平准化与定序化在S汽车装配企业的应用

高大鹏，张祥杰

（上海汽车集团股份有限公司乘用车郑州分公司，河南 郑州 450000）

0 引言

自2000年以来，我国汽车市场出现井喷式增长，汽车市场销量增长可分为三个阶段：第一阶段，从2001年的230余万辆到2010年突破1 800万辆，年均增长率高达25%的高速增长阶段；第二阶段，从2011年开始产销增长率大幅降低，年均增长率约为9%的正常增长阶段；第三阶段，2018年开始出现首次下跌，并持续到2020年，预计2021年有望逐步企稳，进入微增长或者横盘阶段。汽车行业的竞争格局也将进入到存量厮杀时代，汽车企业想要在激烈竞争中取胜，一是要满足用户个性化需求，二是要不断精耕细作，探索汽车行业全价值链的价值提升，与供应链成本的持续优化。

汽车混线生产是从大规模生产向多品种、小批量转变的关键因素，也是满足用户个性化需求的前提条件。但与此同时，汽车混线生产也给汽车物流与供应链带来很大挑战，诸如车型增多带来零件数量指数级增加，从而带来库存水平不断增加；不同车型对零件消耗速率不同，导致整个供应链流量的波峰波谷，进而浪费物流资源，这对作为供应链源头的生产计划提出了更高要求。

1 平准化与定序化概述

平准化是在多品种混线生产中的一个概念，是相对于批量生产而言的，指以产品装配线的负荷波动最小为目标，科学合理地编制流水线上各种产品投产的先后顺序，使生产的产品品种、产量、工时、设备负荷等全面均衡。在汽车行业，日本丰田汽车通过目标追踪法，求解生产计划的排产顺序，以满足生产线装配工时、物料消耗速率的平准化需求。胡莎基于物料消耗平准化构建了排产模型，并利用Flexsim软件对优化前后的排产顺序进行仿真[1]。丁继武等基于时段特征构建混流切换模型与混流排程方法，并通过实例验证了排程结果的有效性[2]。宋华明等从供应链视角，构建了准时制系统中各级零部件供应速率平准化的数学模型，并运用模拟退火方法求解排产结果[3]。

目前，对生产计划的研究大多集中在总装车间的生产平准化方面，这对总装车间装配工时均衡化，供应链各环节物流流量均衡化都起到很好的作用。但是，随着客户个性化需求不断增多，一个工厂所兼容的车型也不断增多，多车型混线生产对焊接车间的物流供应提出更多挑战，因线边空间有限，部分零件需随车型进行切换，为减少切换损失，对焊接车间的生产序列有了组批的需求。而总装车间的平准化需求与焊接车间的组批需求显然是矛盾的，这就需要生产计划排程时借助WBS（White Body Storage，简称WBS）/PBS（Painted Body Storage，简称PBS）能力，统筹考虑平准化生产与组批生产的需求。

定序化是对生产计划在平准化基础上的进一步补充与约束，要求各车间在生产过程中尽可能减少对序列的打乱，并通过WBS/PBS库区对打乱的序列进行调整，以确保实际生产序列与计划生产序列一致。顺序遵守率是反映定序化优劣的定量指标，该指标直接影响到零部件库存水平的高低，即若顺序遵守率较低，则需要建立较高的库存应对实际生产序列与计划生产序列的不一致，反之，则仅需要建立较低的库存应对实际生产序列与计划生产序列的不一致。

基于此，本文从总装车间、焊接车间特点出发，构建兼顾焊接车间组批需求的平准化生产序列，并研究提升实际生产序列顺序遵守率的方法。

2 平准化与定序化在S汽车装配企业的应用

2.1 平准化目标设定

平准化目标设定前，介绍一下整车物料号的概念，整车物料号是由14位（不同企业长度略有不同）字母与数字组成，分别代表着车型平台、动力总成等配置、内饰颜色、外饰颜色，在企业内部，车型级、配置级、物料号级代表着由粗到细的颗粒度。

平准化目标涉及时间范围、班级别平准的颗粒度、上线序列平准的颗粒度三个维度，如图1所示。对于平准化的时间范围，行业内也有不同选择，丰田汽车是月度范围内平准，日产汽车是周度范围内平准，S汽车为响应市场需求，将月订单模式优化为周订单，以及海外车型存在交付时间限制，故S汽车的平准化时间范围设定为周度范围内（周间尽可能平准）。对于平准化的颗粒度，结合两种级别平准化的意义进行设定。班级别平准化对汽车物流与供应链流量的均衡化起着决定性作用，为了确保供应链各环节流量均衡，对周订单总量按照物料号的颗粒度平均分配到每个班次，即班级别平准的颗粒度设定为物料号级。上线序列平准化对生产线的装配工时、物流SPS（单台车配套）配料工时、物流零部件配送上线工时的均衡化有着至关重要的影响，同时考虑到影响生产与物流工时均衡的因素主要取决于车型+配置，故上线序列平准化的颗粒度定义为配置级平准。

图1 平准化目标的维度

2.2 生产计划平准化步骤与方法

每周根据销售的订单需求、各车间的产能、生产限制条件策划生产作业计划（班次），根据班级别平准化原则，将物料号级别的周订单平均分配至班次，在物料号级别做到周度订单每班次总量一致。在班次生产任务确定后，将班次生产任务分解为上线序列，如图2所示。生产计划平准化的核心是上线序列平准化，结合平准化目标——生产线的装配工时与物流SPS配料工时均衡化，本文根据出现率原理，编制生产计划上线序列。

图2 生产计划编制步骤

编制班次上线序列分为三步，从报交计划倒推，依次得出总装车间序列、涂装车间序列、焊接车间序列，具体如图3所示。其中总装车间序列是结合生产装配限制条件，根据出现率原理生成；涂装车间序列是结合油漆限制条件，以及颜色6台组批原则生成；焊接车间序列是结合车身限制条件，以及车身12台组批原则生成。

图3 班次上线序列编制图示

其中，总装车间平准化算法的出现率原理是指根据各配置数量所占当班次生产任务数量的比例大小进行上线顺序的选装。第一轮次选择各配置的上线顺序，即对比V1-V3比例，选取比例最大的配置，第二轮次各配置比例减去已排产数量，对比V1-V3比例，选取比例最大的配置，依此类推，得出上线序列。具体来说，假设生产线有V1、V2、V3共3种配置的车型，需求分别为V1：50台，V2:30台，V3：20台，比例分别为0.5,0.3,0.2，进行平准化计算后，得到总装顺序详见表1。

表1 出现率算法示例

2.3 定序化方法

针对S汽车情况，定序化有两层含义，一是上线计划序列化，且SAP系统序列与实际上线序列一致；二是生产过程中的定序化，通过BDC等硬件以及RC（Route Control,简称RC）调度系统等软件确保上线序列的顺序遵守率。

S汽车最初无上线序列，SAP系统发布的是班次各车型批量上线计划，备货时无法确定实际投入时间，因此需增加1个班的安全库存来应对，具体如图4所示。

图4 班次无上线序列的零件需求

结合上一节的班次生产计划平准化，得到可以满足焊接车间、涂装车间、总装车间各自限制的上线序列。此时，SAP系统发布的上线序列是可执行且与实际投入一致，零件只需按计划需求时间到货，可减少1个班安全库存，为应对生产计划波动，设置2h安全库存，具体如图5所示。

图5 班次有上线序列的零件需求

在S汽车装配企业，对于生产过程的顺序控制采用了两种控制方法。第一，生产序列逻辑优化。基于焊接车间、涂装车间、总装车间的需求计算生产序列，该序列不同于原来的班次批量计划，是一种可执行序列，从根本上保障了顺序遵守。第二，BDC调度+RC调度逻辑优化，设定车辆进出BDC库区的规则。S汽车前期因为无定序需求，RC调度规则为各车型按照比例放车，未考虑序列，顺序遵守较差。现将RC调度规则优化为顺序控制，具体如下。

车辆进BDC库区规则：①入库车辆的生产序号和已有车辆车道最后一辆生产序号比较，大则入该道；②如果可进入车道多于一道，选择尾车生产序号较大的一道；③如果没有任何一道尾车比自己小，则另起一道；④对于③的情况，如果所有车道均有车辆则进入差值绝对最小的车道；⑤满足区域设定HOLD规则，设定HOLD情况下HOLD车进HOLD道，若无则按上述规则；⑥满足车道属性设定，同时满足当前车道封闭/解封功能；⑦若入车为空撬，系统按车道优先级入空撬。

车辆出BDC库区规则：

①出库时计算最后排库区内空橇，若系统启用优先排空橇功能后则优先排出。②HOLD车道在未解除HOLD属性时不出车。③正常车辆按照生产序号的小号优先原则出车。

2.4 实施效果

S汽车从平准化与定序化维度对生产计划进行优化后，物流与供应链收益显著。一方面对于零部件安全库存，生产计划波动的安全库存从11h下降到2h，大幅降低了库存面积、库存资金占用以及库存管理成本。另一方面平准化的计划带来均衡化的零部件消耗，对整个供应链运作资源的均衡化也提供了有利条件。

3 结语

随着丰田精益生产思想深入人心，国内外汽车企业涌现出大量关于生产计划平准化理论与实践，但实施效果不尽相同。本文结合S汽车现状，以及三大车间的线体特点、特殊需求，以及物流与供应链运作需求，同时考虑零部件库存优化，从平准化与定序化角度对生产计划进行优化，取得一定成效。

当然平准化与定序化思想的导入只是开始，在实施过程中，仍需要精益求精、持续改善。如分析影响物流与供应链运作的特殊零件，并添加到平准化算法中；监控、分析顺序遵守率差异原因，持续优化改进。