对供应商的要求较高, 且多个供应 商同时直接配送多种物料时, 如果车间计划或操作 不当, 极易导致配送的混乱。同时, 直接配送风险性 也较高, 供应商一旦出现意外事故, 极易造成生产线 的停工。因此, 大部分供应商不适宜采用直接配送。 对于不 能实现 直接 配送 的物 料, 需 采用 采购 ) 存 储 ) 配送的存储区配送方式。在该方式下, 物料根 据生产的需求批量采购和存储, 由车间配送中心依 据工位 BOM 表、日生产计划和生产节拍, 确定每个 工位的物料需求时间和需求量, 安排配送车辆在存 储区装货后对车间工位进行配送。
( 3) 补货配送 指生产线材料员或仓库保管员 不定期补货。生产线很多工位需要螺帽、螺栓等标 准件, 还有一些辅助材料, 这些件价值低、数量多, 为 简化配送, 设定工位安全库存量, 当库存量低于安全 库存量时, 由生产线材料员或仓库保管员不定期批 量补货。
以工位为中心的配送模式的研究重点是存储区
配送, 本文主要阐述了存储区配送模式下/ 以工位为 中心0的物料存储策略, 设计了物料配送流程。
以工位为中心的存储策略是指物料存储区不再 按物料类别分区, 而是依据工位划分。物料存储区被 整合为多个/ 物料超市0, 一个工位所需的所有物料存 放在同一个/ 物料超市0内, 而一个/ 物料超市0可能存 放多个工位的物料, 同一/ 物料超市0内, 物料可以按 照工位或类别划分为子区域存放, 这种物料的存储方 式是面向工位的, 即以工位为中心的存储。存储区配 送不再需要在整个物料存储区范围拣货, 而是由/ 物 料超市0 对工位实施 分区域的物 料配送。
以工位为中心的 存储策略吸取筐式配送的优 点, 将车间物料存储区划分为检货区、拆货区、快速 配送通道、存储区和补货配送区, 如图 1 所示。
第 11 期
蒋 丽 等: 以工位为中心的生产物流配送优化
2155
直接配送 件由 供应 商负责 配送, 物 料到 达总 装车间从配送通道直接送 达工位。补货配送件由 生产线材料保管员或仓库保管员 从补货配送区拣 货后批量 配送。其他物 料采 购后 经过检 货、拆分 后送达各/ 物料 超市0存 储, 并按 照配 送计划 对工 位实施配送。
存储区配送包括以下几个流程: ( 1) 订货流程 根据生产数据定义物料的安全库存、订货库存 和最大库存, 盘点存储区物料, 低于安全库存时, 向 供应商或物料仓库发出物料订单。 ( 2) 卸货流程 物料到达总装车间后, 在卸货区卸货, 将物料送 至拆分区。 ( 3) 检查流程 包括质量检查、数量检查等内容, 不合格的物料 发送到不合格区或退给供应商, 合格物料进入拆分 和再包装流程。 ( 4) 拆分、再包装流程 合格物料依据/ 物料超市0 所需物料种类 和数 量, 对该批次物料进行拆分, 按物料存储特点, 部分 物料包装需要转换, 转变为适合存储特点的专用器 具, 贴条码送到各/ 物料超市0存储。 ( 5) 存储流程 采用以工位为中心的存储策略, 一个工位所需 的所有物料统一存放在一个/ 物料超市0中, / 物料超 市0 内 不同 物料 按照 类 别 或 工 位 存放 在 巷 道 划 分 的 子区域内。价值低、数量多的标准件和辅助材料存 放在补货区, 补货区的物料可采取分类存储或随机 存储的策略。 物料存储区应重视物料存放器具的标准化和单