葛 文，韓文民，李夢(mèng)新

（江蘇科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

1 引言

受到消費(fèi)者需求日趨多樣化和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈等因素的綜合影響，制造型企業(yè)正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如何降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行效率成為工業(yè)企業(yè)面臨的重要課題。有研究表明，在許多汽車制造企業(yè)，物料在車間內(nèi)的搬運(yùn)成本就達(dá)到了產(chǎn)品總成本的15%-30%[1]。因此，設(shè)計(jì)合理、高效的物料配送系統(tǒng)對(duì)降低混流裝配線的運(yùn)行成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

齊套配送系統(tǒng)（Kitting System）是根據(jù)準(zhǔn)時(shí)化理念實(shí)施的一種將零件揀配與裝配線相分離的物流配送新模式[2]。齊套配送指企業(yè)內(nèi)部物流工人將組裝單個(gè)產(chǎn)品單元所需的所有零件提前揀選成組，并按裝配順序放置于一個(gè)或多個(gè)物料箱中，再根據(jù)制造執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)布的上線進(jìn)度指示將套件準(zhǔn)時(shí)化配送至裝配線上的物料配送策略，上線過程如圖1所示。相比于批量配送和看板配送等傳統(tǒng)零部件供應(yīng)策略，齊套零件策略降低了線邊零件的庫(kù)存堆積，消除了取料過程中尋找、識(shí)別和走動(dòng)等無(wú)價(jià)值的動(dòng)作，使得裝配線上的員工專注于裝配作業(yè)，減少取料過程中的人為失誤。另外，齊套零件策略能夠不受零件、工位和產(chǎn)品類型的限制，裝配工只需在隨工件同步移動(dòng)的料車上取出相應(yīng)的零部件裝配到工件上即可[3]。通過對(duì)零部件采取這種齊套件策略，能夠有效提高企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的整體效率，減少和控制庫(kù)存，達(dá)到一個(gè)流的同步供應(yīng)。

圖1 齊套配送過程示意圖

近年來(lái)，齊套零件策略引起了許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。周健等[4]通過對(duì)時(shí)間、物料內(nèi)容和配送協(xié)同的管理，建立了以裝配執(zhí)行過程為主線、以工藝流程節(jié)點(diǎn)為核心和以物料需求狀態(tài)為管理對(duì)象的漸增式齊套狀態(tài)協(xié)調(diào)機(jī)制。劉軒等[5]針對(duì)齊套制造中動(dòng)態(tài)性所帶來(lái)的多維度影響，分析了在“生產(chǎn)-物流”運(yùn)作過程中動(dòng)態(tài)性的影響范圍，在拓展物聯(lián)網(wǎng)信息架構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了面向齊套制造的三層兩階段齊套聯(lián)動(dòng)機(jī)制。周炳海等[6-7]建立了成套零件策略下線邊超市中物流工人補(bǔ)貨任務(wù)的調(diào)度模型，并采用Kuhn-Munkres和改進(jìn)型和聲搜索算法進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物流工人的配送工位分配和周期性配送優(yōu)化。Hanson等[8]研究了復(fù)雜產(chǎn)品手工裝配生產(chǎn)中齊套工作各個(gè)部分對(duì)取料時(shí)間的影響，通過對(duì)裝配順序調(diào)整和裝配件采用的齊套比例的控制，達(dá)到縮短潛在取料距離的目的。Hanson等[9]還通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了AR技術(shù)在齊套配送過程中傳遞揀選信息的高效作用，提高了揀選準(zhǔn)確率和系統(tǒng)運(yùn)行效率。

綜上所述，目前學(xué)者對(duì)成套零件策略的研究主要集中在內(nèi)部供應(yīng)鏈與生產(chǎn)計(jì)劃的耦合機(jī)制上，且研究大多假設(shè)套件準(zhǔn)備過程中物流工人不會(huì)出現(xiàn)人為失誤。但是，由于齊套零件策略涉及訂單處理、套件準(zhǔn)備、裝載、料車配送和交付檢查等多項(xiàng)工作，其中套件準(zhǔn)備又包括零件揀選、計(jì)數(shù)以及放置到套件中的正確位置等內(nèi)容，且套件出現(xiàn)錯(cuò)誤后的糾錯(cuò)成本遠(yuǎn)大于其他供料策略，因此人為失誤是導(dǎo)致齊套配送系統(tǒng)出現(xiàn)質(zhì)量問題的關(guān)鍵所在。為此，本文分析了成套零件策略下套件準(zhǔn)備和交付過程中出現(xiàn)的人為失誤，并建立模型對(duì)裝配系統(tǒng)的質(zhì)量成本進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估，幫助企業(yè)管理者在實(shí)施齊套零件策略時(shí)探索可行的方案并做出具有成本效益的決策。

2 方法

為了建立齊套配送系統(tǒng)的質(zhì)量成本模型，采用了Schuller 等提出的基于人為失誤分析技術(shù)的一般性方法[10]，該方法包括以下六個(gè)步驟：

（1）任務(wù)描述。首先對(duì)齊套配送過程的各項(xiàng)工作任務(wù)進(jìn)行描述。

（2）人為失誤的分類。假設(shè)一組具有代表性的人為失誤類別，以檢查它們?cè)谌蝿?wù)執(zhí)行期間是否有可能發(fā)生。本文參考Schuller等的研究，將工人在齊套配送過程中可能出現(xiàn)的人為失誤分為遺漏、偏離、選擇錯(cuò)誤、排序錯(cuò)誤、時(shí)間錯(cuò)誤和數(shù)量錯(cuò)誤六類。

（3）任務(wù)與人為失誤的關(guān)聯(lián)。通過對(duì)任務(wù)列表和所采用的人為失誤類別進(jìn)行匹配，得到每個(gè)任務(wù)執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)的人為失誤的矩陣，然后評(píng)估每種人為失誤的結(jié)果，以確定其對(duì)整個(gè)齊套配送過程可能帶來(lái)的物流錯(cuò)誤。由此得到一個(gè)物流錯(cuò)誤的詳盡列表，每個(gè)物流錯(cuò)誤都與其人為失誤集相關(guān)。

（4）質(zhì)量問題與物流錯(cuò)誤的關(guān)聯(lián)。通過分析物流錯(cuò)誤的來(lái)源，識(shí)別出可能產(chǎn)生的質(zhì)量問題，并且針對(duì)性的提出消除質(zhì)量問題的方法措施。

（5）質(zhì)量問題發(fā)生概率的確定。采用THERP 法計(jì)算執(zhí)行齊套配送過程各項(xiàng)任務(wù)的人為失誤率，根據(jù)人為失誤率運(yùn)用事件樹方法計(jì)算每種質(zhì)量問題的發(fā)生概率。

（6）質(zhì)量問題成本估算。如果在步驟（4）中定義了某種質(zhì)量問題，則確定其相應(yīng)的糾錯(cuò)成本。因此，借助于在步驟（5）中得到的每種質(zhì)量問題的發(fā)生概率來(lái)計(jì)算總的預(yù)期糾錯(cuò)成本。

其中，THERP 法（即人的失誤預(yù)測(cè)技術(shù)）是一種系統(tǒng)性較強(qiáng)的人因可靠性分析方法，目前在復(fù)雜系統(tǒng)分析常規(guī)試驗(yàn)、執(zhí)行任務(wù)的人因可靠性量化分析等方面應(yīng)用廣泛[11]。該方法包含了HRA 事件樹、人員行為形成因子PSFs、動(dòng)作相關(guān)性分析等方面，并結(jié)合人誤數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行定量計(jì)算。

3 齊套配送系統(tǒng)質(zhì)量成本模型

3.1 套件準(zhǔn)備過程中人為失誤分析

基于Pelagagge等對(duì)套件準(zhǔn)備過程中各項(xiàng)任務(wù)的描述，本文分析探討了物流工人在套件準(zhǔn)備過程的各項(xiàng)任務(wù)中可能出現(xiàn)的各種人為失誤，并且評(píng)估了每種人為失誤可能給整個(gè)套件準(zhǔn)備過程帶來(lái)的物流錯(cuò)誤，對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 套件準(zhǔn)備過程中的錯(cuò)誤列表

根據(jù)表1分析，套件準(zhǔn)備過程中有五類潛在的物流錯(cuò)誤，即（Ⅰ）套件中缺失一種或幾種零件；（Ⅱ）套件中存在著錯(cuò)誤的零件類型；（Ⅲ）零件無(wú)法使用；（Ⅳ）零件數(shù)量有誤；（Ⅴ）零件在套件中的放置順序有誤。

因此，為了在套件中正確準(zhǔn)備某類型零件，物流工人需要正確執(zhí)行以下步驟：

（S1）確保套件中不缺失該類型零件；

（S2）確保所有零件都屬于該類型零件；

（S3）確保零件未損壞；

（S4）確保零件數(shù)量正確；

（S5）確保零件裝入套件中的正確位置；

（S6）確保有效的檢查。

上述每一個(gè)步驟都可能存在物流錯(cuò)誤，每一個(gè)物流錯(cuò)誤又存在著一種或多種原因，從表1中人為失誤與物流錯(cuò)誤的對(duì)應(yīng)關(guān)系可得到物流錯(cuò)誤的成因如下：

（E11）由于在編制料單時(shí)出錯(cuò)，零件類型未包含在料單中；

（E12）零件類型已包含在料單中，但物流工人未讀取到料單的相應(yīng)欄目；

（E13）物流工人讀取與零件類型對(duì)應(yīng)的欄目，但忘記揀配零件；

（E14）零件從線邊超市中丟失，但物流工人忘記上報(bào)缺貨并繼續(xù)準(zhǔn)備套件；

（E15）物流工人正確地從線邊超市中揀配零件，但在配套區(qū)域忘記將揀配好的零件裝入套件中；

（E21）由于在編制料單時(shí)出錯(cuò)，揀貨單中包含了錯(cuò)誤的零件類型；

（E22）物流工人在讀取料單時(shí)出錯(cuò)；

（E23）零件放置在線邊超市中的位置有誤，導(dǎo)致錯(cuò)誤的零件類型存儲(chǔ)在該零件的位置（存放錯(cuò)誤）；

（E24）物流工人從錯(cuò)誤的存儲(chǔ)位置揀配零件；

（E25）物流工人未能根據(jù)零件的特征正確識(shí)別零件類型，選擇相似但不正確的零件；

（E26）物流工人在加工零件時(shí)出錯(cuò)（如切割長(zhǎng)度有誤、未清潔等）；

（E31）物流工人忘記驗(yàn)證所選零件的完整性；

（E32）物流工人在加工零件時(shí)造成損壞；

（E41）物流工人忘記對(duì)零件進(jìn)行計(jì)數(shù)；

（E42）物流工人計(jì)數(shù)錯(cuò)誤；

（E51）物流工人將正確的零件裝入套件中的錯(cuò)誤位置（順序錯(cuò)誤）；

（E61）物流工人忘記進(jìn)行最終質(zhì)量檢查；

（E62）物流工人執(zhí)行檢查，但未能識(shí)別和糾正被檢查零件可能存在的錯(cuò)誤。

除了對(duì)套件進(jìn)行最終的質(zhì)量檢查外，物流工人可能在中間步驟的執(zhí)行過程中糾正一些錯(cuò)誤。例如，在加工零件時(shí)，操作員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)零件已損壞，并可能在完成任務(wù)前糾正此錯(cuò)誤。其中，E11和E21為不可糾正型錯(cuò)誤。

3.2 計(jì)算套件錯(cuò)誤率

基于THERP 方法和上一節(jié)中分析的錯(cuò)誤來(lái)源，得到了如圖2所示的錯(cuò)誤樹。在樹中，左箭頭序列表示在套件中正確準(zhǔn)備某類型零件的所有步驟Sj（j=1,…,6）。從第j步驟節(jié)點(diǎn)出發(fā)的右箭頭表示第j步驟中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤事件，每個(gè)右箭頭記為Eji，表示在執(zhí)行第j步驟時(shí)發(fā)生第i個(gè)錯(cuò)誤。在每個(gè)步驟中物流工人都可以糾正其所犯的人為失誤，這由指向左的虛線箭頭表示，該箭頭按正確的執(zhí)行順序返回到主路徑。

圖2 在套件中正確準(zhǔn)備某類型零件的錯(cuò)誤事件樹

設(shè)pji為物流工人執(zhí)行j步驟時(shí)發(fā)生第i種人為失誤的概率，Nj為j步驟可能發(fā)生的錯(cuò)誤類型數(shù)，則物流工人不能正確執(zhí)行第j步驟的概率Fj為：

就E25而言，假設(shè)每種零件都具有F個(gè)能夠?qū)⒃摿慵c類似零件區(qū)分開來(lái)的不同特征。典型特征包括外形、顏色、對(duì)稱性、特殊的幾何特征（如槽、孔等）、識(shí)別碼等。一種零件被正確識(shí)別的前提是物流工人至少識(shí)別了其中的一個(gè)特征，則未能正確識(shí)別零件類型的概率p25為：

其中，pFIf為物流工人未能識(shí)別第f個(gè)零件特征的概率。因此，F(xiàn)值越大，即區(qū)別零件的特征數(shù)越多，則將正確零件與相似的其他零件相混淆的概率就越低。本文假設(shè)，對(duì)于形狀、顏色和識(shí)別碼特征，pFIf=0.01，而對(duì)于對(duì)稱或其他幾何特征，pFIf=0.03。

因此，在套件中正確準(zhǔn)備某類型零件的概率Sp為：

THERP法還通過行為形成因子（PSF）來(lái)描述工人在工作過程中的內(nèi)外部環(huán)境及壓力對(duì)人為失誤率的影響。假設(shè)物流工人在工作過程中受K個(gè)行為形成因子的影響，以此對(duì)標(biāo)定的人為失誤概率進(jìn)行修訂：

其中，pNji為標(biāo)定的人為失誤率，PSFcji為復(fù)合行為形成因子。結(jié)合蔣英杰等[12]對(duì)不同行為形成因子的歸納總結(jié)，本文選取了9個(gè)對(duì)物流工人揀料作業(yè)人為失誤率產(chǎn)生影響的行為形成因子，其對(duì)應(yīng)的PSF等級(jí)和取值見表2。

根據(jù)在套件中正確準(zhǔn)備某類型零件的概率Sp，得到物流工人正確準(zhǔn)備包含P種類型零件的套件的正確率ε以及套件中的預(yù)期不合格零件類型數(shù)NPNC為：

3.3 套件配送和使用過程中的人為失誤分析

套件配送和使用中的人為失誤分析過程與套件準(zhǔn)備中的人為失誤分析過程相一致，錯(cuò)誤列表見表3。

根據(jù)表3分析，套件配送和使用過程中有三類潛在的物流錯(cuò)誤，即：

（Ⅵ）套件配送錯(cuò)誤；

（Ⅶ）套件準(zhǔn)備有誤（包含了物流錯(cuò)誤類型Ⅰ-Ⅴ）；

（Ⅷ）裝配錯(cuò)誤。

表2 行為形成因子列表

表3 齊套配送過程中的錯(cuò)誤列表

3.4 齊套配送系統(tǒng)中的質(zhì)量問題分析

上節(jié)分析的物流錯(cuò)誤確定了齊套零件策略中的質(zhì)量問題。然而，在工位檢查到的所有錯(cuò)誤都可以通過產(chǎn)生糾錯(cuò)成本來(lái)及時(shí)糾正，而未檢查到的錯(cuò)誤則決定了不合格產(chǎn)品的質(zhì)量成本，并且可能需要單獨(dú)的線端糾正措施?？傮w而言，從套件準(zhǔn)備區(qū)域流出的套件可以是無(wú)差錯(cuò)的，也可以包含一個(gè)或多個(gè)人為失誤。如果出現(xiàn)正確準(zhǔn)備的套件被配送至錯(cuò)誤工位的情況，裝配工人也可能檢查到錯(cuò)誤并及時(shí)更換套件，否則將會(huì)裝配出不合格產(chǎn)品。如果將正確準(zhǔn)備的套件配送至正確的工位，裝配工人也可能出現(xiàn)裝配錯(cuò)誤。基于以上分析，得到齊套零件策略可能出現(xiàn)的五種質(zhì)量問題：

QP1:由于配送錯(cuò)誤而使用錯(cuò)誤套件產(chǎn)生不合格產(chǎn)品（來(lái)源于物流錯(cuò)誤Ⅵ）。

QP2:檢測(cè)出配送錯(cuò)誤并及時(shí)更換套件（來(lái)源于物流錯(cuò)誤Ⅵ）。

QP3:使用未檢查到的包含錯(cuò)誤零件的套件裝配而產(chǎn)生的線端糾正（來(lái)源于物流錯(cuò)誤Ⅶ，即Ⅰ-Ⅴ）。

QP4:檢測(cè)出套件中存在的錯(cuò)誤并及時(shí)更換零件（來(lái)源于物流錯(cuò)誤Ⅶ，即Ⅰ-Ⅴ）。

QP5:裝配錯(cuò)誤而產(chǎn)生不合格產(chǎn)品（來(lái)源于物流錯(cuò)誤Ⅷ）。

3.5 計(jì)算套件配送和使用錯(cuò)誤率

為了對(duì)套件配送和使用過程中的錯(cuò)誤進(jìn)行建模，采用了二叉事件樹來(lái)跟蹤從下達(dá)套件訂單開始，到套件準(zhǔn)備區(qū)域揀配零件，再到料車配送至工位和裝配使用的整個(gè)物流過程中的任務(wù)和可能發(fā)生的錯(cuò)誤，套件配送和使用過程中的錯(cuò)誤樹如圖3所示。

圖3 齊套配送過程錯(cuò)誤事件樹

對(duì)于每個(gè)事件節(jié)點(diǎn)，只考慮正確和錯(cuò)誤兩種結(jié)果。其中α為正確下達(dá)套件訂單的概率，β為正確選擇套件的概率，γ為正確配送套件的概率，δ為裝配工檢測(cè)到配送錯(cuò)誤的概率，ε為正確準(zhǔn)備套件的概率，ζ為裝配工檢測(cè)到套件中所有錯(cuò)誤的概率，η為正確裝配所有零件的概率。令pDE為檢測(cè)到套件中單個(gè)錯(cuò)誤的概率，pEA為正確裝配某類型零件的概率，則可得到ζ和η的表達(dá)式為：

在事件樹中，每個(gè)結(jié)果發(fā)生的概率是從樹根到所考慮結(jié)果的路徑分支相關(guān)所有概率的乘積。當(dāng)不同路徑導(dǎo)致相同結(jié)果時(shí)，該結(jié)果的總概率是導(dǎo)致該結(jié)果的每條路徑的概率之和，以此得到齊套配送系統(tǒng)中五種質(zhì)量問題發(fā)生的概率。

3.6 計(jì)算糾錯(cuò)成本

如果某質(zhì)量問題在裝配線工人執(zhí)行裝配任務(wù)之前被檢測(cè)，則通過更換套件中錯(cuò)誤或損壞的零件或更換整個(gè)套件等方式進(jìn)行糾正，這意味著必須有工人或運(yùn)輸機(jī)往返套件準(zhǔn)備區(qū)域并揀選替代零件或套件；如果質(zhì)量問題未在裝配之前被檢測(cè)，則產(chǎn)出不合格產(chǎn)品，這需要有單獨(dú)的線端進(jìn)行返工。令CD 和CU 分別為糾正兩類質(zhì)量問題時(shí)產(chǎn)生的單位錯(cuò)誤成本，計(jì)算如下：

其中，Tp(h)為在線邊超市揀選替代零件或套件所需時(shí)間，davg為工位至套件準(zhǔn)備區(qū)域的平均距離，vtp為工人或運(yùn)輸機(jī)的行走速度，Co為單位時(shí)間成本，Td(h)為拆卸不合格品所需時(shí)間，Ti(h)為識(shí)別不合格品質(zhì)量問題的檢查時(shí)間，Ta(h)為重新裝配時(shí)間。另外，由于配送錯(cuò)誤而使用錯(cuò)誤套件裝配產(chǎn)生不合格品需承擔(dān)固定成本NC，由此得到上述五種質(zhì)量問題的糾錯(cuò)成本。

假設(shè)某裝配線每年生產(chǎn)A 件產(chǎn)品，則其在齊套零件策略下由于人為失誤而引起的總質(zhì)量成本TQC為：

4 建議

為了有效減少由于人為失誤而引起的質(zhì)量成本，可以從以下幾個(gè)方面入手：

（1）嚴(yán)格控制訂單下達(dá)過程。需要保證套件準(zhǔn)備區(qū)域所配送的零件與生產(chǎn)線上的產(chǎn)品類型和配置相對(duì)應(yīng)，這就需要完善的物流信息系統(tǒng)提供技術(shù)支和信息保障。MES系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)套件準(zhǔn)備區(qū)域的作業(yè)指示和產(chǎn)品序列的及時(shí)供應(yīng)，套件準(zhǔn)備區(qū)域?qū)α慵?shí)施揀配，并按照一定的次序?qū)⒘宪囁椭辆€邊，保持與裝配線生產(chǎn)產(chǎn)品類型的一致性。

（2）合理安排混流裝配線排序。揀選作業(yè)物流工人在極短時(shí)間內(nèi)識(shí)別零件，若合理安排產(chǎn)品上線排程，采取集中輪番生產(chǎn)方式，能夠使物流工人避免頻繁更換揀選零件，有效降低物流作業(yè)中零件揀選的錯(cuò)配率和漏配率。

（3）合理布置線邊超市。套件準(zhǔn)備區(qū)域應(yīng)設(shè)置在各裝配線邊，使料車的行運(yùn)距離盡量短。對(duì)于線邊超市中料架的布局設(shè)計(jì)，應(yīng)采用按零件種類和按產(chǎn)品種類混合布局的方式，使用頻率高的零件和產(chǎn)品生產(chǎn)比例高的零件應(yīng)放置在易找易取的地方，并做好標(biāo)簽、看板等工作，使用色別、位差等方法有效降低人為失誤率。

（4）加強(qiáng)員工培訓(xùn)。企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工人工作技能的培訓(xùn)，提高物流工人的揀配技能和線上工人的裝配技能，提升工人在工作過程中及時(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤并糾正的能力。另外，還可以通過一些輪崗和排班計(jì)劃幫助工人更好的熟知工作內(nèi)容。

（5）重視對(duì)非任務(wù)型因素的管理。企業(yè)還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)工作場(chǎng)所工效學(xué)質(zhì)量、組織和社會(huì)層面的工作環(huán)境、工人身體素質(zhì)、心理應(yīng)激因素和環(huán)境條件等非任務(wù)型因素的管理。