同步化物流配送系統(tǒng)建模與仿真研究

孫承志　于天齊

摘 要：同步汽車生產(chǎn)制造的物流配送系統(tǒng)是提高汽車制造企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一種新的方法。基于同步化物流配送生產(chǎn)模式與傳統(tǒng)的供貨模式，分別建立兩種模式下的物流配送成本模型，分析成本，通過(guò)運(yùn)籌優(yōu)化算法求解，對(duì)比兩種模型，得出同步化物流配送系統(tǒng)的最佳成本及最優(yōu)物流配送方式，并討論各項(xiàng)因素對(duì)同步化物流配送的影響，確定物流配送的時(shí)間間隔及配送量。并通過(guò)Flexsim軟件對(duì)生產(chǎn)車間倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行仿真模擬，確定合理化布局。

關(guān)鍵詞：同步化；Flexsim；物流配送系統(tǒng)；成本模型

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2015）09-0038-04

引言

供應(yīng)鏈上各環(huán)節(jié)的協(xié)同運(yùn)作是生產(chǎn)制造企業(yè)順利生產(chǎn)的基本要求，也是提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展需要。如今JIT和精益化生產(chǎn)等各種先進(jìn)生產(chǎn)方式在制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，同步化的物流配送環(huán)節(jié)就是首要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。物流配送系統(tǒng)的建模與仿真也已發(fā)展成為物流方法研究的一個(gè)重要手段。

本文以同步化物流配送系統(tǒng)的配送模式作為研究對(duì)象，從分布在不同區(qū)域的零部件倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨到達(dá)CPD總庫(kù)能與CPD總庫(kù)向生產(chǎn)線上進(jìn)行配送保持同步性，同時(shí)能滿足發(fā)貨倉(cāng)庫(kù)與非發(fā)貨倉(cāng)庫(kù)的及時(shí)補(bǔ)貨。從而能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將全部所需零件配送至生產(chǎn)線，保證生產(chǎn)線順利生產(chǎn)為目標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)合理化的倉(cāng)庫(kù)布局模型，考慮實(shí)際過(guò)程當(dāng)中其他不確定因素，建立基于Flexsim軟件的仿真模型。文章主要工作有：（1）對(duì)汽車零配件配送物流與制造過(guò)程同步化運(yùn)作的構(gòu)成部分進(jìn)行研究，并建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；（2）建立同步化物流配送系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；（3）建立基于Flexsim軟件的系統(tǒng)仿真模型；（4）對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證模型的科學(xué)性和可行性。

一、同步化物流配送系統(tǒng)

同步化物流配送系統(tǒng)是基于精益物流的思路來(lái)對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃的成果，以實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)的目標(biāo)。

（一）精益化

精益化生產(chǎn)是一種哲學(xué)，源于日本工業(yè)界，是由日本豐田大野耐一提出的，其核心思想是消除生產(chǎn)中的浪費(fèi)。在致力于消除生產(chǎn)浪費(fèi)的過(guò)程中，豐田采用了“準(zhǔn)時(shí)化”、“零庫(kù)存”、“一個(gè)流生產(chǎn)”、“自動(dòng)化”等高效的管理方式，為精益化生產(chǎn)的發(fā)展提供了有利的條件。精益生產(chǎn)方式強(qiáng)調(diào)人的積極性，突出團(tuán)隊(duì)精神，全員參與，建立共同價(jià)值觀，培養(yǎng)集體榮譽(yù)感。精益化生產(chǎn)融合了工業(yè)工程、質(zhì)量控制、設(shè)備管理、價(jià)值工程等多項(xiàng)現(xiàn)代化管理模式，創(chuàng)造出多種新的方式。精益化物流便是精益生產(chǎn)的一個(gè)重要組成部分。精益化物流規(guī)劃的思路（如圖1所示）。

圖1 精益化物流規(guī)劃思路

同步化物流是在益化物流中達(dá)成精益生產(chǎn)效果較為突出的一種物流模式。

（二）同步化物流

汽車零部件物流配送是汽車制造商對(duì)汽車制造過(guò)程中所需的原材料、零部件進(jìn)行的采購(gòu)及生產(chǎn)工作。汽車裝配所需要的零部件種類繁多、數(shù)量大、生產(chǎn)地域廣，導(dǎo)致了零部件組織及管理的難度。零部件的完好質(zhì)量、準(zhǔn)確時(shí)間、準(zhǔn)確數(shù)量及適度庫(kù)存就是為了保證物流配送作業(yè)與汽車裝配制造保持同步。因此，汽車零部件配送物流就是為了滿足汽車裝配過(guò)程中的零部件種類、數(shù)量、時(shí)間及庫(kù)存，保證裝配生產(chǎn)的連續(xù)性。保證零部件配送物流與汽車裝配制造同步的方法及方式多種多樣，但低成本、高效率、準(zhǔn)確性的配送模式是其關(guān)鍵。

二、同步化物流配送系統(tǒng)模型

傳統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)物流配送模式是以經(jīng)濟(jì)訂貨批量為基礎(chǔ)的物流配送模式，注重物流配送系統(tǒng)的運(yùn)輸成本及倉(cāng)儲(chǔ)成本最小化。其采用的模型如下：

Q=

其中，Q為經(jīng)濟(jì)訂貨批量，A為企業(yè)需求量，F(xiàn)為訂貨成本，C為存儲(chǔ)成本。

在同步化物流配送系統(tǒng)中，汽車生產(chǎn)車間的物流系統(tǒng)最為復(fù)雜，其規(guī)劃效果也最為明顯，由于汽車零部件種類及數(shù)量比較大，且零部件單車裝配數(shù)量一定，因此在生產(chǎn)車間物流系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，需要考慮的影響因素比較復(fù)雜。汽車生產(chǎn)體系關(guān)注的不僅有物流成本問(wèn)題，還應(yīng)考慮到生產(chǎn)效率、汽車裝配節(jié)拍、物流運(yùn)輸滿載率、零部件的裝載比例、零件車間庫(kù)存量、設(shè)備設(shè)施布局及物流成本等等因素。

同步化物流配送模型的各項(xiàng)影響因素的參考符號(hào)有：汽車零部件種類n，零件的單車裝配量ai（i=1，2…n），零件包裝器具的容量bi（i=1，2…n），零件器具單包裝體積vi（i=1，2…n），車輛裝載容量V，生產(chǎn)節(jié)拍p，運(yùn)輸車輛數(shù)量k，車輛裝載零件種類wj（j=1，2…k），單車運(yùn)輸及裝卸時(shí)間Tj（j=1，2…k），零件運(yùn)至生產(chǎn)工位時(shí)間ti（i=1，2…n），零件車間庫(kù)存量qi（i=1，2…n），物流配送系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的成本cl（l=1，2…m），車間倉(cāng)庫(kù)面積S，各零件面積si（i=1，2…n），車間物流配送成本C。

（一）同步化物流配送的假設(shè)條件

1.物流配送零件的合格率為100%，即所有零部件都可直接裝配。

2.汽車生產(chǎn)車間向倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房要貨反應(yīng)時(shí)間極短，可近似為無(wú)要貨提前時(shí)間。

3.零部件庫(kù)房采取批量生產(chǎn)、分批配送的方式滿足裝配車間的生要求。

4.所有零部件都在庫(kù)房?jī)?nèi)存儲(chǔ)，無(wú)需機(jī)械加工。

（二）同步化物流配送系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

在汽車生產(chǎn)車間零部件物流配送系統(tǒng)規(guī)劃過(guò)程中，結(jié)合各品種的零部件倉(cāng)庫(kù)分布在不同區(qū)域的特點(diǎn)，通常的配送模式很難滿足企業(yè)所要求的精益化生產(chǎn)策略，所以建立數(shù)學(xué)建模來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)合理化的倉(cāng)庫(kù)布局來(lái)形成一個(gè)同步化物流配送系統(tǒng)。其數(shù)學(xué)模型如下：

minC=f（ai，bi，wj，vi，Tj，ti，qi，si，p，cl）（i=1，2…n，j=1，2…k，l=1，2…m）

max（）

s.t.∑1

nVi≤V

∑1

kWu≥n

≤1

≥

（i=1，2，…n）

∑1

nSi*

≤S

三、實(shí)例分析

本文以某第三方物流公司為某汽車制造企業(yè)當(dāng)中一條裝配線進(jìn)行零部件產(chǎn)前物流配送為實(shí)例，生產(chǎn)車間的生產(chǎn)節(jié)拍為200s，汽車裝配零件種類為18種，車間庫(kù)存面積為800m2，擁有6臺(tái)運(yùn)輸車輛，運(yùn)輸車輛的容量為45m3，滿載率為65%，裝配零部件的信息（如表1所示）。

根據(jù)研究實(shí)例的現(xiàn)實(shí)情況及實(shí)際影響因素，其物流運(yùn)營(yíng)成本為

C=C運(yùn)i·+C上i·+C存i·Si·（Ti-ti）·

假設(shè)實(shí)際物流配送過(guò)程中，每輛運(yùn)輸車輛所裝載的零件種類固定，即六輛運(yùn)輸卡車固定運(yùn)送幾種零件。1號(hào)車運(yùn)送零件1～7，2號(hào)車運(yùn)送零件8，3號(hào)車運(yùn)送零件9～11，4號(hào)車運(yùn)送零件12～15，5號(hào)車運(yùn)送零件16，6號(hào)車運(yùn)送零件17～18。車間倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)要求保證安全庫(kù)存為120分鐘。

將上頁(yè)表1中的數(shù)據(jù)代入同步化物流配送系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。

安全庫(kù)存量qi=36ai，各零件的安全倉(cāng)儲(chǔ)面積為si安 =δ·

·si，其中，δ為車間安全倉(cāng)儲(chǔ)系數(shù)，

為低儲(chǔ)箱數(shù)，為整數(shù)。

零件安全庫(kù)存面積求和并代入物流通道系數(shù)1.2，則車間安全庫(kù)存面積為634m2，因此車間庫(kù)存面積可以滿足安全庫(kù)存面積。

實(shí)際物流配送作業(yè)中，車間庫(kù)存存儲(chǔ)的零部件量一定高于安全庫(kù)存面積，因此需要采用同步化物流配送系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和經(jīng)濟(jì)訂貨批量發(fā)計(jì)算每種零件庫(kù)存箱數(shù)gi，其計(jì)算過(guò)程如下：

gi=

得出零件車間倉(cāng)儲(chǔ)箱數(shù)（如表3所示）。

多種零件庫(kù)存布局規(guī)劃過(guò)程可通過(guò)Flexsim仿真處理，得到合理、科學(xué)、可行的布局方案。

四、Flexsim

Flexsim采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，并具有三維顯示功能，該軟件的突出特點(diǎn)在于建模快捷方便和顯示能力強(qiáng)大該軟件功能強(qiáng)大，可以提供原始數(shù)據(jù)擬合、輸入建模、圖形化的模型構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實(shí)顯示、運(yùn)行模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)、對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化、生成 3D 動(dòng)畫(huà)影像文件等功能，也提供了與其他工具軟件的接口。

Flexsim仿真建模基本步驟：

1.選擇實(shí)體：根據(jù)建模系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，對(duì)應(yīng)Flexsim實(shí)體功能，選擇合適的實(shí)體，建立模型與實(shí)際系統(tǒng)的映射關(guān)系。如果沒(méi)有合適的實(shí)體，需要自己建立。

2.構(gòu)建模型布局：根據(jù)系統(tǒng)布局，從對(duì)象庫(kù)中拖放所需的對(duì)象到建模視圖中。

3.定義對(duì)象流程：根據(jù)對(duì)象之間的關(guān)系，連接相應(yīng)端口，構(gòu)建模型的邏輯流程。

4.編輯對(duì)象參數(shù)：模型中各實(shí)體要實(shí)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)功能，就必須對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，必要時(shí)要自己編程來(lái)實(shí)現(xiàn)一定功能。

5.運(yùn)行調(diào)試模型：首先對(duì)模型進(jìn)行編譯，然后運(yùn)行，進(jìn)行觀察，如果與實(shí)際不符，重新設(shè)置參數(shù)，再重復(fù)編譯運(yùn)行，直到實(shí)現(xiàn)其功能為止。

將同步化物流配送系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，編入Flexsim的模塊中，通過(guò)實(shí)例演示，得到合理化布局（如圖2所示）。

（上接40頁(yè)）

根據(jù)Flexsim仿真出的布局圖可以看出，在同步化供應(yīng)的情況下，規(guī)劃人員從生產(chǎn)車間裝配效益為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)合理的配置物流資源，按照生產(chǎn)需求進(jìn)行物流配送，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)時(shí)化的生產(chǎn)物流配送模式。同時(shí)，數(shù)值結(jié)果也體現(xiàn)了同步化物流配送系統(tǒng)與傳統(tǒng)物流配送系統(tǒng)的不同，傳統(tǒng)物流配送系統(tǒng)主要追求生產(chǎn)作業(yè)最優(yōu)化及運(yùn)輸與庫(kù)存成本最小化，屬于分散式管理模式，而同步化物流配送系統(tǒng)則是追求生產(chǎn)裝配、物流配送系統(tǒng)這個(gè)整體系統(tǒng)最優(yōu)化，采用的是先進(jìn)的物流供應(yīng)集成化管理思想。

結(jié)語(yǔ)

本文以同步化物流配送系統(tǒng)的配送模式作為研究對(duì)象，從分布在不同區(qū)域的零部件倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨到達(dá)生產(chǎn)車間倉(cāng)庫(kù)，能與生產(chǎn)車間倉(cāng)庫(kù)向生產(chǎn)線上進(jìn)行配送保持同步性，同時(shí)能滿足發(fā)貨倉(cāng)庫(kù)與非發(fā)貨倉(cāng)庫(kù)的及時(shí)補(bǔ)貨。從而能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將全部所需零件配送至生產(chǎn)線，保證生產(chǎn)線順利生產(chǎn)為目標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)合理化的倉(cāng)庫(kù)布局模型，考慮實(shí)際過(guò)程當(dāng)中其他不確定因素，建立基于Flexsim軟件的仿真模型。同步化物流配送系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型包含生產(chǎn)裝配物流配送系統(tǒng)的影響因素廣泛，保證生產(chǎn)調(diào)度與物流配送系統(tǒng)的同步性，降低了物流配送成本，具有一定的實(shí)用價(jià)值和理論參考價(jià)值。

在實(shí)際汽車生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)施同步化物流配送的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)注意信息技術(shù)、零部件質(zhì)量和運(yùn)輸質(zhì)量這些至關(guān)重要的因素。所以在后續(xù)研究過(guò)程中，應(yīng)完善同步化物流配送信息系統(tǒng)構(gòu)建、物流配送的合格率和零部件質(zhì)量對(duì)同步化物流配送過(guò)程的影響等內(nèi)容。

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