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武汉理工大学毕业设计（论文）装配生产车间仓储配送物流系统分析与优化院（系）：物流工程学院专业班级：物流工程卓越1102班学生姓名：罗丹指导教师：张煜教授摘要汽车零部件配送物流的优化是当前汽车生产企业降低成本、提高市场竞争力的关键，也是优化汽车物流供应链必不可少的环节。本文以专门服务于某汽车企业零部件配送的第三方物流公司为背景，在充分分析了其仓储配送物流现状的基础上，主要运用基于Simio建模仿真的研究方法进行配送系统的分析与优化。通过构建仿真模型还原配送系统运作模式，进而根据仿真结果分析配送系统存在的问题、确定优化目标，并引入惩罚函数的概念作为评价物流作业均衡性的目标函数。文章针对配送系统问题的优化，提出了应用遗传算法驱动仿真来实现配送时点优化的方法，以及台套配送模式优化的方法，最后通过仿真验证了两种方法相结合能够实现物流作业均衡、降低卸货平台拥堵的优化目标。关键词：零部件物流；仓储配送；仿真；遗传算法；惩罚函数；AbstractKeyword：目录1绪论1.1研究背景及意义零部件供应是汽车物流供应链的重要环节，其运营绩效很大程度上决定了供应链系统的整体性能表现，良好的零部件供应水平可以大幅缩短工期、降低成本，提高产品对市场的响应和制造过程的柔性。随着市场竞争的不断深化和加剧，在汽车物流供应链中建立竞争优势的关键，已由过去的节约原料的“第一利润源泉”，提高劳动生产率的“第二利润源泉”，转向建立高效的物流系统的“第三利润源泉”。因此，如何提高物流效率是国内汽车零部件企业必须面临的紧迫问题。欧美国家的发展经验表明，汽车零部件企业要想在竞争中取得胜利，就必须通过第三方物流来提高物流效率，降低运营成本。针对汽车零部件物流配送中心进行研究，可以解决汽车供应链发展中的瓶颈问题，不仅能不断增强企业自身的核心竞争力，同时也能降低物流成本和制造成本，获得更高的市场份额，最终形成良性循环，不断提升汽车工业的效益。作为为汽车公司提供全面物流服务的第三方物流公司，第三方公司需要在零件采购领域、生产制造领域、商品车及售后备件领域与汽车制造公司进行全面的物流合作。第三方物流公司零部件配送服务的优劣直接影响到整个汽车制造行业的运作。此外，由于单一的汽车物流供应链已明显不能满足飞速发展的市场需要，要满足顾客的要求、提高市场占有率、降低成本以获得良好的经营利润，就必须对原有的供应链进行一体化的优化和管理。而第三方物流公司是供应商与生产商之间连接的纽带，因此能否实现第三方物流运作与其供给对象的产能匹配，提升流程的整体效率及品质，不仅是汽车零部件物流的研究关键，也是汽车物流一体化的关键。有鉴于此，本研究课题以某汽车行业的第三方物流公司为背景，针对其物流作业计划不均衡的问题，使用仿真和局部优化算法，对仓储配送实际情况和装配线生产能力和计划进行分析，通过调整零部件的配送时间和配送模式对原有的配送系统进行优化，最后提出一个较为完整的优化方案，从而改善配送系统的均衡性、优化供应链。1.2国内外研究现状针对汽车零部件物流的特点和配送系统的优化目标，本文分析和研究了现阶段国内外汽车零部件物流、配送系统建模仿真优化的研究现状，以及未来发展的方向。由于汽车零部件物流的特性，它与传统的物流有共性，也存在着区别。传统物流中涉及的问题大多数都已有了较为成熟的研究。但专门致力于汽车零部件物流的研究为数不多。就这个问题NilsBoysen[i]等人以文献综述的形式，详述了汽车零部件物流中各个工序中存在的重要决策问题，以及相应问题的现有文献和研究成果，并且分析了未来的发展趋势和研究方向。文章重点指出了关于汽车零部件物流现阶段的研究主要集中在订单接收、运输和配送物流的相关问题上，有些工序和决策问题很少或是几乎没有文章就此进行研究，例如，空箱回收、零部件接收以及零部件存储。汽车行业中，第三方物流的中转仓库常常设置在离生产工厂较近的地方，那么这类配送问题的解决方式就可以借鉴传统配送物流的优化方法。TauseefAized,JagjitSinghSrai[ii]使用Petri网通过分层建模的方法研究分析了最后一公里物流配送系统。文章中所提出的方案适用于在确定的地理位置交货的路径和拥塞规划。研究虽然是针对最后一公里物流配送的，但它的方案对于路径规划和解决车辆堵塞问题有着一定的借鉴作用，可以扩展到汽车零部件的物流配送系统中去。使用这种方式解决汽车零部件物流问题的研究也是有的，例如Sadjadi[iii]等人提出的优化模型就将汽车行业的JIT循环取货处理为常见的带时间窗的车辆路径问题（VRPTW）的延伸。一般情况下，由于汽车行业中零部件物流的特殊性，运输物流的标准问题还不能适用于零部件物流，但作者通过对一般车辆路径问题进行延展，将特殊问题一般化，从而实现了使用常规的方法解决这一新兴领域的问题。对于汽车的装配生产来说，混流装配线的研究和应用日益普及。相应的混流装配线的配送车辆调度越来越收到重视，例如ChuangjianWang等人[iv]使用仿真软件结合遗传算法，对混装模型装配线进行了路径约束优化，同时提出了一种车辆运动的动态调度方法，这种方法可以在仿真过程中动态地调整控制策略和决策参数，有助于形成更加丰富的设计方案。王旭等人[v]为解决汽车混流装配线物料准确地动态配送问题，设计了基于RFID技术的汽车混流装配的零部件动态配送方案。周金波[vi]利用eM-Plant仿真平台建立了装配线物料配送仿真系统。仿真分析后发现原方案存在不合理之处。采用试验设计方法，研究了生产计划的完成时间与装配线物料缓冲区的大小和配送小车的数量、速度以及装载量之间相互关系。沈维蕾等人[vii]为了实现混流装配线高效率低成本的物料配送，结合制造执行系统特点，设计了一种动态的物料配送方案。在汽车行业中，同种零件常常会存在着多种型号，因此台套配送成为零部件物流中常用的一种配送方式。台套配送是为了装配操作的方便，以一辆车或一个工段为单位划分的物料集中存放在一个或多个容器中成批配送的配送方式，它能够有效地充分利用容器的空间，提高运输车辆的积载率。XiangguoMa[viii]通过一个配送中心分拣系统的仿真和优化，对比了在相同条件下单一拣货和批量拣货这两种拣货策略的优劣,最后得出了批量拣货更优的结论。Limère[ix]论述了在汽车装配行业中台套配送的优缺点，针对于汽车零部件物流的特殊性，台套配送具有其独特的优势，但是在实际中增加了人工劳动，同时该方法也受到零件尺寸和组装线空间的限制，应用时还需结合实际的情况进行决策。Limère等人[x]的论文，是基于Limèreix的论文提出的更详细的决策模型，这个模型主要用于台套采购和线边存储之间的决策问题。Glock和Gross[xi]的论文是专门是致力于汽车行业零部件调度的。在汽车行业中，由于同一种零件的不同型号可能同时需要，因此拣货列表是有特殊结构的。关于这类问题，作者考虑了一些布局问题，例如，移动仓库的布局，在U形货架中合适的产品位置的问题，以及短期的配料和路径问题。对于后两个问题，他们提供了一种简单的启发式算法，并通过综合计算研究测试了该算法。未来的研究可以建立在这次汽车行业模拟零部件调度的基础上进行。例如，可以开发更精确的程序，而关于（长期）布局规划和（短期）配料、路径之间的相互依赖关系的进一步的研究将会有重大的意义。在汽车零部件物流问题解决方法中，仿真方法得到广泛的应用，一般仿真软件有Flexsim，例如施文[xii]，eM-Plant，例如周金波vi，Petri网，例如TauseefAized等人ii，AnyLogic，例如万力之[xiii]等。张凯等人[xiv]针对传统数值方法难以求解复杂排队系统模型的问题，采用了新一代面向对象的Simio仿真软件进行建模和仿真分析。作为比较新兴的一种仿真软件，Simio在汽车零部件物流中得到了应用，例如岳磊[xv]，ChuangjianWang等人iv。为了提高仿真优化方法解决问题的效率,常常将仿真优化过程与优化算法相结合，常用到的算法是启发式算法，例如Glock和Grossxi为解决短期的配料和路径问题，他们提供了一种简单的启发式算法；岳磊xv，ChuangjianWang等人iv使用遗传算法驱动仿真软件。应用于汽车零部件物流比较新兴的一种算法是响应面法，例如施文xii，WenShi等人[xvi]多次使用响应面法来研究越库系统。另外值得一提的是随着信息技术的发展，有越来越多对于汽车零部件物流的研究将信息技术考虑在研究之中。例如，王旭等人v通过RFID识别跟踪实际生产进度，将配送单动态地发给配送人员，采用惩罚函数对人员配送效率进行考核，并计算配送开始的最佳时间。最后结合算例验证了方案的可行性和实用性。沈维蕾等人[vii]通过引入工位信息元概念，通过构建产品装配过程实时状态监控模型，实时跟踪在制品信息,进而实现了装配车间实时生产进程信息和物料信息的集成，此外文章采用时间惩罚函数最小化的算法确定配送人员最佳出发时间，以达到装配线在不缺料停工的情况下单次配送数量、配送种类的最大化。综上所述，物流配送系统的规划与优化的研究无论是数学建模还是仿真优化都有了较为成熟的决策模式和规划方法，但是对汽车物流零部件的配送领域专门进行研究的还只是少数，在国外，汽车零部件物流中，订单接收、运输和配送物流的相关问题已经得到重视有了一定的研究，但空箱回收、零部件接收以及零部件存储这些领域却一直被忽视。国内汽车零部件物流的研究起步相对较晚，在实际应用中也还未得到有效的实施，汽车零部件物流所花费的成本仍然占较大的比重。因此在国内，汽车零部件物流的研究可以探讨以下几个方面问题：a.随着自营物流逐渐转化为第三方物流，需要结合实际情况深入研究第三方物流的经营模式的优化和实施。b.国内汽车零部件混流配送领域，很多公司的运营还是主要依照过往的经验在运作，研究可以结合公司案例使用建模仿真的方法对整个配送系统进行优化。c.汽车物流中信息技术应用尚不成熟，信息系统不够完善，未来的研究可以从优化汽车零部件物流的信息技术着手。d.单一的汽车物流供应链已明显不能满足飞速发展的市场需要。要满足顾客的要求、提高市场占有率、降低成本以获得良好的经营利润，就必须对原有的供应链进行一体化的优化和管理。因此未来的研究可以从汽车零部件物流供应链一体化着手。综上所述，本文提出用仿真分析的方法对汽车物流配送系统进行研究，在课题中应用惩罚函数、遗传算法、台套配送这些技术手段对课题研究的配送系统进行优化，以实现系统物流作业均衡的目标。1.3研究方法与仿真工具1.3.1研究方法本课题所研究的物流配送系统由于其复杂的运作过程，具有诸多影响工作效率和产生约束的因素，所以如何规划配送系统、如何评价规划方案是否可以达到预期的要求是客户和工程师最关心的问题。配送系统大多是离散的、复杂的系统，最初，人们都是通过建立数学模型来对物流系统进行分析和求解的，但是人们对复杂事物和复杂系统建立数学模型并进行求解的能力是有限的，目标函数和约束条件往往不能以明确的函数关系表达，或由于系统在实际设计中有着诸多的不确定性，从而导致函数带有随机参、变量，使得基于数学模型的优化分析方法在应用于实际生产时，有其局限性甚至不适用。因此建模仿真的方法被提出，并在配送系统的规划中成为越来越重要的分析和决策方法。此外，相较于建立数学模型来说，建模仿真的研究方法在体现人性化方面也有着一定的优势。对规划人员来说，他可以利用系统的建模与仿真对规划设计中的系统进行研究，通过仿真模拟来选定各有关要素的值。对决策者来说，通过规划人员提供的要素值即可获得系统运行后关于系统服务水平和可能产生的现象的有关信息，以便修订计划或者决策。对运营管理人员来说，系统的建模与仿真的方法可以对他们的管理工作提供帮助，例如对现有系统进行分析、剖析系统的流程、分析系统元素分配的合理性，为优化系统的各个环节提供依据。总的来说，选用建模仿真的研究方法是因为通过这种方法对配送系统进行研究可以把配送系统中各成分有机地联系起来，从系统化、集成化的角度出发去分析、研究和改进系统，进而对现有系统进行更