高曉燕+韓慶田

[摘 要] 在分析現(xiàn)代倉儲(chǔ)系統(tǒng)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了復(fù)合作業(yè)流程下的倉儲(chǔ)系統(tǒng)仿真模型，對有序存放模式下倉儲(chǔ)作業(yè)進(jìn)行了仿真，針對出現(xiàn)的堵塞問題進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果分析。結(jié)果表明，改進(jìn)之后的設(shè)備配置更能有效地發(fā)揮出各個(gè)機(jī)械設(shè)備的效能，提高整個(gè)倉庫系統(tǒng)的效率。

[關(guān)鍵詞] 倉儲(chǔ)系統(tǒng)；Flexsim；仿真

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 23. 079

[中圖分類號] TP393 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2016）23- 0144- 05

1 引 言

自動(dòng)化立體倉庫是一種基于高層貨架、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理、采用自動(dòng)化存取輸送設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行存取作業(yè)的倉儲(chǔ)系統(tǒng)[1]，具有存儲(chǔ)量大、存儲(chǔ)效率高、自動(dòng)化和信息化水平高等優(yōu)點(diǎn)，越來越得到廣泛認(rèn)同和普遍使用。自動(dòng)化倉庫作為物流系統(tǒng)的一個(gè)核心和樞紐，是物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物流合理化的關(guān)鍵所在，在物流中就充當(dāng)這樣一個(gè)貨物儲(chǔ)存的角色。

利用計(jì)算機(jī)對立體倉庫進(jìn)行建模與仿真，通過系統(tǒng)三維仿真設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤與分析，是構(gòu)建自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)、評價(jià)系統(tǒng)效率、發(fā)現(xiàn)改進(jìn)瓶頸問題的快捷有效手段。Flexsim是一套系統(tǒng)仿真模型設(shè)計(jì)、制作與分析的工具軟件。它集計(jì)算機(jī)二維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體，專門面向制造、物流等領(lǐng)域。運(yùn)用Flexsim系統(tǒng)仿真軟件，可在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立研究對象的二維模型，然后對模型進(jìn)行各種系統(tǒng)分析和工程驗(yàn)證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)或改造方案[2]。

在物流領(lǐng)域，應(yīng)用Flexsim進(jìn)行系統(tǒng)仿真方法，進(jìn)行了相關(guān)的研究工作。常鵬[3]針對散貨碼頭物流系統(tǒng)建立了散貨碼頭設(shè)備的三維模型，并應(yīng)用Flexsim對其進(jìn)行了仿真研究。張曉萍[4]研究了基于Flexsim的倉儲(chǔ)系統(tǒng)仿真問題。肖江波等[5]以某物流配送中心為例，基于Flexsim軟件探討了物流配送中心規(guī)劃中的規(guī)模確定、功能布置方案以及裝卸工作對配送中心倉庫布局的要求，配送中心倉庫建筑物的位置布局等要求。肖鋒[6]利用建立集裝箱碼頭裝卸作業(yè)仿真模型，應(yīng)用Flexsim為生產(chǎn)管理者提供視覺上的決策支持，利用其核心機(jī)制一任務(wù)序列驅(qū)動(dòng)設(shè)備模型，實(shí)現(xiàn)裝卸作業(yè)過程的三維動(dòng)態(tài)仿真。李俊等[7]從企業(yè)倉儲(chǔ)作業(yè)中出入庫調(diào)度策略的需求出發(fā)，利用面向?qū)ο蠼＠碚摵虵lexsim仿真軟件進(jìn)行入庫策略的建模，給出一種將復(fù)雜策略結(jié)果映射到仿真模型的方法并將其應(yīng)用與仿真實(shí)例中。目前文獻(xiàn)對于入庫流程的優(yōu)化研究較少，本文基于Flexsim軟件對復(fù)合作業(yè)流程下的倉儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真優(yōu)化研究，改進(jìn)設(shè)備配置，以便更有效發(fā)揮各個(gè)機(jī)械設(shè)備的效能，提高整個(gè)倉庫系統(tǒng)的效率。

2 倉儲(chǔ)系統(tǒng)復(fù)合作業(yè)流程建模

復(fù)合作業(yè)流程主要模擬的是日常工作中最為普遍的一種作業(yè)形式。一方面，各物資需求單位向倉庫不斷請領(lǐng)而獲得各類物資器材，倉庫不斷向外出貨。另一方面，各個(gè)生產(chǎn)廠家會(huì)根據(jù)合同不斷向倉庫交付新品或者返還返廠修理的器材，其他單位借走調(diào)用的器材也會(huì)不定時(shí)的退還倉庫，倉庫不斷向內(nèi)進(jìn)貨，根據(jù)業(yè)務(wù)活動(dòng)流程構(gòu)建系統(tǒng)模型。

首先，進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)建模，對仿真對象的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，分析采集的數(shù)據(jù)，得出近似的數(shù)據(jù)分布函數(shù)，將實(shí)際業(yè)務(wù)中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入并得到各種數(shù)據(jù)的均值、最值，選擇最佳的概率分布函數(shù)，確定其分布函數(shù)的具體參數(shù)；然后，確定入庫作業(yè)的影響因子，通過業(yè)務(wù)模型與Flexsim所含控件比較，確定參數(shù)設(shè)置；最后，通過Flexsim的導(dǎo)入功能直接生成二維模型。

根據(jù)參數(shù)對系統(tǒng)模型進(jìn)行設(shè)置，對貨架送往端口選擇用連續(xù)巡回的方式發(fā)送特定數(shù)量的臨時(shí)實(shí)體到特定的端口，使用運(yùn)輸工具，如圖1所示。同樣，對緩存區(qū)、傳送帶、處理機(jī)等進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，構(gòu)建倉儲(chǔ)系統(tǒng)仿真模型，如圖2所示。

3 倉儲(chǔ)系統(tǒng)復(fù)合作業(yè)流程仿真與優(yōu)化

3.1 貨物有序存放模式下的倉儲(chǔ)仿真

一般而言，貨架在有序存放的情況下，整體效率大大高于無序存放。因此，在復(fù)合作業(yè)流程的建模仿真里，本文只考慮有序存放模式。

在復(fù)合作業(yè)流程模型中，輸入曲線采用正態(tài)分布，參數(shù)為：

μ=9.9，σ=1.9， （1）

有序存放模式下的模型如圖2所示。圖中，以緩存區(qū)1作為裝卸貨的平臺(tái)，處理機(jī)1模擬條碼掃描、出入庫貨物檢查、油封拆包等步驟，傳送帶將貨物送到入庫緩存區(qū)2，然后堆垛機(jī)將貨物從緩存區(qū)2送入貨架。同時(shí)，堆垛機(jī)又會(huì)接受指令，從貨架上取貨放入出庫緩存區(qū)3，傳送帶將取出的貨物送到處理機(jī)2進(jìn)行處理，再裝卸出庫。

模型建立后，經(jīng)編譯、重置后就可以點(diǎn)擊仿真時(shí)間控件“運(yùn)行”來運(yùn)行模型。仿真運(yùn)行50 000秒后結(jié)束，通過“統(tǒng)計(jì)>狀態(tài)報(bào)告（標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告）”輸出Excel狀態(tài)報(bào)表和標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表，如圖3和圖4所示。

通過統(tǒng)計(jì)功能，可以查看各個(gè)實(shí)體在仿真過程中處于各個(gè)狀態(tài)的情況。貨架容量-時(shí)間曲線如圖5所示。

可以看出，貨架在接受了出貨指令后，一直在請求出貨。但由于得不到堆垛機(jī)響應(yīng)，使得貨架一直處在等待的過程中，造成堵塞。而貨架的容量-時(shí)間圖顯示，在仿真時(shí)間的大約前10 000秒，貨架的容量保持在較低水平，但到了中后期，由于堵塞，貨架的容量隨著時(shí)間線性增長。

緩存區(qū)和傳送帶在仿真過程中的狀態(tài)餅圖如圖6、圖7所示。

由餅圖可知，傳送帶96.8%的時(shí)間處于阻塞狀態(tài)，而出庫緩存區(qū)93.2%的時(shí)間都在釋放貨物，可以認(rèn)為正是由于傳送帶的阻塞導(dǎo)致了出庫緩存區(qū)、堆垛機(jī)的低效和貨架的阻塞。

3.2 貨物有序存放模式下的仿真優(yōu)化

鑒于模型運(yùn)行過程中出現(xiàn)了明顯的阻塞現(xiàn)象，必須對其進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，以滿足要求。由于堵塞出在出庫階段的傳送帶，改進(jìn)的模型中增加一條傳送帶進(jìn)行出庫作業(yè)所建模型。

編譯后重置運(yùn)行，導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告和狀態(tài)報(bào)告，如圖8、圖9所示。

在改進(jìn)模型仿真結(jié)束之后，同樣需要觀察貨架、出庫緩存區(qū)以及傳送帶的運(yùn)行狀態(tài)，如圖10圖所示。

由圖10可知，真?zhèn)€仿真過程中貨架的容量持續(xù)波動(dòng)，但仍然相對穩(wěn)定在某個(gè)定值左右，已經(jīng)和改進(jìn)前的曲線樣式大不一樣。優(yōu)化后，緩存區(qū)和傳送帶1、2的狀態(tài)餅圖如圖11-圖13所示。

經(jīng)過改進(jìn)后，出庫緩存區(qū)釋放貨物釋放得比較徹底，兩條傳送帶大部分時(shí)間在空載運(yùn)行，沒有發(fā)生阻塞的情況，之前模型的問題得到了較好的解決，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

3.3 仿真結(jié)果分析

將改進(jìn)前后模型對應(yīng)的兩份報(bào)告拿出來進(jìn)行對比，找出變化比較明顯的部分（即圖中圈出的部分），如圖14-圖17所示。

優(yōu)化報(bào)告及狀態(tài)報(bào)告的明顯變化數(shù)據(jù)見表1。

可以看出，改進(jìn)之前貨物在緩存區(qū)滯留的時(shí)間比較長，最長時(shí)間達(dá)到了56 s，平均時(shí)間也有6.1 s；傳送帶上貨品有積壓現(xiàn)象，其阻塞時(shí)間占到了總時(shí)間的96.8%，情況相當(dāng)嚴(yán)重，每個(gè)貨物的平均等待時(shí)間達(dá)到了659.7s，而處理機(jī)工作正常。因此可以認(rèn)為是因?yàn)閭魉蛶У呢?fù)載過大造成設(shè)備崩潰引起阻塞。

改進(jìn)的模型增加了一條傳送帶，以減輕其工作負(fù)荷。出庫時(shí)貨物在緩存區(qū)的等待時(shí)間已經(jīng)為0，意味著可以做到隨到隨走；貨物在傳送帶上的平均等待時(shí)間也由之前的659.7 s減小到14.6 s，最長等待時(shí)間變化最為明顯，由改進(jìn)前的1 260.9 s減少到27.2 s，變化的幅度相當(dāng)大，阻塞時(shí)間百分比也只有5%，處理機(jī)依然工作正常。

改進(jìn)之后的設(shè)備配置更能有效地發(fā)揮出各個(gè)機(jī)械設(shè)備的效能，提高整個(gè)倉庫系統(tǒng)的效率。

4 結(jié) 語

本文基于Flexsim軟件對倉儲(chǔ)系統(tǒng)復(fù)合作業(yè)進(jìn)行了仿真優(yōu)化研究，通過仿真可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的瓶頸問題，改進(jìn)設(shè)計(jì)后可以提高系統(tǒng)工作效率。

主要參考文獻(xiàn)

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