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混流装配线上物料配送系统的研究 摘要 多品种混流装配生产模式是提高生产系统柔性、提高企业竞争力的有 效手段。这种生产模式的物料配送是一个复杂的过程，它将影响到资源的 合理配置、企业的生产率、产品质量以及整体效益。本文的目的就是研究 一种满足混流装配线生产需求的物料配送方法。 本文以某公司混流装配线为课题背景，研究满足混流装配生产线的物 料配送系统。采用“先配盘再配送”的处理方式，针对配盘计算和配送过 程中四个关键点分别进行分析，并给出相应的解决方案。这四个关键点分 别是：料箱使用序列的计算；混料托盘装载优化问题；配盘流程的制定； 配送方式的制定。文中分别对第一、三、四个关键点给出合理的解决方案 和处理流程；对第二个关键点通过数学建模的方式给出了解决方案，首先 叙述了托盘装载的研究现状、分类，建立了基于启发式方法的混合整数规 划模型，并通过算例验证了模型的有效性，为物料配送系统中托盘装载工 程的实施提供了理论依据。 关键字： 混流装配线；物料配送；n p - h a r d ；混料托盘装载；混合整数规划；启 发式方法 混流装配线上物料配送系统的研究 r e s e a r c ho fm a t e r i a ld i s t r i b u t i o no nt h em i x e dm o d e la s s e m b l yl i n e a b s t r a c t m i x e d - m o d e la s s e m b l i n gi sa ne f f e c t i v em e a n st oi m p r o v et h e f l e x i b i l i t yo fp r o d u c t i o ns y s t e ma n de v e nt h ec o m p e t i t i v e n e s so f t h ew h o l ee n t e r p r i s e t h em a t e r i a ld i s t r i b u t i o no ft h ep r o d u c t i o n s y s t e mi sac o m p l i c a t e dp r o c e s sw i t hg r e a ti n f l u e n c eo nr e s o u r c e c o n f i g u r i n g ，t h ep r o d u c t i v i t yo fe n t e r p r i s ea n de v e nt h ep r o f i t t h em a i np u r p o s eo ft h et h e s i si st of i n da l le f f e c t i v em e t h o d s a t i s f i e dw i t hm i x e d - m o d e la s s e m b l i n gl i n es y s t e n t h et h e s i si sb a s e do nt h em i x e dm o d e la s s e m b l yl i n eo ft h e o n ec o m p a n y ，s t u d y i n gam a t e r i a ld i s t r i b u t e ds y s t e mt os a t i s f i e d w i t ht h ek i n do fa s s e m b l yl i n e t a k eam e t h o do f “f i r s tp a l l e t l o a d i n g ，a n dt h e nd i s t r i b u t e ”g i v es o m er e l e v a n tm e t h o d st ot h e f o u rp i v o t a lp r o b l e m si nt h ew h o l ep r o c e s s t h ef o u rp i v o t a l p r o b l e m s ：o n ei s t h en u m b e ro fr e q u i r e db o x e s ；o n ei st h e o p t i m i z a t i o no ft h em i x e db o x e sl o a d i n g ：o n ei st h ee s t a b l i s ho f t h ef l o wo fp a l l e tl o a d i n g ；t h el a s to n ei st h ee s t a b l i s ho ft h e m o d eo ft h ed i s t r i b u t i o n f i r s t l y ，t h et h e s i so f f e r ss o m em e t h o d s t ot h ef i r s t 、s e c o n d 、f o r t hp i v o t a lp r o b l e mt ot h et h i r d p r o b l e m ，t h et h e s i sn a r r a t e st h er e s e a r c h s t a t u so ft h ep a l l e t l o a d i n g 、p a l l e tc l a s s ，s e t su pam i x e di n t e g e rp r o g r a m m i n gm o d e l b a s e do nh e u r i s t i cm e t h o d ，a n dv a l i d a t e st h ev a l i d i t yo ft h em o d e l b ye x a m p l e sa n d s i m u l a t i o nr e s e a r c h e s ，p r o v i d e st h e o r yg i s tf o r t h e p r o j e c ti m p l e m e n t o f p a l l e tl o a d i n g i nt h em a t e r i a l 混流装配线上物料配送系统的研究 d i s t r i b u t i o ns y s t e m k e yw o r d ： w i x e dw o d e la s s e m b l yl i n e ；m a t e r i a ld i s t r i b u t i o n ：n o n d e t e r m i n i s t i c p o l y n o m i a lh a r d ：m i x e dm a t e r i a lp a l l e tl o a d i n g ；m i x e di n t e g e r p r o g r a m m i n g ：h e u r i s t i cm e t h o d 一 混流装配线上物料配送系统的研究 插图清单 图2 1 配送系统物理结构图8 图2 2 制造企业生产模式图。1 4 图2 3 自动物流仓储配送系统功能结构图1 7 图3 1 料箱需求列表计算流程图。2 5 图3 2 一次配盘流程图2 8 图3 3 二次配盘流程图2 9 图3 4 企业内部物流信息模型3 0 图3 5 配送提前量的设置界面3 1 图3 6 配送流程图3 3 图4 1 托盘分区4 2 图4 2 物料之间的相互切割4 6 图4 3 变量定义4 7 图4 4a el i j _ 和r l j , 分析4 8 图4 5 a eb j j p 和t i j 9 分析4 8 图4 6 算例结果的托盘装载布局5 2 图4 7 现场布局图5 4 混流装配线上物料配送系统的研究 列表清单 表4 1 分枝后重新求解可能出现的情况3 9 表4 2 算例所用数据5 l 表4 3 料箱尺寸定义表5 3 表4 4 料箱需求序列表5 3 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得扭趑型堂盈宜盛医或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：鼬 签字日期：乃刁年7 月哆日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解扭撼型堂婴塞望瞳有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权扭拯型堂班究盛瞳可以将学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：釉 导师签名： 签字日期：) 唧年7 月) ；日 辩日期吁7 胪日 l 混流装配线上物料配送系统的研究 1 1 课题来源 第一章引言 随着产品多品种小批量需求的增加，越来越多的企业采用了多品种混合生产 的柔性生产线，以满足市场多样化的需求。特别是以装配生产为主的制造业，如 汽车、电脑和玩具制造等行业，更需要一种能够进行多品种混合装配的流水线。 这些产品( 称为一种基型、多种变型) 在功能和作业方式上基本相同，仅在规格、 颜色、材料、配置以及型号上有所区别。混流装配线( m i x e dm o d e la s s e m b l yl i n e ， m i a l ) 有时也特指混合车型组装线，指在一定时间内，在一条生产线上生产出多 种不同型号的产品( 同一产品组) ，产品的品种可以随顾客需求的变化而变化。 混流装配生产线可根据市场需求，实时地进行不同交型产品的装配。 近几年来，各种汽车产销量都发展迅猛，新车型不断上市，这就要求企业 具有柔性生产的能力。“柔性化共线生产、精益制造技术”是一种先进的生产方 式，提高了企业对市场变化的快速响应能力。因此，如此既为企业节约设备投资， 增加生产柔性，同时辅以合适的生产计划与调度策略，又能改善企业的制造资源 配置，从而提高企业的竞争力。但是大多数汽车制造厂商在生产过程中都会遇到 以下问题： 1 、在多车型、大规模的共线生产过程中，物料配送效率低下，现有的物料 呼叫与物料拉动模式无法实现对线边物料的准确配送。 2 、无法准确掌握线边物料的实时消耗情况，现场物料管理效率低下。 3 、由于无法实时而准确地掌握线边物料的需求情况，从而无法实时地将零 部件的生产和供应计划下达给各零部件供应商，导致物料库存积压或物料配送不 及时现象的发生。 4 、对于重要的装车物料件无法进行生产信息、质量信息等方面的长期记录 并进行历史追溯，无法对车身装配件的质量问题进行长期追踪。 5 、在多品种共线装配的大规模流水线上，如何根据要求的生产节拍，合理地 混流装配线上物料配送系统的研究 分配库存、确定物料的配送周期、配送量、配送顺序，优化配送过程操作，减少 在制品积压，目前还没有系统的，广泛使用的算法或解决方案。 本课题以制造企业装配线的物料配送为典型实例，针对以上存在的问题，从 物料配送的角度进行分析、研究，并尝试给出可行的解决办法。 1 2 国内外研究现状 针对上述问题，许多公司给出了解决方法。比如：罗克韦尔自动化公司与 其在国内的工程合作伙伴共同开发并成功实施了一系列汽车生产制造过程中的 物流解决方案，主要包括：物料a n d o n 实时拉动系统；p p s 生产拉动系统；物 料看板拉动系统。物料a n d o n 实时拉动系统是指通过在生产工位旁安装一定数量 的物料呼叫请求按钮，并在车间现场和物料存储区设置信息显示板来反馈生产线 上的物料呼叫请求。a n d o n 软件系统会实时记录下每一次物料请求发生的时间、 地点以及对物料请求的响应倩况，并对此进行分析。p p s 生产拉动系统 ( p r o d u c t i o np u l ls y s t e m ) 集成了罗克韦尔自动化公司的c o n t r o l o g i x 控制系 统平台、r s n e t l i n x 集成通讯网络架构以及i b m 中国有限公司的汽车行业a b i 软件平台等多项新技术，是专门面向汽车铜造企业在汽车生产过程中的物料实时 请求与拉动的自动化信息系统。物料看板拉动系统是一种较为传统且又十分有效 的物料传送方式，主要适合于通用物料件和小件的物料传送。又如丰田汽车公司 采用的“看板管理”也是实现j i t 生产方式的一种工具。如神龙公司开发应用的 电子看板供应方式和一汽集团以准时化生产为主线的精益生产方式等“1 。c h o i 乜1 针对汽车装配线提出了一种动态物料配送系统，首先根据实际的生产进度动态地 估算出消耗的零部件种类及数量，然后送科工根据配送命令和车辆路径完成物料 配送。如果有多个送料工均可完成某物料的配送，则配送控制器通过计算其配送 准确性的时间惩罚函数来选择最合适的送料工完成工作。a n d r e a ”1 研究了在不同 看板控制策略下管理装配系统的性能评估，看板的传递数量控制装配零件的流 动，用排队网络模型来计算系统的制造水平，如产品的平均通过率、不满意产品 的平均延误时间等。准时生产( j u s ti nt i m ej i t ) 环境下的混流装配线通过调整 排产和混流比例来保持均匀的零部件消耗速率，如何对混流装配线上产品进行合 理排序也是很关键的问题。 2 混流装配线上物料配送系统的研究 1 3 课题研究的必要性及可行性 混合装配流水线上理想有效的物流应该是物料配送与生产运作紧密配合，达 到匹配和统一，但在实际操作中，由于市场的变化、企业本身的发展和某些积累 误差，很多汽车制造企业所设定的生产工艺布置和物料配送方案，已经远远不符 合企业现在的产品配置( 小批量、多品种、多批次) 的要求，这一矛盾更突出地 表现在对物料配送要求很高的混合装配流水线上，长此以往，流水线上的物料配 送便成了企业物流的最大瓶颈，大大影响生产产品的效率，限制了流水线的柔性 和技术经济性的发挥。另外，企业总装线旁的库存空间有限，只能保存少量的零 件，所以需要经常性地及时补充库存才能保证高速装配线的顺利进行。在混流生 产的情况下，由于不同型号的汽车共线生产，各种型号需要装配的零部件不同， 物料的准确及时供应对于不同型号产品共线生产成为混流生产企业重点要考虑 的问题。总之，混合流水线的高效的生产特点和低效、繁杂的物料配送的矛盾往 往是提高生产效率的瓶颈，于是混合流水线的工艺操作、生产作业研究、线体平 面布置、线上物料布置和配送方案的重新设定成为装配生产型企业改造和优化生 产物流的一个切入点和最有成效的重心。 准时制“1 ( j u s t - i n - t i m e ) 的含义是在所需要的时间内按照所需要的量生产 所需要的物品。准时制生产被称为拉动生产方式，意思是生产系统中的物料流由 实际需求拉动，其逻辑是：除非需要，否则就不生产。实际生产中拉动信息由看 板出发，因此准时制生产系统被看作看板生产系统。准时制生产系统的成功之处 在于在制品存货的减少，从而使生产成本显著降低。准时制生产方式与其它生产 方式的关键区别在于物料流的触发机制和在制品水平的控制机制。 准时制生产管理的目的是不断识别并消除生产过程中的浪费。为了减少浪 费，并且能够及时满足顾客需要，准时制要求生产过程中每一个工序单元按时完 成加工，并且准时地把完成加工的工件送到下一个工序单元，从而达到生产系统 中的原材料、在制品、产成品的存货最少。一个好的物流系统应该能够“在正确 的条件下，将正确的物料按正确的数量在正确的时刻运送到正确的地点”。 本文首先从理论上分析课题的可行性：解决混合流水线的高效的生产特点和 低效、繁杂的物料配送之间的矛盾，需要从混合流水线的工艺操作、生产作业研 混流装配线上物料配送系统的研究 究、线体平面布置、线上物料布置和配送方案的重新设定等多方面对企业进行改 造。本课题在企业现有的工艺流程、生产作业、线体平面布置的基础上，针对此 类企业生产特点，研究物料配送系统中的几个关键点，并分别给出合理有效的解 决方案，以期完善企业配送系统，提高配送的准时性、准确性；降低装配线边零 件的库存；降低零件取拿装配的错误率；大大降低库存，减少公司资金占用，进 一步实现j i t 生产。在多年的实践中，在物流配送的许多环节，如物料准备提前 新、物料的库存分配方式、物科的配送周期、配送方式等，许多企业根据自身的 特点已经总结了一些经验，这为本文的研究提供了可靠的实践基础，如长春一汽 a u d ia 6 总装线监控系统、重庆宗申发动机总装车间监控及物流系统。 其次，从技术上分析：首先，各种实时记录物料状态的跟踪工具具有成熟的 应用，比如：射频识易j r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 、条码阅读器、 光电开关、行程开关、手持终端等等，这些数据采集及跟踪管理工具的应用能够 充分体现信息技术和网络技术给企业生产运作带来的实时监控效果和全新的管 理方式。它将使企业各级领导和各个职能部门的管理和决策水平进一步提高和为 企业创造更好的经济效益。另外，各种开发工具，如数据库技术o r a c l e 、s q l s e v e r ，页面开发工具p o , e r b u i l d e r ，h i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t 开发环境， 监控组态软件( w i n c c ) 成熟了，因此不论企业想采用哪种开发模式( b s 、c s ) 都能实现。 1 4 本文的意义和主要研究工作 1 4 i 本文的研究内容及意义 未来衡量企业竞争优势的一大准则就是企业对市场的反应速度和满足客户 需求的能力，多品种混流装配生产模式是企业提高生产系统柔性、提高企业竞争 力的有效手段与对策。日益增加的产品多样化需要一个动态、快速、低成本的生 产系统支持，要使装配线随着市场变化高效地运作，物料配送系统随着高速的装 配线合理有效的运行是最基本的保证条件，因此也是企业所面临的重要课题。本 章将以混流装配线为研究对象从总体上介绍开展此项工作的背景与意义，并就将 要进行的工作予以简单的介绍，以利于对本文有个全面的了解。 4 混流装配线上物料配送系统的研究 1 4 2 本文的内容安排及解决的关键问题 本文分为五章，其主要内容安排如下： 第一章综述课题来源、研究现状，接着对其必要性、可行性进行了论述，在 此基础上，阐述了本文的研究内容及其意义。 第二章介绍物料配送系统的组成和功能。 第三章阐述物料配送系统中的几个关键点，并针对这些关键点分别给出解决 方案。 第四章针对前一章叙述的关键点之一一一混料托盘装载优化问题进行论证， 介绍了混料托盘装载优化问题的研究现状、分类、理论依据，尝试给出优化的解 决方案，并通过建模、模拟等手段验证其可行性。 第五章总结了本文的工作并展望了进一步的研究方向。 本课题有四个关键问题：配盘计算中料箱使用顺序的确定；托盘装载方式 的优化；配盘流程的制定；配送方式的制定。分别对第一、三、四个关键问题进 行分析，给出可行的解决方案。第二个关键问题，通过数学运算的方式给出解决 方案，即根据企业的特点，总结出企业中使用托盘的规则，按照这些规则，建立 数学模型，并通过算例验证模型的可行性。 1 5 本章小结 本章综述了课题背景，论述了研究此课题的必要性、可行性及研究本课题 的意义。同时说明了本课题任务，下文将在此基础上展开。 混流装配线上物料配送系统的研究 第二章物料配送系统的组成与功能 2 1 总体概述 2 1 1 配送的概念 按照国家质量技术监督局发布的中华人民共和国国家标准“物流术语”，其 中关于配送是这样定义的：配送是指在经济合理区域范围内，根据用户的要求， 对物品进行拣选、加工、包装、分割、组配等作业，并按时送达指定地点的物流 活动。一般来说，配送一定是根据用户的要求，在物流据点内进行分拣、配货等 工作，并将配好的货物适时地送交收货人的过程。它是物流中一种特殊的，综合 的活动形式。它将商流与物流紧密结合起来，既包含了商流活动，也包含了物流 活动中若干功能要素。配送的概念可以从两个方面来认识： ( 1 ) 从经济学资源配置的角度。根据配送在社会再生产过程中的位置和配送 的本质，把配送描述为以现代送货形式来实现资源最终配置的经济活动。 ( 2 ) 从配送的实施形态角度。可以把配送描述为按用户定货要求，在配送中 心或其它物流结点进行货物配备，并以最合理方式送交用户的过程。 为了满足不同产品、不同企业、不同流通领域环境的要求，经过较长一段时 期的发展，国内外创造出多种形式的配送。根据配送组织方式的不同可以将配送 分为：企业内部配送企业之间配送企业对消费者配送。本文主要以 生产企业内部的物料配送为研究对象，讨论多品种、小批量、准时制生产方式下 的混流制造企业内部物料配送系统的实现。 2 1 2 准时制生产方式 j i t ( 准时生产方式j u s ti nt i m e 的简称) ，是日本丰田汽车公司在2 0 世纪 6 0 年代实行的一种生产方式。近年来，j i t 不仅作为一种生产方式，也作为一种 通用管理模式在高科技制造企业、物流等领域得到推行。j i t 指的是，将必要的 零件以必要的数量在必要的时间送到生产线，并且只将所需要的零件、只以所需 要的数量、只在正好需要的时间送到生产线上。这是为适应消费需要变得多样化、 6 混流装配线上物料配送系统的研究 个性化而建立的一种生产体系及为此生产体系服务的物流体系。 准时生产模式的基本思想可概括为：。在需要的时候，按需要的量，生产所 需要的产品”。也就是通过生产的计划和控制及库存的管理，追求一种无库存， 或库存达到最小的生产系统。本文研究的配送系统就是基于这种生产模式的。准 时化生产需要三大技术支柱，它们分别是： 准时化 仅在必要的时刻生产必要数量的产品。不仅最终产品( 独立需求) ；包括各 种零配件、原材料( 相关需求) ，所有环节都要做到准时生产。 ( 能动性) 自动化 是一种具有人的智慧与能动性的自动地进行质量控制的系统。她不同于单纯 的机械、电子自动化质量控制，是设备自动检测与人的自律控制相结合进行质量 控制。 少人化 根据生产系统的产出量确定用工量，尽量减少用工量，降低人工成本。 2 1 3 混流生产在j i t 体系中的特殊意义 混流装配线( m i x e dm o d e la s s e m b l yl i n e ， a l a l ) ，指在一定时间内，在一 条生产线上生产出多种不同型号的产品( 同一产品组) ，产品的品种可以随顾客 需求的变化而变化。这种混合流水线在j i t 生产体系中有着特殊的意义。 控制库存：通过均衡生产消除需求波动，降低各环节库存，如果最终 装配线没有实现均衡化生产的情况下，看板管理不能降低库存，只是将库存转嫁 给供应商，也就没有存在的价值了。 平衡能力：均衡化的混流生产要求实现总量、分量均衡，不仅总装配 线出产均衡，而且向各前工序领取零部件要均匀，所以可以很好地确定，平衡生 产能力，控制资源投入。 7 混流装配线上物料配送系统的研究 增强柔性：通过均衡化混流生产，任何生产线都不大批量地制造单一 种类的产品。相反，各生产线必须每天同时生产多种类型的产品，以期满足市 场的需要，而且可以及时调整。以多品种生产实现产品柔性，以混合、准时生产 实现产量柔性，通过组织措施实现过程柔性。 2 2 物料配送系统的组成 随着企业自动化程度的提高，越来越多的制造企业都具各自动仓储系统( 立 体高架库) ，本文讨论的配送系统就是基于立体高架库的，分别从物理结构上， 业务功能等方面对物料配送系统进行研究。 2 1 2 从物理结构上划分 从物理结构上可以将物料配送系统划分为三个部分：库存区、配送区、制 造区。配送系统物理结构图如下图2 1 所示。 5 空托量畴 f 摇魏 _ - _ _ 5 主悻革 嵇缘f i瑚碰 一船践 i f2 强蚪。 图2 1 配送系统物理结构图 8 混流装配线上物料配送系统的研究 库存区完成物料的存储功能，本文主要针对立体仓库进行讨论，包括货架、 巷道、托盘、料箱、巷道式堆垛机、叉车、条码扫描器、手持终端等设备；配送 区完成物料的运送功能，包括动力式输送机、悬挂积放链、检测开关、回转台、 提升机、拆叠盘机、触摸屏等设备；制造区也就是装配生产线，根据生产计划、 生产工艺b o m ，将库房送过来的料进行组装、加工形成成品。现分别对各主要设 备的功能做简单介绍。 夺自动仓储系统 a s r s ( a u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e m ) 即自动仓储系统是指不 用人工直接处理、能自动存储和取出物料的系统，在我国俗称自动化仓库系统。 自动化仓库技术是现代物流技术的核心，它集规划、管理、机械、电气、结构及 建筑于一体，是一门综合性的技术。一个比较完善的自动化仓储系统主要包括：( 1 ) 货物的存放、周转一一高层货架及托盘、货箱：( 2 ) 入、出库作业分配系统一一自 动导引小车( a g v ) 等：( 3 ) 入、出库作业一一堆垛机：( 4 ) 自控系统一一包括由计算 机控制的入、出库设备、分配系统等：( 5 ) 计算机管理系统一一仓库的账目管理、 数据分析、合理管理货位、设备运行、库存情况的状态显示等。 历史和现实已充分证明，使用自动化仓储系统能够产生巨大的社会效益和经 济效益，效益主要来自以下几个方面： ( 1 ) 高层货架存储 由于使用高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高空发展，充分利用 仓库地面和空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率目前世界上最高 的立体仓库调度己达5 0 m m 。立体仓库单位面积的存储量可达7 s t m 2 ，是普通仓 库的5 倍一1 0 倍。 ( 2 ) 自动存取 a s r s 使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了劳动生产率，降 低操作人员的劳动强度。同时，能方便地纳入企业的物流系统，使企业物流更趋 合理化。 ( 3 ) 计算机控制 9 混流装配线上物料配送系统的研究 计算机能够始终不知疲倦并且准确无误地对各种信息进行存储和管理，因 此能减少货物处理和信息处理过程中的差错。而利用人工管理，不能做到这一点。 同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库储存能力，便于清点和盘库，合理减 少库存，加快储备资金周转，节约流动资金，从而提高仓库的管理水平。 自动化立体仓库采用高层货架存储。结合a s r s ( 自动化存取系统) ，并通过 计算机系统的集成控制。实现物料的自动存取及物料信息的集成管理。大大地提 高了仓库的操作能力。降低了操作人员的劳动强度。加快了物料的出入库速度。 它能及时地向其相关部门提供各种物料信息为工业、商业及各物料配置中心管 理的决策、统计、计划提供详实的依据。在经济活动中自动化立体仓库越来越 发挥出巨大的作用。企业生产所需物料大部分物料存放在自动仓储系统中，充分 利用自动仓储系统的优点可以为企业生产更好地服务，自动仓储系统在企业物料 配送过程中起着关键性的作用。 夺条码扫描器 条码扫描器是用来扫描条码的，条形码( b a r c o d e ) 技术是在计算机和信息技 术的应用实践中产生和发展起来的容编码、识别、数据采集、自动录入和快速处 理等功能为一体的一种自动识别技术。它为实现对信息的自动扫描而设计的，是 实现快速、准确与可靠地采集数据的有效手段。条形码技术以其独特的技术性能 广泛应用于各行业，并且迅速改变了人们的工作方式和生产作业管理。条形码技 术是物流信息系统的关键点，是物流信息由手工作业方式到自动化、数据化的桥 梁。其应用有效的解决了数据录入和数据采集的“瓶颈”问题，为配送管理提供 了有利的技术支持。它的应用主要包括以下几个方面： ( 1 ) 仓储管理 采用条码化的仓储管理，在货物出入库时，作业人员立即用条码扫描器扫 描货物上的条码送入电脑直接进行处理，降低了错误发生概率，压缩劳动量。克 服了过去以纸为基础的作业方式在出入库方面发生错误后，跟踪差异困难、周期 过长等难题。 ( 2 ) 生产管理 l o 混流装配线上物料配送系统的研究 现代制造业作业过程是依靠制度和规范保障的一个精确执行过程，这必然要 求对计划和执行进行精确比对，即生产过程的每_ 个环节的数据都要准确记录。 在制造企业中，各类生产数据都属于动态数据，不仅数据量大，内容庞杂，生产 数据不仅用于生产过程控制和生产效率统计等方面，同时还具有对成品质量跟踪 等功能，因此必须保证数据准确。从成本和效率的角度考虑，生产数据不可能在 生产现场的每一个网点都设定专人负责数据输入，所以数据的采集只能由生产工 人用最简单的操作来完成，由系统来保证数据的实时和准确。条码技术和计算机 网络技术的应用为实现生产数据采集、检测数据采集提供了可靠保证，同时又能 记录生产过程的质量信息，实现整机档案数据全面记录的难题。相关网点可随时 进行统计、查询，为生产统计、成本核算提供实时可靠的资料。 ( 3 ) 产品质量管理与分析 产品质量是企业的生命线，企业在建立和完善质量体系过程中，必须保存 一套清晰、完整、便于存取和检索的质量记录。通过对产品质量记录的分析处理， 推进生产工艺改进，不断提升产品质量。目前，国内大多数制造企业的生产质量 记录都采取纸质管理，许多资料检索麻烦，要想根据这些资料分析质量问题，就 需要投入大量人力，几乎是不可能靠人工来实现的。只有将这些记录都输入电脑 中，借助数据库技术的强大功能，刁一能方便地获取各种质量分析和控制的数据， 而条码技术则用来将产品标签中的编号信自、用条码扫描器传送到电脑系统中， 避免手工输入中必然存在的大量误差，提高数据的准确程度。 通过将条码技术与公司的计算机管理信息系统相结合，轻松实现对生产过 程的质量控制与分析。质量部门根据生产线采集的质量信息、，实施质量监控， 即时监控各生产线上的生产情况，分析生产中可能存在的问题。通过返修品上的 条码标识，检索到电脑中的生产、安装以及历史返修数据，分析出许多深层的问 题，例如某类故障与哪一段生产日期或批号有关，或者与哪一个生产工段有关， 从而确定应该采取的纠正和预防措施。条码扫描器在物料配送系统中肩负着采集 数据、识别物料、实时跟踪的重任。 托盘 托盘( p a l l e t ) 是物流产业中最为基本的集装单元和搬运器具，在商品贸易 混流装配线上物料配送系统的研究 中具有广泛的应用价值它是为了便于货物装卸、运输、保管和配送等而使用的 由可以承载若干数量物品的负荷面和叉车插口构成的装卸用垫扳，被物流界誉为 活动的地面4 、”移动的货台。 货架 货架主要用于以托盘、货箱为载体的物料的储存。货架是一种架式结构物， 可充分利用仓库空间，提高库容利用率，扩大仓库储存能力。存入货架中的货物， 互不挤压，物资损耗小，可完整保证物资本身的功能。货架中的货物，存取方便， 便于清点及计量，可做到先进先出。保证存储货物的质量，可以采取防潮，防尘、 防盗、防破坏等措施，以提高物资存储质量。很多新型货架的结构及功能有利于 实现仓库的机械化及自动化管理。采用托盘货架，每一个托盘占一个货位，较高 的托盘货架使用堆垛起重机存取货物，较低的托盘货架可用叉车存取货物。托盘 货架可实现机械化装卸作业，便于单元化存取，库容利用率高，可提高劳动生产 率，实现高效率的存取作业，便于实现计算机的管理和控制。 巷道式堆垛机 巷道式堆垛机自动化立体仓库中重要的运输设备，是随着立体仓库的出现而 发展起来的专用起重机。主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将位于 巷道口的货物存入货格，或者取出货物运送出巷道。堆垛机上安装托盘条码阅读 器，保证出入库托盘和库存的准确可靠。 夺穿梭车 穿梭车广泛用于自动化无人仓库及自动化物流系统，其功能是输送各种尺 寸规格、不同重量的物料，并能提供多种不同的输送速度，实现物料自动输送。 穿梭车具有以下特点：( 1 ) 在全程钢制铁轨上运行自如，噪音低，定位准确，可 以很好的与其他接口设备衔接；( 2 ) 整体式外罩设计有效地防止了穿梭车内零部 件受灰尘、空气中化学物质的污染，外形更加美观、实用；( 3 ) 实现了仓储运作 中自动化运输的目标，因而可以节省大量的存取时间和减轻工作人员的劳动强 度；( 4 ) 具有自动防护装置，能避免所运输的货物意外受损。 动力式输送机 混流装配线上物料配送系统的研究 动力式输送机主要用于立体仓库输送系统中运输托盘或箱型货物；根 据输送介质的不同可以分为棍子输送机、链条输送机和皮带输送机。 悬挂积放链 悬挂积放链用来配送生产所用到的大件，比如：车架、轮胎、发动机等，它 有三种工作模式：按照计划调度命令输送物料；按照品种分类存储按计划下线； 紧急送料通道，更好地实现了物料自动输送。积放链具有以下特点：( 1 ) 具有物 料积放存储功能；( 2 ) 柔性物料调配；( 3 ) 设备可扩展性强。 2 1 2 从业务功能上划分 从业务功能上可以将配送系统分为三个部分：配送准备、配送、实时问题的 处理。在这三个业务中，配送准备是最为复杂的。配送准备不仅是高质量物流配 送业务的基础，而且配送准备和企业生产计划的制定、实施、生产线的功能以及 工艺参数、仓库的功能、产品的制造工艺等等都有直接的关系。 1 、配送准备 混流制造企业的生产模式一般是：根据订单( 销售计划) ，考虑生产准备提 前期，提前做出生产计划。并根据物料准备提前期，考虑公司现有库存物料及生 产占用情况，对预计的缺料部分生成采购计划。在大规模流水线生产的情况下， 一般要求供应商送货上门，公司收货入库，生产前将物料出库送到装配现场。生 产模式如图2 2 所示。 1 3 混流装配线上物料配送系统的研究 制定生产计划 i 壹看库存 0 缺料部分生 成采购计划 l 供应商送货上门 l 收货入库 i 生产送料 图2 2 制造企业生产模式图 考虑到多品种，小批量的生产中配送的拆零和物料的整理任务繁重，严重影 响了作业的敏捷性和经济性等问题，充分利用立体仓库的优点，提出“先配盘再 配送”的配送模式。即在物料入立体库之前，先对物料按照合适的规则进行组合 装盘后再入库，生产需要的时候直接找到这些组合物料所在的托盘，从立体仓库 中取出送到生产装配线上。配送准备过程比较复杂，其中包括：生产计划的制定、 配送物料的确定、配盘入库过程。 ( 1 ) 生产计划的制定 根据客户订单，按照相同机型一并加工的原则，将客户订单合并，制作生产 计划。生产计划一般是由公司e r p 系统制定，在配送系统中不做改动，从e r p 系 统中导入使用即可。 ( 2 ) 配送物料的确定 需要往生产线上配送哪些物料、配送多少物料，是由生产计划、产品b o m 决 定的。产品结构文件b o m ( b i l lo fm a t e r i a l ) 。它反映产品的层次结构，即所有 零部件的结构关系和数量组成。根据b o m 可以确定该产品所有零部件的需要数量、 1 4 混流装配线上物料配送系统的研究 需要时间以及相互关系。根据生产计划可以知道生产哪些机型的产品，每种产品 生产多少；生产每种产品需要什么物料、需要多少是由公司装配b o m 表决定，每 种物料的需求顺序是由生产工艺决定。这样可以计算出完成当前生产计划需要给 装配线配送哪些物料，每种物料送多少，物料的需求顺序是什么。即计算出完成 当前计划所需的物料需求表。 ( 3 ) 配盘 配盘是指根据生产计划、装配b o m 、生产工艺，模拟生产现场，针对每个下 料点，计算出各个下料点的物料需求顺序及其需求量，每种物料存放在固定的料 箱中，物料顺序的确定决定了料箱的顺序，把装载物料的料箱按照合适的原则码 放在托盘上入库，这一过程称为配盘。配盘过程分为两个步骤：一是确定配盘表； 二是根据配盘表将料箱装到托盘上入库。其中配盘表的计算又分为两个步骤：一 是计算出各个下料点需求料箱序列，二是确定哪些料箱能放到一个托盘上。其中 下料点是指接收物料的地方，也称为站台。一般情况下，一个下料点对应一个工 位，有的下料点对应多个相邻的工位，这要根据具体的生产线情况决定。每种物 料放到哪种料箱中是固定的，系统提供物料使用料箱定义界面，以便管理人员进 行维护。 2 、配送 生产计划执行时，把已存放在仓库中的该计划的物料有序地取出送到装配现 场，这一过程称为配送。配送过程中要考虑到生产节拍、生产线消耗物料的速度、 输送线运输速度、堆垛机运行速度以及穿梭车运行速度。配送的过程分为：铺线、 补料。所谓铺线是指：在每个批次开始执行之前，针对每个下料点，按照物料需 求表、配送顺序从立库中找到物料所在的托盘，取出放在输送线上，配送系统自 动将物料送到指定下料点。由于线边库存有限，铺线时不可能把所需的物料一次 全部送到生产工位上，这就需要在生产过程中不断地给现场送料。这一过程就是 补料。 ，3 、实时问题处理 实时问题处理是指对生产过程出现的问题做出相应的应对操作。比如：紧急 混流装配线上物料配送系统的研究 物料配送，计划的调整，生产过程出现的零件损坏现象等等。 2 3 配送系统的功能 生产企业物料配送的基本思想就是对生产供应中的各类物资实施多品种、小 批量的即时配送，从而达到对车间物流的合理组织。车间物流部门根据生产计划， 将生产所需各项物料在物流据点( 车间仓库) 进行必要的分拣、装配、配货等作 业后，在正确的时间，以正确的形式送达正确的加工工段，同时对使用完毕的各 类容器负责回收、检验、入库。 物料仓储配送系统为装配生产提供科学合理的车间物料配送，满足装配生产 线的零部件准时配送需要，达到提高装配生产效率，提高车间物料管理水平的目 的。使装配生产线上保有合理的在线库存量，状态转换的时间尽量缩短。 综上所述，自动仓储配送系统的功能总结如下：实现对存放在自动仓储系统 ( 立体仓库) 中的物料的入出库管理和配盘管理，及一些与高架库运行有关的设 置管理，并进行配送系统的调度和控制。自动物流仓储配送系统管理系统的主要 功能是对进入本子系统的物料进行入库、配盘和配送出库管理，及时、准确地完 成物料的入库和配送出库，实现对物流信息与物流的同步管理。系统对入出库作 业进行最佳分配、调度和控制，自动库存台帐为用户提供准确的库存数据信息。 系统的数据管理、查询、统计和报表功能与物流管理系统一致，数据范围则仅针 对自动物流仓储配送系统。自动物流仓储配送系统管理系统的用户界面程序在管 理机上运行，数据与物流管理系统保存于同一数据库中。事务处理模块在数据库 中运行。功能结构图如图2 3 所示。 1 6 混流装配线上物料配送系统的研究 图2 3 自动物流仓储配送系统功能结构图 1 、物料管理 自动物流仓储配送系统的物料管理功能包括：收料、一次配盘入库、物料装 盘入库、配盘出库、配盘提示、二次配盘入库、配送出库和紧急物料配送等。 1 ) 收料 无线手持终端扫描料箱上的条形码( 料箱上按照要求贴有条码，条码内容包 括：来货厂家名称、货物名称、货物对应生产批次、数量等信息) ，与收货数据 进行核对确认。与收货数据相符时，手持终端提示物料应否进行一次配盘。应进 行一次配盘时提示配盘数据。 对于需要进行一次配盘的物料，按配盘提示将料箱( 或零件) 码放到相应的 托盘中。对于无需一次配盘的零件，按同种零件在同一托盘中码放，可与同一下 1 7 混流装配线上物料配送系统的研究 料点零件组合码放的原则码盘。 2 ) 一次配盘入库 一次配盘完成时，叉车将托盘放到入库口，在入库计算机上选择所配托盘， 输入( 或扫描) 托盘号，即完成入库托盘数据录入。数据录入完成后，按下输送 机的启动按钮( 若不按，l o s 后) ，托盘自动入库。 一次配盘的物料入库货位分配、作业数据跟踪、作业完成处理和库存台帐均 由后台事务处理自动进行处理。 3 ) 物料装盘入库 无需一次配盘的物料码盘后，在入库计算机上录入托盘所码放的物料信息 ( 可从收货数据中选择) 和数量，输入( 或扫描) 托盘号，即完成入库托盘数据 录入。数据录入完成后，按下输送机的启动按钮( 若不按，l o s 后) ，托盘自动 入库。 未进行一次配盘的物料，长期件进入高架库，入库货位分配、作业数据跟踪、 作业完成处理和库存台帐维护均由后台事务处理自动进行。 4 ) 配盘出库 配盘按下料点进行，即：将一个下料点的所有状态配好后，开始进行下一个 下料点的配盘。二次配盘在装配前一天进行。要求同一下料点零件到齐后开始配 盘。 在配盘界面选择要进行配盘的下料点( 系统按生产计划检查库存，零件不齐 时提示不能配盘。) 启动配盘出库。出库作业生成、作业完成处理和库存台帐维 护均由后台事务处理自动进行。 5 ) 配盘提示 在配盘进行时，配盘提示显示屏根据配盘输送机上的托盘号，自动刷新此托 盘相对应段的配盘提示。配盘提示实时自动刷新由后台事务处理完成。 6 ) 二次配盘入库 混流装配线上物料配送系统的研究 同一次配盘入库功能一样。 7 ) 配送出库 系统根据生产计划和配送任务表按时自动生成配送出库作业。作业生成、作 业数据跟踪、作业完成处理和库存台帐均由后台事务处理自动进行处理。 8 ) 紧急物料配送 对于到货后无需入库而需要立即上生产线的物料，将零件装盘后，在紧急物 料配送管理功能界面中选择对应的收货数据，输入( 或扫描) 托盘号和对应的下 料点，按下输送机的启动按钮，托盘自动直接配送到指定下料点。配送作业生成、 作业数据跟踪、作业完成处理和库存台帐均由后台事务处理自动进行处理。 2 、配盘管理 配盘管理功能