基于負(fù)荷最小的汽車工廠物流車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃

文/楊凱 張虹 孔成 蒲詩思 劉帥

為了對上汽大眾長沙工廠側(cè)卸道口收貨環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，將收貨環(huán)節(jié)流程進(jìn)行拆分整理，并得到該流程6部分負(fù)荷計算方法，確定各部分影響因子，并最終得到整個收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷計算模型，基于模型建立了車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案評鑒標(biāo)準(zhǔn)，并利用Python語言搭建迭代計算模型，輸出最小收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷值，基于負(fù)荷最小原則，得到了上汽大眾長沙工廠車隊(duì)側(cè)卸道口最優(yōu)規(guī)劃方案。

0.引言。

隨著汽車行業(yè)迅猛發(fā)展和競爭的激烈化，各汽車生產(chǎn)廠商物流業(yè)務(wù)也在加速發(fā)展[1]。由于汽車市場下行以及主機(jī)廠物流模式調(diào)整等因素，汽車物流面臨著優(yōu)化改善、轉(zhuǎn)型升級的重大考驗(yàn)[2]。汽車物流是集運(yùn)輸、保管、包裝、倉儲、產(chǎn)品流通等為一體的綜合性管理，是指在大型企業(yè)各專業(yè)廠間的運(yùn)輸物流或獨(dú)立工廠與材料、配件供應(yīng)廠商之間的物流，車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案是非常重要的一環(huán)[3]。車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃是指將各車隊(duì)規(guī)劃至各大道口進(jìn)行裝卸，車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案將影響收貨班組的整體負(fù)荷。上汽大眾各外購零件均通過專線卡車配送入廠，目前總裝車間已有15條車隊(duì)專線，卡車車隊(duì)按照設(shè)定的時間窗口泊入規(guī)劃的各道口進(jìn)行卸貨，并將空料箱料架配送返回供應(yīng)商處，其中道口收貨班組需要完成從滿箱卸貨到空箱裝車過程中的多項(xiàng)工作。上汽大眾長沙工廠物流根據(jù)生產(chǎn)計劃來計算此過程環(huán)節(jié)中收貨班組的工作負(fù)荷，以確認(rèn)班組崗位數(shù)量。在以往的規(guī)劃中，大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃，此方法無法衡量車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案精益性。本文將基于Python語言進(jìn)行迭代計算，以最低負(fù)荷為評價指標(biāo)計算得到最優(yōu)車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案。

1.上汽大眾長沙工廠物流收貨負(fù)荷環(huán)節(jié)

上汽大眾長沙工廠從卡車進(jìn)入泊位后到卡車返還的過程環(huán)節(jié)如圖1所示。在確定的生產(chǎn)計劃前提下，平均每小時到貨車次和各零件到貨箱數(shù)均為計算得到的確定值，根據(jù)用于上汽大眾負(fù)荷計算的MTM算法，可以計算每個零件各環(huán)節(jié)負(fù)荷，各零件負(fù)荷累加即為總收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷。如下流程中，收貨準(zhǔn)備和點(diǎn)檢收貨為非叉車作業(yè)環(huán)節(jié)，其余環(huán)節(jié)均為叉車作業(yè)環(huán)節(jié)。

圖1收貨環(huán)節(jié)流程

收貨環(huán)節(jié)示意圖如圖2所示，除料箱滿箱收貨入庫到編組區(qū)以及從編組區(qū)空箱出庫外，其它環(huán)節(jié)均在道口完成。貨物在不同道口到貨，將影響滿箱收貨和空箱出庫距離，從而影響整體負(fù)荷。

圖2側(cè)卸道口收貨環(huán)節(jié)作業(yè)示意圖

2.上汽大眾長沙工廠物流收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷分析

上汽大眾長沙工廠物流收貨環(huán)節(jié)的負(fù)荷可分為收貨準(zhǔn)備、點(diǎn)檢收貨、叉車倒箱、調(diào)節(jié)鏟齒、叉車轉(zhuǎn)彎和叉車行使6個部分，各部分的負(fù)荷分析如下。

1.收貨準(zhǔn)備：指針對每輛到貨的收貨前期準(zhǔn)備工作。設(shè)單輛車準(zhǔn)備負(fù)荷為常量λ，z為平均每小時到貨車次，則每小時收貨準(zhǔn)備總負(fù)荷如下，屬于固定值。

點(diǎn)檢收貨：指針對卸好貨的料箱料架進(jìn)行逐箱掃描收貨及包裝點(diǎn)檢。設(shè)某一零件單小時到貨箱數(shù)為x，單箱點(diǎn)檢收貨負(fù)荷為常量θ1，則該零件每小時點(diǎn)檢收貨負(fù)荷如下，屬于固定值。

叉車倒箱：叉車進(jìn)行多箱鏟運(yùn)時會涉及對料箱進(jìn)行堆垛和拆垛等作業(yè)，簡稱倒箱。單次倒箱負(fù)荷為常量δ1，某零件單小時到貨箱數(shù)x，設(shè)定其各環(huán)節(jié)料箱倒箱概率，該概率只與各零件到貨裝載規(guī)劃方案有關(guān)，屬于根據(jù)生產(chǎn)計劃和前期規(guī)劃而設(shè)定的常量性系數(shù)，其各環(huán)節(jié)倒箱概率之和為φ1x，不同零件φ1x會有差異，則該零件每小時倒箱負(fù)荷如下，屬于固定值。

調(diào)節(jié)鏟齒：因不同料箱鏟孔間距不同，會需要調(diào)整鏟齒。每次調(diào)整鏟齒負(fù)荷為常量δ2，某零件單小時到貨箱數(shù)x，同樣，設(shè)定其各環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)鏟齒概率，該概率亦屬于根據(jù)生產(chǎn)計劃和前期規(guī)劃而設(shè)定的常量性系數(shù)，各環(huán)節(jié)調(diào)整概率之和為φ2x，不同零件φ2x會有差異，則該零件每小時調(diào)節(jié)鏟齒負(fù)荷如下，屬于固定值

叉車轉(zhuǎn)彎：設(shè)叉車行使線路上出現(xiàn)的單次轉(zhuǎn)彎負(fù)荷為δ3，某零件單小時到貨箱數(shù)x，線路長度差異并不明顯影響拐彎次數(shù)，故各零件收獲環(huán)節(jié)拐彎次數(shù)為固定值φ3，每次鏟運(yùn)箱數(shù)ρ3x，同樣ρ3x屬于根據(jù)生產(chǎn)計劃和前期規(guī)劃而設(shè)定的常量性系數(shù)，不同零件ρ3x會有差異，該零件每小時叉車轉(zhuǎn)彎負(fù)荷為

叉車行使：叉車駁運(yùn)或者空車行使過程均有行使負(fù)荷。在MTM算法中，包括固定行使距離和規(guī)劃行使距離。某零件單小時到貨箱數(shù)x，固定行駛距離為卸貨和裝車環(huán)節(jié)叉車行駛距離，其和為常量s0，數(shù)量級為十米級，規(guī)劃行使距離為滿箱入庫到編組站，并從編組站空箱出庫的行使距離，其和為sx，屬于百米級，其數(shù)值與車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案相關(guān)，車隊(duì)卸貨道口離編組站近，則sx小，反之則sx大。叉車每米行使負(fù)荷為常量δ4，每次鏟運(yùn)箱數(shù)ρ3x，該零件每小時叉車行使負(fù)荷為

綜上，在確定生產(chǎn)計劃和前期規(guī)劃下，只有sx受現(xiàn)場規(guī)劃影響，其余均為常量。對于零件，其每小時到貨箱數(shù)x，點(diǎn)檢收貨及叉車作業(yè)負(fù)荷為Fx=Fdx+F1x+F2x+F3x+F4x=θ1·x+δ1φ1x·x+δ2φ2x·x+δ3φ3·x/ρ3x+δ4·（s0+sx）·x/ρ3x（7）

可以看到，因只有sx受車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案影響，屬于規(guī)劃變量，其余因子均為固定常量，針對每小時到貨箱數(shù)x的零件，其收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷只受叉車規(guī)劃行使距離sx影響。

3.上汽大眾長沙工廠物流收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷優(yōu)化設(shè)計

3.1 收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷優(yōu)化設(shè)計方法

物流路徑優(yōu)化，需要考慮多方面的影響因素，建立合適的模型，并采用相對應(yīng)的求解算法進(jìn)行求解[4]。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，滿箱入庫和空箱出庫過程中叉車的行使負(fù)荷可達(dá)收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷50%以上。故合理地規(guī)劃車隊(duì)道口方案，以減小sx，將有效減少收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷。本文將基于Python語言進(jìn)行迭代計算，尋找綜合距離最優(yōu)解的方式，得到最小收貨總負(fù)荷。

對于每小時到貨箱數(shù)x的零件，點(diǎn)檢收貨及叉車作業(yè)負(fù)荷Fx計算公式中，除sx受車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案影響屬于規(guī)劃變量外，其余因子均為固定常量或根據(jù)零件x不同而有差異的常量。針對所有零件，收貨環(huán)節(jié)總負(fù)荷為各零件點(diǎn)檢即叉車作業(yè)負(fù)荷總和外加卡車收貨點(diǎn)檢負(fù)荷，其計算防范如下

3.2 收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷優(yōu)化計算實(shí)例

目前上汽大眾長沙工廠倉庫常規(guī)側(cè)卸道口共計8個，其中北側(cè)為序號CL01-CL05的5個道口，南側(cè)為序號CL18-CL20的3個道口，側(cè)卸道口的零件中，大件將流轉(zhuǎn)至倉庫內(nèi)ABC三個大件編組站，小件將流轉(zhuǎn)至D編組站。各道口至倉庫內(nèi)的編組站距離分別如表1所示，因滿箱入庫和空箱出庫距離相同，道口至倉庫內(nèi)的編組站距離的2倍即為sx，單位m。

每種零件流入特定的編組站，針對每小時到貨箱數(shù)x的某一零件，每個車隊(duì)均可規(guī)劃至9個道口中的某一道口，故該車隊(duì)對應(yīng)的零件的sx共有9組不同數(shù)據(jù)可選，本算法將針對不同sx，計算，進(jìn)行循環(huán)迭代計算后，得到變量負(fù)荷最小值，根據(jù)對應(yīng)的各零件sx，可確定各零件到貨道口編號，從而確定車隊(duì)所在的卸貨道口，該方案即為最優(yōu)車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案。

表1各道口至倉庫內(nèi)的編組站距離

在實(shí)際運(yùn)作中，每個道口到貨因受面積和收貨能力影響，會有如下固定邊界條件：

（1）每個道口最多4個車隊(duì)；

（2）每個道口單小時只允許1臺車到貨。

此兩個邊界條件用于避免某個道口積壓車隊(duì)種類和數(shù)量過多，導(dǎo)致超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或無法有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

本算法的運(yùn)算邏輯如下：

（1）根據(jù)已有的車隊(duì)配載的零件種類和箱數(shù)，計算在不同道口到貨時該車隊(duì)零件的總變量負(fù)荷

（2）根據(jù)負(fù)荷最小原則映射出各車隊(duì)優(yōu)先選擇的道口方案，并將各道口變量負(fù)荷從大到小定義1～9優(yōu)先級的道口選項(xiàng)；

（3）不同車隊(duì)總變量負(fù)荷最小值按照由大到小的優(yōu)先級進(jìn)行道口選擇，負(fù)荷最小值較大車隊(duì)優(yōu)先選擇優(yōu)先級1的道口，在每個車隊(duì)選擇道口后，系統(tǒng)計算該道口車隊(duì)數(shù)量以及車隊(duì)到貨頻次，判斷是超出邊界條件，若存在超出邊界條件情況，則負(fù)荷最小值較小車隊(duì)改為選擇優(yōu)先級2的道口，每選擇時均自動計算并分析是否符合邊界條件，并以此循環(huán)迭代得到負(fù)荷最小解；

最終計算出的每小時最優(yōu)變量負(fù)荷為381.03min，相比當(dāng)前方案的412.61min，共計負(fù)荷減少43.86min，優(yōu)化率7.65%，非變量負(fù)荷為338.53min，無變化，總負(fù)荷優(yōu)化率為4.20%，如下所示。

表2 Python計算得到的最優(yōu)方案與當(dāng)前方案對比

4.結(jié)論

本文以上汽大眾給長沙工廠物流收貨規(guī)劃為背景，建立了收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷計算模型，該模型將收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷拆分為6個部分，各部分負(fù)荷由變量負(fù)荷或常量負(fù)荷組成，分析了各負(fù)荷的影響因素，基于收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷模型得到了車隊(duì)側(cè)卸道口規(guī)劃方案優(yōu)劣的評價標(biāo)準(zhǔn)，確定了基于收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷最小的計算方法?；诘揽谑肇涍吔鐥l件，利用Pyhton語言，搭建了迭代計算模型，并計算出了上汽大眾長沙工廠物流收貨環(huán)節(jié)負(fù)荷最小值，得到了車隊(duì)道口最優(yōu)規(guī)劃方案，最優(yōu)方案比原有規(guī)劃方案變量負(fù)荷降低7.65%，總負(fù)荷降低4.20%。該方法基于理論模型計算，其方法和思路亦可應(yīng)用到后續(xù)其它工廠或其它環(huán)節(jié)物流的規(guī)劃中。