精益时代的汽车线边物流规划与发展

随着市场需求的发展变化,汽车行业竞争日益加剧,精益思想在汽车物流领域已经引起了高度关注,尤其是在汽车物流规划的起点——汽车总装线边物流领域,从整体规划设计、物流模式选择、物料包装容器改善,到自动化物流技术的创新应用等各个方面,“精益”理念已落地生花。

作为国民经济重要支柱的汽车产业在经过多年中高速增长后,2018年首次出现负增长,一时间,“下降”、“凄迷”、“压力”、“寒冬”成为形容我国汽车市场现状的热词。受经济下行压力日益增加、环保要求越发严格、消费者需求多样化等因素的综合影响,我国汽车产业正面临严峻挑战,汽车企业也面临着激烈的市场竞争。满足个性化客户需求、提高生产效率、降低生产成本、保障产品品质已经成为汽车企业增强市场竞争力的关键,汽车企业纷纷向按订单生产、按需制造转型,柔性制造、敏捷制造、智能制造等先进的生产模式逐步被应用。这些先进的生产模式对汽车物流提出了许多新要求,例如,要根据生产计划的调整更加快速做出反应;要实现精准的物料配送等。作为汽车物流整体规划的起始点,汽车总装线边物流的优化对物流整体效率的提升至关重要。

随着“精益”物流思想在汽车企业的逐步普及,汽车总装线边物流的精益化发展不断深化,主机厂不断追求在适当的时间配送适当的物料到适当的地方,以最经济节约的方式满足总装线的要料需求,杜绝一切可能存在的浪费。法布劳格物流咨询 (北京)有限公司(以下简称“法布劳格”)总经理张芸是国内汽车物流行业专家,她表示,精益的线边物流对汽车制造企业的价值不言而喻,诸如库存减少、人员精简、流程改善、成本节省等等。她告诉记者:“很多汽车企业都从精益管理中获益。举例来说,我们的客户A在进行精益化的线边物料包装改善后,库存数量降低了53.4%,总装车间用于二次排序的面积大大减少,操作流程简化,物流作业人员实现精简。这一系列的改变使客户A的成本大幅度降低,对应的利润率也大大增加。

要想实现精益的线边物流,就要从整体规划设计出发,在线边物流模式选择、物料包装容器、上线运输路线与运输搬运工具、线边货架/器具的数量与摆放布局等方面,都要落实“精益”思想,同时考虑到物流技术创新应用对精益改善的价值。

一、精益的线边物流规划

在线边物流的规划过程中,要把握总体精益物流思想,以减少库存、减少搬运、缩短距离、减少浪费、降低负荷、提高效率为基础,以各种各样的形式展开。张芸指出,精益线边物流规划需要从以下几个方面顺序进行:

1. 分析并确定产线物流需求。

首先要确认物流需求和配送流程。客户/下游需求决定了产线的生产流程、物料、节拍、工位构造、制造工艺等基础信息及初步物流需求,精益的线边物流须对应精益的产线来进行设计(人员、设备、物料分布、均衡化生产节拍)。

2. 线边物料展开设计。

结合产线对于物料的需求,规划工作者需要将该物料需求分解到产线的具体工位上。在此过程中,同时需要考虑线边物料的存放方式、库存设置、使用方式、空间设置等等。

展开来说,线边存放方式需要采用人机工程的料架和包装,便于操作人员取用,同时便于物料补送人员进行操作,如流利架的广泛运用和线边传输辊道线的运用等。对于库存的减少需要设定库存目标,结合线边包装容量、线边消耗速率和运输补货时间,进行细化计算。对于物料使用方式,需结合物料具体特征以及线边空间大小,如顺序取用、Kitting取用、线边防错设计等。对于线边空间设置,应与线边库存一同考虑,保证补料和使用的情况下,尽量减少,保证生产作业空间及未来产能波动可能带来的空间需求变化。

3. 上线补送模式设计。

上线补送模式主要分为几种:看板、排序、Kitting、CBO/按需拉动。不同上线补送模式取决于上一步所说的线边物料设计,同时也决定了物流人员的补送流程和信息系统建设,如线边的看板卡拉动设置、安灯拉动设置、生产计划锁定设置、MES过站触发拉动设置。

4. 上线运输设备和运输路线设计。

精益的线边物流必须有着小批量高频次的上线运输逻辑,采用定时或不定时发料方式(如准点发车配送和循环上线配送)。特殊零件组采用随产线Kitting/SPS,或自建运输线排序上线等方式。上线运输设备应当支持产线的上线模式和上线流程,在此基础上采用较为先进高效的配送方式(AGV、自动化库)。

5. 上线包装设计。

上线包装设计在保证零件存放质量和运输质量的同时,应当结合具体的上线模式区别设计,如:看板零件的包装设计应当考虑线边整体库存设置标准,Kitting零件的包装设计应当充分考虑到配比关系和线边存量。另外,也要考虑匹配运输设备和线边料架的设计,以及物流整体包装尺寸链要求。

二、精益思想下的线边物流模式

精益供应链与物流规划与改善专家李波表示,汽车物流规划始于装配线边,什么样的装配工艺决定了什么样的线边物流模式。随着生产模式变化及精益理念的深入,线边物流模式也不断地创新发展。

1.线边超市

日本丰田最早提出了“精益”理念,并根据自身特点推出了看板拉动式的线边超市模式。

线边超市拉动系统是最基本、使用最广泛的类型,有时也称为(后补充)填补拉动系统,或A型拉动系统,也就是在必须以批量形式进行生产的工序和下游工序之间设置一个超市系统,通过下游工序从“超市”中取货而对上道工序发出指令,通过 “取货看板”和“生产看板”的流动来拉动生产,摆脱生产控制部门对这些批量生产工序通过对顾客工序进行预测而安排生产,由顾客工序从超市中取货来决定上游工序在何时生产,生产多少。

线边超市是具备一定特点的存储区,在超市的诸多特点中,最重要的就是物流超市中的零部件数量,不能太多,因为会占用过多的资金和空间,也不能太少,可能会影响生产节拍。

2. 顺序模式

随着人们生活水平的提高,汽车不再是简单的交通运输工具,不同的车型或同一车型的不同配置花样繁多。为节约生产线投资和适应消费者多样化的需求,汽车混线生产越来越多,物料线边的存储面积越来越受到限制,线边超市模式不再符合生产和精益要求,丰田推出了JIS(顺序拉动系统)模式。该模式就是按照生产的使用顺序进行物料配送,而不是根据使用完成的空容器和看板进行补充。

JIS分为大件的外部排序或者内部排序方式,小件采用成套配送,欧美企业多称为Kitting模式,日本企业称之为SPS模式,即向生产线单辆份配货的一种物流配送方式。在与生产线分离的另一个场地,将一辆份的零部件拣选出来或者进行分装后按照顺序向生产线上供给,这种方式最适用在零件类型过多,以致于一个线边超市无法容纳各种不同零件库存的时候。

顺序拉动系统产品是按订单制造,将系统的库存减少到了最少,有些公司甚至推进全线的SPS,优点就是线边物料的整洁化,拣选工作全部集中在物料分拣区,生产线边无物流作业,物流与总装作业区完全分离化。但为了让顺序拉动系统更有效地运作,必须了解不同种类的顾客订单,如果订单很难预测的话,那就要保证产品交付期短于订单要求的时间,否则必须保存足够的库存才能满足顾客的需求。

3.线边近地化排序模式

随着工业4.0的兴起,柔性制造、敏捷制造、智能制造等先进生产模式逐步被各大主机厂应用,“精益”物流理念不断深化。传统的顺序拉动模式被认为存在搬运浪费,以及采用全线的SPS模式,台车笨重,不够柔性,丰田又一次大胆革新,推进了一种线边近地化的物料排序方式。

这种模式的优势就是效率更高,柔性更高,减少了搬运环节,更加柔性化。在这种模式下,线边超市与顺序拉动模式可以混合使用。混合拉动的模式一般适用于中大型件,无颜色顺序要求的,直接线边超市拉动进行补给;颜色、型号有区别的零件则进行线边排序,或者厂家排序方式供应;小型看板物料则通过线边批量供给,就地分拣拣选,通过分段同步台车的方式来进行物料供应,较传统的SPS方式又是一种重大突破。

虽然线边物流模式不断创新,种类增多,但相互之间并非替代关系,每一种模式都有着各自的适用条件和适用范围,无论应用哪种模式都需要不断地以“精益”理念为依据,不断地改善优化,以达降本增效地目的。

三、精益的物流包装及容器

供应到线边的零部件需要放在容器中的,这些容器可包括不同型号或颜色的料盒、料箱,各种形式的料架、料车等。

容器设计是精益线边物流中的重要内容,需要根据零部件的大小、形状、重量等特性,结合上线模式、上线运输工具等一系列关联性内容,在充分考虑零部件特性、使用者的便利性、运输便利性的基础上设计零件包装及容器。想要做到精益,就要把握以下几个重要方面:

一是,裸件上线/无包装上线:员工直接从容器中取出零部件并使用,减少员工的拆包装作业浪费,减少由此在线边产生的包装垃圾,同时将拆包工作往上游工序移动,间接推动上游工序或供应商的容器改善。

二是,尽量使用可重复使用的塑料容器,减少纸质包装物的使用。

三是,选用标准化的容器,只有容器标准化,才能够快速准确地计算出每条线路货量的大小,最大程度提高上线运输车辆和设备的装载效率,以及更好地保障零部件的运输安全和质量。2016年2月14日,国家标准化管理委员会依法备案行业标准318项, 其中,《汽车零部件物流器具分类及编码》规定了汽车零部件物流中物流器具的分类及编码,适用于汽车零部件物流中可周转使用的物流器具。

四是,容器规格要尽量小。大容器占用的线边空间大;员工在使用时,会产生转身、弯腰等动作浪费;小容器更便于小批量、多频次配送上线,还可以直接放在线边工人动作经济区内,避免或减少操作过程中的动作浪费。

五是,充分考虑标准容器的通用性,标准容器的型号尽可能要少,避免管理混乱便于使用、管理和维护。

从在整个价值流中来看,零部件供应商与主机厂上线物流作业中使用同样的容器是精益物流的目标之一,这样能极大程度的减少重复包装的浪费,但是实际的操作中难度较大,还尚未实现。

四、物流技术应用与发展

在线边物流的精益化发展过程中,凭借物流技术来提高线边物流搬运、存储、信息交互的效率,降低线边物流成本,提升线边物料精益水平的表现也十分突出。尤其是无人化搬运技术、自动化立体库、智能信息化平台、以及低成本自动化技术方面的应用及创新最为突出。

1.无人化搬运技术

随着上线模式的变化以及物流技术的创新与发展,应用在线边物流搬运作业环节中的搬运设备也在发生变化,从传统的人力搬运、到叉车搬运、再到牵引车搬运式,如今,AGV搬运、空中/门式配送上线等无人化搬运技术正在成为主流,广泛应用于线边物流搬运作业环节。

(1)AGV技术普遍应用

AGV技术柔性较高,适用面广,运输效率高,运输路线标准化,广泛适用重型零件如,主机厂的发动机、后桥、变速箱、底盘等部件的自动化柔性装配,以及轻型零部件的上线喂料等。随着顺序上线模式的出现及创新,AGV因高效率、省人化、批量替代的规模成本较低等优势开始逐步替代叉车和牵引车,被广泛应用在物料上线环节。

(2)空中/门式上线系统

在主机厂的线边物流上线中,物料上线、空箱折返,物流主通道的压力十分大。空中/门式上线系统很好地解决了这一问题,在线边以外的地方进行分拣后,通过空中通道跨线配送来减少线边压力,空箱通过空中返回,极大程度地减轻线边物流主通道的压力,较少与物流搬运车辆的干预,并且还适合中大件、中小件、单件流各类零部件的供应,受到了行业的广泛认可。

(3)创新的流体技术

随着工业4.0兴起,已经有公司研发了更为先进的流体物流,在一个面上,最下层是磁铁,上层铺满了一块块像瓷砖一样的托盘,用电磁场来控制电流的流向,以驱动托盘的走向。把货物放在托盘上,托盘自己就可以知道要去哪里,无论是在地面、墙上,还是天花板上,都是电磁场可控制的。这项技术也非常适合汽车线边物流作业中应用,经过试验证明,以前运送每一个零部件需要21.18秒,现在只需要2.3秒,几乎提高了10倍的生产效率。

2.自动化立体库

先进的汽车制造企业已经在线边物流规划与改善中应用了自动化立体库以提升作业效率,减少成本。例如大众仪征工厂在总装线旁边采用了大福公司的自动化高架库,用于KSK线束的存储、排序和上线,不仅大大提升了作业效率,也极大改善了线束产品与汽车总装线匹配的准确性。虽然自动化立体库前期成本投入较大,但是其效率优势以及长期运营所带来的成本优势是平库所无法比拟的。目前,越来越多的汽车主机厂在追求线边物流的精益化的过程中正在计划用更多自动化立体库来替代平库,减少人工。

3. 智能信息化平台

自动化信息系统能实现了供应商、主机厂、物流商之间的对话。

随着工业4.0时代的到来,拉动式生产将成为汽车生产的主要模式,即由客户需求来驱动生产,在这种模式下企业不再处于系统之后,而是直接与终端用户、供应商对接,双方通过智能平台互通互联。在这一过程中,数据同步系统、生产及物流拉动系统、供应链可视化系统SRM和车间物流配送系统SPS等将会发挥重要的作用,实现由物料来控制系统,所有信息互联互通。

4.低成本自动化技术

在精益的线边物流改善过程中,先进的自动化物流技术十分受欢迎,但在技术选用过程中,降低投入成本也是汽车企业十分关注的方面,与自动化技术不同的是,低成本自动化技术更注重低成本投入,即利用物料自身重力,加上简易的机械装置来实现线边物流的自动化,以此来实现缩短距离、节省时间、省人力、降成本等精益化目标。

如今,低成本自动化技术已经受到了各大主机厂的广泛认可,各种各样的低成本自动化技术已经应用在了线边物料作业中,其中典型技术如,无动力台车、海盗床平台、空容器自动返回装置。无动力台车利用零部件自身的重力驱使台车前进,在失去重力后自动返回;原来工人需要在两个工位之间持续往返走动,海盗船平台则实现了工装在两个工位之间往复,减少了步行和物流搬运;将空容器从满容器滑道拿出,或者将空容器放到滑道,虽然看似动作简单,需要的时间较短,但循环作业就会产生很大的时间和人力浪费,利用杠杆原理(跷跷板),采用增加简单助力装置的方式,当带有零件的零件箱滑过来时,处于作业人员的最佳作业位置,方便员工取件,当取完零件后,杠杆失去平衡,空箱利用自身重力返回了。“精益”思想在我国汽车线边物流规划中已经被广泛认识到,但精益改善理念还并没有深入骨髓,很多企业在精益改善方面的专业人才还比较缺乏。精益的线边物流体系建设不是一朝一夕的事情,只有持续不断地优化改善,才能不断提升能力。

文由“135编辑器”提供技术支持

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