电子产品混流装配线物料供给模式规划决策问题研究_沈继统.pdf

第 28 卷 第 1 期2023 年 2 月工业工程与管理Industrial Engineering and ManagementVol.28 No.1Feb.2023电子产品混流装配线物料供给模式规划决策问题研究沈继统1，王创剑1，徐贤浩2*（1.武汉科技大学 机械自动化学院，湖北 武汉 430081；2.华中科技大学 管理学院，湖北 武汉 430074）摘要:电子产品混流装配线物料供给模式的选择决策，需要考虑物料的体积、需求量以及变体数等多种因素的综合影响，导致问题极其复杂。实际应用中常使用经验规则进行粗略判断。本文结合LS、Kanban和Kitting三种配送模式的特点，建立充分考虑物料准备、运输和装配过程的成本决策模型，并对变量进行敏感性分析，找出影响不同配送模式成本的关键因素。该模型可以基于物料关键特征，计算出不同配送模式间的盈亏平衡点，找到各个配送模式的最佳成本区域，用以快速决策不同类型物料的供给模式，最终帮助企业提升物料供给效益。关键词:混流装配线；成本决策模型；敏感性分析；盈亏平衡点中图分类号:F 272 文献标识码:AResearch on the Decision-making Problem of Material Supply Mode for Mixed-flow Assembly Line of Electronic ProductsSHEN Jitong1，WANG Chuangjian1，XU Xianhao2*（1.School of Mechanical Automation，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan，Hubei 430081，China；2.School of Management，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan，Hubei 430074，China）Abstract:The selection of material supply mode for mixed-flow assembly line of electronic products needs to consider the comprehensive influence of multiple factors such as material volume，demand and number of variants，which leads to extremely complex problems.In practical application，empirical rules are often used to make rough judgments.Combining the characteristics of LS，Kanban and Kitting distribution modes，this paper established a cost decision model that fully considered the material preparation，transportation and assembly process.Sensitivity analysis on variables was conducted to find out the key factors affecting the cost of different distribution modes.According to this model，the break-even point of different distribution modes can be calculated based on the key characteristics of materials.The best cost area of each distribution mode can be found to quickly decide the supply mode of different types of materials，and ultimately help companies improve material supply efficiency.文章编号：1007-5429（2023）01-0110-10DOI：10.19495/ki.1007-5429.2023.01.013收稿日期：2021-06-23基金项目：国家科技攻关计划资助项目（2018YFB1702700）;国家自然科学基金青年基金（51705379）;国家自然科学基金重点国际合作项目（71620107002）;国家自然科学基金面上项目（71971095）作者简介：沈继统（1997），湖北英山人，硕士研究生，主要研究方向为物流系统建模与仿真。E-mail：。*通信作者：徐贤浩（1964），教授，主要研究方向为物流与供应链管理、生产运作管理。E-mail：。-110第 1期工 业 工 程 与 管 理Key words:mixed-flow assembly line;cost decision model;sensitivity analysis;break-even point1 引言 消费类电子产品的生产在过去几年获得爆发式的增长。随着行业垂直整合的深入和智能制造技术的广泛应用，电子产品的装配自动化程度越来越高，生产周期越来越短，更多的价值创造需要向物流环节倾斜。同时，随着用户个性化需求的增加，混流生产的产品种类剧增，意味着物料供给能力要求需要提高，加上全球供应链的波动，导致相应的物料供给工作变得极其复杂。物料供给是电子产品生产企业生产计划得以执行的重要环节，包含供应商到货后的存储备料、仓库出库拣选配送、线边库暂存上线三个主要过程。一般来说，不同的产品类型、生产计划以及装配车间的布局决定了物料供给过程中的各种决策要素，即物料供给模式一旦确定，与之相关的物料存储、配送策略、批次批量、安全库存以及最终的物流成本也就随之确定1。因此构建准确完善的物料供给成本模型以进行物料配送模式的优化选择，能够为竞争日益激烈的电子产品生产企业的管理者提供重要的决策支持。但就现有的研究来看，多数生产物流方面的文献未能对整个物料供给系统进行全方位考虑，各类模型适用场景也较为单一，难以应对大型电子产品生产企业复杂多变的物料供给模式决策问题。因此，本文通过对电子产品生产企业的物料供给系统进行研究分析，建立不同物料供给模式下覆盖重要决策要素的物流成本模型，通过企业实际数据进行验证分析，确定不同物料所适用的供给模式，对企业物料配送模式规划决策有一定的指导作用。2 文献综述 对于装配线物料供给模式的研究，随着多品种混流生产模式的发展而得到越来越多的研究者重视。JOHANSSON2提出了批量供应、连续供应（continuous supply）和台套供应（Kitting）模式，并在后续的研究3中添加顺序供应（sequential supply）到物料配送模式之中。BATTINI4等将不同的配送模式总结为托盘到站、推车到站和台套到线三类，其中托盘到站可以归结为线边库存（line stocking，LS）配送模式，而推车到站和台套到线属于Kitting台套配送模式。通过对早期文献的查阅不难发现，CAPUTO和PELAGAGGE5将物料配送模式划分为LS线边库存、Kanban-based基于看板的配送方式以及Kitting台套配送三种物料配送模式，这与之前的分类存在很大关联，是对之前各种分类方式的总结，也是被当前研究所普遍接受的分类方式。总之，当前的各类配送策略大多是以上述三种配送模式为原型而衍生出来的，每一种配送模式都有其特有的优点和缺点，这需要结合实际物料种类、数量、体积等相关因素来考虑。另一方面，成本模型的构建是决策配送模式的关键，早在1992年，BOZER和MCGINNIS6就提出了用以比较Kitting配送模式和LS配送模式的简单模型，该模型考虑了平均在制品量、线边空间等因素，但是对人员、设备资源缺乏考虑。SALI等7-8针对三种不同的配送模式，建立了以物料准备、物料运输、物料线边存储和物料装配为主的成本模型，通过物料变体的多样性以及物料的尺寸重量特征等因素来判断各个物料所适用的最佳场景，着重对人工成本的统计，缺乏对设备以及逆向物流成本的考虑。LIMRE等9-10重点比较了Kitting配送模式和LS配送模式，跟SALI等7-8研究方式略有差别，LIMRE对于一个确定的场景，建立混合整数规划模型，并求解得到各个物料的配送模式，证明了混合配送模式往往比单纯的LS模式或Kitting模式总成本更低，该模型对于各个物料的最佳配送策略的选择需要进行求解，而不能直接通过物料特性进行快速决策。FACCIO11重点研究了混流装配线上的Kanban配送模式和Kitting配送模式，充分考虑了产品和物料的多样性对配送模式的影响，但对于生产线上的成本建模不够细致，没有考虑不同模式下的物料挑选、装配差异。CAPUTO等12-13的模型考虑较为全面，从人员、设备、存储以及在制品持有成本等方面建立成本模型，但所建模型只考虑了单一产线的单一产品，没有进行混流装配线的多种产品多种物料变体建模分析。KARADAYI等14对于物料配送问题提出了一种新的解决思路，其通过对物料的各种信息进行层次聚类分析分类，为不同的类别分配不同的物料配送模式，然后通过ABC作业成本法来评价混合物料配送模式的有效性。聚类方法-111第 28 卷 沈继统，等：电子产品混流装配线物料供给模式规划决策问题研究能够快速通过物料的部分特性为其决策装配线配送模式，但缺点是各种类别的物料选择何种配送方式是通过专家定性决策的，对于一些物料的划分可能不够准确。类似地，陆岚和李美霞15综合考虑企业生成所需物料的重要程度及其需求特性，建立ABC-XYZ分类矩阵模型，根据现在大多数制造企业物料的补货方式，将物料特性与供给方式相组合，以确定出合理的生产线边缓冲库存物料供给模式。李长洲16建立了基于物料特性、时间、成本的选择模型，但所提出的决策模型考虑的因素过少，而且没有将各个因素之间的关系联系起来，缺乏整体考虑。闫涛17在分析某电气公司产品特点的基础上，提出了解决产品品种多、产品差异较大的混流装配线的思路，建立了装配线平衡的线性整数规划模型并求解，另外还研究了在物料配送时，结合企业的具体情况，对物料进行分类，并设计合理的配送策略。周微微18以混流装配线为研究背景，针对物料的使用频率以及物料的体积提出了物料分类标准，并为之匹配了相适应的配送模式，随后基于总成本最小化的目标，分别建立了基于Kanban配送和基于Kitting配送的数学模型，但对于物料使用频率和物料体积提出的分类标准只有定性描述，没有定量的决策模型，结果也只能在理论上较优，不能用以定量决策。根据SCHMID和LIMRE19的建议，对于装配线物料配送问题的分类，可以从以下三个方面考虑建立成本模型。（1）装配线和产品特征，即物料配送模式种类，最终产品是否是单一的，物料是否有多个变体以及物料的需求是否是固定的；（2）配送系统特征，这一部分包含的因素有物料超市的设置、物料准备和运输过程、空容器的回收过程、生产线的装配过程、线边的物料存储；（3）目标函数，考虑多种成本，包括设备投资成本、物料存储成本、运输成本、物料装配成本、在制品持有成本、缺货或错误成本等。以上三个方面可以较为全面的概括装配线物料配送问题，但少有文献较为综合地考虑了以上所有细节。SCHMID等20从物料的存储、准备、运输和使用过程出发，建立了物料配送问题的成本模型，相较于本文，其研究重点在存储空间借用对配送成本的影响，实验证明，允许线边存储空间借用能够降低系统配送成本，但缺乏对物料需求量、需求工位数等物料自身特性如何影响配送成本的分析。FACCIO等21对文献 10 的模型进行了扩展，补充了不