多尺寸塑料周转箱优化汽车零部件物流研究

张文杰 李正军

摘 要：随着精益思想在汽车物流中的应用，汽车零部件的物流包装容器正由多样化向系列化、标准化改进，其中塑料周转箱尤为受到广泛关注。目前在零部件物流过程中主要还是使用瓦楞纸箱，并且在不同环节还存在更换包装的现象；而塑料周转箱还主要只在主机厂内部使用，没有起到优化整个供应链的作用。通过模型构建，研究塑料周转箱的多尺寸选取以及多个不同尺寸周转箱的堆码优化问题，可以进一步推广塑料周转箱的使用，从而优化汽车零部件物流系统。

关键词：汽车零部件物流；塑料周转箱；系列尺寸；堆码方式

中图分类号：F253.9 文献标识码：A

Abstract： With the development of lean thinking in the automotive logistics， logistics packaging of auto parts is moving from diversification to the series and standardization and then emerged； At present， the corrugated boxes is still the mainly logistics package in the parts logistics process， and there is also the phenomenon of the replacement of packaging in different links. Instead， plastic returnable container is mainly used in OEMs， without optimization in entire supply chain. This article will explore how to choose the size of plastic returnable container and stacking problem of a plurality of multi-size container， which aims to promote plastic returnable container and optimize parts logistics.

Key words： auto parts logistics； plastic returnable container； series size； stacking mode

0 引 言

随着汽车产业的快速发展，零部件的物流效率和成本问题受到普遍关注，虽然国内汽车零部件物流在管理理念和方式上已有所引进和创新，但零部件的物流包装仍呈现多样化和不规范的现象，局部有所改善，整体效益不够。汽车零部件的体型、大小、质量极其复杂，对于物流包装条件的要求各有不同，大的如发动机总成，不仅体型大，而且质量重，而小的零部件如北油器配剂针既小又轻，质量仅几克，这就给汽车零部件的包装运输造成极大困难，如何优化汽车零部件包装，提高汽车零部件的运输效率？要优化汽车零部件物流，就必须要有一套规范的物流包装器具来连接供应链的各个环节。

汽车零部件物流作为汽车物流中重要的一环，是连接汽车供应链体系中各级零部件供应商、整车生产企业及终端用户的纽带，是集现代运输、仓储、保管、装卸搬运、包装、流通加工及物流信息等服务于一体的综合性管理体系。在这个管理体系中需要合适的纽带将各部分连成一个整体，即一套合适的物流包装。目前超过半数的企业不同程度的采用国际上比较先进的循环取货物流模式，塑料周转箱是该模式中重要的物流包装器具。

1 目前汽车零部件物流包装容器使用现状

汽车零部件很多，在其物流的集散工作中，塑料周转箱主要用在主机厂内物流，在其它环节尚未投入使用。尽管目前仍有少部分的零部件供应商采用纸箱为标准包装容器，但随着零部件物流模式的不断进步，采用可循环使用的塑料周转箱已成为汽车生产企业和物流服务商的首选和趋势。

在此过程中，第三方物流企业管理主要业务，协调供应商和主机厂的零部件供应，同时很多小型物流企业掺杂其中。不管是零部件的生产商还是汽车主机厂，都积极采用精益生产，一次生产的批量越来越少，仓库存储量减少，生产线上的在制品减少；从原材料到成品，一切都在运动中，运动着的产品能够在需要的时间以合适的数量安全的到达指定地点，虽然运输费用增多，但是在供应链的其它地方得到更多的利益。

面对精益物流的高速周转、小批量、多批次特点，在零部件入厂之前使用了大量的瓦楞纸箱和木箱，周转越快意味着产生的废弃物越多，而且常用的纸箱和木箱已经不再适合精益物流的质量管理和实时跟踪，无法顺畅的连接各环节。面对不断的变化，可以采用可循环使用的系列塑料周转箱与托盘构成集装整体单元，以局部整体应对精益物流的变化。

在塑料周转箱应用于汽车物流的研究中，多位学者专家进行了深入研究，如：左新宇[1]从多方面阐述了塑料周转箱在入厂物流中的优势；李波[2]阐述了物流包装标准化的意义，并提出汽车零部件包装的要求；曾敏刚、朱佳[3]提出三种方案设计相同尺寸的运输包装；陈晖[4]提出零部件物流配送的标准化才能持续优化物流系统。

综述来看，以汽车零部件物流运作整体流程为背景，在多批次、小批量快速周转运输中，如何在众多尺寸的塑料周转箱进行选择以及将多个不同尺寸的塑料周转箱进行堆码优化设计，是一个非常值得研究的问题。

2 多尺寸塑料周转箱的选取模型构建

在不同尺寸塑料周转箱的选取上，要以现行托盘尺寸作为标准，然后考虑自身互相组合以及汽车零部件的尺寸[5]。我国的托盘标准是1 000×1 200mm和1 100×1 100mm两种规格，在尺寸、结构和作业方式等方面基本实现了标准化[6]。系列化塑料周转箱必须能和托盘形成一个完整的物流包装单元，并在整个物流过程中保持统一。

标准物流包装尺寸的制定主要是基于包装货物的物流合理化，尺寸可以从物流基础模数尺寸（600×400mm）按倍数系列推导出来，然后再根据组合和零部件等的尺寸选择合适的尺寸（得到的长和宽的尺寸要大于200mm）。按照1 000×1 200mm标准托盘进行划分得到的尺寸规格，见表1。

以上通过分割方法得到的尺寸能够保证包装尺寸与集装尺寸的协调， 但包装外尺寸还必须与内装物尺寸相协调。内装物尺寸应与箱体尺寸相近或成倍数关系，以便充分利用箱内空间，提高托盘和汽车的空间利用率，因此物流包装可以根据零部件自身属性从以上分割尺寸中选择合适的尺寸。

对单个零部件来说，选取方法是从分割尺寸中选取包装尺寸与零部件在水平方向的投影尺寸成倍数关系，这个倍数的大小则与每批供应的个数相互关联。模型构建如下：

设包装尺寸M×Nmm，M>N，零部件在水平方向的投影X×Ymm，X>Y，包装容器的壁厚为Smm，正整数J，I。

z值越小，则说明空间的利用率越高，z值最小时对应的M，N（均为系列尺寸）即为最优包装尺寸。周转箱的高度由车厢高度、零件普遍尺寸区间和取件人机工程来确定并形成一个高度链（例如h，2h，3h…），这样便于箱体之间的相互配合与协调，现行的塑料周转箱高度主要是两个高度。

面对众多的汽车零部件，首先要进行合理的分类，分类原则包括：外形、重量、包装安全等级、批次需求量等。然后对每一类进行M、N的选择，同时采用不同J、I的大小减少系列箱子的种类。当外包系列尺寸确定以后，即可有针对性进行内包装设计和相关衬垫的设计。

3 多个不同型号塑料周转箱的组合堆码优化设计

随着精益生产与精益物流日渐推进，无论在零部件入厂物流还是售后物流中，某种零部件一次的运送量很可能无法堆满托盘的一层，更别说整托盘堆码同型号的周转箱，因此有必要研究多个不同塑料周转箱在同一个托盘上的堆码问题。根据国家标准[7]，目前普遍应用于汽车零部件物流的塑料周转箱，主要包括以下几种规格，见表2。

由于其尺寸的多样性，堆码不再像单一规格的塑料周转箱一样，问题可描述为：如何使用数量最少的托盘装载一定数量若干种规格的长方体箱子。可以认为，其目标是在满足规定约束条件的前提下，合理布局箱子在托盘上的位置，减小托盘上的无用空间，托盘使用总数目最小。模型构建如下：

在塑料周转箱的高度设计上，尺寸规格较少且以倍数规范，因此高的周转箱可以想象成同样长宽尺寸的多个小箱子垂直摆放在一起，在以下建模中以现有规格的周转箱高度为例，将其简化为h和2h两个规格；总共Q个周转箱，其中前m个为高度为h的周转箱，后n个为高度为2h的周转箱，则等价为m+2n个高度为h的周转箱，第i当m

如图1所示为托盘平面图，塑料周转箱子水平放置。无论托盘还是箱子，将长边尺寸称为长度，短边尺寸称为宽度，箱子高度固定为h和2h。研究目标是将所有给定的周转箱装载到最少数量的托盘上。

模型的输入参量如下：

数学模型如下：

式（2）～式（5）确保托盘每层上的箱子之间不重叠；只有位于同一托盘上同一层的箱子数目超过1时才检查是否重叠，这种情形的考虑反映在式（6）；式（7）～式（9）保证周转箱的完整性和唯一性，即所有箱子都安排了地方，且每个箱子只在一个托盘上的某一层上；式（10）和式（11）是保证任何一层的周转箱不会超出托盘的平面之外；式（12）和式（13）分别考虑的是托盘上的堆码的高度不可超过托盘的货物限高和限重；式（14）和式（15）确保高度为2h的箱子的上下两部分水平重合垂直叠放，且两者在同一个托盘上。

以1 200×1 000mm和1 100×1 100mm两种型号的托盘为例，提供模型求解，可以得出塑料周转箱在托盘上奇数层平面布局图，见图4与图5。

4 结束语

汽车零部件物流是现代汽车物流的重要组成部分，比一般物品的运输、配送更具有专业性、复杂性。在各环节高速运转中，若其中任何一环变成瓶颈，将降低整体效率，因而它们对物流包装容器的要求更加严格。使用系列化的塑料周转箱可以异中求同、同中存异，起到优化整体物流供应链的作用。其中的同要求尺寸要满足标准化的尺寸链，异则体现在尺寸的系列化和内部设计的多样化，在同、异之间要求系列化尺寸必须和托盘的堆码进行匹配。

参考文献：

[1] 李波. 汽车零部件取货物流中的包装标准化[J]. 物流技术与应用，2010（4）：85-87.

[2] 左新宇. 塑料周转箱在汽车零部件物流中的应用[J]. 中国物流与采购，2011（6）：50-51.

[3] 曾敏刚，朱佳. 汽车零部件运输包装尺寸标准化研究[J]. 工业工程与管理，2013，18（2）：31-38.

[4] 陈晖. 汽车零配件的标准化物流配送研究[J]. 物流工程与管理，2015，37（5）：163-164.

[5] 李正军，陈薪文. 托盘包装在汽车零部件物流中的应用与改进[J]. 包装学报，2010，2（1）：46-49.

[6] 赵皎云. 中国物流技术装备标准化概述[J]. 物流技术与应用，2015（5）：31-36.

[7] 中国国家标准化管理委员会. 汽车零部件物流塑料周转箱尺寸系列及技术要求[Z]. 2012.

[8] 高建华，杨汝清. 混料托盘装载问题的建模[J]. 中国机械工程，2002，13（18）：1564-1566.