基于容器標準化的智能物流配送

（中國輕工業長沙工程有限公司智能工業設計院，湖南 長沙 410114）

1 背景及意義

以互聯網技術為中心的時代，智能化正在席卷一切。《中國制造2025》指出：加快推動新一代信息技術與制造技術融合發展，把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向；著力發展智能裝備和智能產品，推進生產過程智能化，培育新型生產方式，全面提升企業研發、生產、管理和服務的智能化水平[1]。

SF公司是全球大型的風扇、取暖器生產基地，主要生產取暖器、電風扇兩大主導系列產品，具備年產700萬臺取暖器，600萬臺風扇的生產能力。面對勞動力成本增加、原材料價格上漲、國內市場劇烈競爭導致利潤空間收窄等特點，公司從自身戰略角度出發，結合已有的工藝和技術設備，提出減員增效的目標，為順應智能制造的發展趨勢，同時要求工廠智能化升級改造。

物流容器的改善作為提效的基礎工作，提出以容器標準化輔助智能物流配送。生產實踐過程中，物料容器的選擇往往根據經驗或者參照其他企業確定，既缺乏系統科學的方法，也無法滿足本企業物料配套的需要，物料容器的裝載容易出現過載或空載的形式，對于容器使用造成較大的損壞，空間利用不充分，企業在周轉容器的補充上花費大量的成本。另一方面，非標容器對于智能化物流配送的升級改造也存在諸多阻礙。文章探討了物流包裝尺寸標準化的解決方法及步驟，基于基礎模數分割級進系列尺寸,為包裝箱尺寸的制定提供了理論依據，結合AGV物料配送，為企業的物流配送提供了科學的工具方法。

2 物流容器存在的問題

2.1 物流容器現狀

由需求導致生產的淡旺季，SF公司產品表現出明顯的季節性特點，風扇需求旺季在6-9月，取暖器的需求旺季在11-3月。另外，產品銷售分為國內市場與國外市場兩大塊，內貿、出口的不同要求，公司的產品型號達數百種，不同產品型號之間物料差異較大。對應地物料裝載的器具數量龐大，具體使用到的器具類別、數量及參數見表1：

2.2 主要問題

不同型號的成品對應的零部件種類多、尺寸大小不一、形狀各異，往往需要選用多種物流容器。通過現場反饋，實際生產過程中不同在制品并無明確容器裝載。收集使用到的各項容器的尺寸，分析表明大小不同的容器尺寸之間并無關聯。裝載器具的設計沒有考慮到物流周轉的需要，只考慮到存儲零件的基本功能，而忽視其空間利用率及容器可回收的效率，而容器空間的利用率直接影響著物料存儲占用面積，容器可回收效率決定周轉容器是否方便及時回收，避免占用生產區域的面積。

3 容器標準化解決方案

3.1 物料尺寸分類

聚類分析是一種建立分類的多元統計分析方法，它能夠將一批樣本（或變量）數據根據其諸多特征，按照在性質上的親疏程度在沒有先驗知識的情況下進行自動分類，產生多個分類結果[2]。對親疏程度的測量一般有兩個維度：第一，個體間的相似程度；第二，個體間的差異程度，通常通過某種距離來測量。相同類別個體特征具有相似性，不同類間個體特征的差異性較大[3]。

將物料尺寸聚類分析，測量不同物料之間的距離。每個尺寸數據視為三維空間上的一個點，統計不同物料之間的尺寸，計算物料之間的“親疏程度”，即點與點之間的距離越小，表示越“親密”，越可能聚成一類；點與點之間的距離越大，表示越“疏遠”，越有可能分別屬于不同的類。

以風扇典型產品的物料尺寸為例，根據BOM表提供的物料信息，將物料尺寸信息轉化至長、寬、高三個維度，見表2。

表2 總裝物料尺寸信息

通過收集近兩年裝配線產品下線的種類及數量進行P-Q分析（即產品數量分析），前20類產品的數量占總裝配量的86.13%，收集前20類產品的物料尺寸并最終聚集為六類，這六類的中心點見表3。類別1包含15種物料，類別2包含154種物料，類別3包含33種物料，類別4包含21種物料，類別5包含9種物料，類別6包含58種物料。

3.2 容器標準化

物流容器標準化管理在物流管理實踐中形成，初步定義如下：物流容器標準化管理是指物料在存儲、運輸和貿易過程中，為了提高作業效率、保護產品品質、提高空間利用率、降低物流作業成本而設計的物料標準化容器，并體現在合理的標準化容器包裝、存放、運輸和配送的物流管理方法[4]。

表3 最終聚類中心及數量

容器標準化需要根據物料的尺寸采用聚類分析確定不同物料所屬類別，選擇標準化的裝載容器。而物料容器主要用于倉庫和生產車間各工位的物料周轉，而不僅僅是存儲功能[5]。選用周轉箱尺寸的大小需考慮三個方面：（1）物料標準尺寸模數；（2）周轉容器大小與托盤的匹配；（3）不同大小周轉容器之間相互兼容堆垛[6]。

綜合考慮上述三個方面的因素，根據聚類后的類別選擇級進系列尺寸的容器系統（即小容器的大小是大容器的一半），如圖1所示[7]。系列的選取分為1，1/2，1/4，1/8，1/16等。結合聚類分析出的六類中心，同時考慮原有膠框的利用，提供標準化容器尺寸，見表4。以風扇典型產品的物料歸屬箱型見表5。

圖1 級進系列尺寸圖

3.3 智能物流配送

企業風扇、冷風扇各有8條生產線。風扇按照每條線單班11小時的產能1560臺計算，冷風扇單班11小時900臺。將容器標準化之后的物料配送，將保證線邊物料最大存量達兩小時，風扇與冷風扇兩小時的原材料物流量分別為118托盤、64托盤。成品物流量按每托盤24件計算，11小時風扇總計446托，冷風扇總計296托。物流配送量見表6。

表4 標準箱型尺寸

表5 風扇典型產品的物料歸屬箱型表

表6 物流配送量

標準化后的容器作為物流改善的基礎，較方便地與智能化的物流配送平臺對接。由AGV小車實現的智能化物流配送，生產線均成南北向布置，在生產線前端設置物流超市區。由物流人員物料整理后放置在物料架上并推送至物料區的發車點，按下AGV小車呼叫按鈕。AGV帶走料車，按照既定的軌道發往生產線邊，同時帶回空料架，等待下一次取料呼叫。具體流程如圖2所示，圖3是AGV小車頂升空料架返回示意圖。

4 智能物流配送效果反饋

實施容器標準化后的智能物流配送與改善前的物料配送系統有較大的變化。首先是物流人員的工作流程得到優化。改善前物流人員的主要工作分為：倉庫備料，物料配送，空箱回收。改善后的物流工作集中在倉庫備料環節，剩余的工作采用智能物流配送實現，物流人員工作流程對比如圖5、圖6所示。

圖2 AGV配送流程

圖3 AGV小車頂升空料架示意圖

圖4 改善前物流配送流程

物流人員工作流程得以簡化同時物流配送效率也得到提升。兩小時物流配送效率對比如圖6，配送效率提升28.6%。

圖5 改善后的物流配送流程

圖6 物流配送效率對比

其次，通過規劃采用兩小時的物料配送原則，以標準化的容器對物料實施分裝，使線邊庫存也得到有效控制。按照風扇、冷風扇各8條線計算，改善前線邊物料面積約1 644m2，改善后物料占地面積1 075.2m2。在空箱回收方面，通過空箱之間相互嵌套，回收效率大幅提升，容器可嵌套率達8:1，即8個嵌套的容器占用單個封閉容器的空間，加快了車間內部物流器具的周轉效率。

5 總結

以標準化容器為車間物流智能化配送提供了基礎。本文提供了物料容器標準化的方法，結合具體的物料尺寸，實現物料分類，將尺寸接近的物料歸類，使得同類物料放置在同一標準容器內，不同類別的物料放置在級進系列尺寸的容器中，最大限度利用容器空間，提高了容器的周轉效率。標準化的容器配合智能AGV配送構建的智能化物流配送系統，提升了物流配送效率，減少了車間線邊物料的占用面積，在容器使用方面加快了容器的周轉，節約了企業的使用成本。

[參考文獻]

[1]中國國務院.中國制造2025[Z].2015-5-8.

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