摘要：隨著科技水平的提高，智能化逐步滲透汽車制造業(yè)的方方面面，不僅生產(chǎn)線設備智能化提高，物流作為汽車生產(chǎn)制造的重要一環(huán)，智能化也提上日程。無論廠內(nèi)物流還是廠外物流都引入智能設備，如自動導引運輸車（AGV）、電動叉車等，開啟綠色智能物流。同時，不斷完善企業(yè)內(nèi)部物流體系，實現(xiàn)精益生產(chǎn)物流已經(jīng)成為目前國內(nèi)企業(yè)強烈的愿景和要求。

M254新機型在發(fā)動機工廠投產(chǎn)，用于替代原M264機型，本文通過規(guī)劃零件存儲位置，計算零件最大暫存箱數(shù)，引入按燈揀選系統(tǒng)，設計并建造了全新的M254分揀區(qū)，高效、精益地為生產(chǎn)線配送正確的零件。同時設計合理的AGV行駛路徑，計算滿足生產(chǎn)節(jié)拍所需的AGV數(shù)量，搭建智能運輸車AGV配線體系。目前M254分揀區(qū)規(guī)劃為3個U型區(qū)域，投入使用以來，可以保證M254裝配線零件需求，無物流原因造成停線，以及錯漏揀零件情況發(fā)生。

關鍵詞：新機型投產(chǎn)、分揀區(qū)、智能制造、物流規(guī)劃、精益生產(chǎn)

一、新機型投產(chǎn)及配餐車配線模式

1.新機型投產(chǎn)項目

北京奔馳2020年開始發(fā)動機M254機型投產(chǎn)項目，目前上市的部分奔馳汽車已經(jīng)搭載M254發(fā)動機，未來全新的M254機型將逐步取代原M264機型。M254發(fā)動機投產(chǎn)一共包括機加（缸體、缸蓋、曲軸）和整機裝配兩部分。新建造的M254裝配線如圖1所示，本文將規(guī)劃設計與之匹配的分揀區(qū)，完成高效、準確、精益的零件配線任務。

圖1 M254機型裝配線圖

2.配餐車配線模式

配餐車（Shopping Cart，SC）是一種集成數(shù)個工位所需物料進行配套供應的便捷供料方式，這種配線方式取消了線邊存儲料架，改為與生產(chǎn)線同步隨行的臺車料架，如圖2所示。配餐車作為一種先進的集中供料方式，是新精益理念的重要組成部分。通常每輛配餐車按照單車用量配送零件。相對于傳統(tǒng)的批量補貨、線邊暫存配線方式，配餐車供應具有更小批量、準時化配線等優(yōu)點。

圖2 零件在生產(chǎn)線邊和零件在配餐車示意圖

配餐車分揀區(qū)操作員根據(jù)系統(tǒng)輸出需求，在智能揀選系統(tǒng)輔助下揀選零件，準確地將一輛份的零件配載到一臺配餐車上，由自動導引運輸車（AGV）準時配送至生產(chǎn)線指定工位，配餐車將沿生產(chǎn)線與對應的裝配車輛同步行進，直至配餐車內(nèi)零件全部被裝配完畢之后，再從指定工位撤出生產(chǎn)線，開始下一個配送循環(huán)。

3.自動導引運輸車（AGV）

北京奔馳分揀操作員在進行配餐車揀選的過程中，使用了AGV作為配餐車的行駛動力。因此操作員無需在分揀區(qū)進行單手拉車操作，可以雙手進行分揀作業(yè)，將注意力全部集中于分揀作業(yè)，沒有其他附加操作，提高分揀效率的同時可降低錯誤率。

除了AGV，還可以使用自動牽引平臺（FTF），即配餐車和操作員均在同一高度平臺上，F(xiàn)TF推動平臺到指定位置進行分揀，操作員無需步行就能完成分揀操作，但是該技術的應用和推廣還有待驗證完善。

二、M254生產(chǎn)線配線模式規(guī)劃

1. M254生產(chǎn)線配線策略

目前發(fā)動機工廠投產(chǎn)M254新機型，根據(jù)機型BOM，共涉及260余種零件，為了提高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)線采用全線配餐車模式配線。本文將基于全線配餐車配線策略，完成新建M254物流分揀區(qū)規(guī)劃設計。

綜合物料流價值鏈考慮，并不是所有的零件都適用配餐車配送策略，通用零部件（螺栓、膠堵）、標準件等承裝數(shù)較大時，不宜采用配餐車形式，就近放置到線邊；體積大或較重零件如飛輪盤，或需要借助輔助工具時，不宜采用配餐車形式，采用AGV翻包配線策略；配餐車零件轉(zhuǎn)運過程為開放形式，貴重件及易丟件如火花塞不適用配餐車形式上線，將通過線邊料架模式配線。

通常體積較小或者中等，有裝配關系，且質(zhì)量穩(wěn)定的專用零部件適用配餐車配送策略。M254裝配線共有150余種零件適用配餐車配送模式，其余零件采用傳統(tǒng)的線邊料架方式配線或者AGV翻包配線。

2.配餐車工作流程

配餐車工作流程包括4個部分，分別是：在分揀區(qū)揀選所需零件，運輸至生產(chǎn)線上線，隨線運行，以及空配餐車回到分揀區(qū)進行下一循環(huán)，如圖3所示。

圖3 配餐車工作流程圖

實施配餐車配送模式，更多的機型配置可以被整合在生產(chǎn)線上共線生產(chǎn)，提高生產(chǎn)線柔性；由于零件已按序按輛份放置在配餐車上，生產(chǎn)人員直接拿取將降低裝配出錯率；降低生產(chǎn)員工取件難度，減少走動距離和非增值操作，提高生產(chǎn)效率。

3.分揀區(qū)布局規(guī)劃

分揀區(qū)內(nèi)零件布局形式有U型，II型，I型，如圖4所示，分揀區(qū)布局選型要滿足配餐車本身及車輛行駛需要，且便于配線操作。分揀區(qū)規(guī)劃要考慮零件布局、防錯設計、人機工程、AGV運輸路線、便捷的物料拿取和放置等因素。

圖4 分揀區(qū)內(nèi)零件布局形式

I型需要較長的空間，一般用于生產(chǎn)線邊分揀區(qū)，II型分揀區(qū)需要較多的操作人員支持零件分揀，出于空間和人力的角度考慮，M254分揀區(qū)采用U型布局。M254生產(chǎn)線主要分為基礎裝配線和最終裝配線，將基礎裝配線分為2部分，一共將裝配線分為3部分，與之匹配的將分揀區(qū)分為3個U型區(qū)域，每一個U型區(qū)域稱為一個循環(huán)（Loop），將150多種零件根據(jù)生產(chǎn)線裝配順序分配到3個Loop，3個Loop中零件數(shù)量分別為45、62和46種，新建M254分揀區(qū)布局如圖5所示。

圖5 M254分揀區(qū)內(nèi)零件U型布局

三、分揀區(qū)零件規(guī)劃及AGV路線設計

1.分揀區(qū)零件位置規(guī)劃

基于人機工程，分揀區(qū)零件布局精益緊湊，結(jié)合零件包裝特點，盡量采用小件配送和存儲，以優(yōu)化分揀區(qū)面積、減少走動以降低勞動強度。

使用滑移貨架存儲零件，并將高頻零件放在最佳取料位置，零件放置盡量緊密避免空位，零件包裝的短邊面向操作員，以合理利用料架空間。

分揀區(qū)零件布局規(guī)劃時要考慮防錯方法，使用物理隔離防錯、目視化防錯及系統(tǒng)防錯等方法，如圖6、7所示。物理防錯是將不同機型相似零件放置在料架不同位置，避免分揀人員操作失誤，揀取錯誤的零件；目視化防錯是將易混淆零件標簽用不同顏色紙張區(qū)別；系統(tǒng)防錯是引入按燈揀選系統(tǒng)（PBL），根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)（PLUS）、物流系統(tǒng)（SAP）輸入的信息，PBL系統(tǒng)會提示需要揀取的零件，揀件人員只需按照提示燈操作，降低人員失誤的風險。

圖6 分揀區(qū)零件物理防錯圖

圖7 目視化防錯及系統(tǒng)防錯圖

零件具體位置規(guī)劃原則通常是，通用件放在U型即每個loop的開端，便于不同機型揀取零件，如圖8所示。

圖8 通用件在分揀區(qū)位置

分揀區(qū)M254通用件一共56種，根據(jù)裝配順序放置在3個Loop前端，每個Loop中通用件數(shù)量如表1所示。以零件裝配順序和零件在配餐車位置為基礎，確定專用零件在分揀區(qū)的位置。M254分揀區(qū)3個Loop配餐車零件擺放如圖9所示，為避免已揀取零件對后續(xù)零件的影響，一般先揀取配餐車上離操作人員較遠的零件，同時操作人員揀取零件順序與生產(chǎn)線裝配順序相反。

圖9 M254 不同路徑配餐車零件位置圖

2.分揀區(qū)零件最大暫存箱數(shù)(Max Bin)

在確定分揀區(qū)零件位置后，需要確定零件暫存箱數(shù)，同時基于精益生產(chǎn)、合理利用空間理念，零件箱數(shù)不宜過多，計算滿足生產(chǎn)需求的最大暫存箱數(shù)。

分揀區(qū)零件是通過不同配線模式將庫房中的零件配送到分揀區(qū)，然后由分揀人員將零件揀取至配餐車，最大暫存箱數(shù)不僅與生產(chǎn)節(jié)拍相關，也與不同配線方式有關[1]。目前發(fā)動機工廠有3種配線模式，分別是大件（GLT）配線，小件（KLT）配線，以及大件拆包配線，其中小件配線分為2個路徑，如圖10所示。

圖10 庫房至分揀區(qū)小件配線路徑

M254目前單線生產(chǎn)節(jié)拍為50 JPH，以生產(chǎn)節(jié)拍為基礎，考慮不同形式配線循環(huán)時間，計算每種零件的最大暫存箱數(shù)，公式如下：

不同形式配線循環(huán)時間如表2所示，分揀區(qū)150余種零件最大暫存箱數(shù)由此可計算得出，部分零件最大暫存箱數(shù)如圖11所示。

圖11部分零件Max Bin數(shù)據(jù)

3. AGV路線規(guī)劃

AGV路線規(guī)劃問題以最短路徑算法[2]為基礎，結(jié)合實際情況，對線路進行規(guī)劃設計。

M254生產(chǎn)線分為3部分，每部分都有配餐車上線點（kick in）和下線點（kick off），分揀區(qū)AGV出發(fā)點作為第一個節(jié)點，上線點作為目標節(jié)點，規(guī)劃AGV配線路徑；同理下線點作為第一個節(jié)點，分揀區(qū)位置作為目標節(jié)點，規(guī)劃AGV空車返回目標節(jié)點。規(guī)劃合理的AGV路徑，盡量減少AGV路徑的交叉，M254的AGV路徑如圖12所示。

表2配線路徑的循環(huán)時間

圖12 M254的AGV路徑設計

M254每輛AGV拖動3個配餐車進行配線，即“一拖三”，如圖13所示。

圖13 M254 AGV拖配餐車

結(jié)合AGV行使速度計算出所需要的AGV數(shù)量，公式如下：

其中M254裝配線生產(chǎn)節(jié)拍為50 JPH，單個AGV拖動SC數(shù)量為3，3個Loop揀件時間均為260秒，通過路徑長度與AGV行駛速度（0.45m/s）計算路徑時間，安全系數(shù)為105%，AGV buffer數(shù)量為1臺。由此得到M254 AGV數(shù)量、路徑長度、配餐車數(shù)量如表3所示。

表3 M254 AGV相關參數(shù)

四、結(jié)論

本文通過規(guī)劃150余種零件存儲位置，計算零件暫存箱數(shù)，設計并建造了全新的M254分揀區(qū)。M254分揀區(qū)規(guī)劃為3個U型區(qū)域，零件按照最大暫存箱數(shù)放置在適當?shù)奈恢?。每輛AGV拖動3個配餐車進行配線，設計了合理的AGV行駛路徑，并計算滿足生產(chǎn)節(jié)拍所需的AGV數(shù)量41輛，搭建了智能運輸車AGV配線體系。分揀區(qū)引入按燈揀選系統(tǒng)，降低人員操作失誤的風險。投入使用以來，M254分揀區(qū)可以高效地為裝配線配送準確的零件，無物流原因造成的生產(chǎn)線停線，以及零件錯漏揀情況發(fā)生。

參考文獻:

[1]楊棟. 物流配送系統(tǒng)設計與算法應用研究[D].華中科技大學,2005.

[2]湯紅杰. 優(yōu)化Dijkstra算法在工廠內(nèi)物流AGV路徑規(guī)劃的研究[J].機械設計與制造,2018.