唐自剛 周炳海

(同濟大學(xué) 機械與能源工程學(xué)院 上海 201804)

最后一公里配送意義重大，對企業(yè)的運作有著至關(guān)重要的意義[1]。最后一公里轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)制造型企業(yè)，就是原材料從原材料庫運送到生產(chǎn)線的服務(wù)。由于這一公里上需要將原材料從各個站點取出，并準確配送到正確的位置，所以存在大量的搬運。

不增值的搬運是生產(chǎn)運作中七大浪費最明顯的浪費之一，減少搬運浪費將會為企業(yè)帶來明顯的效益。尤其是在零件復(fù)雜多變的汽車零部件行業(yè)，搬運浪費的減少，效益尤其明顯。

汽車零部件行業(yè)的最后一公里的顯著特征是配送到線上的料箱和需要從線上撤下的料箱數(shù)量巨大。而Milk run（MR） 這種回收料箱的模式在汽車零部件行業(yè)開始得到推廣。

1 MR的研究現(xiàn)狀及E企業(yè)的物流現(xiàn)狀

1.1 MR國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

MR起源于20世紀前牛奶配送的過程，經(jīng)過一個多世紀的發(fā)展形成了一門比較完整的學(xué)術(shù)理論。其基本原理為通過固定線路將商品送到顧客手中，并從顧客手中回收空包裝。一方面回收了包裝材料，另一方面節(jié)約了一次搬運過程。

MR在國內(nèi)研究主要為入廠物流的研究，或路徑規(guī)劃優(yōu)化及算法改善的問題。Polak-Sopinska[2-3]研究了廠內(nèi) MR系統(tǒng)中配送工人的勞動強度問題，得出配送員搬運工作是一個勞動重負荷勞動，提出了解決勞動強度較高的建議方案。Alnahhal[4]等研究了車間內(nèi)循環(huán)取料的決策問題，提出車間MR系統(tǒng)的決策問題主要為路線、排程、裝載、配送人員數(shù)量、看板、火車數(shù)量、線路運輸頻率等的問題。施冠棟[5]研究廠內(nèi)物流配送系統(tǒng)優(yōu)化，提出廠內(nèi)循環(huán)配送物流系統(tǒng)的評價指標和實施方案。Kilic[6]研究了廠內(nèi)MR系統(tǒng)的分類和模型，詳細闡述了廠內(nèi)MR的分類并給出了模型。Korytkowski[7]等研究了MR系統(tǒng)中物料配送員在干擾狀態(tài)下的效率，并進行仿真模擬，得出MR 是一個非常穩(wěn)定的系統(tǒng)，自身容錯性強。Eva Klenk[8]等研究了車間循環(huán)取料的運作策略，得出循環(huán)配送系統(tǒng)的料箱數(shù)量是根據(jù)系統(tǒng)的需求來確定的，其峰值會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)瓶頸。

1.2 E公司廠內(nèi)的物流現(xiàn)狀

E公司的產(chǎn)品一般包括兩個大尺寸零件和3個小零件尺寸，兩個尺寸零件通過小尺寸的連接件組合在一起，形成具有連接車門車身的功能部件。

其倉庫內(nèi)物料的存儲采用高架庫位存儲。大尺寸零件采用鐵料箱存儲，單箱存儲量為 800～1000件。小零件采用紙箱存儲，單箱存儲量為200件，每8箱小零件匯成一個托盤，存放于一個庫位。

改善前E公司物料運送采用叉車搬運，以生產(chǎn)批為單位，在最后一公里配送服務(wù)過程中，包含 6種搬運階段：（1）原材料從原材料庫到備料區(qū)，采用叉車運輸 M1，如托盤上物料超過需求使用量，需要用叉車歸還至原來庫位；（2）原材料從備料區(qū)到線邊地面的運輸 M2，采用叉車，一般配送量為單班生產(chǎn)量，大約800件；（3）在制品從線邊地面到工位的運輸 M3，大型零件采用料箱由設(shè)備操作工從鐵箱自取；（4）成品從線邊到倉庫的運輸M4，由物料配送員自行取貨；（5）包裝材料從包材區(qū)到線邊的運輸 M5，由操作工人自行領(lǐng)?。唬?）原材料包裝箱從線邊庫回到配料區(qū)的運輸 M6，由物料配送員取回，一般用叉車。

以上6種物料搬運發(fā)生的時間不一致，但存在一定的前后順序。當(dāng)新的原材料運輸?shù)浆F(xiàn)場時，舊的料箱已經(jīng)使用完畢，因此其中第（2）種物流和第（6）種物流的時間間隔很近。當(dāng)一批成品運走后，新的產(chǎn)品也需要新的包裝材料，因此第（4）種物流和第（5）種物流的時間間隔也很近。這種距離間隔近但歸屬于兩個不同的員工，來了巨大的搬運浪費。

2 MR在汽車零部件企業(yè)的改善

2.1 超市的設(shè)定

超市具備3個功能：（1）客戶可以隨時獲得需要的產(chǎn)品；（2）客戶可以取得需要的產(chǎn)品數(shù)量；（3）客戶只會取需要的產(chǎn)品。

超市的設(shè)立可以加快物料從配送區(qū)到生產(chǎn)區(qū)的的準備速度。生產(chǎn)車間的超市就是在倉庫的末端或生產(chǎn)車間的前端設(shè)置一塊空閑區(qū)域，放置斜坡料架，將生產(chǎn)原材料按照預(yù)先規(guī)劃的包裝方式，放置在斜坡料架上，如圖1所示。

圖1 斜坡料架圖

生產(chǎn)車間的超市應(yīng)具有以下五個特點：（1）從人因工程角度出發(fā)物料取放的高度應(yīng)設(shè)置適宜，不能太高或太低；（2）倉庫補貨端和取貨端應(yīng)位于超市的兩端，以減少取貨人員與補貨人員之間的物流干涉；（3）超市上放置的物料是包裝好的物料，且最小包裝量按照在制品控制量設(shè)定（車間現(xiàn)場需要的單次配送量的整數(shù)分之一），以便配送員取走整箱物料；（4）超市庫位應(yīng)列入庫位管理，需要按照庫位編碼，取貨時采用掃碼系統(tǒng)進行確認，以做到防錯；（5）采用斜坡料架，位于斜坡底端的料箱被取走后，下一個料箱運用重力慣性向下滑行到待取位置，以便下一次待取。

實際運用中，物流揀選員工，收到生產(chǎn)看板后，將物料從高架庫整托取下，大型零件拆裝成小型數(shù)量盒，單盒放置50件。小型零件一次分拆按原有塑料包裝按100件放于塑料盒中。

小零件一次分揀完成后放于超市庫位上，減少一次往高位貨架還料的搬運動作，消除典型的搬運浪費。大零件在超市進行包裝，將原來的線內(nèi)作業(yè)提到線外作業(yè)，增加了生產(chǎn)的實際時間，提升了產(chǎn)能。

配送員收到生產(chǎn)現(xiàn)場看板傳遞信息后，駕駛小火車前往超市，按照看板量快速從超市取下原材料，放置在配送小車上。

采用超市前，倉庫內(nèi)作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 改善前作業(yè)圖

采用超市后，倉庫的作業(yè)流程如圖3所示。

圖3 改善后作業(yè)圖

2.2 看板設(shè)計及料箱的標準化

E企業(yè)的單元化生產(chǎn)線、超市、成品庫是一種典型的CONWIP系統(tǒng)。成品庫下指令到原材料庫，由原材料庫準備零件。生產(chǎn)線根據(jù)生產(chǎn)指令到超市提取生產(chǎn)資料。物料進入到生產(chǎn)線后，由后工序驅(qū)動前工序向前。

CONWIP中，看板是用于在制品控制的有效工具。通過看板，能夠有效的控制生產(chǎn)現(xiàn)場的制品?？窗逶O(shè)計的時候需要充分考慮到在制品的數(shù)量?？窗逶O(shè)計按照產(chǎn)出的1/N設(shè)計。當(dāng)看板數(shù)量過少，則看板控制的在制品數(shù)量較大，會導(dǎo)致一次搬運量太多。當(dāng)看板設(shè)計過多，則看板控制在制品數(shù)量太少，配送人員就會長期處于忙碌狀態(tài)。改善時在制品控制在2h根據(jù)產(chǎn)能，設(shè)置2h的H=200件。生產(chǎn)計劃給現(xiàn)場班組長200件產(chǎn)品BOM對應(yīng)的原材料看板和需要產(chǎn)出的組件看板。班組長將原材料看板放置在線邊庫上的空料箱上。

生產(chǎn)開始前，配送員到線邊庫上收集生產(chǎn)看板信息，然后返回超市，按照生產(chǎn)看板信息配送物料到線邊庫或指定的位置。

為了便于搬運的碼垛、容器的通用，容器采用對配送到線邊的料箱統(tǒng)一采用 400mm(L)×300mm(W)×200mm(D)。在一個 MR物料配送中，對于從事物料從小火車到線邊庫、超市到小火車物料搬運，對于一個成年男性來說是重體力勞動[2-3]。因此塑料箱的尺寸和單個料箱的容量就需要經(jīng)過嚴密的設(shè)計和計算，來減少員工的勞動強度。單箱控制在15.7kg可以有效的控制員工的勞動強度[3]。根據(jù)零件的重量和體積，分別設(shè)計各類零件單箱的數(shù)量為公式（1）：

式中：Ci為第i個零件一次配送的料箱的數(shù)量；Wi為單個零件的重量；TH1為2h在產(chǎn)出；vi為單個產(chǎn)品的體積；V為料箱的體積；

根據(jù)計算，生產(chǎn)典型產(chǎn)品A每2h的需求量如表1所示。

表1 A產(chǎn)品兩小時部件需求量

2.3 現(xiàn)場的改善

傳統(tǒng)的叉車配送物料時，操作工人開著叉車，從倉庫備貨區(qū)取出物料，沿著通道配送至線邊。一般情況為一整托物料送到現(xiàn)場。運送量為單個班次或單個生產(chǎn)批的使用量。生產(chǎn)過程中，物料配送員，進行下一個班次的備料，物料準備區(qū)為1個班次的物料，且平鋪在地面。生產(chǎn)開始前，物料配送員開始往各個工站配送物料。配送前將物料放置在一個托盤上或數(shù)個托盤上。這樣現(xiàn)場會預(yù)留一個大約3.6平米的空閑區(qū)(三個托盤位)給物料托盤。

現(xiàn)有的布局模式下，小火車配送的大尺寸物料有兩種方式存儲在現(xiàn)場：（1）平鋪在地面；（2）以一定的高度碼在線邊。由于MR的小包裝特性，第（1）種會讓員工頻繁彎腰取貨，增加職業(yè)病風(fēng)險。第（2）碼垛容易帶來生產(chǎn)的安全性隱患，不適用于循環(huán)取料小火車物料的配送。

對于尺寸小的零件，如果放在線邊，使用時再搬運到線上，會造成2次搬運浪費，因此需要對生產(chǎn)單元現(xiàn)場做出必要的改善。

將原有的線邊庫改為采用斜坡料架，斜坡料架的放貨端正對通道。斜坡料架的取貨端為裝配線員工U型缺口。在料架的兩端貼上二維碼，放入物料前，采用位置確認匹配以達到防錯。

對于小尺寸零件，在零件使用工位設(shè)計料斗。料斗的容量需要滿足配送員直接從小火車將小零件運送到料斗，如圖4所示。

圖4 線上料斗

為了減少配送員與操作員工的走動帶來的將料斗上料點設(shè)置在線體遠離操作員工的背面，U型裝配線之間的維修通道為實現(xiàn)這一運輸提供了條件。

2.4 小火車的設(shè)立

車間內(nèi)物流轉(zhuǎn)運工具通常為叉車，但是叉車不適用于相同位置的多次重復(fù)物流[8]。而廠內(nèi)MR的帶來的最大表現(xiàn)形式為工站之間的多次重復(fù)物流。且這種小批量多批次的物流方式較叉車搬運是更高效和成本更低的[9]。而MR在廠內(nèi)物流的表現(xiàn)形式為小火車。小火車需要進行設(shè)計，以便最佳，小火車設(shè)計時主要常見的問題有4個。

1)路線的設(shè)計及規(guī)劃。E企業(yè)的廠房為自行設(shè)計建造。在原始設(shè)計車間時，以最大化利用車間面積，放最多設(shè)備為主要目標。在布局設(shè)計上共享兩條通道，采用3排裝配線，如圖5所示。

圖5 改善前物流線路圖

在已有的車間進行設(shè)計物流線路的時候，不考慮大型布局調(diào)整，通過觀察可以明顯看出，現(xiàn)有布局中第2排裝配線和第三排裝配線共用一個物料通道，在叉車運轉(zhuǎn)時，這種方式不會造成大的影響。在小火運行時，第2條物流通道的擁堵率明顯高于第一條物流通道的。因此調(diào)整U型線開口方向，以降低物料通道的擁堵率，調(diào)整后的布局如圖6所示。

圖6 改善后物流線路圖

對于穩(wěn)定運行的系統(tǒng)，原材料運行線路為：（成品庫已經(jīng)將生產(chǎn)需求按照 2h的物料量通過電子看板傳輸?shù)匠校?/p>

RIRM：小火車從超市出發(fā)，帶著已經(jīng)包裝拆包好的物料運送到裝配線線邊庫（或上料點）。

R2RM：物料配送員與生產(chǎn)現(xiàn)場完成物料/空箱交換，并取走看板，將空料箱帶回超市。

成品運行路線：

RIFGI：小火車2 從成品庫出發(fā)，按照既定的線路，將包裝材料送到生產(chǎn)現(xiàn)場，與現(xiàn)場做成品/空箱交換。

R2FGI：小火車將成品拉回成品庫入庫，完成一個循環(huán)。

2)配送時間間隔問題

根據(jù)德國廠內(nèi)MR實施指南，小火車的配送路線循環(huán)上時間Tcyc如公式(2)：[9]

其中：td為小火車在單個循環(huán)上的行駛時間；tl表示小火車在單個循環(huán)時，從超市裝載的時間；tc表示小火車在單個線路上，線邊庫交付的總時間。t?表示配送不搬運物料的行走時間，配送員上下車時間以及小火車加速和減速時間。

當(dāng)CT≥Tcyc時，小火車運行正常，當(dāng)CT

CT越大，在保證產(chǎn)出的條件下，根據(jù) little 定律要求需要控制的在制品在制品越多。單次配送的物料越多，進而影響到小火車的拖車的數(shù)量。

3)小火車的數(shù)量

小火車的目的控制在制品，提升效率。且在Milk run 系統(tǒng)中應(yīng)盡量減少小火車的數(shù)量[6]小火車的數(shù)量N計算方法如公式(3)：

其中，n為單節(jié)小火車上放置料箱的數(shù)量。

4)小火車車上布局問題

為了便于托盤的直接上下貨，小火車的拖車尺寸一般為1.2m×1.0m，單層可以放置小料箱數(shù)量為6箱，單個小車可以放置12箱至24箱物料。根據(jù)看板設(shè)計結(jié)果，單工位需要車的數(shù)量為 0.5車至 1車。由于生產(chǎn)線的特殊性，相鄰兩個裝配線物料補充點間距（大約 4m）大于兩節(jié)拖車的間距（大約2.4m）。如果不考慮小火車車上布局，容易造成位于車尾的裝配線需要的物料在車頭。配送員和線邊庫進行交換的距離就加大，增加t?和tc。增加tc表示增加配送員負重搬運的距離，配送員的工作強度因此增加。高強度的工作，容易導(dǎo)致員工的抱怨或離職[3]。

因此小火車的合理平面布局有利于減少配送員與線邊庫/供料點的交付時間，降低tc,進一步縮小Tcyc，提高MR的運行效率。基于每條裝配線都采用同樣的逆時針物流。第i +1個配送點與第i個配送點位于的車位關(guān)系由公式（4）確定：

式中：Lj表示Ci+1與ci裝配線線邊庫間距；l表示小火車拖車長度；Ci+1表示第i+1個站點位于的車的編號。

具體示意圖如圖7所示。

圖7 配送點與小火車示意圖

2.5 效果評價

將車間的物料搬運從傳統(tǒng)的叉車搬運改善為MR系統(tǒng)，改善效果明顯，有效的控制了在制品數(shù)量，減少了搬運的浪費，并且一定程度上提升了產(chǎn)能。具體表現(xiàn)為：小零件備料時從高架庫到地面的搬運次數(shù)減少 2/3。將小零件從線邊庫到設(shè)備邊上的搬運從線內(nèi)轉(zhuǎn)移到線外，節(jié)約操作工人時間，提升產(chǎn)能。改善前大零件的揀選工作也從線內(nèi)移到線外，大小零件的線內(nèi)外轉(zhuǎn)移，提升了 6.3%的產(chǎn)能。將原有的在制品數(shù)量從8h控制為2h提升了車間的形象。項目在E公司實施時得到了良好的效果。

3 結(jié)語

MR在汽車零部件車間物流改善中可以量化的效益就是減少搬運，控制在制品數(shù)量。文章描述了MR 改善的超市設(shè)定、看板設(shè)計、現(xiàn)場改善和小火車設(shè)計四個步驟，并分析了四個步驟的實際收益。分析得出 Milk Run 模式比傳統(tǒng)叉車搬運物料在物料從倉庫到配料區(qū)，物料從配送員交付到生產(chǎn)線方面的搬運次數(shù)有明顯的減少。

在單線運行的車間，合理設(shè)置?？空军c，并根據(jù)產(chǎn)線布局規(guī)劃小火車上物料擺放點有利于降低配送員的工作強度，也有利于縮短小火車運行時間。