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面向机械产品装配过程的物料配送方法研究 |
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作者：钱芳 扈静 葛茂根 蒋增强 |
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1 引言
在机械产品装配过程中，当装配车间与物料供应商之间距离较远时，为避免不能及时供料而影响生产，通常采用中转库、工位库存两级库存的模式存储及配送物料。目前装配车间与中转库之间的物料配送大多为事后处理模式，即车间某个工位发生缺料或者达到安全库存数量时向中转库发出要货信号，再由仓储部门安排配送工人进行配送，这种事后配送的模式令仓储部门只能被动地响应现场需求，容易造成物料短缺或堆积，同时不利于根据实时工况及时调整配送方案。本文采用实时物料配送的方式，与制造执行系统(Manufacturing Execute System，简称MES)相结合，考虑实时工况的复杂性和多变性，建立具有反馈机制的物料配送体系，以物料配送指导单的方式指导仓储部门进行多频次、小批量、实时的主动送料，达到真正的JIT配送。
2 物料配送
2.1 物料配送概述
按照国家质量技术监督局发布的中华人民共和国国家标准“物流术语”，配送是指在经济合理区域范围内，根据用户的要求，对物品进行拣选、加工、包装、分割、组配等作业，并按时送达指定地点的物流活动。而机械产品的装配主要是指通过压装设备、拧紧设备、物料移动设备以及各种辅助设备等设备和操作工人在装配流水线上将各种零部件组合成具有一定功能并能满足某种需要的产品，复杂的工艺流程决定了面向机械产品装配过程的物料配送问题是机械产品生产过程中的重要一环。本文中的物料配送是指将零部件从装配车间缓存区即物料中转库配送到装配现场工位，不包括物料的采购过程。
2.2 面向MES的物料配送
MES作为计划层与控制层之间的执行层，为制造过程的透明化提供了有效的途径，填补了偏重计划管控的ERP与设备控制的PCS之间的空白，成为企业实现信息化、提高核心竞争力的关键。MES在集成了质量控制、文档管理、生产调度、数据采集、绩效管理等功能的基础上，为生产控制过程中包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源提供了统一的平台。具体包括基础数据模块、生产计划与控制模块、物料管理模块、生产监控模块、制造资源管理模块、产品追溯模块、信息发布模块、系统维护模块以及数据采集接口和报表输出接口。物料管理模块作为MES核心功能模块之一，说明生产管理中的MES已经开始重视现场物料的管理。物料配送的监控管理属于MES的范围，但是本文提出的实时物料配送方法已经涉及了底层工作人员的操作过程，有实际行动发生，因此也不能单纯地归纳于MES系统中，而是将其独立出来作为一种操作方法，以MES系统提供的实时信息作为行动指导，同时物料配送计划得以实际执行又直接影响到MES监控生产过程的结果，因此，物料实时配送方法是与MES系统相互影响，相辅相成。根据两者的关系本文提出了解决机械产品装配过程实施实时物料配送的方案。
3 实时物料配送方法研究
3.1 体系结构
为了实现实时物料配送以达到降低物料运输成本、缩短物料运输时间以及减少物料库存成本，实时物料配送方法的思路主要包括三个核心功能：物料配送计划的生成、物料配送计划的执行以及物料配送计划的反馈调整。首先通过MES系统的基础数据模块以及生产计划与控制模块获得当日的生产计划信息、产品BOM信息、产品工序时序信息等，进一步计算得到物料需求计划，包括工位-物料需求数量、工位-物料需求时间窗等。例如：生产一个7083型号变速箱在工位OP3030需要4个同步弹簧，7083变速箱2010年8月1日的日生产计划是100台，则2010年8月1日在工位OP3030需要同步弹簧4*100=400个供生产该产品使用；装配线开始生产时间为上午8:00:00，在工位OP3030之前产品经过了3个工序，总共需要花费30s，即在2010年8月1日上午8:00:30工位OP3030需要4个同步弹簧，以此类推，计算得到整个装配线完整的物料需求计划。同时通过MES系统的物料管理模块获得工位-物料线旁库存数量，通过实时物料配送方法系统生成物料配送计划，指导仓储或者物料配送部门进行物料配送操作，通过MES系统的生产监控模块实时监控物料配送计划的执行状态以及装配现场的生产状态，当发生异常时，反馈至实时配送方法系统，通过评估计算后决定是否生成并采用新的配送计划，同样，若生产计划发生改变亦反馈至实时配送方法系统，从而达到真正的实时配送。
图1 实时物料配送方法的总体流程方案
3.2 生成物料配送计划
配送的原则是实行实时定量定点配送，在正确的时间将正确物料送至正确的工位供正确的人使用。根据物料需求计划规定的某个工位在某个时间段内的物料需求，将整个装配过程所有需要的物料分成若干批次，按规定的批量在一个指定的时间范围内进行配送。
将物料配送过程中的影响因素分为静态影响因素与动态影响因素两种，其中静态因素包括：工位-物料最大存储数量、车辆-物料运输能力、工序时序等相对固定不变的影响因素；动态因素包括：工位-物料需求数量、工位-物料需求时间窗、工位-物料线旁库存数量等随着生产的进行而不断发生改变的影响因素。通过MES系统获取各影响因素的实时数据，以降低物料运输成本、缩短物料运输时间以及减少物料库存成本为目标，同时需要满足以下三个基本约束条件：①运力约束，是指每一次配送的各种零部件之和不能超过运输设备的总运输能力，分别考虑车辆载重量的约束以及车辆容积的约束；②生产约束，是指每一次物料配送的时间与零部件数量满足装配线按节拍生产，即满足生产现场不缺料；③库存约束是指每一次物料配送完成后线旁工位零件数量不能超过其最大存储数量，即不能造成现场物料的堆积。
读取物料需求计划，分解出每个工位的物料需求计划，模拟产品装配过程，产生物料消耗，分别计算每个工位每种物料的配送方案，添加到预排的配送计划中。其中，第一批物料配送数量为最大零件库存，时间为开始生产时间，之后根据工序生产需要，当需要的零件之和累积超过最大库存时，开始第二批配送，配送数量依然为最大零件库存，时间为该工序开始时间。读取预排配送方案，考虑车辆运力情况，采用优化整车配送的方法，提高配送车辆每次配送的利用率，最终计算得出物料配送计划，用于指导仓储或者物料配送部门进行实时物料配送，其具体流程如图2所示。
图2 生成物料配送计划的流程图
3.3 物料的跟踪管理
物料的跟踪管理主要有两个内容：物料出库管理与配送计划追溯。
物流出库管理与MES系统的物流管理模块紧密相联，当物料出库是用于装配车间生产现场时，必须按照物料配送方法系统给出的物料配送计划进行出库操作，在制定的时间用制定的装载车辆为制定的工位配送制定数量的物料。在具体实现过程中，可再物料配送方法系统中设置便捷出库功能，与MES系统集成后，通过便捷出库功能直接导入物流配送计划，知道仓储或者配送部门进行配送操作。
配送计划追溯用于每一条配送计划的执行状况及配送部门按照执行配送计划来实施实时物料配送，将所需的物料配备齐全，凑整装车后，选择适当的运输路线巡回运送到各个工位旁。通过实时的数据交换，工作人员将配送完的计划在物料配送方法系统中做一个标识，证明此配送已执行，说明执行的完成情况，同时也表明了物料在工位的状态。通过物料配送的及时性、总物料配送时间、总物料配送成本等评价指标定期对物料配送计划进行评价，提高物料配送效率。
3.4 实时配送的反馈机制
由于实时工况的复杂性与多变性，配送方案的制定并不是一劳永逸的，而是随着生产的进行不断将实时工况信息反馈至物料配送方法系统，进而根据反馈信息适时地调整配送方案，达到整体最优。
将实时工况的扰动分为显性扰动与隐性扰动两种，显性扰动是指单独发生一次就会明显影响生产进度，并对生产系统的正常运行起决定性作用的扰动（如：加工设备故障、紧急件加入、加工过程中的质量问题、顾客订单变化等）；而隐性扰动是指一次扰动的发生不会很明显的影响生产进度，但是当这些扰动经过一段时间的累加后，同样会影响生产系统的正常运行（如：实际加工工序时间的误差累计、新到工件的数量累积、加工缓冲区内工件数量累积、已完工数量累积等）。由于在配送方法系统中显性扰动和隐性扰动最终都反映在动态影响因素的变化即随着生产的进行动态影响因素的理论值与实际值会发生偏差，如紧急件的加入会引起工位-零件需求变化、实际加工工序时间按的误差累积或引起工位-零件线旁库存进行实时监控，验证目前物料配送方案的下一批物料是否满足生产现场不缺料与不堆积，如不满足，则重现计算配送方案，按新的配送方案指导配送；如满足，则继续执行当前物料配送方案。
4 应用实现
在上述研究的基础上，以VS/NET2005为开发语言，SQL Server 2000为数据库，开发了与MES系统结合的实时物料配送方案系统，在某汽车变速器装配生产车间中得到了应用。
系统包括物料配送指导与物料出库两个子模块。物料配送指导模块用于实时获取MES系统的实时工况数据，通过分析计算得到实时物料配送计划，指导物料配送操作；同时按照生产节拍定时验证物料配送计划的准确性，及时反馈调整物料配送计划。物料出库模块用于导入配送计划，同时制定出库单为出库单配置出库物料，并选择物料运送所至工位、所用装载车辆等，工作人员按照出库单进行物料出库操作、审核后生效。
5 结束语
（1）针对传统车间物料配送方式易造成物料的短缺及物料堆积等问题，给出了一种面向MES系统的实时物料配送方案，指导仓储部门进行主动的物料配送。
（2）在分析实时物料配送过程的优化目标、影响因素以及约束条件的基础上，构建实时物料配送方法及系统，从而实现了机械产品装配过程中的实时、小批量物料配送。提高了车间物流配送效率。
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(2/17/2012) |
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